Wie lange hält Beton?

Beton ist der Konstruktionsbaustoff der Gegenwart. Er ist vielseitig, bietet fast unbegrenzte Möglichkeiten der Formgebung und wird als Stahlbeton oder Spannbeton in nahezu allen Bereichen des Bauwesens verwendet. Seiner Dauerhaftigkeit wurde in der Vergangenheit jedoch zu wenig Aufmerksamkeit geschenkt, deshalb fallen heute hohe Kosten für die Instandsetzung an.

In einem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projekt wollen Korrosions-Experten aus fünf deutschen Instituten nun ein Modell entwickeln, mit dem sich der Prozess der Schädigung in Betonbauteilen zuverlässig vorhersagen lässt.

Korrosion kann mehrere Ursachen haben. Zunächst schützt das alkalische Milieu des umgebenden Betons die Bewehrung vor dem Verrosten. Doch Umwelteinflüsse können diesen Schutz aufheben. Wird der Beton durch Kohlendioxid aus der Atmosphäre carbonatisiert, sinkt der pH-Wert, und es kommt zu einer meist gleichmäßigen, flächigen Korrosion. Dringen hingegen Chloridionen von der Oberfläche des Bauteils bis zur Bewehrung vor, kann lokal begrenzte, tiefe Korrosion – der „Lochfraß“ – entstehen. Solche Chloridionen stammen meist aus Tausalzen oder Meerwasser, daher sind besonders Straßenbauwerke, Tiefgaragen oder Meerwasserbauwerke betroffen. Fortschreitende Korrosion kann den Beton abplatzen lassen und die Bewehrung dezimieren. Folge: Die Tragfähigkeit der betroffenen Bauteile wird deutlich reduziert, umfangreiche Reparaturarbeiten oder gar der Abriss werden erforderlich.

Bislang haben Wissenschaftler vor allem die grundlegenden Einflussgrößen auf die Korrosion von Stahl in Beton erfasst. So existieren Modelle, mit denen sich die Zeitspanne bis zum Einsetzen von Korrosion, die Einleitungsphase, berechnen lässt. Was noch fehlt, ist die Entwicklung eines Modells, mit dem man auch den Korrosionsfortschritt, die Schädigungsphase, zuverlässig beschreiben kann. Dies ist unerlässlich, um den zu erwartenden Schädigungsgrad bei bereits bestehenden Bauwerken beurteilen zu können und zudem für zukünftige Bauvorhaben eine wirtschaftliche und zuverlässige Bemessung auf Dauerhaftigkeit zu ermöglichen.

Ziel des jetzt beginnenden Projekts ist es, durch Auswertung bereits vorhandener Versuchsdaten und umfangreiche neue Versuche ein Bemessungsmodell zu entwickeln, das zuverlässige Vorhersagen des zu erwartenden Schadensfortschritts erlaubt. Gemeinsam mit den bereits existierenden Modellen für die Einleitungsphase soll es damit möglich sein, die Dauerhaftigkeit eines Bauwerks von seiner Herstellung über die gesamte Nutzung bis zum Ende seiner Lebensdauer zu beurteilen. Hierbei handelt es sich um so genannte wahrscheinlichkeitsorientierte Modelle. Die maßgeblichen Einflussparameter der Umwelteinwirkungen und des Materialwiderstands gehen dabei nicht nur als Mittelwerte, sondern als statistische Größen mit zugehörigen Streuungen in die Berechnungen ein.

Während einer ersten dreijährigen Förderperiode werden zunächst die elektrochemischen Systemkomponenten der Bewehrungskorrosion ermittelt. Die Forscher bestimmen hierbei den für die Korrosionsgeschwindigkeit maßgebenden Elektrolytwiderstand von Beton. In einer zweiten Förderperiode sollen die gewonnenen Erkenntnisse aller Teilprojekte zu einem geschlossenen Berechnungsmodell vereinigt werden.

(Technische Universität München, 10.09.2004 – NPO)