Beton- und Stahlbetonbau 3 - CITec Concrete Improvement ...
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U. Schneck · Zerstörungsfreier elektrochemischer Chloridentzug an der Donaubrücke Pfaffenstein: Langzeiterfahrungen über eine bauwerksschonende <strong>und</strong> verkehrserhaltende Technologie<br />
weltweit gesammelten Erfahrungswerte. Wenn der korrosionsauslösende<br />
Chloridgehalt in Bewehrungsnähe zu<br />
Anwendungsbeginn noch nicht überschritten war, ist das<br />
Kriterium Ladungsmenge weniger bedeutsam.<br />
Da es sich bei den Erfolgskriterien um indirekte Parameter<br />
handelt, ist eine kritische, objektbezogene Bewertung<br />
i. d. R. sinnvoll. Zwei der drei genannten Kriterien<br />
sollen bei einer erfolgreichen Anwendung jedoch mindestens<br />
erfüllt sein.<br />
1.5 Besonderheiten des in der Donaubrücke Pfaffenstein<br />
angewendeten Verfahrens zum Chloridentzug<br />
Im Rahmen eines vom BMWi geförderten FUTOUR-Projekts<br />
wurde eine neue Verfahrensvariante zum elektrochemischen<br />
Chloridentzug entwickelt, die besonders auf eine<br />
punktgenaue, detaillierte <strong>und</strong> ausführlich dokumentierte<br />
Anwendung des Chloridentzugs auf kleineren <strong>Beton</strong>flächen<br />
gerichtet ist. Das Konfigurationsschema ist in Bild 2<br />
zu sehen; die neuen Eigenschaften sind:<br />
– mit einer qualifizierten Korrosionsuntersuchung werden<br />
die korrosionsaktiven Bereiche zunächst genau identifiziert<br />
– üblich sind Teilflächen zwischen 5 <strong>und</strong> 80 m 2<br />
– die vorgefertigten <strong>und</strong> wiederverwendbaren Elektroden<br />
sind 60 × 60 cm groß <strong>und</strong> beinhalten neben der Anode<br />
einen Ionenaustauscher zur Chloridbindung <strong>und</strong> für die<br />
alkalische Pufferung der anodischen Reaktionen<br />
– entsprechend der Konfigurationsparameter (Bewehrungsabstand,<br />
<strong>Beton</strong>überdeckung, Chloridgehalt, <strong>Beton</strong>zusammensetzung)<br />
werden einzelne Elektroden zu<br />
Gruppen zusammengefasst (maximal 10 m 2 )<br />
– ein Chloridmeßmodul signalisiert die Sättigung des Ionenaustauschers<br />
<strong>und</strong> führt dann zur automatischen Abschaltung<br />
der betreffenden Gruppe<br />
– der Chloridentzug wird mit einer konstanten Spannung<br />
von 40 V gesteuert, die mittels Pulsweitenmodulation<br />
(PWM) die Elektrodengruppen in Intervallen an- <strong>und</strong><br />
abschaltet. Werden begrenzende Parameter überschritten,<br />
führt das zu einer Begrenzung der Anschaltzeit. Dadurch<br />
wird auch mehr Chlorid entfernt als bei ununterbrochener<br />
Spannungsaufschaltung [11].<br />
– chloridgesättigte Elektroden werden in einer alkalischen<br />
Lösung bei pH = 14 regeneriert, wobei Chloridionen<br />
vom Ionenaustauscher „heruntergewaschen“ <strong>und</strong> wie-<br />
6<br />
Sonderdruck aus: <strong>Beton</strong>- <strong>und</strong> <strong>Stahlbetonbau</strong> 104 (2009), Heft 3<br />
der durch Hydroxylionen ersetzt werden. Der in der verbrauchten<br />
Lösung enthaltene Chloridgehalt stellt die<br />
dem <strong>Beton</strong> insgesamt entzogene Chloridmenge dar.<br />
Nach Neutralisierung kann die Regenerierlösung umweltgerecht<br />
entsorgt werden, so dass praktisch kein Abfall<br />
entsteht.<br />
2 Chloridentzug in der Donaubrücke Pfaffenstein<br />
Aufgabenstellung<br />
In Vorbereitung einer großen Instandsetzung des Bauwerks<br />
(Bilder 3, 4) sollten u. a. Schadbereiche untersucht<br />
werden, die um Entwässerungsdurchführungen an Stellen<br />
entstanden waren, wo die Fahrbahntafel weit über den<br />
Hohlkasten auskragt. Derartige, fast horizontal ausgebildete<br />
Durchführungen (Bild 5) befanden sich im Bereich<br />
der Rampen, die die Autobahn-Anschlussstelle Regensburg-Pfaffenstein<br />
bilden.<br />
Die Schadstellen waren provisorisch instandgesetzt,<br />
jedoch kam es zu teils erheblichem Chlorideintrag in die<br />
Bodenplatten der Hohlkästen (bis ca. 4%, auch in Bewehrungsnähe,<br />
bezogen auf den Zementgehalt). Eine konventionelle<br />
Instandsetzung/Reprofilierung wäre in diesen Bereichen<br />
praktisch nur mit Austausch des gesamten Querschnitts<br />
erfolgreich gewesen <strong>und</strong> hätte neben dem hohen<br />
Bauaufwand auch zu erheblichen Eingriffen in den Verkehr<br />
auf der Autobahn <strong>und</strong> der die Brücke unterquerenden<br />
B<strong>und</strong>esstraße B8 geführt.<br />
Mit einer Bauwerksuntersuchung sollten zunächst<br />
Umfang <strong>und</strong> Auswirkung der Chlorideindringung erk<strong>und</strong>et<br />
<strong>und</strong> anschließend ein Konzept für die zerstörungsfreie<br />
Entfernung der Chloride aus dem <strong>Beton</strong> erarbeitet werden.<br />
Um für die gesamte instandzusetzende Fläche ein geeignetes<br />
Betriebskonzept zu ermitteln, wurde zunächst ein<br />
Referenz-Chloridentzug im Hohlkastenabschnitt O6.06<br />
durchgeführt. Mit den dabei gesammelten Erfahrungen<br />
wurde der Chloridentzug auf den übrigen Flächen konfiguriert<br />
<strong>und</strong> ausgeführt.<br />
Bauwerksuntersuchung<br />
In der qualifizierten Korrosionsuntersuchung, deren Herangehensweise<br />
<strong>und</strong> Ergebnisse für das Objekt beispielhaft<br />
in [12] beschrieben sind, wurden in vier Hohlkastenabschnitten<br />
Teilflächen zwischen 5 <strong>und</strong> 60 m 2 identifiziert,<br />
Bild 2. Schaltschema des zellenbasierten<br />
<strong>CITec</strong>-Verfahrens zum Chloridentzug<br />
Fig. 2. Schematic layout of the grid cell<br />
based ECE system by <strong>CITec</strong>