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Korrosionsverhalten von Baumetallen bei Kontakt mit Baugipsen unter Berücksichtigung von REA-Gips
(2005) Walz, Marcus; Reinhardt, Hans-Wolf (Prof. Dr.-Ing. Prof. h.c. Dr.-Ing. E.h.)
Die für die Korrosionsuntersuchungen verwendeten Gipse (Stuckgips Naturgips, Stuckgips REA-Steinkohle sowie Stuckgips REA-Braunkohle) werden in Hinblick auf die Porenstruktur, die feuchtetechnischen Kennwerte sowie auf die korrosionsrelevanten Beimengungen unter-sucht, wobei die deutlichsten Unterschiede im Chloridgehalt zu finden sind. Die untersuchten REA-Gipse wiesen den 10-fachen Chloridgehalt als Stuckgips Naturgips auf. Die Porenstrukturen und die feuchtetechnischen Kennwerte unterscheiden sich dagegen nur geringfügig, so dass dadurch kein Einfluss auf das Korrosionsverhalten der eingebetteten Metalle und Legierungen vorhanden ist. Eine Zugabe von 1,5 M.-% Ca(OH)2 zu den Gipsen bewirkt bei nicht vollständig mit Wasser gefüllten Poren aufgrund der stark porösen Struktur der abgebundenen Gipse und der damit verbundenen raschen Carbonatisierung nur kurzzeitig einen Anstieg des pH-Wertes. Zur Beurteilung der Kinetik des Korrosionsverhaltens von heute gebräuchlichen Baumetallen in Kontakt mit modernen Gipsbaustoffen werden u.a. Auslagerungsversuche in praxisrelevanten Klimaten durchgeführt und der korrosionsbedingte Abtrag nach 3 und 24 Monaten Auslagerung gravimetrisch ermittelt. Zusätzlich erfolgt nach der Entnahme und nach der Entfernung des Gipses eine Beurteilung des optischen Erscheinungsbildes. Die Ergebnisse zeigen, dass vor allem unlegierter Stahl und sendzimirverzinkter Stahl bei relativen Luftfeuchten >= 95% stark bis sehr stark angegriffen werden. Bei den weiteren untersuchten Metall-Gips-Kombinationen sind teilweise zwar ausgeprägte Korrosionserscheinungen festzustellen, die z.T. eine erhebliche Beein-trächtigung des Erscheinungsbildes zur Folge haben, der Abtrag ist jedoch weitaus geringer als z.B. bei unlegiertem Stahl. Bei Aluminium ist ein deutlicher Einfluss der Alkalisierung der Gipse auf das Korrosionsverhalten vorhanden und nur in alkalisiertem Gips konnte ein Korrosions-angriff festgestellt werden, der bei ständiger Wassersättigung aufgrund der gehemmten Carbonatisierung und der damit über einen längeren Zeitraum hohen pH-Werte mäßig stark ausgeprägt ist. Bei Kupfer ist insgesamt nur ein sehr geringer Abtrag mit teilweise starken Beeinträchtigungen des optischen Erscheinungsbildes festzustellen. Zinkreiches Messing zeigt in nassem oder feuchtem Gips teilweise erhebliche Beeinträchtigungen des optischen Erscheinungsbildes durch Entzinkung, die in REA-Gipsen stärker ausgeprägt ist als in Stuckgips Naturgips. Lediglich nichtrostender Stahl 1.4301 verhält sich bei sämtlichen durchgeführten Untersuchungen passiv und ist nach Versuchsende ohne Ausnahme unverändert. In Klimaten, in denen Gipsprodukte vor allem Anwendung finden (relative Luftfeuchten < 80%) war bei allen untersuchten Metallen bis auf unlegierten Stahl ein sehr geringer bis geringer Abtrag vorhanden. Bei unlegiertem Stahl ist bei diesen Bedingungen z.T. mit einem mäßig starkem Abtrag zu rechnen. Insgesamt konnte festgestellt werden, dass der hohe Gehalt an Chlorid in REA-Gipsen in Kombination mit dem hohen Sulfatgehalt bei allen Metallen im Vergleich zu Naturgips nach 24-monatiger Auslagerung höhere Abtragsraten bzw. ausgeprägte Veränderungen des optischen Erscheinungsbildes zur Folge hat. Ergänzend zu den Auslagerungsversuchen werden elektrochemische Untersuchungen durch-geführt. Elektrochemische Untersuchungen zum Einfluss des Sulfats auf das Korrosionsverhalten von unlegiertem Stahl in Abhängigkeit vom pH-Wert zeigen, dass eine Passivierung von Stahl in Gips trotz hoher pH-Werte dauerhaft nicht möglich ist. Die Passivschicht wird dabei durch Sulfationen bis zu pH-Werten von 11,5 lokal durch Lochfraß zerstört, wenn entsprechende Potentiale (>= -0,1 Volt) vorhanden sind. Bei verzinktem Stahl konnte anhand der elekt-rochemischen Untersuchungen gezeigt werden, dass bei hohen pH-Werten (pH > 12,2) in Gips ein ähnliches Korrosionsverhalten wie in Beton vorhanden ist. Dabei bildet sich Zinkoxid und Calciumhydroxozinkat, das die weitere Zinkauflösung hemmt, wogegen bei niedrigeren pH-Werten Zink in sulafthaltigen Lösungen stark angegriffen wird. Bei Aluminium AlMgSi0,5 konnte bei hohen pH-Werten die Bildung von Ettringit festgestellt werden. Durch eine entsprechende Auswahl von Gips-Metall-Kombinationen und eine sachgerechte Anwendung können anhand der gewonnenen Erkenntnisse in Zukunft das Auftreten von Korrosionsschäden und damit anfallende Sanierungskosten vermieden werden. Des Weiteren ist es anhand der umfangreichen Versuchsergebnisse möglich, die Zusammensetzung der Gipse in Hinblick auf das Korrosionsverhalten der Baumetalle zu modifizieren.