Großmarkt Hamburg, Spannstahlproben

Aktenzeichen

Ausfertigung

Antragsteller/ Auftraggeber

6.1/15116

2 von 3

Freie Hansestadt Hamburg, Behörde für Wirtschaft, Verkehr und Innovation, Großmarkt Obst, Gemüse und Blumen Banksstr. 28, 20097 Hamburg

Antrag/Auftrag vom 01 .10.2013

Zeichen

Eingegangen am

Gegenstand des Gutachtens

Großmarkt Maßnahme 2013-01

07.10.2013

Korrosionsuntersuchungen an Spannstahlproben

Zusammenfassung Die Untersuchungen an den Proben zeigen, dass auf der Oberfläche lokale Korrosionserscheinungen geringer Tiefe vorhanden sind. Anzeichen für Spannungsrisskorrosion wurden nicht gefunden. Unter der Voraussetzung, dass sich die gegenwärtigen Beanspruchungs- und Nutzungsbedingungen nicht ändern, sind weitere Korrosionsvorgänge an den Spannstählen der Brückenkonstruktionsaufhängung nur in sehr geringem Maße möglich. Nach gültigen technischen Regeln und Vorschriften müssen Spannstähle immer vor möglichen Korrosionsbeanspruchungen vollständig geschützt werden. Die vorhandene Beschichtung ist dazu nicht mehr in der Lage und würde heute auch nicht mehr als ausreichender Korrosionsschutz gelten. Es werden Empfehlungen gegeben um die bestehende Situation zu ändern.

Dieses Gutachten besteht aus Seite 1 bis 11 .

Der Inhalt des Gutachtens bezieht sich ausschließlich auf die begutachteten Gegenstände.

~ Sicherhet in Tech'lik und Chemie

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BAM Gutachten Seite 2 von 11 Az.: BAM 6.1/15116

1 Gegenstand des Gutachtens

Spannstahlabschnitte der Brückenaufhängung in der Großmarkthalle Hamburg sollten in der BAM

mit Hinblick auf mögliche Spannungsrisskorrosion, auf ihren Korrosionszustand hin, beurteilt

werden. Bei den Spannstählen handelt es sich um die Werkstoffqualität St 800/1050; 0 26;

SIGMA 80/105.

Angeliefert wurden 6 Proben von je ca. 1,2 m Länge, jeweils vom unteren und oberen

Knotenpunkt einer Aufhängung. Vereinbarungsgemäß wurden 4 der Proben für die

Untersuchungen ausgewählt. Die Bezeichnungen der untersuchten Proben sind:

C-BNll-Vlll oben; C-BNll-Vlll unten; A-BNlll-IX oben; A-BNll-Vlll unten.

2 Ergebnisse und Untersuchungen

Die 4 Spannstahlabschnitte sind, ebenso wie die zwei nicht näher untersuchten Proben, optisch in

einem vergleichbaren Zustand.

Auf den Gewindebereichen der oberen Befestigung sind neben völl ig korrosionsfreien,

metallblanken Flächen auch Abschnitte mit gf eichmäßigen flugrostartigen Korrosionsprodukten

vorhanden.

Die Gewinde der unteren Befestigung sind teilweise mit festhaftenden Betonresten und zum

großen Teil mit ungleichmäßigen Korrosionsprodukten bedeckt. Oberhalb der Gewinde sind

metallblanke Flächen vorhanden, die ebenfalls teilweise mit Betonresten bedeckt sind. Die

Abbildung 1 zeigt die Oberflächenbereiche der Befestigungen im Anlieferungszustand

Abb. 1: obere und untere Verankerungsbereiche der untersuchten Proben

BAM Gutachten Seite 3 von 11 Az.: BAM 6.1/15116

In den Gewindeabschnitten wurden Makroaufnahmen im Bereich der Korrosionserscheinungen

angefertigt. Im gebeizten Zustand ist erkennbar, dass nur sehr geringe Korrosionsnarben unter

den Korrosionserscheinungen vorhanden sind. Die metallografischen Schnitte durch die

Korrosionsstellen erfolgten in axialer Richtung, um zu erkennen ob mögliche Anrisse vorhanden

sind. Maximal werden Eindringtiefen bis ca. 100 µm gemessen. Hinweise auf

Spannungsrisskorrosion wurden nicht gefunden. Die Abbildungen 2 bis 7 dokumentieren

beispielhaft die beschriebenen Zustände in den Gewindebereichen.

Abb. 2: C-B-Vll- V/11-u, korrodierter Gewindeabschnitt mit geringen Korrosionserscheinungen (rote Markierung für den metallografischen Schliff)

Abb. 3: C-B-Vll-V/11-u, metallografischer Schliff im Gewindebereich (s. Markierung in Abb. 2), geringe Korrosionsnarben

BAM Gutachten Seite 4 von 11 Az.: BAM 6.1/1 5116

Abb. 4: A-8-VJJ-Vlll-u, korrodierter Gewindeabschnitt mit Korrosionsnarben (schwach gebeizt), (rote Markierung für den metal/ografischen Schifft)

Abb. 5: A-B-VJJ-VllJ-u, metal/ografischer Schliff im Gewindebereich (s. Markierung in Abb. 4), geringe Korrosionsnarben

BAM Gutachten Seite 5 von 11 Az..: BAM 6.1/15116

Abb. 6: A-B-V/11-IX-o, korrodierter Gewindeabschnitt, gleichmäßige Flächenkorrosion mit geringen Korrosionsnarben (linker Bildabschnitt schwach gebeizt}, (rote Markierung für den metallografischen Schliff)

Abb. 7: A-B-V/11-IX-o, metallografischer Schliff im Gewindebereich (s. Markierung in Abb. 6), geringe Korrosionsnarben

BAM Gutachten Seite 6 von 11 Az.: BAM 6.1/15116

Abbildung 8 zeigt beispielhaft den Zustand beschichteter Oberflächen. Die letzte

Deckbeschichtung ist auf allen Proben schlecht haftend und blättert teilweise großflächig ab. Die

darunter befindlichen Schichten haften noch, sind aber durchsetzt mit Fremdeinschlüssen,

teilweise versprödet und an vielen Stellen ist die Beschichtung von Rostpusteln durchbrochen.

Abb. 8: Typische Oberflächenzustände außerhalb der Befestigungen

Die Abbildungen 9 bis 14 zeigen beispielhaft Makroaufnahmen der Beschichtungen und

entsprechende metallografische Schliffe. Die Schnitte durch die Korrosionsstellen erfolgten in

axialer Richtung, um zu erkennen ob mögliche Anrisse vorhanden sind. Anrisse wurden dabei

nicht gefunden. An den Korrosionsstellen sind maximale Eindringtiefen bis 200 µm messbar.

BAM Gutachten Seite 7 von 11 Az.: BAM 6.1/15116

Abb. 9: C-8-VJl-Vlll-u, abblätternde Deckbeschichtung, von Rostpusteln durchbrochene Beschichtung, (rote Markierung für den metal/ografischen Schliff)

Abb. 10: C-B-Vll-V/11-u, meta/lografischer Schliff im beschichteten Bereich (s. Markierung in Abb. 9),

Abb. 11: A-B-V/11-IX-o, von Rostpusteln durchbrochene Beschichtung, abblätternde Deckbeschichtung, (rote Markierung für den metallografischen Schliff)

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Abb. 12: A-B-Vlll-IX-o, metallografischer Schliff im beschichteten Bereich der Probe, offene Korrosionsstel/e ohne Beschichtung (s. Markierung in Abb. 11 ),

Abb. 13: A-B-Vll-V/11-u, abblätternde Deckbeschichtung, von Rostpusteln durchbrochene Beschichtung, (rote Markierung für den metallografischen Schliff)

Abb. 14: A-B-Vll-V/11-u, meta//ografischer Schliff im beschichteten Bereich der Probe, offene Korrosionsstel/e ohne Beschichtung (s. Markierung in Abb. 13), Beschichtung zwischen den Korrosionsstellen hat sich bei der metallografischen Bearbeitung abgelöst

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3 Diskussion

Die Untersuchungen haben gezeigt, dass auf den Stahloberflächen trotz Beschichtung lokale

Korrosionserscheinungen vorhanden sind. Die lokalen Korrosionsstellen sind meist klein und

erreichen vereinzelt Eindringtiefen bis zu 200 µm. Eine merkliche Querschnittsminderung tritt

dadurch nicht auf. Anzeichen für Anrisse wurden auf den Proben nicht gefunden.

Im Ankerbereich wurden auf den unbeschichteten Gewindeenden ebenfalls einzelne

Korrosionsstellen gefunden. Einige lokale Korrosionsstellen in den Gewindegängen erreichen

Tiefen bis zu 100 µm.

Der Gesamtzustand entspricht im Wesentlichen dem, bereits nach der Untersuchung im Jahre

2008 im BAM-Gutachten Vl.1 /14470, beschriebenen Zustand.

Die Halle unterliegt heute einem sog. nichtklimatisierten Innenraumklima ohne Heizung, in dem

eine Beaufschlagung mit Kondenswasser denkbar ist. Nach DIN EN ISO 9223 [1] lässt sich damit

eine Zuordnung zu Korrosivitätskategorien vornehmen, mit deren Hilfe eine Einschätzung der

Korrosionsgefährdung vorgenommen werden kann und erforderliche Schutzmaßnahmen

ausgewählt werden können. Danach würde hier heute und in Zukunft, die Kategorie C2 mit

geringer Korrosivität zutreffen. Auf Grundlage dieser Einschätzung wäre an unbeschichteten und

unlegierten Stahlbauteilen, nach [1 ] im ersten Jahr der Auslagerung mit

Korrosionsgeschwindigkeiten von maximal 25 µm/a zu rechnen. Betrachtet man einen Zeitraum

von 20 Jahren in dem theoretisch eine Korrosivitätskategorie C2 dauerhaft vorliegen würde, so

ergibt sich für diesen Zeitraum, unter Berücksichtigung ungünstiger Zeitexponenten nach [2], nur

ein maximaler Korrosionsangriff von 120 µm (an ungeschützten Stahlproben!). Ungünstige

Oberflächenzustände, wie sie hier durch bereits vorhandene Korrosionsstellen oder unterrostete

Beschichtungen vorl iegen, können Korrosionsvorgänge allerdings verstärken.

Für den Korrosionsschutz von Spanngliedern (ohne Verbund) ist nach gültigen technischen

Vorschriften normalerweise eine Zulassung oder die Zustimmung im Einzelfall notwendig. Nach

der heute ersatzlos zurückgezogenen DIN 4227-6 [3] waren Beschichtungssysteme als

Korrosionsschutz ausreichend, wenn sich die Spannstähle in geschlossenen Räumen befinden in

denen keine korrosionsfördernden Bedingungen herrschen und auch für die Zukunft

ausgeschlossen werden konnten. Diese konkrete Forderung ist in den heute gültigen

Regelwerken nicht mehr enthalten. Die DIN 4227-6 ist für Neubauten, die nach 2004 geplant oder

genehmigt wurden, nach geltenden technischen Baubestimmungen nicht mehr anzuwenden. Die

Anwendungshinweise bezüglich des Korrosionsschutzes sind aber fachlich nachvollziehbar und

auch heute nicht falsch. Neuere Regelwerke wie der Normentwurf DIN EN 10138-1 [4] verlangen,

dass Spannstähle vor dem Einbau „frei von Korrosion" sind. Korrosionserscheinungen werden nur

toleriert, wenn diese aus einem dünnen Film bestehen und die darunter liegende Stahloberfläche

beim Betrachten mit bloßem Auge glatt erscheint.

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In allen Einsatzfällen gilt aber, dass Spannstähle einschließlich ihrer Verankerung nach dem

Einbau mit einem dauerhaften Korrosionsschutz zu versehen sind [5] [6] [7].

Im vorliegenden Fall ist das vorhandene Beschichtungssystem als Korrosionsschutz aufgrund

seines Zustandes (nicht vollständig geschlossen, Rostdurchbrüche, Verunreinigungen,

Haftungsprobleme) nicht mehr ausreichend wirksam.

Spannstähle müssen vor korrosiven Einflüssen geschützt werden, da Spannungsrisskorrosion

auch ausgehend von Korrosionsnarben induziert werden kann. Spannungsrisskorrosion kann

allerdings nur auftreten wenn bestimmte Bedingungen dafür erfüllt werden. Der Stahl muss eine

gewisse „Empfindlichkeit" für Spannungsrisskorrosion aufweisen, ein spezielles Angriffsmedium

ist notwendig und Zugspannungen müssen vorhanden sein.

Der Spannstahltyp St 800/1050 0 26 (SIGMA 80/105) ist nach heutigem Kenntnisstand nicht, wie

andere Spannstahlsorten aus den 50er Jahren, als für Spannungsrisskorrosion empfindlich

bekannt.

Spezielle, die Spannungsrisskorrosion auslösende Medien sind in der Atmosphäre des

Innenraumklimas der Markthalle nicht zu erwarten.

Die aufgebrachten Spannkräfte liegen im Bereich von ca. 50 % der Zugfestigkeit (Information

Auftraggeber) und damit in einer für Spannstähle üblichen Größenordnung. Beanspruchungen

durch andere als ruhende Last sind an dieser Konstruktion nicht zu erwarten.

Eine erhöhte Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Spannungsrisskorrosion ist unter den

gegenwärtigen Beanspruchungsbedingungen und Oberflächenzuständen nicht gegeben. Dennoch

entspricht der vorliegende Einbauzustand der Spannstähle nicht dem Stand der Technik.

Üblicherweise werden Spannstähle ohne Verbund heute, wie es beispielhaft in der ETA-05/0123

[7] beschrieben ist, nach drei möglichen Systemen dauerhaft vor Korrosion geschützt:

• Korrosionsschutzsystem mit Verpressmörtel

• Korrosionsschutzsystem mit Schrumpfschlauch

• Korrosionsschutzsystem mit Korrosionsschutzmasse oder -binde.

Obwohl beim jetzigen Korrosionszustand kein akuter Handlungsbedarf besteht, wird empfohlen

mittelfristig mit einem der drei Systeme zumindest eine Konservierung des bestehenden

Zustandes herzustellen, oder alternativ die bestehende Spannstahlkonstruktion zu ersetzen.

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4 Literatur

(1] DIN EN ISO 9223, Mai 2012, Korrosion von Metallen und Legierungen, Korrosivität der Atmosphären - Klassifizierung, Bestimmung und Abschätzung

[2] DIN EN ISO 9224, Mai 2012, Korrosion von Metallen und Legierungen, Korrosivität von Atmosphären - Anhaltswerte für die Korrosivitätskategorien

[3] DIN 4227-6, Mai 1982, Spannbeton, Bauteile mit Vorspannung ohne Verbund

(4] DIN EN 10138-1 , Sept. 2000, Spannstähle - Teil 1: Allgemeine Anforderungen; Deutsche Fassung prEN 10138

[5] ETAG 013 - Bausätze zur Vorspannung von Tragwerken, Leitlinie für die Europäische Technische Zulassung Ausgabe Juni 2002 (BAnz. Nr. 162a vom 29.08.2006 S. 1)

(6] DIN 1045-3,August 2008, Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton, Bauausführung

[7] DIBt-Grundsätz für die Anwendung von Spannverfahren. April 2006, DIBt Mitteilungen 4/2006

[8] ETA-05/0123 Europäisch technische Zulassung, Dywidag Stabspannverfahren

BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung 12200 Berlin, 05.12.2013

Fachbereich 6.1 Korrosion im Bauwesen

im Auftrag

Verteiler: 1. Ausfertigung: BAM 6.1 2. bis 3. Ausfertigung: Auftraggeber

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