Schlüsselwörter
(Deutsch)
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Korrosion, nichtrostender Bewehrungsstahl, Stahlbeton, Dauerhaftigkeit, Korrosionsverhalten, Prüfung
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Schlüsselwörter
(Englisch)
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corrosion, reinforced concrete, stainless steel reinforcement, durability, corrosion behaviour, test
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Forschungsprogramme
(Deutsch)
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Das Projekt ist in die Phasen Voranalyse, Laborversuche und Berichterstattung gegliedert. Voranalyse: Januar bis Dezember 2007
Laborversuche inkl. Auswertung: März 2007 bis Juni 2008
Feldversuche: Januar 2007 bis Oktober 2008
Fertigstellung Bericht und Projektabschluss: bis Ende 2008
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Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Im Gegensatz zur Bewehrungskorrosion infolge Karbonatisierung des Betons herrscht bei der chloridinduzierten Korrosion bis heute kein Konsens über die langfristig wirtschaftlichsten Massnahmen (Neubau oder Instandsetzung). Der Einsatz von nichtrostenden Bewehrungsstählen ist eine Möglichkeit die Dauerhaftigkeit von Stahlbetonbauteilen zu erhöhen. Allerdings sind die Einsatzgrenzen solcher Stähle z.T. aber noch nicht mit ausreichender Sicherheit geklärt und es braucht standardisierte Testverfahren, mit denen das Korrosionsverhalten unterschiedlicher Stahlqualitäten in chloridhaltigem Beton rasch, kostengünstig und zuverlässig bestimmt bzw. verglichen werden kann. Die Norm SIA 262/1 „Betonbau – Ergänzende Festlegungen“ enthält keine Angaben bzw. Anforderungen zum Korrosionswiderstand von Bewehrungsstahl. Diese Lücke soll mit einem SIA Merkblatt zum Einsatz nichtrostender Stähle im Betonbau gefüllt werden. Das Merkblatt soll nicht nur korrosionstechnische Hinweise für die Verwendung von nichtrostenden Stählen geben, sondern auch allfällige Besonderheiten hinsichtlich Bemessung und konstruktiver Durchbildung darstellen. Zusätzlich soll das Merkblatt auch eine validierte, korrosionstechnische Prüfung mit bestimmten Anforderungen enthalten, nach der Hersteller ihre Produkte auf ihre Kosten einer Zulassung zu unterziehen haben. Ein solches Testverfahren existiert bis heute nicht und muss deshalb mittels Laborversuchen entwickelt werden.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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In contrast to reinforcement corrosion due to carbonation of the concrete no consensus about the long-term and most economical measures for chloride-induced corrosion is available (new building or repair). The application of stainless steel reinforcement is one possibility to improve the durability of reinforced concrete structures. However, in many cases the limitations of use of such steels are not clarified yet and standardised test procedures are needed to determine and compare the corrosion behaviour of different steel qualities in chloride contaminated concrete rapidly, economically and reliably. The standard SIA 262/1 "Betonbau – Ergänzende Festlegungen" contains no requirements to the corrosion resistance of reinforcing steel. This gap is to be filled with a SIA guideline for the application of stainless steels in concrete structures. The guideline shall not only contain corrosion-technical notes for the use of stainless steel, but also illustrate possible characteristics regarding design and design-engineering. Additionally the guideline shall contain also a validated corrosion test procedure including requirements to test the manufacturer products at their own expense. Such a test procedure does not exist until today and therefore has to be developed by laboratory investigations.
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Projektbeschreibung
(Deutsch)
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Das Projekt gliedert sich in eine Voranalyse, einen experimentellen Teil (Laborversuche) und den Berichtsteil. Das Ziel der Voranalyse ist es, den VSS Bericht Nr. 543 (Mai 2000) „Einsatz von nichtrostenden Stählen im Betonbau“ [1] bezüglich von mit nichtrostenden Bewehrungsstählen in der CH ausgeführten Objekten oder Bauteilen zu ergänzen und Erfahrungen mit nichtrostenden Bewehrungsstählen zusammenzustellen und zu bewerten. Zusätzlich sollen EU-Richtlinien (z.B. Guidelines Nordländer) und ausländische Normen (z.B. British Standard [3], ASTM [4]) beurteilt sowie eine generelle Literaturrecherche durchgeführt werden. Bei den Laborversuchen werden zuerst Versuche in Lösungen durchgeführt (Lochfrasspotenzial als Funktion des Chloridgehalts, pH-Wert, ausgewählte Stahlqualitäten, Oberflächenqualität). Anschliessend wird mit Versuchen an ungerissenen und gerissenen Betonkörpern (Initiierung mittels Aufsaugversuchen) der kritische Chloridgehalt bestimmt und die Ausbildung der Makroelementkorrosion untersucht. Durch Korrelation der Resultate der Lösungsversuche mit den Ergebnissen der Experimente an Betonkörpern ergeben sich für gewisse Anforderungen unter Umständen vereinfachte Testverfahren, die aus Sicht der Praxis, eine Zeitersparnis bringen und demzufolge den Untersuchungsaufwand reduzieren würden (validierte Verfahren).
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Methoden
(Deutsch)
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Für das Forschungsprojekt steht das Betonlabor der HSR Hochschule für Technik Rapperswil unter der Leitung von Prof. A. Kenel zur Verfügung. Die korrosionstechnischen Untersuchungen werden von der SGK in Zusammenarbeit mit der TFB (Experte F. Hunkeler) konzeptioniert und in den Laborräumen der SGK durchgeführt. Das Labor verfügt über eine moderne Ausrüstung für elektrochemische und korrosionstechnische Untersuchungen. Die TFB besitzt ein akkreditiertes Labor für diverse Untersuchungen an Beton, das z.B. für die Herstellung von Prüfkörpern genutzt werden kann
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Spezielle Geräte und Installationen
(Deutsch)
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Die Korrosionsversuche werden im Labor der SGK durchgeführt. Da die SGK für Mörtelsysteme von Verbunddübeln bereits ein ähnliches Testverfahren entwickelt hat (EOTA document "Technical Report N 023 to ETAG N 001, Part 5, Final draft, doc. 518.10 WG Anchors" [2]), verfügt sie über die notwendigen Einrichtungen und Messtechnik. Für Versuche mit gerissenen Betonbauteilen wird an der HSR Hochschule für Technik Rapperswil wird ein Versuchsstand aufgebaut, mit dem eine kontrollierte Rissbildung (w = 0.20 / 0.50 mm) erzeugt werden kann. Mit diesen gerissenen Proben werden anschliessend im Labor korrosionstechnische Versuche durchgeführt.
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Allgemeiner Stand der Forschung
(Deutsch)
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Es gibt zahlreiche Untersuchungen (Labor- und Feldversuche) über das Korrosionsverhalten von nichtrostenden Bewehrungsstählen, z.B. [5]. Dabei hat sich gezeigt, dass je nach Stahlqualität und Verarbeitung sehr grosse Unterschiede bezüglich Dauerhaftigkeit zu erwarten sind. Auch der pH-Wert im Beton hat einen massgebenden Einfluss auf die Beständigkeit. Neuste Entwicklungen bei den Herstellern gehen in Richtung der niedrig legierten Stähle (z.B. Chromstähle mit 11 % Cr), um die Materialkosten zu reduzieren. Solche Stähle weisen aber einen markant tieferen Korrosionswiderstand auf als höher legierte Stähle und sind nicht für alle Expositionsklassen geeignet [7]. Auch die Reinheit der Stähle ist ein wichtiger Kostenfaktor. Verunreinigungen und Einschlüsse sind aber bevorzugte Angriffsstellen für Chloride, was Lochfrass zur Folge haben kann. Aufgrund des mittlerweile beträchtlichen Angebots an nichtrostenden Bewehrungsstählen sind die Einsatzgrenzen der einzelnen Stahlsorten in vielen Fällen nicht mit Sicherheit geklärt. Insbesondere fehlen standardisierte korrosionstechnische Prüfverfahren, mit denen eine Klassierung der Beständigkeit im Beton vorgenommen werden kann. Über das Korrosionsverhalten von nichtrostenden Bewehrungsstählen in gerissenem Beton sind generell nur wenige Untersuchungen publiziert. Die Korrosion in Rissen hängt von verschiedenartigen Faktoren ab (Rissbreite, Überdeckung der Bewehrung, Art der Beanspruchung, Schadstoffeintrag) und kann deshalb sehr unterschiedlich ausfallen [6].
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Projektziele
(Deutsch)
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Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines standardisierten, korrosionstechnischen Prüfverfahrens, mit dem unterschiedliche Qualitäten von nichtrostenden Bewehrungsstählen bzw. Produkte hinsichtlich bestimmter Anforderungen auf Kosten des Herstellers geprüft und dadurch deren Einsatzgrenzen festgelegt werden können. Diese Prüfung soll anschliessend in das neue (noch zu erarbeitende) Merkblatt SIA 2029 „Ergänzende Festlegungen zu nichtrostenden Bewehrungsstählen“ einfliessen. Ein weiteres Ziel des Projektes ist die Abklärung grundsätzlicher Anforderungen von nichtrostenden Bewehrungsstählen wie z.B. mechanisches Verhalten (Festigkeit, Duktilität, Ermüdung, Brandverhalten), Schweissbarkeit, Anwendung in Mischkonstruktionen, Verarbeitung / Handhabung auf der Baustelle, Frage der Zulassung (Register) etc..
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Projektziele
(Englisch)
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Goal of the project is the development of a standardised corrosion test procedure to investigate the different stainless reinforcing steel qualities regarding certain requirements and specify the limitations of use at expense of the manufacturer. This test procedure shall be part of the new guideline SIA 2029 "supplementary specifications for stainless reinforcing steels". A further goal of the project is the clarification of fundamental requirements of stainless steel reinforcement e.g. mechanical characteristics (strength, ductility, fatigue, behaviour in case of fire), weldability, application in mixed reinforcements, processing/handling on site, registration etc..
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Umsetzung und Anwendungen
(Deutsch)
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Die wichtigsten Ergebnisse bzw. Erkenntnisse des Forschungsprojekts und das entwickelte Zulassungsverfahren sollen im neuen Merkblatt SIA 2029 „Ergänzende Festlegungen zu nichtrostenden Bewehrungsstählen“ berücksichtigt werden. Dadurch stehen dem Ingenieur in Zukunft fundierte und wissenschaftlich abgestützte Grundlagen für die Anwendung von nichtrostenden Bewehrungsstählen in der Praxis zur Verfügung
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Berichtsnummer
(Deutsch)
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650
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Literatur
(Deutsch)
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1] F. Hunkeler, Einsatz von nichtrostenden Bewehrungsstählen im Betonbau, VSS Bericht Nr. 543, 2000.
[2] EOTA document "Technical Report N 023 to ETAG N 001, Part 5, Final draft, doc. 518.10 WG Anchors".
[3] Stainless steel bars for the reinforcement of an use in concrete – requirements and test methods, BS 6744:2001
[4] A 955/A 955M-04a, Standard Specification for deformed and plain stainless steel bars for concrete reinforcement, ASTM
[5] U. Nürnberger, Stainless steel in concrete structures, Corrosion in reinforced concrete structures, ed. H. Böhni, Woodhead Publishing Ltd, 2005
[6] M. Raupach, Corrosion of steel in the area of cracks in concrete - Laboratory tests and calculations using a transimion-line-model, Corrosion of reinforcement in concrete construction, Eds.: C.L. Page, P.B. Bamforth and J.W. Figg, The Royal Society of Chemistry, Cambridge (1996), pp. 13-23. [7] Schiegg, Y., Voute, C.-H., Peter, H., Hasler, S., Urlau, U., „Initiation and Corrosion Propagation of Stainless Steel Reinforcements in Concrete Structures“, Proc. Eurocorr’04, Nice, France, 2004
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