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Rost im Stahlbeton
AFB I–IIIm frischen Beton ist das Porenwasser durch Calciumhydroxid stark basisch (pH ≈ 12,5). Der Bewehrungsstahl bildet dort eine dünne, dichte Oxidschicht und ist „passiviert“. Kohlenstoffdioxid aus der Luft dringt jedoch langsam ein und „carbonatisiert“ den Beton, wobei der pH-Wert auf etwa 9 sinkt. Erreicht die Carbonatisierungsfront den Stahl, beginnt er zu rosten. Gemessen wurde die Carbonatisierungstiefe \(x\) an Bohrkernen einer Brücke:
| Alter in Jahren | 1 | 4 | 9 | 16 | 25 |
|---|---|---|---|---|---|
| x in mm | 3 | 6 | 9 | 12 | 15 |
Die Betondeckung über dem Stahl beträgt 30 mm. Rost nimmt etwa das 2- bis 3-fache Volumen des Eisens ein.
- Nennen Sie die Korrosionsart, die am Bewehrungsstahl nach der Carbonatisierung abläuft, und formulieren Sie die Teilgleichungen an Anoden- und Kathodenstelle.
- Formulieren Sie die Reaktionsgleichung der Carbonatisierung und erklären Sie damit den Abfall des pH-Werts.
- Werten Sie die Messwerte aus und berechnen Sie, nach wie vielen Jahren die Carbonatisierung den Stahl erreicht.
- Beurteilen Sie, warum Brücken mit Streusalzbelastung oft schon nach 20–30 Jahren Betonabplatzungen zeigen.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
pH ≈ 9, Luft in den Poren.
Hinweis zu Aufgabe b)
Calciumhydroxid reagiert mit CO₂.
Hinweis zu Aufgabe c)
x gegen √t betrachten.
Hinweis zu Aufgabe d)
Chlorid und Rostvolumen.