Kathodischer Korrosionsschutz mit Textilbeton Koch GmbH

KathodischerKorrosionsschutzmitTextilbeton
KochGmbH
Im Rahmen eines ZIM-Projektes wurde ein innovativer
Textilbeton mit Carbonfaser-Gewebe entwickelt, welcher
die Möglichkeit bietet, Stahlbetonbauwerke kathodisch
vor Korrosion zu schützen. Darüber hinaus soll er auch in
der Lage sein, die Vorzüge eines Textilbetons
(Bewehrungsersatz / -ergänzung, Rissüberbrückung,
statische Verstärkung) aufweisen zu können. Über die
vorstehenden Ansprüche hinaus soll das System
wirtschaftlicher und schneller applizierbar sein als
marktüblicheSystemeundzusätzlichdirektbefahrbarsein.
DieEntwicklungdiesesneuartigenAnodensystemsfürden
kathodischen Korrosionsschutz für Stahlbetonbauwerke
(KKSB) erfolgte durch die Firma Koch GmbH und wurde
wissenschaftlich durch das IBAC der RWTH Aachen
begleitet.
1-KonzeptionundVerwirklichungdesVorhabens
As part of a ZIM project an innovative textilereinforced concrete with carbon fiber textile was
developed,whichprovidestheabilityto cathodically
protect reinforced concrete structures against
corrosion.Moreover,itshouldalsobeabletoactasa
textile concrete (replacement / increased
reinforcement, crack bridging, structural /static
improvement). Out of these, it should be also
economical, easy to apply and directly drivable. The
development of this new type of anode system for
the cathodic protection of reinforced concrete
structures carried out by the company Koch GmbH
andwasaccompaniedscientificallybytheIBACatthe
RWTHAachen.
ZieldesVorhabenswardieEntwicklungeinesinnovativenAnodensystemsaufTextilbetonbasis,welchesfolgendeEigenschaften
gewährleistet:
- ÜberbrückungvonRissen/vielfacheRissverteilung
- SchutzvorKorrosion
- statischeVerstärkung
- AnwendbarkeitsowohlbeiNeubautenalsauchbeibereitsgeschädigtenBauwerken
- direkteBefahrbarkeit
- hoheAbrasionsfestigkeit
- ausreichendeRutschhemmung
- möglichstdünnesSystem(Materialeinsparung,Traglast,befahrbareHöhez.B.Parkhaus)
1-Bewehrung
2-Gleichrichter
3-Altbeton
4-Einbettungsmörtel
5-zweiLageCarbongewebe
Abbildung1-schematischeDarstellungdeskathodischenKorrosionsschutzprinzipmitTextilbeton
In Abbildung 1 wurde das kathodische Korrosionsschutzprinzip mit Textilbeton schematisch dargestellt. Für dieses System
mussteeinMörtelalsEinbettmörtelfürdenTextilbetonentwickeltwerden,welcherauchzumEinsatzimKKS-Systemgeeignet
ist. Die dafür formulierten, betontechnologischen Anforderungen an geeignete Feinbetonmischungen für textilbewehrte
Betonelemente,diezusätzlichauchdieKKSbedingtenAnforderungenerfüllenmüssen,erforderteneinesorgfältigeAuswahlund
genaue prozentuale Zusammensetzung der Ausgangsstoffe. Die Schwierigkeit bei der Entwicklung des Mörtels lag darin, dass
zwischen elektrischen und mechanischen Eigenschaften des Mörtels ein Kompromiss gefunden werden musste. Die
VerbesserungeinerEigenschaftführteoftzurVerschlechterungandererEigenschaften.DerneuhergestellteMörtelkonntegute
mechanische Leistungen hinsichtlich der Biegezug- und Druckfestigkeit und der elektrischen Leitfähigkeit liefern. Bei der
Auswahl der Carbon-Gewebe für die Herstellung des Textilbetons wurde ein besonderes Augenmerk auf die Fähigkeiten der
Stromverteilung und des Benetzungsverhaltens mit dem Mörtel gelegt. Nach diversen Untersuchungen konnte ein geeigneter
Textilbeton entwickelt werden, welcher in der Lage ist, einerseits als Anode die Anforderungen des KKSB- Systems und
andererseitsdiebenötigtenAnforderungenalsTextilbetonzuerfüllen.
Für die Untersuchung der Übereinstimmung der Laborversuche mit der realen Einbausituation wurde eine ausreichend
dimensionierte(ca.30qm),relativstarkchloridbelasteteFlächeineinemParkhausinSiegenfürLangzeitmessungenverwendet.
DerneuentwickelteTextilbetonfürdenKKSBwirddortuntersehranspruchsvollenBedingungen(schlechteLeitfähigkeit,hohe
Betondeckung)getestet.
2-EntwicklungeinesneuartigenMörtelsfürdenEinsatzinKKSB-Textilbeton
Die Auswahl der Ausgangsstoffe erfolgte auf Basis vorliegender baupraktischer Erfahrungen sowie einer umfangreichen
Literaturrecherche.DieProbenmatrixsetztsichauseinerbreitenAuswahlvonkäuflicherwerblichenFertigmörtelnzusammen.
Letztlich kamen acht Mörtel in die Vorauswahl, die hinsichtlich Größtkorn, Festigkeiten, Frischmörteleigenschaften und
Kunststoffgehaltgeeignetschienen.
2.1-Untersuchungdertechnischen,mechanischenundelektrischenEigenschaftendesMörtels
2.1.1-Verschleißwiderstandstest
Da der vorgesehene Mörtel für eine mögliche Befahrung einen entsprechend ausreichenden Verschleißwiderstand aufweisen
muss (1) wurde zunächst die Abriebfestigkeit der Probenmatrix nach Böhme am IBAC untersucht (2). Gleichzeitig wurde an
einem ausgewählten System (Vergussmörtel 2) der Einfluss eingebrachter Zusatzstoffe auf die Abrasionsfestigkeit getestet.
HierfürwurdenderfürdenMörtelgeeigneteverschleißfestigkeitserhöhendeZuschlagundAbstreuungenuntersucht.Abbildung
2zeigtzusammenfassenddenVerschleißnachBöhmeinFormdesMassenverlusts.DieErgebnissezeigen,dassdieVerwendung
einergröberenKörnungzueinemhöherenVerschleißwiderstandführt.EinGemischaus80Gew.-%Trockenmörtelund20Gew.% HS1 (Körnung von 0,5-1mm) in Kombination mit dem Abstreuen der Oberfläche mit dem Hartstoff lieferten das beste
Ergebnis (Abbildung 2). Hinsichtlich Kosten und Verarbeitbarkeit wird mit einer Beimischung von 10 % ein guter Kompromiss
erreicht,dersichauchfürhochbelastbareIndustriebödeneignenwürde.DurchdenZusatzvonHartstoffenwerdenjedochdie
in2.2.2und2.2.3beschriebenenModifizierungenhinsichtlichVerarbeitbarkeitunddeselektrischenWiderstandserforderlich.
AustechnischenundwirtschaftlichenAspektenwurdeentschieden,Vergussmörtel2zurEntwicklungdesTextilbetonsfürKKSB
zu verwenden und diesen als Basismörtel für weitere mechanische und elektrische Untersuchungen bzw. Modifizierungen
einzusetzen.
Verschleiß-widerstand in[g/cm²]
0,900
0,800
0,700
0,600
0,500
0,400
0,300
0,200
0,100
0,000
HS1:Hartstoff1
15:mit1,5kg/m²
Streugut
OPT:mitStreugutin
optimierter
Oberflächenbedeckung
G10:Gemischt10%
G20:Gemischt20%
Abbildung2-VerschleißwiderstandderverschiedenenMörtelundderVergussmörtel2unterEinflussdesZusatzstoffesHS1
2.1.2-ErhöhungderFließfähigkeitdesMörtels
WegendesAnspruchesaneinegleichmäßigeVerteilungdesMörtelszwischenmehrerenGewebelagenmitmöglichstgeringem
Abstand (möglichst dünnes Systems) soll der neu entwickelte Mörtel fließfähig und selbstverdichtend sein. Außerdem gilt ein
guterVerbundzwischentextilerBewehrungundderBetonmatrixalseinederVoraussetzungenfürdieFunktionstüchtigkeitdes
Textilbetons(3).DerEinsatzeinesFeinmörtelsmiteinemmaximalenGrößtkornvon2mmundaucheineguteVerarbeitbarkeit
desMörtelshabeneinenentscheidendenEinflussaufdieHerstellungundFunktionstüchtigkeitdesTextilbetons.MitHilfevon
FließmittelnsolltedieViskositätderMörtelmischungsoweitherabgesetztwerden,dasssichbeimHerstellendesTextilbetonsim
Gießverfahren ohne Einsatz einer Rüttelplatte eine optimale Benetzung des Textils einstellt. Dazu wurden Fließmittel auf
PolycarboxylatetherBasisverwendet.MitjedemdereingesetztenFließmittelkonntedieVerarbeitbarkeitsignifikantverbessert
werden.Dadurchwurdeesmöglich,dieTextilbetonprobenkörpermitoptimierterBenetzungdesGewebesundohnezusätzliche
Verdichtungsmaßnahmen herzustellen. Hierdurch entsteht jedoch der Bedarf einer Vorfixierung des Gewebes, um einem
möglichen Aufschwimmen entgegen zu wirken (Kap. 3.1). Der Einsatz von Fließmitteln hat tendenziell (aus noch nicht weiter
untersuchtenGründen)einennegativenEffektaufdenspezifischenWiderstanddesMörtels.
2.1.3-UntersuchungundModifizierungderMörtelhinsichtlichihrerelektrischenLeitfähigkeit
DerneuzuentwickelndeEinbettmörtelsollfüralleAnwendungszwecke,zuerwartendeAltbetonwiderständeundklimatische
Bedingungen ausreichend leitfähig sein. Zur Überprüfung der elektrischen Eigenschaften der entwickelten Systeme für deren
EignungimkathodischenKorrosionsschutzmusstenzunächstfunktionstüchtigeAnodenanschlüssekonzipiertwerden,mitdenen
esreproduzierbarmöglichwar,denWiderstandeinerMörtelprobezubestimmen.LetztlichwurdederspezifischeWiderstand
der Mörtel mit Titanbandelektroden untersucht. Die im Labor hergestellten Mörtelprismen wurden bei 40% relativer
Luftfeuchtigkeit/20°CgelagertunddieÄnderungdesspezifischenWiderstandsinRelationzumWasserverlustuntersucht.Bei
allen Proben wurde nach 240 Tagen eine sehr hohe Steigerung des spezifischen Widerstands infolge von Wasserverlust
nachgewiesen. Darüber hinaus galt es (siehe Kapitel 2.2.1 und 2.2.2), die Erhöhung des elektrischen Widerstandes von
Vergussmörtel2–hervorgerufendurchdenEinsatzvonFließmittelnundZusatzstoffen-zukompensieren.Hierzukamu.a.ein
nitrathaltigesZusatzmittel(ZM5)zumEinsatz,welchesdieionischeLeitfähigkeitsignifikanterhöhensollte.DerEinsatzvonZM5
trugzurVerbesserungdeselektrischenWiderstandsdesSystems,sowiezurVerbesserungdermechanischenEigenschaftenbei.
DieAbbildung3,linkszeigtdieAbhängigkeitverschiedenerZusatzmittelaufdenspezifischenWiderstandderMörtel(Lagerung
100 Tage, davon 90 Tage bei ca. 35% relativer Luftfeuchtigkeit und 20°C). Der Hartstoffzusatz (HS1) führt zunächst zu einer
Verdoppelung des spezifischen Widerstandes. Durch den Einsatz von ZM5 konnte der spezifische Widerstand wiederum
ungefähr auf den Ausgangswert ohne Hartstoffzusatz reduziert werden. Andere Zusatzmittel hatten zeigten kaum negative
Auswirkungen.
3000
310,80
300
250
200
150
150,60
143,67
155,80
100
50
0
V2:
Vergussmörtel2
V2HS1:
Vergussmörtel2+
Hartstoff1
ZM5:nitrathaltige
Erstarrungsbeschl
euniger
ZM6:Quellmittel
ZM7:Verzögerer
ZM8:Fließmittel
spezifischeWiderstand(kΩ.cm)
spezifischeWiderstand(kΩ.cm)
350
2500
2.573,87
V2HS1:
Vergussmörtel2+
Hartstoff1
ZM5:
nitrathaltige
Erstarrungsbesch
leuniger
ZM1:Fließmittel
2.230,67
2000
1500
1000
667,20
500
183,73
0
Abbildung 3- Zusammenhang des spezifischen Widerstands von verschiedenen Zusatzmitteln (links), positiver Einfluss der nitrathaltigen
ErstarrungsbeschleunigeraufdenspezifischenWiderstand(rechts)
Abbildung3,rechtsverdeutlichtwiederumdenpositivenEinflussdesdieionischeLeitfähigkeiterhöhenden,nitrathaltigen
Zusatzmittels(ZM5)aufdenelektrischenWiderstandnach400Tagen.
2.1.4-UntersuchungderentwickeltenMörtelhinsichtlichBiegezug-undDruckfestigkeit
AufbauendaufdenvorstehendenErgebnissenwurdedieentwickelteMörtelrezepturaufKombinationenvonVergussmörtel2,
Hartstoff HS1 und Zusatzmittel (ZM5, 6, 7, 8) eingegrenzt. Mit diesen Varianten wurde ein guter Kompromiss zwischen den
mechanischen und elektrischen Eigenschaften sowie der Verarbeitbarkeit gefunden. Die Optimierung des Mörtels war in
mechanischerHinsichtvorallemdurchdieÄnderungdesw/z-Wertesvon0,457auf0,35zunächstmiteinerLeistungssteigerung
von>80%derDruckfestigkeitsehrdeutlichohneEinbußenderLeitfähigkeit(Tabelle2).JedochführeneinezuhoheFestigkeit
unddieschnelleFestigkeitsentwicklungdesMörtelszueinerSchwindrissproblematik(Kapitel2.2.5).Darüberhinauskanneine
deutlichzuhoheFestigkeitunterUmständendazuführen,dassdieKraftübertragungaufdasGewebedesTextilbetonsnegativ
beeinflusstwird.DeshalbwurdedieDruckfestigkeitdurchweitereModifizierungsverfahren,vorallemdurchdieErhöhungdes
w/z-Wertesvon0,35auf0,38unddieVerwendungweitererZusatzmittelabgesenkt.
Tabelle1-mechanischeEigenschaftenverschiedenerMörtelmischungen
Probe-Beschreibung
Biegezugfestigkeit[N/mm²](28Tage)
8
1
V2 ,w/z:0,457
2
V2HS1 ,w/z:0,457
67
9,3
72
10,3
96
2
3
4
4
5
6
V2HS1 +ZM1 +ZM5 ,w/z:0,35
7
V2HS12+ZM5 +ZM6 +ZM7 +ZM8 ,w/z:0,38
1
2
55
8,9
V2HS1 ,w/z=0,35
2
Druckfestigkeit[N/mm²](28Tage)
8,22
3
4
60,40
5
6
7
:Vergussmörtel2, :Vergussmörtel2+Hartstoff1, :Fließmittel, :nitrathaltigenErstarrungsbeschleuniger, :Quellmittel, :Verzögerer, :Fließmittel
2.1.5–UntersuchungdesSchwind-undRissverhaltensdesMörtels
Zur Untersuchung des Schwindverhaltens kam eine Schwindrinne mit digitalem Präzisionsmesstaster als Wegaufnehmer zum
Einsatz.BeidenUntersuchungenwurdefestgestellt,dassdieZugabevonErstarrungsbeschleuniger(ZM5)imVergussmörtel(V2)
zustarkemFrühschwindenführt.DieReduzierungderEinsatzmengevon4%auf1%Erstarrungsbeschleuniger(ZM5)hatzueiner
deutlichenVerbesserungdesSchwindverhaltensgeführt,wenngleichdadurchdieelektrischenEigenschaftenderMörtelwieder
negativer beeinflusst werden. Daher wurde eine starke Reduzierung der ZM5- Menge ausgeschlossen und nach
Kompensationsmöglichkeiten gesucht. Der Einsatz von aluminiumhaltigen Quellmitteln (ZM6) ab 0,6 Gew-% führte zu einer
deutlichenReduzierungdesSchwindens(Abbildung4).
Als weitere Einflussfaktoren wurde der Einfluss der verschiedenen
Nachbehandlungsmethoden untersucht, da diese zu einer
Verhinderung des Frühschwindens führen können (4), (5). Die
Ergebnisse zeigten, dass eine Folienabdeckung (ohne feuchte
Nachbehandlung) nicht wirksam war. Das Besprühen mit Wasser
direktnachderApplikationkannhingegendasFrühschwindenpositiv
beeinflussen.
Nachdem das Schwindverhalten durch den Einsatz von Quellmitteln
(ZM6) kompensiert wurde, sollte das Rissverhalten des Mörtels im
Verbund zum Untergrund untersucht werden. Es wurde der Einfluss
desw/z-Wertes,derverschiedenenNachbehandlungsmethoden,die
Zugabe von Quellmittel, Carbonfasern (CF), Carbongewebe (als
schwindreduzierende Bewehrung) wie auch Einflüsse der
Abbildung4-SchwindverhaltenbeimEinsatzverschiedener
verschiedenen Klimabedingungen auf das Rissverhalten des Mörtels
Quellmittelmengen
untersucht.DieErgebnissezeigten,dassQuellmittel,Verzögererund
die Nachbehandlung mit Wasser plus Folie positiv zur Verhinderung
derRissbildungbeitragen.EineReduzierungdesw/z-WertesmitebenfallspositivemEinflussmussteaufGrundderschlechteren
Verarbeitbarkeitverworfenwerden.FasernundGewebehatteneinenrelativgeringenEinfluss.
3-AuswahlderCarbon-Gewebe
3.1-UntersuchungdesBenetzungsverhaltenszwischenMörtelundGewebe
FürdieAuswahldergeeignetenGewebeformenhinsichtlichBenetzungsfähigkeitundFixierung(mitmöglichstgeringem/ohne
AbstandzumUntergrundundzueinander)wurdenverschiedeneGewebeformenbzw.Systemeuntersucht(Tabelle3).Bezüglich
desVerhaltenszwischenMörtelundGewebewurdens.g.Benetzungstestsdurchgeführt.Dabeisollteaufgezeigtwerden,wieein
möglicher Verbundkörper abhängig von der Konsistenz des Mörtels herzustellen ist (Laminieren, Gießen, etc…). Ein steifer
Mörtel ohne Abstand der Gewebelage zum Untergrund kann keine ausreichende Benetzung bzw. Verbund zum Gewebe
aufbauen. Deshalb ist für steifere Mörtel das schichtweise Herstellen des Verbundkörpers (Laminieren) mit ausreichendem
AbstandderGewebelagezumUntergrunddereinzigpraktikableWeg.EinedünnschichtigguteBenetzungdesGewebesauchin
mehrerenLagen,istnurmitfließfähigenMörtelnzugewährleisten.DieErgebnissezeigen,dassbeiallenAbständenauchfürdie
Überlappungsbereiche eine ausreichende Benetzung gegeben ist. Durch eine gute Benetzung des Gewebes ist es möglich, die
Systemschichtdicke des Textilbetons um einige Millimeter weiter zu reduzieren. Letztendlich ist die Fixierung der zwei
GewebelagenaufeinanderundaufdemUntergrundsowohlmechanischalsauchelektrischzubewerkstelligen.
Tabelle2-technischeInformationderverschiedenenGewebeTypen
Gewebe-Typen
Gewebe1-1lagig-600g/m²
Gewebe2-1lagig-400g/m²
Gewebe3-3D-225g/m²
Gewebe4-3D-250g/m²
Materialklasse
Textil
Textil
Textil
Textil
Werkstoff1
Kohlenstoff
Kohlenstoff
Kohlenstoff
Kohlenstoff
Gewicht(g/m²)
leicht
leicht
leicht
leicht
Festigkeit
hart
hart
hart
hart
Dicke(mm)
0,8-1,3
0,8-1,3
12
12
BeihochfließfähigenVariantenmussdieGewebelageaufdemUntergrundfixiertwerden,daessonstzumAufschwimmendes
Gewebeskommenkann.ZusätzlichistbeimEinsatzvonfließfähigenMörtelnaufdieEntmischungsgefahrzuachten.Indiesem
ZusammenhangsollteehereinselbstverdichtenderMörtelhergestelltwerden.
3.2-StromverteilunginnerhalbderGewebeundUntersuchungmöglicherAnodenanschlüsse
HierwurdedieStromverteilunganvierverschiedenenCarbon-Gewebengetestet.DieCarbon-Gewebehabenunterschiedliche
Strukturen,wennmansiealsGewebemitKetteundSchussbetrachtet.BeideneinlagigenGewebesorten(Gewebe1,Gewebe2)
zeigendievertikalenCarbon-MultifilamenteeinebessereStromverteilunginnerhalbderGewebeundbeiden3DGewebesorten
(Gewebe 3, Gewebe 4) ist kein Unterschied der Stromverteilung zwischen den horizontalen und vertikalen Anschlüssen der
Einspeisepunktefeststellbar.DerSpannungsabfallfür1m²Gewebeplatteund23,1mABemessungs-StromwurdezumVergleich
in Tabelle 4 dargestellt. Der Gewebe 1 (höchstes Gewicht / qm) zeigt
dengeringstenSpannungsabfall.
Tabelle3-ZusammenfassungdesSpannungsabfalls
vonverschiedenenCarbon-Geweben
Der Anodenanschluss muss die Anlegung einer Schutzspannung
Gewebe
Spannungsabfall(mV)
zwischen dem Textilbetongewebe und der Bewehrung ermöglichen.
Gewebe1-1lagig/600g/m²
21,7
Zusätzlich solle er in der Lage sein, eventuelle Kontaktkorrosion
Gewebe2-1lagig/400g/m²
44,3
auszuschließen. Insbesondere an den Einspeisepunkten kommt es bei
Gewebe3-3D/225g/m²
65,6
bestehenden KKS-Systemen häufig ungewollt zu Korrosion am
Gewebe4-3D/250g/m²
30,9
Übergang zur Kupferleitung. An diesen Punkten ist die Isolation
gegenüberFeuchtigkeitdeshalbbesonderswichtig.
Kupferkabel
- 1911
Kupferkabel–
Var B
leitfähigerKleber
7,0
5 cm
1 cm
6,5
5,0
Kupferkabel - leitfähiger Kleber
Kupferkabel - Epoxidharz
Titangitter geschraubt
Titangitter geschweisst
4,5
6,0
Widerstand ( Ω)
Widerstand (Ω)
5,5
5,0
4,5
4,0
3,5
4,0
3,5
3,0
3,0
2,5
2,5
2,0
0
100
200
300
400
500
600
700
2,0
800
0
100
200
300
400
Zeit (Sek.)
500
600
700
800
Zeit (Sek.)
Abbildung 5- Widerstandsänderung bei der Verwendung von 1cm und 5 cm Kupferkabel für die Kontaktzone mit dem Carbon- Multifilament (links),
WiderstandsänderungbeidenuntersuchtenAnschlusssystemen(rechts)
ZurKontaktierungandasCarbongewebewurdenKupferkabelundMMObeschichteteTitanbänderverwendet.DieKupferkabel
wurdenjeweilsin1und5cmLängemiteinemeinCarbon-MultifilamentverdrilltundmiteinemleitfähigenKleberkontaktiert.
Anschließend wurde der Kontaktbereich mittels Epoxidharz gegen eindringende Feuchtigkeit geschützt. Bei dem MMO
beschichtetes Titanband-Anschlusssystem wurde das Carbon-Multifilament zwischen zwei Titanbändern mechanisch mittels
Schrauben bzw. Schweißpunkten befestigt. Alle untersuchten Systeme sind in der Lage als Einspeisepunkt bei KKS- Systemen
eingesetzt zu werden. Das geschweißte Titanband zeigt die besten Werte (Abbildung 5, rechts) und hat darüber hinaus den
Vorteil, dass der Anschluss an die Primäranode wie bei herkömmlichen Systemen mit sehr geringem Korrosionsrisiko
herzustellenist.EineVergrößerungderKontaktflächezeigtdeutlichpositiveEffekte(Abbildung6).
ZweiMMObeschichteteTitanbänder,dieoberhalbundunterhalbderGewebepositioniert
undzusammengeschweißtsind
Abbildung6-TitandrahtangeschweißtanzweizusammengeschweißteMMObeschichteteTitanbänderoberhalbundunterhalbderCarbongewebe
Im Anschluss wurde die Funktionstüchtigkeit des entwickelten Anodensystems im Labormaßstab getestet. Es wurde gezeigt,
dass es bei verschiedenen Klimabedingungen und unterschiedlichen Chloridgehalten eine ausreichende Stromdichte (min. 4
mA/m²nach200Tagen)fürdenKKSliefernkann.DieAusschaltpotentialederProben(Polarisationskurve)könnendasErgebnis
bestätigen(Abbildung7).BeiallenProbenergibtsicheinPotentialabfallübermaximal24hvonmindestens100mVausgehend
vomWertdesAusschaltpotentials.
2% Chlorid- 20°C, 50% r.F.
1400
1,0
Spannung (mV)
Strom (mA)
Referenzelektrode
800
0,9
4% Chlorid- 20°C, 50% r.F.
Spannung (mV)
Strom (mA)
Referenzelektrode
1400
1,0
800
0,9
1200
0,8
1000
600
0,7
800
0,6
600
0,5
0,4
400
400
1200
0,8
600
1000
0,7
800
0,6
600
0,5
200
400
0,3
0,3
200
0,2
0
0
0,0
0
2
4
6
8
10
12
Zeit (Tage)
14
16
18
20
200
200
0,2
0
0,1
-200
400
0,4
0,1
-200
-200
0,0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0
20
Zeit (Tage)
Abbildung7-Ausschaltpotentialbei20°Cund50%r.F.füreinenUntergrundmit2%Chloridsgehalt(links)und4%Chloridsgehalt(rechts)
4-AufbringendesentwickeltenTextilbetonsineinemParkhausmitchloridinduzierterKorrosion
Um die Anwendungsmöglichkeiten von Carbongeweben als Anoden im KKSB Bereich zu testen, wurde bereits 2011 eine
Testfläche in einem Parkhaus in Siegen mit zwei Lagen 600g - Gewebe hergestellt und mit einem geeigneten PCC-Mörtel in
Laminiertechnikeingebettet(Abbildung8,links).
Abbildung8-EinsatzderCarbongewebealsAnodenimKKSBineinemParkhausinSiegen(links),FunktionskontrollederSchutzparameterfür2014(rechts)
Bei einer mittleren Schutzstromdichte zwischen 1 und 1,5 mA/qm für die Jahre 2012 bis 2015 wurde das 100 mV-Kriterium
erreicht. Eine Anpassung dieser Werte nach oben – durch Austrocknung – war bisher nicht erforderlich. Abbildung 8, rechts
stelltdieMessergebnissefürdenZeitraum01.01.2014bis01.01.2015dar.WieinAbbildung8,rechtszuerkennenist,wurdefür
eineSpannungzwischen0,9bis1,0VolteineStromdichtevonungefähr1mA/m²errechnet.DieAusschaltpotentialewarenmit
Werten zwischen 150 bis 200 mV für die beiden Referenzelektroden ausreichend. Der Anstieg der Stromdichte in den
SommermonatenistderZunahmederUmgebungstemperaturgeschuldet.
2015konnteeineausreichenddimensionierte(ca.30qm)FlächeineinemanderenParkhausinSiegenzuTestzweckengenutzt
werden. Bei dem vorhandenen Betonuntergrund handelt es sich um eine schlaff bewehrte Bodenplatte mit relativ hoher
Chloridbelastung, schlechter Leitfähigkeit und hoher Betondeckung. Das System wird dort unter sehr anspruchsvollen
Bedingungengetestet.InzweihorizontalenFlächen(jeweilsca.15qm)mitgetrenntenSchutzzonenwurdeneineeinlagigeund
eine zweilagige Gesamtsystemlösung installiert (Abbildung 9, links, Mitte) und mit dem entwickelten Mörtel vergossen
(Abbildung 9, rechts). Für diese Flächen wurde ein vollständiges Potenzial- und Bewehrungsmonitoring vor der Installation
vorgenommenumSimulationswertemitdemIst-Zustandabgleichenzukönnen.InjedeZonewurdeneineReferenzelektrode,
eine Multiringelektrode mit Temperaturfühler und die Busankopplung zur Fernüberwachung und –steuerung installiert. Pro
Zone wurden zwei Kathoden- und vier Anodenanschlüsse vorgesehen, die nach Bedarf abschaltbar sind. Durch diese
InstallationsweisekönnenOxidationseffekteamEinspeisepunktnachgewiesenbzw.ausgeschlossenwerden.
Abbildung 9- Die Verlegung und Fixierung der zwei Gewebelagen mit Abstand zu einander und zum Untergrund (links), die Verlegung und Fixierung des
einlagigenGewebesmitAbstandzumUntergrund(rechts)Abbildung10-VergießendesMörtelsaufdieseFlächen
Mit den prototypischen Feldversuchen werden seit März 2015 die Langzeitmessergebnisse aufgenommen, um die
DauerhaftigkeitdesSystemsnachzuweisen.AktuellzeigenalleErgebnissehinreichendguteWerte.
6-Fazit
DurchdenEinsatzvonFließmittelnkonntedieFließfähigkeitdesMörtelssoweitverbessertwerden,dassmanohneAnwendung
vonHilfsmittelneineguteVerteilungdesMörtelszwischendenGewebegitternerreicht.ZurFixierungderCarbon-Gewebeauf
demUntergrundundbeizweiGewebelagenaufeinanderwurdeeingeeignetesVerfahrenkonzipiert.SomitkanndasGewebein
kurzer Zeit sowohl elektrisch als auch mechanisch aufeinander und auf dem Untergrund fixiert werden. Die elektrische
Leitfähigkeit des entwickelten Textilbetons ist in der Lage, bei unterschiedlichen klimatischen Bedingungen und bei
unterschiedlichen Chloridgehalten ausreichend Schutzstrom für den KKSB zu liefern. Die entwickelten Einspeisepunkte, mit
angeschweißtem MMO beschichtetem Titanband und Titandraht, ermöglichen eine ausreichende und dauerhafte
SchutzspannungzwischenPrimäranodeundAnodengitter.DieWertedermechanischenEigenschaftendesMörtelsz.B.Biege-,
Druckfestigkeit sind für die Anwendung des Textilbetons als statische Verstärkung ausreichend hoch. Die hohe
AbrasionsfestigkeitundeineausreichendeRutschhemmungermöglichenes,aufweitereSchutzschichtenzuverzichten.
Das Rissverhalten zeigt bei der Aushärtung allerdings eine große Empfindlichkeit gegenüber klimatischen Abweichungen.
Deshalb solltebeiderHerstellungdesKKS-Textilbetons besondersaufeinesorgfältigeNachbehandlung geachtetwerden. Um
den entwickelten Textilbeton als Anodensystem für KKSB als dauerhaftes Verfahren etablieren zu können, werden weitere
Ergebnisse der Langzeittests notwendig sein. Aktuell zeigen alle Ergebnisse die erwarteten Werte. Der KKSB-Textilbeton kann
hinsichtlichPerformance,ÖkologieundÖkonomiekonventionellenSystemenderartüberlegensein,dasserseinenPlatzinder
Instandsetzungsichereinnehmenwird.
DetlefKochKochGmbH,HagenerStr.87,57223Kreuztal;www.betonbeschichtung.net
7-Literaturverzeichnis
1. Deutsche Institut für Normung,. DIN EN 13813, Estrichmörtel und Estrichmassen, Eigenschaften und Anforderungen. s.l.:
DeutscheNorm,2002.
2. Deutsche Institut für Normung, DIN 13892-3. Prüfverfahren für Estrichmörtel und Estrichmassen- Teil 3: Bestimmung des
VerschleißwiderstandesnachBöhme,DeutscheFassungEN13892-3.2004.
3. Brameshuber, Wolfgang. Textilbewehrter Beton - eine neuer Verbundwerkstoff, Innovationen in der Betonbautechnik, 3.
SymposiumBaustoffeundBauwerkserhaltung.UniversitätKarlsruhe:s.n.,2006.
4.Laura,Pietro-Leemann,Andreas-EMPA,AbteilungBeton/Bauchemie.FrühschwindenvonBeton.2010.
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