Baustoffkunde

- Konsistenz

- Wassergehalt

- Ausschalzeitpunkt

- Belastungsbeginn

- Umgebungsbedingungen (Temperatur, Feuchtigkeit)

- Größe der Belastung Konsistenz: Hat Einfluss, da Schwinden durch Verdunsten von Wasser entsteht. Je mehr Wasser enthalten ist, desto mehr kann auch verdunsten.

Zementart: Hat Einfluss - je schneller der Beton hydratasiert, desto weniger Wasser kann verdunsten.

Ausschalzeitpunkt: Hat Einfluss, da der Beton nach dem Ausschalen Temperatur und Belastungen ausgesetzt wird.

Belastungsbeginn: Hat keinen Einfluss, da Schwinden belastungsunabhängig ist.

Umgebungsbedingungen: Haben Einfluss - je höher die Temperatur, desto höher die Gefahr der Verdunstung.

Größe der Belastung: Hat keinen Einfluss, da Schwinden belastungsunabhängig ist. 

Neben der statisch erforderlichen Festigkeit werden die Anforderungen an das Bauwerk/Bauteil maßgeblich von den direkt an der speziellen Betonoberfläche herrschenden Umweltbedingungen bestimmt. Daher ist jedes Bauteil in Abhängigkeit von diesen Bedingungen nach Expositionsklassen zu klassifizieren. Sie müssen bei der Bemessung und Konstruktion berücksichtigt werden. Die Grenzwerte für die Betonzusammensetzung der zugehörigen Expositionsklasse sind einzuhalten. Grundsätzlich wird differenziert, ob die Umgebungsbedingungen maßgeblich für den Korrosionsschutz oder für die Dauerhaftigkeit des Betons sind. Jeder Expositionsklasse wird eine dreistellige Abkürzung zugeordnet. Die Abkürzungen beinhalten folgende Angaben:

• X für Expositionsklasse
• Art des Angriffs
• Abstufung nach Intensität des Angriffs Folgende Expositionsklassen werden unterschieden:
• X0 - kein Angriffsrisiko

Bewehrungskorrosion:

• XC - Bewehrungskorrosion verursacht durch Carbonatisierung
• XD - Bewehrungskorrosion verursacht durch Chloride ohne Meerwasser
• XS - Bewehrungskorrosion verursacht durch Meerwasser

Betonangriff:

• XF - Betonangriff verursacht durch Frost- und Frost-Taumittel
• XA - Betonangriff verursacht durch chemischen Angriff
• XM - Betonangriff verursacht durch Verschleiß

Um Stahlkorrosion zu vermeiden sind folgende Gesichtspunkte zu beachten:

• Keine Chloride (Wasser, Gesteinskörnung)
• Ausreichende Betondeckung (vollständige Verdichtung)
• Dichtes Porengefüge, z. B. durch:
• Hüttensandreiche Hochofenzemente 
• Ausreichende Nachbehandlung
• Kleiner w/z-Wert

Insgesamt ist der Stahl im Stahlbeton durch die Alkalität des Porenwassers (pH=12,5-13,5) geschützt. Es bildet sich eine mikroskopisch-dünne Oxidschicht aus, die in diesem Zusammenhang den Stahl so zu schützen vermag, wie Edelstahl an normaler Luft geschützt ist. Die schützende Wirkung des Betons für den Bewehrungsstahl kann durch nachfolgende Angriffe auf den Beton z.T. aufgehoben werden:

Frost- und Frost-Tausalz-Angriff auf Beton

In erster Linie beruht die Frostschädigung auf der 9 % Volumenzunahme, die eintritt, wenn Wasser zu Eis gefriert. Durch die Behinderung der Expansion bauen sich in einem porösen Gefüge Spannungen auf, die die Festigkeit des Zementsteins überschreiten, so dass sich ein Mikroeissystem ausbildet. Durch einen Frostangriff können am durchfeuchteten Beton sowohl äußere wie innere Schädigungen auftreten. Die äußeren Schädigungen zeigen sich in Form von Abwitterungen und Absplitterungen. Diese Oberflächenschädigung verstärkt sich bei gleichzeitigem Einwirken von Taumitteln. Durch Einbringen von künstlichen Luftporen wird Expansionsraum für das Eis geschaffen und somit der Frost-Tausalz-Widerstand erhöht - durch einen niedrigen w/z-Wert wird das kapillare Saugen unterbunden.

• Treibende Angriffe Böden, Grundwasser und Abgase können Sulfate enthalten; wenn Sulfate in gelöster Form in den Beton eindringen, können sie mit noch nicht hydratisiertem C3A reagieren oder Bestandteile des Zementsteines zu Gips oder Ettringit umsetzen. Diese Reaktion ist mit einer Volumenvergrößerung verbunden und führt bei ausreichendem Vorhandensein von Wasser zu einer Schädigung oder Zerstörung des Betons. Es ist zu beachten, dass bei zunehmender Konzentration der Sulfatlösung das Angriffspotential steigt. Außerdem ist Beton in fließenden Gewässern stärker bedroht als in stehenden Gewässern, da durch den Wassertransport immer neue Sulfationen für die chemische Reaktion zur Verfügung stehen. Um einen hohen Sulfatwiderstand des Betons zu erzielen, müssen grundsätzlich zwei Maßnahmen ergriffen werden. Durch herabsetzen des w/z-Wertes wird der Beton dichter für eindiffundierende Sulfate. Außerdem muss die Menge der reaktionsfähigen Bestandteile im Zement durch Verwendung von HSZementanteilen begrenzt werden.
  • Alkali-Kieselsäure-Reaktion Der Mechanismus der Alkali-Kieselsäure-Reaktion beruht auf einer chemischen Reaktion zwischen unterschiedlichen Formen der Kieselsäure aus den Betonzuschlägen und den Alkalihydroxiden der Porenlösung des erhärteten Betons bzw. von außen eindringenden Alkalien. Das dabei entstehende Alkali-Kieselsäure-Gel wirkt durch Volumenvergrößerung infolge Wasseraufnahme treibend und kann zu Betonschäden führen. 
  • Verschleiß Verschleiß/Abnutzung ist der Masseverlust (Oberflächenabtrag) einer Stoffoberfläche durch: 
    • Schleifende Beanspruchung (Rutschen von Schüttgütern, Fußgänger auf Treppen) 
    • Rollende Beanspruchung Schlagende und kratzende Beanspruchung (Spikereifen, Schneeketten, Schneepflüge)

Passivierung der Stahloberfläche:

Stahl ist im Beton durch die Alkalität des Porenwassers (pH = 12,5…13,5) vor Korrosion geschützt. Im Bereich solcher pH-Werte bildet sich eine mikroskopischdünne Oxidschicht aus, welche anodische Eisenauflösung praktisch unterbindet. Somit verhält sich normaler Stahl bei pH-Werten über etwa 12 wie Edelstahl in normaler Atmosphäre.

Vorrausetzungen für Stahlkorrosion im Beton

Die Korrosion der Bewehrung tritt ein, wenn folgende Bedingungen vorliegen:

• Vorhandensein eines Elektrolyts (Wasser, feuchter Beton)
• Sauerstoff-Zufuhr an den Stahl
• Vorhandensein von Potentialunterschieden zwischen Bereichen der Metalloberfläche (immer gegeben) Aufhebung der Passivschicht der Bewehrung durch CO2 oder Chloride. 

Depassivierung der Stahloberfläche

Die Passivität der Betonoberfläche, und damit der Korrosionsschutz, kann örtlich begrenzt oder auch großflächig verloren gehen. Dafür sind die beiden folgenden Prozesse verantwortlich:

• Absinken des pH-Werts der Porenlösung durch Carbonatisierung des Betons auf Werte unter etwa 10. 
• Überschreiten eines kritischen Grenzwerts für den Chloridgehalt an der Stahloberfläche durch eindringende Chloridionen