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| Ursachen |  |
Kohlensäure-Problematik
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(Im Folgenden werden die Formeln immer mit Kohlendioxid [CO2 ] und Wasser [H2O] dargestellt. Kohlensäure [H2CO3] bildet sich abhängig vom pH-Wert aus diesen beiden Molekülen. Im Wasser sind immer unter den gegebenen Bedingungen Kohlendioxid und Kohlensäure vorhanden.)
Zementstein bindet nicht vollständig ab. Es bleibt nach dem Abbinden ein Teil an Calciumhydroxid [Ca(OH)2] übrig. Dieser Anteil bewirkt Zweierlei: Erstens verschiebt er den pH-Wert auf 12-14 und verhindert somit die Korrosion der Stahlbewehrung, zweitens dichtet er den Zementstein gegen Korrosionsangriffe ab. Dies ist auch der Grund dafür, dass in den ersten 2-3 Jahren nach Fertigstellung die Auswirkungen der biogenen Kohlensäure noch nicht offensichtlich werden. Dieser "Puffer" verbraucht sich zunächst an der Oberfläche und in den Poren. Gebildetes Calciumcarbonat [CaCO3] führt zu höherer Festigkeit des Betons und einer Verschiebung des pH-Wertes von 13 auf 9:
Der Beton carbonatisiert.
pH 13 pH 9
► In Folge der Eindringtiefen bis zur Bewehrung : Stahlbewehrung wird durch sinkenden pH nicht mehr vor Korrosion geschützt
Dieses passiert aber erst wenn die Verfestigung die Bewehrung erreicht hat. Vorher beginnt eine andere Korrosion:
In Wasser schwerlösliches Calciumcarbonat [CaCO3] wird durch Umwandlung mit Kohlensäure zu löslichem Calciumhydrogencarbonat [Ca(HCO3)2]:
Dieser Vorgang arbeitet sich von außen nach innen durch den Beton und wäscht nach und nach den Kalk heraus, wodurch es zu einer Gefügelockerung kommt. Da es sich um ein chemisches Gleichgewicht handelt verstärkt sich der Vorgang bei ausreichendem CO2-Gehalt, je mehr Calciumhydrogencarbonat gebildet wird.
► Verminderung der Tragfähigkeit
Expositionsklassen
Mögliche Einwirkungen auf den Baustoff Beton werden berücksichtigt durch die Expositionsklassen:►Expositionsklasse XF (Freezing) durch Frost mit/ohne Taumitteleinwirkung
►Expositionsklasse XA (Chemical Attack) durch chemischen Angriff
►Expositionsklasse XM (Mechanical Abreasion) durch Verschleiß
| Klassen- bezeichnung | Beschreibung der Umgebung |
Beispiele für die Zuordnung von Expositionsklassen (informativ) | Mindestdruckfestigkeitsklasse min f ck |
| XA1 | chemisch schwach angreifende Umgebung | Behälter von Kläranlagen Güllebehälter |
C25/30 |
| XA2 | chemisch mäßig angreifende Umgebung | Betonbauteile, die mit Meerwasser in Berührung kommen Bauteile in Betonangreifenden Böden |
C35/45 C30/37 LP möglich, wenn gleichzeitig XF (Angriff durch Frost) |
| XA3 | chemisch stark angreifende Umgebung |
Industrieabwasseranlagen mit chemische angreifenden Abwässern Futtertische der Landwirtschaft Kühltürme mit Rauchgasableitung |
C35/45 C30/37 LP möglich, bei gleichzeitig XF2 oder XF3 (Angriff durch Frost) erforderlich bei XF4 |
dabei gilt als Grenzwerte für die Expositionsklassen: (hier nur pH-Wert, CO2 und SO42- aufgelistet)
| Chemisches Merkmal | XA1 (schwach angreifend) |
XA2 (mäßig angreifend) |
XA3 (stark angreifend) |
| pH-Wert | 6,5 ... 5,5 | < 5,5 ... 4,5 | < 4,5 und > 4,0 |
| kalklösende Kohlensäure (CO2) [mg/l] | 15 ... 40 | > 40 ... 100 | > 100 bis zur Sättigung |
| Sulfat (SO4 2-) [mg/l] | 200 ... 600 | > 600 ... 3000 | > 3000 und < 6000 |
Vergleicht man heutige Werte auf Klärwerken so hat die Kohlensäure gegenüber dem Sulfat an Bedeutung zugenommen. Sulfat wird intensiv gemessen und bleibt in der Regel unterhalb der Grenzwerte.
Bisher war, wie in der obigen Tabelle angegeben, die Einstufung auf XA1 für Behälter von Kläranlagen ausreichend. Man ist von viel geringeren Konzentrationen kalklösender Kohlensäure ausgegangen ohne sie aber ausreichend zu kontrollieren:
- Beanspruchung bei üblichem kommunalem Abwasser: < 10 mg/l kalklösende Kohlensäure (CO2)
- ausreichender Betonwiderstand bei dauernder Beanspruchung: Richtwerte in Abwasser <= 15 mg/l kalklösende Kohlensäure (CO2)
Aktuelle Messungen machen aber eine Einstufung nach XA2 in den meisten Fällen und sogar in einzelnen Fällen nach XA3 nötig.
(gängige aktuelle CO2 -Werte: Ablauf Kläranlage: 30 - 120 mg/l; Nitrifikationsbecken: 50 - 200 mg/l).
Zu beachten ist, das die Löslichkeit von CO2 im Winter höher ist als im Sommer und daher die Messungen bei niedrigen Temperaturen erfolgen sollte.
Dieser Anwendungsbericht von stammt vom August 2000. Zu dieser Zeit war ein Dolomitreaktor noch unbekannt. Es wird daher nur eine Kalkdosierung empfohlen. Die Grundlagen und chemische Zusammenhänge haben sich in den letzten Jahren noch weiter bestätigt und sind u.a. Basis für die Entwicklung des Dolomitreaktors.
Carl Wassermann © 2010
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