Chemische Prozesse

Die Alterung von Beton und Bauausführungsfehler haben ihre Folgen: Bei Stahlbetonbauten kommt es in vielen Fällen es zu einer Korrosion der Bewehrung. Diese kann von außen sichtbar sein und so das gewünschte Erscheinungsbild beeinträchtigen. Zugleich hat das Korrodieren statische Konsequenzen, weil sich dabei der Querschnitt des Stahls, der die Zugkräfte aufnimmt, verringert.

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Karbonatisierung

Durch Zugabe von sauberem Wasser wird eine chemische Reaktion des Zementes mit dem Wasser ausgelöst. Aufgrund dieser sogenannten Hydratation bildet sich Zementstein, der bei optimal abgestufter Sieblinie die Gesteinskörnungen zu hochwertigem Beton verkittet und mit der Zeit aushärtet. Mit der Hydratation entsteht Calciumhydroxid, das im Wesentlichen die Alkalität des Betons bestimmt. Die Alkalität gewährleistet den Korrosionsschutz für die eingelegten Bewehrungsstähle. Mit der Zeit nimmt der Beton Kohledioxid aus der Umgebungsluft auf. Das CO₂ reagiert mit dem Ca(OH)₂, sodass CaCO₃ (Calciumcarbonat) entsteht. Diese von Außen nach Innen fortschreitende Prozess nennt man Karbonatisierung. Mit hm einher geht eine Absenkung der Alkalität des Betons und seines Porenwassers (auch Porenlösung). Sinkt der pH-Wert unter 11,5 setzt eine flächige Depassivierung des Bewehrungsstahls ein.

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Korrosion durch Chloride

Im nicht karbonatisierten, chloridfreien Beton ist die Bewehrung dadurch geschützt, dass die Metalloberfläche eine gesättigte Ca(OH)₂-Lösung umgibt – die sogenannte Passivschicht. Sie verhindert ein Rosten der Bewehrung. Gelangen Chloride, Sulfate oder Nitrate in den Beton, wird diese Schicht unterbrochen. Die Anionen dieser Salze verdrängen an der Bewehrung die passivierenden Hydroxydionen (OH-). Auch dadurch kommt es zu einer lokalen Depassivierung. Sind zudem ausreichend Wasser und Sauerstoff vorhanden, beginnt sich das Eisen am Bewehrungsstahl aufzulösen. 

In der Folge entstehen sogenannte Lochfraßnarben, sprich punktförmige Löcher auf der Metalloberfläche. Die schwarzbraunen Korrosionsprodukte führen nicht zwangsläufig zu Aufwölbungen und Abplatzungen. An Stellen mit erhöhter Chloridkonzentration hinterlassen sie als Rostnarben bezeichnete Spuren auf der Betonoberfläche.

Chlorideinträge in Beton können verschiedene Ursachen haben, die mit Standort und Nutzung des Gebäudes oder der Lage eines Bauteils zu tun haben:

• Tausalze, die zur Bekämpfung Schnee und Eisglätte im Straßenraum verwendet werden
• Meerwasser
• Chlorzusätze zur Aufbereitung von Badewasser in Schwimmbädern
• magnesiumchloridhaltige Bindemittel von Magnesiaestrichen
• Arbeitsstätten, an denen chloridhaltige Salzverbindungen (zum Beispiel in der Fisch- und Fleischverarbeitung) oder chlorhaltige Reinigungsmittel

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Schadensbilder

Damit Schäden durch den Einfluss von Kohlendioxid ausbleiben, ist die Herstellung geschlossener Oberflächen notwendig. Durch Wasserblasen unter Zuschlagskörnern und Verdichtungsporen, Kiesnester und Risse kann die Karbonatisierung tiefer in den Beton eindringen und der Bewehrung näher kommen. 

Um solche Nester, Lunker und Hohlräume zu vermeiden, muss der frische Beton durch Rütteln sorgfältig verdichtet werden. Außerdem ist der w/z-Wert (Wasserzementwert) zu beachten. Bei nicht geschlossener Oberfläche kann Wasser leichter durch die Kapillarporen eindringen. Die Witterungsempfindlichkeit des Betons steigt und es kommt zum sogenannten Bluten, sprich zur Absonderung von Wasser. Zudem führt ein höheres Schwindverhalten beim Austrocknen zu steigenden Spannungen und Rissgefahr.

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