Forschung: Lebensdauer von Stahlbeton-Bauwerken lässt sich vorhersagen

(10.9.2004) Bewehrter Beton ist der Konstruktionsbaustoff der Gegenwart. Er ist vielseitig, bietet fast unbegrenzte Möglichkeiten der Formgebung und wird als Stahlbeton oder Spannbeton in nahezu allen Bereichen des Bauwesens verwendet. Seiner Dauerhaftigkeit wurde in der Vergangenheit zu wenig Aufmerksamkeit geschenkt, so fallen heute hohe Kosten für die Instandsetzung an. In einem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projekt wollen Korrosions-Experten aus fünf deutschen Instituten nun ein Modell entwickeln, mit dem sich der Prozess der Schädigung in Betonbauteilen zuverlässig vorhersagen lässt. Sprecher der Wissenschaftlergruppe ist Prof. Peter Schießl, Leiter des Centrums Baustoffe und Materialprüfung (CBM) der TU München.

Korrosion kann mehrere Ursachen haben. Zunächst schützt das alkalische Milieu des umgebenden Betons die Bewehrung vor dem Verrosten. Doch Umwelteinflüsse können diesen Schutz aufheben. Wird der Beton durch Kohlendioxid aus der Atmosphäre carbonatisiert, sinkt der pH-Wert, und es kommt zu einer meist gleichmäßigen, flächigen Korrosion. Dringen hingegen Chloridionen von der Oberfläche des Bauteils bis zur Bewehrung vor, kann lokal begrenzte, tiefe Korrosion - der "Lochfraß" - entstehen. Solche Chloridionen stammen meist aus Tausalzen oder Meerwasser, d.h. besonders Straßenbauwerke, Tiefgaragen oder Meerwasserbauwerke sind betroffen. Fortschreitende Korrosion kann den Beton abplatzen lassen und die Bewehrung dezimieren. Folge: Die Tragfähigkeit der betroffenen Bauteile wird deutlich reduziert, umfangreiche Reparaturarbeiten oder gar der Abriss werden erforderlich.

Bislang haben Wissenschaftler vor allem die grundlegenden Einflussgrößen auf die Korrosion von Stahl in Beton erfasst. So existieren Modelle, mit denen sich die Zeitspanne bis zum Einsetzen von Korrosion, die Einleitungsphase, berechnen lässt. Was noch fehlt, ist die Entwicklung eines Modells, mit dem man auch den Korrosionsfortschritt, die Schädigungsphase, zuverlässig beschreiben kann. Dies ist unerlässlich, um den zu erwartenden Schädigungsgrad bei bereits bestehenden Bauwerken beurteilen zu können und zudem für zukünftige Bauvorhaben eine wirtschaftliche und zuverlässige Bemessung auf Dauerhaftigkeit zu ermöglichen.

Vor diesem Hintergrund fördert die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) das aus mehreren Teilprojekten bestehende Forschungsvorhaben "Modellierung des Schadensfortschritts bei Korrosion von Stahl in Beton und Bemessung von Stahlbetonbauteilen auf Dauerhaftigkeit". Beteiligt sind neben dem CBM der TUM vier weitere auf dem Korrosionsgebiet führende Institute: die Bundesanstalt für Materialprüfung Berlin (BAM), das Materialprüfungsamt der Universität Stuttgart (MPA), das Institut für Bauforschung der RWTH Aachen (ibac) sowie das Institut für Massivbau und Baustofftechnologie der Universität Karlsruhe (ifmb).

Ziel des Projekts ist es, durch Auswertung bereits vorhandener Versuchsdaten und umfangreiche neue Versuche ein Bemessungsmodell zu entwickeln, das zuverlässige Vorhersagen des zu erwartenden Schadensfortschritts erlaubt. Gemeinsam mit den bereits existierenden Modellen für die Einleitungsphase soll es damit möglich sein, die Dauerhaftigkeit eines Bauwerks von seiner Herstellung über die gesamte Nutzung bis zum Ende seiner Lebensdauer zu beurteilen. Hierbei handelt es sich um so genannte vollprobabilistische (wahrscheinlichkeitsorientierte) Modelle. Die maßgeblichen Einflussparameter der Umwelteinwirkungen und des Materialwiderstands gehen also nicht nur als Mittelwerte, sondern als statistische Größen mit zugehörigen Streuungen in die Berechnungen ein.

Während einer ersten dreijährigen Förderperiode werden zunächst die elektrochemischen Systemkomponenten der Bewehrungskorrosion ermittelt. Das CBM der TU München bestimmt hierbei in enger Zusammenarbeit mit der RWTH Aachen den für die Korrosionsgeschwindigkeit maßgebenden Elektrolytwiderstand von Beton. In einer zweiten Förderperiode sollen die gewonnenen Erkenntnisse aller Teilprojekte zu einem geschlossenen Berechnungsmodell vereinigt werden.