Betonkorrosion in der Abwassertechnik - Eine "tickende Zeitbombe" Dipl.-Ing. Heiko Bohnhorst, Geschäftsführer p2m berlin GmbH
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Betonkorrosion in der
Abwassertechnik
Eine „tickende Zeitbombe“
Dipl.-Ing. Heiko Bohnhorst, Geschäftsführer p2m berlin GmbH
Warum „tickende Zeitbombe“
Unterirdisches Anlagevermögen (Schätzungen)
Wiederbeschaffungswert > 400 Mrd. Euro
Renovationskosten ca. 54 Mrd. Euro, steigende Tendenz
Nutzungsdauer (LAWA) von 50 bis 100 Jahren
Heute erreichen viele Bauwerke nicht die kalkulatorische
Nutzungsdauer
Höhere Abschreibung Auswirkungen auf Gebühren
18. Abwasserbilanz Brandenburg 2
Was hat sich verändert?
Rückläufiger Wasserverbrauch
Zentralisierung der Abwasserentsorgung
lange Freispiegel- und Druckrohrleitungen
lange Aufenthaltszeiten
Überdimensionierung von Abwasserleitungen
Demographischer Wandel
Zunehmende Korrosionsprobleme
18. Abwasserbilanz Brandenburg 3
Ursache des Problems
Unvollständiger Abbau von organischen Nährstoffen durch
Abwasserbakterien unter anaeroben Bedingungen
Bildung von Schwefelwasserstoff (H2S)
Arbeitsschutz Korrosion
giftig Schwefelsäure
18. Abwasserbilanz Brandenburg 4
Symptome der Einwirkung von Schwefelstoff auf Menschen
Konzentration Symptom
(ml/m³ bzw. ppm)
0,002 – 0,15 Geruchliche Wahrnehmbarkeit
3 – 10 Deutlich unangenehmer Geruch
20 – 30 Starker Geruch nach faulen Eiern
30 Widerlich süßer Gestank
50 Augenbrennen und Konjunktivitis (Bindehautentzündung)
50 – 100 Reizungen des Atemtraktes
100 – 200 Verlust des Geruchssinns
250 – 500 Toxisches Lungenödem (Eintritt von Kapillarflüssigkeit in die Lunge),
Zyanose (bläuliche Verfärbung der Haut, Schleimhäute, Lippen
Fingernägel), Bluthusten, Lungenentzündung
500 Kopfschmerzen, unkoordinierte Bewegungen, Schwindelgefühl,
Stimulation der Atmung, Gedächtnisschwäche, Bewusstlosigkeit
500 – 1000 Atemstillstand, sofortiger Kollaps, schwerste Nervenschädigungen,
arrhythmische Herztätigkeit, Tod
18. Abwasserbilanz Brandenburg 5
Toxische Wirkung von Schwefelwasserstoff
Vorgang Folgen und Zusammenhänge
Zerstörung des Hämoglobin (der rote Lähmung der intrazellulären Atmung, wahrscheinlich werden
Blutfarbstoff) schwermetallhaltige, Sauerstoff übertragende Enzyme inaktiviert
Schädigung eines Teiles des zentralen Schäden: Eintritt durch einen geringeren Anteil des
und peripheren Nervensystems Schwefelwasserstoffs, der beim Einatmen nicht oxidiert wurde
18. Abwasserbilanz Brandenburg 6
Stoffumsatz in Abwasserkanälen bei biogener
Schwefelsäurekorrosion
H2S in Gasphase bei anaeroben
Bedingungen
Bildung von H2SO4 = Schwefelsäure
DWA-M 168
18. Abwasserbilanz Brandenburg 7
H2S in der Gasphase
100
bei 20°C
90
80
− ph < 6: kompletter
Übergang
Anteil in der Gasphase am Gesamtgehalt (%)
70
60
− ph > 9: Verbleib im
Wasser
50
40
30
Schwefelwasserstoff
20
10
0
5 6 7 8 5 10 11 12
ph-Wert
ph-Wert 6,5 – 10
(Abwassersatzungen)
18. Abwasserbilanz Brandenburg 8
Korrosionsvorgang – biogene Schwefelsäurebildung
Thiobazillen
Voraussetzungen:
− Schwefelsubstrat
− Sauerstoff
− Feuchtigkeit
− Schutzmaßnahmen
Spurenstoffe
− Betonrezeptur,
Energiegewinnung Wasserzementwert,
durch Oxidation von
Zementauswahl
anorganischen Schwefelverbindungen
− Betondeckung
zum Sulfat (Sulffarizierer)
− Hochleistungsbeton
− Polymerbeton
− Konstruktive Maßnahmen
− Beschichtungen
Schwefelsäure
18. Abwasserbilanz Brandenburg 9
Korrosionsvorgang - Schwefelsäure
Betondeckung
Alkalität istu.a.
Alkalität ist u.a.Korrosionsschutz
Korrosionsschutzderder
Bewehrung
Bewehrung
Schwefelsäure greift Beton an
Bewehrung
Schutzmaßnahmen
Schutzmaßnahmen
− Betonrezeptur, Wasserzementwert,
− Betonrezeptur, Wasserzementwert,
Zementauswahl
Ingenieurbauwerk Zementauswahl
− Betondeckung
− Betondeckung
− Hochleistungsbeton
− Hochleistungsbeton
− Polymerbeton
− Polymerbeton
− Konstruktive Maßnahmen
− Konstruktive Maßnahmen
− Beschichtungen
− Beschichtungen
ph 11 - 13 ph ∼ 1
18. Abwasserbilanz Brandenburg 10Schadensverlauf 18. Abwasserbilanz Brandenburg 11
Schadensbeispiele
Klärwerk, Schachtbauwerk
18. Abwasserbilanz Brandenburg 12Schadensbeispiele
Klärwerk, Einlaufanlage
18. Abwasserbilanz Brandenburg 13Schadensbeispiele
Kanalisation, Schächte
18. Abwasserbilanz Brandenburg 14Schadensbeispiele
OWA Tegel, Polymersilikat
18. Abwasserbilanz Brandenburg 15Gefährdete Bereiche
Abgedeckte Becken, Behälter, Schächte
Turbolenzen
Überfälle
Ende von Druckleitungen (Übergabeschächte)
Geringe Teilfüllung ( Demografischer Wandel)
Wasserwechselzonen
Durch konstruktive Maßnahmen vermeiden
18. Abwasserbilanz Brandenburg 16Vermeidung von Korrosion
Grundsätze:
je trockener, umso weniger Korrosion
(Kapselung von Anlagenteilen, Beispiel Siebrechen)
Ausreichende Be- und Entlüftung
18. Abwasserbilanz Brandenburg 17Betonqualität
Klassen- Beschreibung der Umgebung Beispiele für die Zuordnung von
bezeichnung Expositionsklassen
XA1 Chemisch schwach angreifende Umgebung Behälter von Kläranlagen
nach der folgenden Tabelle Güllebehälter
XA 2 Chemisch mäßig angreifende Umgebung nach Betonbauteile, die mit
der folgenden Tabelle und Meeresbauwerken Meerwasser in Berührung
kommen
Bauteile in betonangreifende
Böden
XA 3 Industriewasseranlagen mit
chemisch stark angreifende Umgebung nach chemisch angreifenden
der folgenden Tabelle Abwässern
Futtertische der Land-
wirtschaft
Kühltürme mit Rauchgas-
ableitung
18. Abwasserbilanz Brandenburg 18Empfehlungen für Betonanforderungen
Expositionsklasse XA 3 (chemisch stark angreifend)
Verwendung von HS-Zementen (hoch sulfatbeständig)
Mindestdruckfestigkeit C 35/45
Wasserzementwert
W/Z-Wert < 0,45
Mindestzementgehalt 320 kg/m³
Sorgfältige Nachbehandlung
18. Abwasserbilanz Brandenburg 19Wasserzement
Durch Rüttler erhöht sich der W/Z-Wert im
Bereich der Betondeckung/-oberfläche
Vermehrter Einsatz von selbstverdichtenden Beton
18. Abwasserbilanz Brandenburg 20Wasserzementwert / Porenfreie Oberfläche
Saugende Schalung
Verwendung von wasserabführenden Schalungsbahnen
Zemdrain, Fa. Frank
18. Abwasserbilanz Brandenburg 21Nachbehandlung
Schutzmaßnahmen gegen vorzeitiges
Austrocknen
Belassen in der Schalung
Abdecken mit Folien
Auflegen wasserspeichernder Abdeckungen
(Jute)
Aufbringen flüssiger Nachbehandlungsmittel
(Wachs)
Kontinuierliches Besprühen mit Wasser
Abdecken mit Folie
Unterwasserlagerung (Fluten)
Kombination der o.g. Verfahren
18. Abwasserbilanz Brandenburg 22Hochleistungsbeton
Tendenz: Beton mit höherer Druckfestigkeit
dichtes und festes Gefüge
Erhöhung des Widerstandes gegen chemischen Angriff
Beispiel: Mischwasserkanal Alexanderstraße
18. Abwasserbilanz Brandenburg 23Polymerbeton (Mineralguss)
Ersatz des Zements (Beton) durch Polymer
Polymer: Gemisch aus Reaktionsharzen
− Polyester
− Expoxid
− Phenol
− Härte
− Beschleunigungsstoffe
18. Abwasserbilanz Brandenburg 24Beschichtungen
Eigenschaften: - chemisch resistent
- dauerhafte Wasserbeständigkeit
- Risse überbrückend
Laminierte Epoxidharzbeschichtungen
Epoxidharzbeschichtung diffusionsdicht
Polyurethanharzbeschichtungen osmotische Blasenbildung
Auskleidungen PE/PVC/Edelstahl
Polyharnstoff
Mineralische Auskleidungen (Trink-
wasser)
Polymersilikate (Wasserglas) diffusionsoffen
18. Abwasserbilanz Brandenburg 25Ausführungsbedingungen
EP/PU: Bauwerksrestfeuchte < 15 %
(Beschichtung) rel. Luftfeuchtigkeit < 80 %
Temperatur > 10°C
Haftzugspannung > 1,5 N/mm²
PE/PVC: in Schalung eingelegt
(Auskleidung)
Polymersilikat: wie Mörtel
Haftzugspannung > 1,5 N/mm²
18. Abwasserbilanz Brandenburg 26Details
Ausbildung von Dehnungsfugen
− dauerelastisch
− Kompressionsprofile
− Aufgeklebte Bänder (Polysulfit)
Mauerflanschenrohre
Geländer
Maschinentechnik
Dübelauswahl
18. Abwasserbilanz Brandenburg 27Anwendungsbeispiele
Laminierte Epoxidharzbeschichtung
18. Abwasserbilanz Brandenburg 28Anwendungsbeispiele
OWA Tegel, Epoxidharzbeschichtung
18. Abwasserbilanz Brandenburg 29Anwendungsbeispiele
KW Seehausen, Bremen, Polyurethanharzbeschichtung
18. Abwasserbilanz Brandenburg 30Anwendungsbeispiele
Reinwasserbehälter Schönefeld, bewehrte mineralische
Innenauskleidung
18. Abwasserbilanz Brandenburg 31Anwendungsbeispiele WW Wuhlheide, Reinwasserbehälter, PE-Auskleidung 18. Abwasserbilanz Brandenburg 32
Anwendungsbeispiele
Polyharnstoff
18. Abwasserbilanz Brandenburg 33Anwendungsbeispiele
Schacht in Schachtsanierung
18. Abwasserbilanz Brandenburg 34Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 18. Abwasserbilanz Brandenburg 35
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