Temporärer Korrosionsschutz von Spanngliedern

524 © Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin. Beton- und Stahlbetonbau 109 (2014), Heft 8

Gregor Schacht, Torsten Hampel, Manfred Curbach

DOI: 10.1002/best.201400024

FACHTHEMA

Temporärer Korrosionsschutz von SpanngliedernStand des Wissens und Erfahrungsbericht

1 Einleitung

Für die Dauerhaftigkeit von Spannbetontragwerken istder dauerhafte Korrosionsschutz der Spannstahlbeweh-rung von großer Bedeutung und wird im ordnungsgemäßverpressten Spannglied durch das System von Spann-stahl, Verpressmörtel und Hüllrohr sichergestellt. Das al-kalische Milieu des Mörtels verhindert zuverlässig einemögliche Korrosion und das Hüllrohr schützt vor demVerlust der Passivierung durch eine von der Bauteilau-ßenseite fortschreitende Karbonatisierung. In der Praxiskann es aus Gründen der Konstruktion oder des Bauver-fahrens, eines plötzlichen Temperatureinbruchs oder an-deren unvorhersehbaren Gegebenheiten zu längeren Ver-zögerungen zwischen Einbau und Vorspannen vonSpanngliedern sowie dem anschließenden Verpressenkommen. Nach DIN 1045-3 [1] ist ein Zeitraum von ma-ximal vier Wochen im ungespannten bzw. zwei Wochenim vorgespannten Zustand zulässig, wenn „das Eindrin-gen und Ansammeln von Feuchte (auch Kondenswasser)vermieden“ wird. Können diese Bedingungen nicht einge-halten werden, sind temporäre Korrosionsschutzmaßnah-men, wie „z. B. das Spülen der Hüllrohre mit trockenerLuft oder Stickstoff“, durchzuführen, damit eine Korro -sion der Spannstähle zuverlässig verhindert wird [1, 2].Die verkürzte zulässige Zeitspanne bis zum Verpressenbei bereits vorgespannten Spanngliedern ist nach ISECKE

et al. [3] durch die Gefährdung einer wasserstoffinduzier-ten Spannungskorrosion bedingt.

Untersuchungen von ISECKE & STICHEL [4] zeigten, dassWasser beim Transport, dem Verlegen oder Betonierendurch schadhafte Hüllrohre oder unzureichend abgedich-

tete Anker in die Hüllrohre gelangen kann. Bei verschie-denen Bauabschnitten einer Brücke wurde festgestellt,dass im Mittel aus 30–50 % aller Spannglieder Wasser (ge-löst oder flüssig) austrat, als die unverpressten Hüllrohremit Luft ausgepresst wurden. Einmal waren sogar 80 %der 196 Querspannglieder betroffen. Die chemische Ana-lyse des Wassers zeigte, dass das Hüllrohrwasser aus ei-ner Mischung von Regen- und Kondenswasser sowieBlutwasser aus der Betonage bestand [4].

Bis heute sind zahlreiche Untersuchungen zu temporärenKorrosionsschutzmaßnahmen durchgeführt worden, vgl.Abschn. 2. Bei der Auswahl der Schutzmethode ist beson-ders zu beachten, dass diese weder den Verbund zwi-schen Mörtel und Spannstahl verschlechtern noch denSpannstahl beschädigen oder die Passivität des Mörtelseinschränken darf.

2 Stand des Wissens2.1 Allgemeines

Eine erste Übersicht über mögliche temporäre Korro -sionsschutzmaßnahmen für Spannglieder im nachträg -lichen Verbund gaben REHM & RIECHE [5]. Nach ISECKE

et al. [6] können aktive und passive Verfahren unterschie-den werden. Bei aktiven Korrosionsschutzverfahren wer-den die Korrosionsbedingungen gezielt verändert, sodassein Korrosionsprozess nicht stattfinden kann. Im Bauwe-sen werden z. B. der kathodische Korrosionsschutz, dieVerwendung von Inhibitoren (also von Stoffen, die che-mische oder physikalische Reaktionen hemmen) oder dieErzeugung einer unkritischen Atmosphäre durch getrock-

Im Spannbetonbau kann es aus unterschiedlichen Gründen zueiner zeitlichen Verzögerung zwischen Einbau, Vorspannen undVerpressen von Spanngliedern kommen, was es erforderlichmachen kann, eingebaute Spannglieder für eine gewisse Zeitsicher vor einer Korrosion zu schützen. Der Beitrag gibt zu-nächst einen Überblick über bekannte Untersuchungen und Er-fahrungen bei der Anwendung verschiedener temporärer Kor-rosionsschutzmaßnahmen an Versuchskörpern und Brücken-bauwerken. Im Anschluss werden über die Erfahrungen aus einer praktischen Anwendung einer Lufttrocknung bei einemBrückenbauwerk berichtet und der Korrosionszustand derSpannglieder beurteilt. Abschließend werden Empfehlungenabgeleitet, unter welchen Voraussetzungen der temporäre Kor-rosionsschutz durch eine Trockenluftspülung sicher und zuver-lässig gewährleistet werden kann.

Temporary corrosion protection – State of the Art and FieldReportIn prestressed concrete constructions there are different rea-sons for time delays between manufacturing, prestressing andgrouting of prestressing tendons, which can require a tempo-rary corrosion protection of the build-in and pretensioned ten-dons for a certain time period. The paper gives an overview ofthe experimental investigations and experiences in the applica-tion of different temporary corrosion protection methods in lab-oratory test and bridges. Afterwards the experiences of a prac-tical application of a dry air corrosion protection at a bridgeconstruction are presented and the state of corrosion of thetendons is analyzed. Finally recommendations are derived, un-der which conditions a save and reliable temporary corrosionprotection with dry air can be achieved.

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nete Luft oder Stickstoffgas eingesetzt. Dampfphasenin -hibitoren haben sich nach HUNKELER et al. [7] als eherungeeignet erwiesen.

Beim Spülen der Spannkanäle mit trockener Luft nutztman aus, dass Korrosionsprozesse erst ab gewissenFeuchtigkeitsgehalten möglich sind. So zeigten u. a. auchUntersuchungen von VERNON [8], dass unterhalb einerrelativen Luftfeuchtigkeit von 40 bis 50 % keine bzw. nurvernachlässigbar kleine Gewichtszunahmen infolge Kor-rosion an Stahlproben zu beobachten waren (Bild 1).Durch den Entzug des für den Korrosionsprozess not-wendigen Wassers wird somit eine Korrosion sicher aus-geschlossen. Durch die Erwärmung der Luft vor dem Ein-pressen in die Spannkanäle wird gezielt der Taupunkt be-einflusst, sodass sich kein Kondenswasser im Hüllrohrbilden kann und eventuell vorhandene Feuchtigkeit inder trockenen Luft gelöst und aus dem Spannkanal trans-portiert wird [6]. Bei der Verwendung von Stickstoff istnach DANZER & REBHAN [9] das Ziel der Ausschluss vonWasser und die Verdrängung des zur Korrosion nötigenSauerstoffes durch die Senkung des Sauerstoffpartial-drucks.

Bei passiven Korrosionsschutzmaßnahmen werden dieReaktionspartner künstlich, in der Regel durch schützen-de Trennschichten, voneinander ferngehalten. Im Allge-meinen wird dazu werkseitig eine filmbildende Schichtauf die Spannstähle aufgebracht. Deshalb ist diese Korro-sionsschutzmaßnahme nur dann geeignet, wenn bereitsvor Baubeginn bekannt ist, dass die Spannglieder einelängere Zeit planmäßig unverpresst und vorgespannt seinwerden. Der Vorteil dieser Methode ist ihre Wirtschaft-lichkeit im Vergleich zur eher aufwendigen und kosten -intensiveren Spülung mit Trockenluft oder Stickstoff.

2.2 Filmbildende Schutzmittel

Erste Untersuchungen zu temporären Korrosionsschutz-maßnahmen mit filmbildenden Schutzmitteln wurden inDeutschland bereits in den 1970er-Jahren durchgeführt[5, 10]. Die Schutzmittel sollten eine ausreichende Korro-sionsschutzwirkung besitzen, beständig gegenüber dem

alkalischen Milieu sein, die Qualität des Verpressmörtelsnicht beeinflussen und den Verbund nicht wesentlichschwächen [5].

Ergänzend untersuchte ISECKE [11], ob die Mittel auchgegenüber einer wasserstoffinduzierten Korrosion eineausreichende Schutzwirkung besitzen. In [11] werden diefilmbildenden Schutzmittel Rust Ban 310 & 393 hinsicht-lich ihrer Wirkung als Korrosionsschutz unter üblichenBedingungen, der Wasserstoffaktivität an der Spannstahl-oberfläche und des Langzeitverhaltens von mit diesenMitteln behandelten Spannstählen im Kontakt mit demEinpressmörtel untersucht. Es konnte nachgewiesen wer-den, dass durch die verwendeten Öle auf der Basis vonWasseremulsion keine Einschränkung der Passivität imEinpressmörtel entsteht und dass beide Mittel einen star-ken Korrosionsschutzeffekt besitzen.

KITTLEMAN et al. [12] untersuchten 13 verschiedene Mit-tel auf ihre Eignung als temporäre Korrosionsschutzmit-tel und zur Verringerung von Reibungseffekten beim Vor-spannen. Die Proben wurden in entionisiertem Wasserund in einer 3,5- %igen NaCl-Lösung für drei Tage elek-trochemisch korrodiert. Nur fünf der getesteten Mittel er-zielten einen guten bis exzellenten Korrosionsschutz undverzögerten die Korrosion der Bewehrung in Außentestserfolgreich, von vier Tagen bei der unbehandelten Refe-renz auf 15 bis 39 Tage. SHOKKER et al. führten Tests mit19 verschiedenen Korrosionsschutzmitteln durch [13].Nach sechs Monaten unter Außenbedingungen, in derKlimakammer und in Salzwasser wurde der Korrosions-zustand anhand einer siebenstufigen Klassifikation beur-teilt. Die vier Mittel, die einen mindestens zufriedenstel-lenden Korrosionsschutz gewährleisteten, wurden an-schließend in Verbundtests weiter betrachtet, wobei aller-dings die Ergebnisse stark streuten. Es wurden vier Mittelfür weitere Untersuchungen empfohlen, wobei der besteKorrosionsschutz mit Rust Ban 310 erreicht wurde.

LÜTHI et al. [14] untersuchten die Eignung von zweiSchutzölen als temporärer Korrosionsschutz und derenVerbundverhalten in drei Hüllrohrtypen (glatte und ge-rippte aus Metall sowie gerippte aus Kunststoff). AlleSchutzöle boten einen sicheren Korrosionsschutz. Hin-sichtlich des Verbunds erwiesen sich die glatten Hüllroh-re als vollkommen ungeeignet. Weiterhin stellte man fest,dass geölte Spannstähle zwar geringere Verbundspannun-gen übertragen können, aber die Versuchskörper die glei-che Tragfähigkeit erreichten, wie die mit unbehandeltenStählen. Daraus wurde geschlussfolgert, dass ein Aus -spülen der Öle vor dem Verpressen nicht notwendig wä-re. Eine Trocknung des Ölfilms vor dem Verpressen führ-te zu einer deutlich verbesserten Verbundwirkung.

MARTI et al. [15] testeten ebenfalls filmbildende Schutz-mittel. Nach Aufbringen der drei verschiedenen emulgier-baren Öle in unterschiedlichen Konzentrationen konntendiese vor den anschließenden Korrosionsuntersuchungenfür mindestens 16 Stunden trocknen. Rust Ban 310 mit25 % Konzentration bewirkte den sichersten Korrosions-

Bild 1 Einfluss der relativen Luftfeuchtigkeit auf die Korrosion von Stahl,nach [8]Influence of the relative humidity on the corrosion of steel

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schutz. In einem Feldversuch wurde dieses Mittel mit an-deren Schutzmethoden verglichen (Abschn. 2.5). Bei ei-ner Brücke bei Corcelles wurde 25 %iges Rust Ban 310unter Praxisbedingungen eingesetzt und die Korrosionvon je vier unbehandelten und vier behandelten Spann-gliedern (zwei in Stahl- und zwei in Plastikhüllrohren)verglichen. Der Korrosionsschutz durch Rust Ban 310war unabhängig vom Hüllrohrtyp gegeben [15].

Untersuchungen von ULLNER [16] zeigten, dass die Ver-wendung von Korrosionsschutzölen zu einer Reduktiondes Verbundwiderstands führt und für bestimmte Trag-werke zu einer Reduktion der Biegetragfähigkeit bzw. da-durch zu einer Erhöhung der Schlaffstahlbewehrung füh-ren kann. Dies sollte nach ULLNER [16] jedoch nicht zueiner pauschalen negativen Bewertung dieser hervor -ragenden Korrosionsschutzmaßnahme führen, da diesenicht für alle Spannbetontragwerke zu einer reduziertenTragfähigkeit führen muss.

An der EMPA wurden neben Rust Ban 310 weitere Öleuntersucht, um nicht von einem Anbieter abhängig zusein. Diese Befürchtung bestätigte sich, als Exxon MobilDeutschland im Laufe der Untersuchungen die Produk -tion von Rust Ban 310 einstellte. Mittlerweile wurde dieOriginalrezeptur von einem anderen Hersteller übernom-men. Die Tests ergaben, dass die Mittel Rostschutz 310,Nox-Rust 703-D und ACR Fluid TK alle Anforderungenan einen sicheren Korrosionsschutz erfüllen [17], alsogleichwertig zu Rust Ban 310 sind.

Ein Nachteil des Korrosionsschutzes mit filmbildendenMitteln ist nach NÜRNBERGER [18], dass sich die korro -sionshemmende Wirkung in Gegenwart von Wasserein-schlüssen im Hüllrohr auf einen Zeitraum von wenigerals zwei bis drei Monate reduziert. ISECKE et al. sehen beifilmbildenden Schutzmitteln vor allem den Nachteil, dassVerletzungen der Schutzschicht bis zum Verpressen nichtsicher ausgeschlossen bzw. erkannt werden können [6].

2.3 Trockenluft

Nach HUNKELER et al. [7] stellt der Einsatz von Trocken-luft für Situationen, in denen ein temporärer Korrosions-schutz für bereits eingebaute Spannglieder benötigt wird,die geeignetste Lösung dar, für deren sichere Beurteilungweitere praktische Untersuchungen nötig sind (Abschn.2.5 und 3). In [6] wird über einen erfolgreichen Einsatzder Trockenluftspülung unter Baustellenbedingungen be-richtet. Bedingt durch den Bauablauf konnte ein Teil derSpannglieder eines Spannbetonbalkens erst nach neunMonaten vorgespannt und verpresst werden. Zur Sicher-stellung des Korrosionsschutzes wurde ein Luftentfeuch-ter eingesetzt, der konstant Trockenluft in die Spann-gliedhüllrohre presste und so eine relative Feuchte von 30bis 35 % um die Spannglieder herum gewährleistete. Inden Referenzspannkanälen ohne Trocknung betrug dierelative Luftfeuchte zeitgleich ca. 80 %. Die Ergebnisseder Messungen wurden durch in die Spannkanäle einge-

legte Drähte bestätigt, die in den Hüllrohren mit Trock-nung nach neun Monaten keinerlei Korrosionserschei-nungen aufwiesen.

Im Winter 2005/2006 wurde die Trockenluftspülung beieiner Brücke eingesetzt [17], da ein Kälteeinbruch dasVerpressen der bereits eingebauten und vorgespanntenLitzen verhinderte. Es mussten zwölf Litzenspanngliedermit einer Länge von 74 bis 162 m ca. vier Monate tempo-rär vor Korrosion geschützt werden. Es wurden ein Ad-sorptionstrockner und drei Seitenstromverdichter einge-setzt, mit denen eine Belüftung mit bis zu 10 m/s proSpannglied möglich war. Die Messung der Luftfeuchtig-keit und Temperatur erfolgte in einem 15-Minuten-Taktam anderen Spanngliedende und an den Entlüftungsstut-zen. Die Messergebnisse zeigten, dass die Taupunkttem-peratur in den Hüllrohren zu keiner Zeit erreicht oderunterschritten wurde und dass die relative Luftfeuchtekonstant unter 50 % gehalten werden konnte. Fernerwird in [17] auch über Probleme bei der praktischen An-wendung des Verfahrens berichtet. So gab es einen kur-zen Stromausfall infolge Feuchtigkeit, die Belüftungs-schläuche waren durch den Baustellenbetrieb extrem riss-bzw. bruchgefährdet und mussten geflickt werden, undbei extremen Temperaturen kam es zum Einfrieren einesSpannankers.

2.4 Schutzgas

Über die Anwendung von Schutzgas für temporäre Kor-rosionsschutzmaßnahmen wird von HELMINGER &RUHL in [19] berichtet. Bei der Herstellung der Mangfall-brücke im Taktschiebeverfahren ergab sich die Notwen-digkeit, dass einige teilvorgespannte Spannglieder für an-schließende vorübergehende Entspannungen über zweibis drei Monate unverpresst im Hüllrohr verbleiben muss-ten. Um währenddessen den Korrosionsschutz derSpannstähle sicherzustellen, wurde eine Überdruckbeauf-schlagung mit Stickstoff gewählt. Der 99,8 % reine Stick-stoff wurde in einem Drucktank auf der Baustelle vorge-halten, auf Umgebungstemperatur erwärmt und durchDruck über Schläuche an den Endverankerungen derSpannglieder eingeleitet. Die Endverankerungen mit denherausstehenden Spannstahllitzen wurden sorgfältig mitPlastik abgedichtet. Um den Sauerstoff aus den wasser-freien Hüllrohren herauszudrücken, wurde zunächst miteinem Einblasdruck von 0,4 bar solange Stickstoff einge-füllt, bis an den Ausblasöffnungen kein Sauerstoff und einWasserdampfgehalt kleiner 0,5 mg/l gemessen werdenkonnten. Anschließend wurden die Ausblasventile ver-schlossen und der Befüllungsdruck auf 0,1 bar reduziert,sodass kein Unterdruck im Spannglied entstehen konnte,durch den Luft nachgesaugt werden würde. RegelmäßigeKontrollen ermöglichten das bedarfsweise Erhöhen desEinfülldrucks, sodass die Hüllrohre ständig unter Über-druck standen. HELMINGER & RUHL berichten in [19]noch über eine weitere erfolgreiche Anwendung dieserMethode bei Spannbetonfertigteilen zwischen dem Auf-bringen der Teilvorspannung im Fertigteilwerk und der



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End vorspan nung auf der Baustelle. Auch DANZER [9] be-richtet über den erfolgreichen Einsatz und die in Bayerneingeführte Regelung dieses Verfahrens in EZTV-K Bay-ern [20]. Problematisch ist die Anwendung von Stickstoffallerdings bei vorhandenen Wassersäcken oder Wasser -lachen im Spannsystem oder bei bereits vorhandenenKorrosionsprozessen, da dann die sichere Korrosions-schutzwirkung versagen kann [18].

ISECKE [11] beschreibt Versuche zur Korrosionsschutz-wirkung einer Stickstoffspülung. In einem Labor der Bun-desanstalt für Materialprüfung wurden vorgespannteStähle St 1080/1230 in Hüllrohren unter atmosphäri-schen Bedingungen und einer Spüllänge von 20 m inSpülversuchen getestet. Nach vier Monaten Versuchs -dauer wurden keinerlei Korrosionserscheinungen auf derSpannstahloberfläche festgestellt, sodass ISECKE schluss-folgerte, dass mit Stickstoffspülungen eine ähnliche Wir-kung wie durch Spannkanalspülungen mit vorgetrockne-ter Luft erzielt werden kann [11]. Nach HUNKELER et al.[7] ist die Erzeugung und Aufrechterhaltung einer Inert-gas-Atmosphäre für den baupraktischen Einsatz aber zuaufwendig, weshalb diese Methode für temporäre Korro-sionsschutzmaßnahmen von Spanngliedern nicht zuempfehlen ist.

2.5 Direkte Vergleiche der Verfahren

Über einen direkten Vergleich von zwei Verfahren unterbaustellenpraktischen Bedingungen wird von ISECKE etal. [6] berichtet. Ein 20 m langer Spannbetonversuchsbal-ken wurde mit je drei Spanngliedern zweier Typen ausge-führt, bei denen jeweils die Hälfte der Litzen bzw. Drähtevorgespannt war, die andere Hälfte blieb schlaff. JeSpanngliedtyp wurde eins ohne besonderen temporärenKorrosionsschutz, eins mit Trockenluftspülung und einsmit 25 %igem Rust Ban 310 beaufschlagt. Alles wurdeüber 14 Monate messtechnisch überwacht. Die Spann -kanäle ohne Korrosionsschutz hatten im Wesentlichendie gleiche Luftfeuchtigkeit und Temperatur wie die Au-ßenluft. Die Trockenluftspülung der Spannkanäle sicher-te hingegen eine korrosionsunkritische Luftfeuchte zwi-schen 30 bis 40 %. Bei Versuchsende nach 14 Monatenzeigten sich an den mit Trockenluft und Rust Ban behan-delten Spanngliedern keine oder nur unbedeutende Kor-rosionserscheinungen, die ungeschützten Spannglieden-den und Verankerungen wiesen hingegen deutliche Kor-rosion auf [6].

An der EMPA wurden von 11/2000 bis 04/2001 Tests zurKorrosionsschutzwirkung an Querspanngliedern zweierBrücken durchgeführt [15]. Die vorgespannten Spannglie-der blieben für sechs Monate unverpresst. Danach wur-den sie ausgebaut und durch neue ersetzt. Für den tempo-rären Korrosionsschutz bei der Siggenthalbrücke wurden25 %iges Rust Ban 310 mit einem Tag Trocknungszeit, ei-ne kontinuierliche Trockenluftspülung und täglich einezweistündige Stickstoffspülung eingesetzt. Je Methodewurden ein Spannglied mit Stahl- bzw. Plastikhüllrohr

und eine unbehandelte Referenz untersucht. Bei der Ent-nahme der Spannglieder zeigte sich, dass die mit RustBan 310 beschichteten Spannglieder unabhängig vomHüllrohrtyp sehr gut vor Korrosion geschützt wurden(Bild 2), die Beschichtung allerdings immer noch ölig war.

Die Autoren schlussfolgerten, dass das Trocknungsverhal-ten von vielen Faktoren abhängig ist und weiterer For-schung bedarf. Die luftgetrockneten Spannglieder warentrocken und zeigten nur wenige Rostflecken. Die in Plas-tikhüllrohren liegenden Spannglieder schnitten geringfü-gig besser ab als die in den Stahlhüllrohren. Die durchStickstoff geschützten Stähle waren bei der Entnahmevon Wassertropfen überzogen und besaßen viele Rost -flecken. Die Spannglieder in den Stahlhüllrohren hatteneinen ähnlichen Korrosionszustand wie die vergleichba-ren bei Lufttrocknung. Dagegen war der Zustand derSpannglieder in den Plastikhüllrohren sogar schlechterals der der ungeschützten Referenz. Die Autoren berich-ten über einen Schwefelwasserstoffgeruch bei der Ent-nahme der Spannglieder und vermuten biologische oderchemische Reaktionen des Kunststoffes mit dem Stick-stoff. Die ungeschützten Spannglieder waren nass undvollständig mit Korrosion überzogen, wobei das Plastik-hüllrohr einen leicht besseren Schutz bot als das Stahl-hüllrohr. Insgesamt zeigte sich der Korrosionsschutzdurch Rust Ban 310 als beste Lösung, jedoch wurde auchmit der Lufttrocknung und Stickstoffspülung ein sehr gu-ter Korrosionsschutz erreicht (Bild 2). Aus den Erfahrun-gen der praktischen Anwendung schlussfolgern die Auto-ren, dass die Lufttrocknung sehr anspruchsvoll und kos-tenintensiv ist und bei der Installation auf der Baustelleimmer eine Gefährdung durch Leckstellen vorhandenist [15].

3 Erfahrungen aus einem Praxisbeispiel3.1 Die Trocknungsanlage

An einem Spannbeton-Hohlkasten kam es bei der Beton-age zu schwerwiegenden Betonierfehlern infolge einer zusteifen Betonkonsistenz und einer sehr engen Beweh-rungsführung. Im Rahmen einer Untersuchung zu Sanie-rungsmöglichkeiten für den Überbau wurde es erforder-

Bild 2 Wirksamkeit verschiedener Maßnahmen zum temporären Korrosions-schutz bei der Siggenthalbrücke, nach [15]Effectiveness of different temporary corrosion protection methods atthe Siggenthalbridge, acc. to [15]



lich, die bereits in die Hüllrohre eingebauten und zumTeil vorgespannten Längs- und Querspannglieder für ei-nen zunächst noch unbestimmten Zeitraum durch tempo-räre Korrosionsschutzmaßnahmen zu schützen. Da eineBeschichtung der Spannlitzen im Nachhinein nicht mehrmöglich war, sollte mittels Lufttrocknung eine konstanteLuftfeuchtigkeit unter 35 % rel. Luftfeuchte den Korrosi-onsschutz für sechs Monate sicherstellen. Die verwendeteAnlage war eine Eigenentwicklung eines lokalen Betrei-bers von Trocknungsanlagen. Sie hatte eine Prozessluft-menge von 4 500 m³/h und war über Schläuche an dieSpannglieder angeschlossen. Die Energiezufuhr erfolgteüber ein Dieselaggregat. Die Gesamtanzahl der zu über-wachenden Spannglieder wurde in drei Überwachungsbe-reiche mit Querspanngliedern und zwei mit Längsspann-gliedern unterteilt. Die Luft wurde auf der einen Seite indie Entlüftungsöffnungen der Spannglieder eingeblasenund auf der anderen Seite über ein Schlauchsystem miteinem Saugmotor ausgesogen.

Um die Funktionstüchtigkeit der Anlage während des Be-triebs zu kontrollieren, wurden täglich Lufttemperaturund -feuchtigkeit bestimmt. Zudem wurden händisch dieäußeren Umgebungsbedingungen und die Luft vor demEinblasen in die Schläuche, am Austritt des Rotors undnach dem Austritt an den Saugmotoren gemessen. Um eine konstante Trockenluftversorgung der Spannkanälesicherzustellen, sollte die Dichtheit und Funktionsfähig-keit des Schlauchsystems täglich geprüft werden. DieAuswertung der Protokolle zeigte zunächst, dass dieTrocknungsanlage eine konstante Klimatisierung derSpannkanäle zuverlässig sicherstellte (Bilder 3 und 4).Die relative Luftfeuchtigkeit an den Saugmotoren betrugwährend der gesamten Betriebsdauer weniger als 35 %.Auch konnten die jahreszeitbedingten Veränderungender Witterung durch eine Erhöhung der Temperatur dervorgewärmten Luft ausgeglichen werden. Die Taupunkt-temperatur in den Spannkanälen wurde zu keinem Zeit-punkt unterschritten.

Bei einer Vor-Ort-Besichtigung der Brücke nach elf Mo-naten Laufzeit der Trocknungsanlage wurde diese inspi-ziert. Dabei wurden zahlreiche geflickte Stellen im

Schlauchsystem und auch viele offene, frische Bruchstel-len an den Schläuchen festgestellt, aus denen warme Luftentwich. Durch die Versprödung des Kunststoffs, zu starke Biegungen und den Baustellenbetrieb waren dieSchläuche stark geschädigt (Bild 5).

Die Querspannglieder waren vor der Inbetriebnahme derTrocknungsanlage bereits auf 50 % teilvorgespannt wor-den. Die Endverankerungen der Querspannglieder lagenoffen und wiesen deutliche Korrosionserscheinungen auf(Bild 5 unten). Problematisch war dies vor allem hinsicht-lich des später vorgesehenen Aufbringens der vollen Vor-spannung, da dazu an diesen korrodierten Litzenendengezogen werden muss.

Im Überbau waren in Längsrichtung acht Steg-, vier Lise-nen- und vier Bodenplattenspannglieder vorgesehen. DieStegspannglieder waren z. T. bereits voll vorgespannt, dieLisenen- und Bodenplattenspannglieder lagen ohne Vor-spannung in den Spannkanälen. Die Enden der Längs-

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Bild 3 Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit in den QuerspanngliedernTemperature and relative humidity of the transverse tendons

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Bild 4 Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit in den LängsspanngliedernTemperature and relative humidity of the longitudinal tendons

Bild 5 Schlauchsystem mit unzähligen offenen und reparierten Bruchstellenund ungeschützte Endverankerungen der QuerspanngliederHose system with several open and repaired ruptures and unprotectedanchorages of the transverse tendons



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spannglieder waren, anders als die der Querspannglieder,durch Kunststofffolien umwickelt, allerdings endete dieseUmwicklung am Spannkopf, sodass zwischen Spannkopfund Hüllrohr ein Spalt blieb, in den Feuchtigkeit eindrin-gen konnte. Dies war für die Lisenenspannglieder imHohlkasteninneren unproblematisch, aber für die nurnotdürftig abgedeckten und somit der freien Bewitterungausgesetzten Steg- und Bodenplattenspannglieder konn-ten Feuchtigkeitseintritte nicht ausgeschlossen werden.Bei zwei Spanngliedern der Bodenplatte wurde zudemfestgestellt, dass diese nicht (eventuell nicht mehr) an dieTrocknungsanlage angeschlossen waren.

Da die erfolgreiche Sanierung des Überbaus aufgrund derteilweise erheblichen Betonfehlstellen und des Korro -sionszustands der Spannglieder in der Bodenplatte nichtsicher war, beschloss der Bauherr den Ersatzneubau. Ent-scheidend hierfür war auch die nicht zuverlässig zu beur-teilende Gefährdung der Spannstähle durch eine Beein-flussung der Dauerhaftigkeit bzw. Ermüdungsfestigkeit.Der Abbruch fand ca. zwölf Monate nach der Installationder Trocknungsanlage statt, sodass sich die Möglichkeitergab, die Korrosionsschutzwirkung der Anlage für einenso langen Zeitraum zu beurteilen, da alle Spanngliederentnommen und begutachtet werden konnten.

3.2 Entnahme der Spannglieder

Der Rückbau begann mit der Spanngliedentnahme in derFahrbahnplatte, bei den Querspanngliedern 17 Tage nachdem Abschalten der Trocknungsanlage und bei denLängsspanngliedern nach 24 Tagen, also am Ende destemporären Korrosionsschutzes. Die Spannglieder wur-den durch Sägeschnitte am Festanker getrennt, herausge-zogen und auf dem Nachbarüberbau zur Dokumentationabgelegt. Die Querspannglieder wiesen an vielen Stellenleichte Rostflecken und einen dünnen Flugrostbelag auf.Um die konkreten Materialeigenschaften untersuchen zukönnen, wurden Spanngliedproben entnommen. BeimAusziehen waren die Litzen schwer zu fassen und sehrrutschig. Nach einem Regenschauer war zudem ein Ab-perlen des Wassers auf den Litzen zu erkennen (Bild 6),was auf einen öligen Überzug zurückzuführen war, derwahrscheinlich aus dem Kompressor der Trocknungs -anlage selbst stammte. In der warmen Luft verdampfte Öloder Diesel und kondensierte anschließend an den Lit-zen. Der Ursprung der öligen Rückstände konnte nichtendgültig geklärt werden.

Die Längsspannglieder wurden entsprechend des Fort-schrittes des Rückbaus ungefähr eine Woche später ausden Spannkanälen gezogen und ebenfalls dokumentiert.Die Lisenenspannglieder wiesen, ähnlich wie die Quer-spannglieder, nur geringe Anzeichen von Korrosion auf(wenige Rostflecken und Flugrost). Der Grund dafür ist,dass diese vor äußeren Wassereintritten geschützt imHohlkasten lagen. Eine deutlich stärkere Korrosion waran den Stegspanngliedern festzustellen. Diese waren überdie gesamte Länge mit Rostflecken und Flugrost über -

zogen, wobei ein großer Teil der Korrosion aufgrund derFrische der Korrosionserscheinungen möglicherweise aufdie Zeit seit dem Abschalten der Trocknungsanlage unddem seit diesem Zeitpunkt nicht mehr vorhandenen Kor-rosionsschutz zurückzuführen ist. Tiefere Rostnarben wa-ren nicht zu erkennen (Bild 7).

Abschließend wurden die Bodenplattenspannglieder ent-nommen, bei denen aufgrund der Zweifel über den ord-nungsgemäßen Anschluss an die Trocknungsanlage diestärksten Korrosionserscheinungen zu befürchten waren.Wie bereits erwähnt, wurden die Spannglieder in derTrogplatte nicht vorgespannt und wahrscheinlich beimAnschluss der Trocknungsanlage vergessen. Damit kön-nen diese Spannglieder als Referenz für unbehandelteSpannglieder angesehen werden. Entsprechend schlechtwar ihr Zustand bei der Entnahme. Beim Auszug derSpannglieder wurde rotbraunes bis schwarzes Wasser mitherausgespült. Die Spannglieder waren über die gesamteLänge nass. Die Spanngliedenden waren braun, währenddie mittigen Bereiche schwarz eingefärbt waren (Bild 8).

Bild 6 Abperlendes Wasser auf den QuerspanngliedernWater pearl off at the transverse tendons

Bild 7 Korrosionszustand der Stegspannglieder beim AuszugCorrosion condition of the web tendons at pull-out

Bild 8 Zustand der Bodenplattenspannglieder (oben: Mittel-, unten: End -bereich) Condition of the bottom slab tendons (top: central zone, bottom: endzone)



Das kann darauf zurückgeführt werden, dass die Spann-glieder am Tiefpunkt der Spannkanäle in Feldmitte voll-ständig im Wasser lagen.

4 Korrosionsuntersuchungen4.1 Korrosionszustand der Spannglieder

Die Beurteilung des Korrosionszustands erfolgte visuellund durch die Bestimmung der Menge der entfernbarenKorrosionsprodukte. Aus existierenden Beurteilungs- undBewertungsmöglichkeiten für die Intensität von Korrosi-onserscheinungen wurde die in SIA 269 [21] angegebeneKlassifikation als geeignet angesehen und angewendet(Tab. 1). Dabei werden fünf Korrosionsgrade unterschie-den, die den visuellen Eindruck des Korrosionszustands,den Abrostungsgrad und die Intensität der Korrosion be-rücksichtigen.

Im ersten Schritt wurden die entnommenen Spannstahl-proben dokumentiert und der visuelle Korrosionszustandfestgehalten. Um den Korrosionsgrad in messbare Grö-ßen zu fassen, wurde der Gewichtsverlust infolge Korro -sion ermittelt. Dazu wurden die entnommenen Probengewogen, anschließend händisch mit der Drahtbürste alleablösbaren Korrosionsprodukte entfernt und diese eben-falls gewogen. Um nur die Korrosionsprodukte und nichtevtl. enthaltene Dreckpartikel zu berücksichtigen, wur-den die abgebürsteten Teile mit einem Magneten aufge-sammelt (Bild 9). So konnten auch feinste Rostbestand-teile einfach und sicher aufgenommen werden.

Nachdem der Abrostungsgrad bestimmt war, wurden dieSpannstahlproben mittels elektrischer Rotationsdraht-bürste gesäubert, um die Tiefe der Korrosion und die Aus-dehnung der Narben genauer beurteilen zu können. Da-bei zeigten sich bei den Proben ab Klasse 2 lt. SIA 269ausgeprägte Narben auf der Stahloberfläche, die als be-ginnende Lokalkorrosion und damit Beeinträchtigungder Dauerhaftigkeit angesehen werden müssen. Die Stäh-le der Klasse 1 zeigten keine Narben, sondern nur dunkleFlecken, die eine Materialveränderung andeuten, abernoch keinen Materialabtrag bedeuten (Tab. 1). Anhandder Klassifikation lt. SIA 269 konnten alle Quer- undLängsspannglieder in die Korrosionsgradklassen 1 bis 3eingeordnet werden. Bei allen Spanngliedern waren diehinter den Spannankern herausstehenden Litzenendenwesentlich stärker korrodiert als die Bereiche, die imHüllrohr lagen, weshalb für die Bewertung nur die imHüllrohr liegenden Bereiche verwendet wurden.

Da der Korrosionszustand über die Länge der Spannglie-der und auch zwischen den einzelnen Litzen zum Teilstark variierte, wurde für die Bewertung jedes Spanngliedin die Bereiche Ende – Mitte – Ende unterteilt, jeweils derschlechteste Zustand im jeweiligen Bereich bestimmt undanschließend die Gesamtnote als Mittelwert des Korro -sionszustands festgelegt. Die Querspannglieder wiesen al-le nur wenige Rostpunkte und leichten Flugrost auf (Kor-rosionsgrad 1), wobei das in Tab. 1 gezeigte Bild schonden schlechtesten vorhandenen Zustand darstellt. Die

Tab. 1 Einteilung der Korrosionsgrade nach [20] und Zuordnung der Spann-gliederClassification of the corrosion state acc. to [21] and allocation of thetendons

Korrosions- Beschreibung Abrostungsgrad [ %]grad Korrosionszustand

(oben vor, unten nach der Reinigung)

0 Blank 0,00

1 Wenige Rostpunkte, Flugrost < 0,05

2 Flugrost, Rostflecken, lokal geringer Materialabtrag > 0,05

3 Vollständig rostig, geringer Materialabtrag(maximal Rippung abkorrodiert), Rost-narben > 0,25

4 Querschnittsverminderung, Lochfraß, Rost-narben (Dickenminderung in mm oder % desursprünglichen Gesamtquerschnitts) > 2,0[Eine so starke Schädigung war bei dieserBrücke nicht vorhanden.]

Bild 9 Bestimmung der Masse der entfernten Korrosionsprodukte durch Aufsammeln mit einem MagnetenDetermine the mass of the corrosion products by collection with amagnet



FAC

HT

HE

MA

A

RT

ICLE

chen, in denen bei den am stärksten korrodierten Probenein Versagen innerhalb der Ankerbüchse auftrat, nämlicham Ende des Keiles infolge Kerbwirkung, wurde für dieDehnungsbestimmung auch der Maschinenweg verwen-det, um die plastischen Verformungen im Versagens -bereich sicher zu erfassen. Bild 11 zeigt die ermitteltenSpannungs-Dehnungs-Linien mit den entsprechend derZulassung gültigen Grenzbereichen. Es ist zu erkennen,dass die Verläufe der Proben mit Korrosionsgrad 1 (1-1und 1-2) oberhalb der Litzen mit Korrosionsgrad 2 (2-1bis 2-3) und 3 (3-1 bis 3-3) liegen. Diese erreichen ihreStreckgrenze früher.

5 Schlussfolgerungen

Es konnte gezeigt werden, dass der temporäre Korro -sionsschutz von Spanngliedern mit Lufttrocknung auchüber einen längeren Zeitraum möglich ist. Die meistenSpannglieder wiesen – bei intakter Trocknungsanlage –nur sehr geringe bzw. vernachlässigbare Korrosionser-scheinungen auf, die vermutlich zum größten Teil erstnach dem Abbau der Trocknungsanlage eingetreten sind.

Deutlich wurde dargelegt, welche Schwierigkeiten beimBetrieb einer Trockenluftanlage über längere Zeiträumeauftreten können. Wichtig für das Funktionieren sind ne-ben der Sicherstellung einer konstanten Trockenluftbefül-lung vor allem tägliche Wartung und Kontrolle desSchlauchsystems, die sorgfältige Abdichtung der Spann-gliedenden und die Verhinderung von Wassereintritten indie Spannkanäle. Fehler bei diesen Punkten führten indem vorgestellten Fall dazu, dass die Spannglieder nicht

meisten Querspannglieder waren wesentlich schwächerkorrodiert und die punktuellen Korrosionspunkte kön-nen auf das Vorhandensein von Kondenswassertropfenzurückgeführt werden, die wahrscheinlich erst nach demAbschalten der Anlage entstanden waren.

Die Ankerplatten und Keile der Querspannglieder wiesendeutliche Korrosionserscheinungen auf, die sich in Formvon Flugrost und lokalen Korrosionsflecken, mit zum Teilbeginnender Narbenbildung, an den Innen- und Außen-flächen zeigten (Bild 10). Diese waren wesentlich älterund sind mit den offen liegenden Spanngliedenden zu er-klären.

Die Längsspannglieder waren insgesamt stärker als dieQuerspannglieder korrodiert. Sie waren durchgehendvon Flugrost bedeckt, was auf die längere Zeit zwischenAbbau der Trocknungsanlage und der Entnahme zurück-geführt werden kann. Allerdings hatten sie auch deutlichmehr Rostflecken. Die inneren Lisenenspannglieder, dieweitestgehend vor Feuchtigkeitszutritt geschützt waren,wiesen nur sehr geringe und zu vernachlässigende Korro-sion auf und viele Litzen waren blank. Die Stegspannglie-der waren stärker korrodiert als die Lisenenspannglieder.Insgesamt wurden die Lisenen- und Stegspannglieder mitdem Korrosionsgrad 1 bewertet. Die stark korrodiertenSpannstähle der Trogplatte wurden mit Korrosionsgraden2 bis 3 eingestuft.

4.2 Zugprüfung

Zur Prüfung des Einflusses der Korrosion auf die Mate -rialeigenschaften der Spannstähle wurden im Otto-Mohr-Laboratorium der TU Dresden Zugprüfungen durchge-führt. Analog zur Situation im Spannglied wurden die Lit-zen in den Ankerbüchsen verkeilt und diese auseinander-gezogen. Dadurch wurde eine Abwicklung der Litzenausgeschlossen und eine ausschließlich einachsige Zug -beanspruchung sichergestellt. Die Verformung wurde mitinduktiven Wegaufnehmern im freien Bereich der Probeüber eine Länge von 450 mm gemessen. In den Versu-

Bild 10 Korrosionszustand der Verankerungen der QuerspanngliederCorrosion condition of the anchor plates of the transverse tendons

Span

nung

[N/m

m²]

Dehnung in %

2200

2000

1800

1600

1400

1200

1000

800

600

400

200

00,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0

Rp0,01

1-11-2

2-12-22-3

3-13-23-3

Rp0,1

Rp0,2

Streubereich

Bild 11 Spannungs-Dehnungs-Verläufe der untersuchten LitzenStress-strain graphs of the tested tendons



dauerhaft vor Korrosion geschützt waren und schlussend-lich zum Abriss des Brückenüberbaus führten. Eineausschließ liche Kontrolle und Überwachung der Mess-werte ist nicht ausreichend, da dies nur in Kombinationmit einer regelmäßigen und sorgfältigen Inspektion allerTeile des Trocknungssystems einen sicheren Schutz ge-währleistet. Empfohlen wird, bei der Inbetriebnahme vonTrockenluftanlagen zunächst einen erhöhten Befüllungs-druck und höhere Temperaturen zu verwenden, um evtl.vorhandenes Hüllrohrwasser auszutragen. Wenn dieMesswerte beim Luftaustritt vermuten lassen, dass sichein konstant niedriger Feuchtigkeitsgehalt eingestellt hat,also die Anfangsfeuchte entfernt ist, können Druck undTemperatur reduziert werden. Spanngliedtiefpunkte sindbesonders kritische Stellen, da sich hier Wasser sammelnkann. Zu überlegen wäre, an solchen Stellen planmäßigEntlüftungsrohre einzubauen, die im Bedarfsfall geöffnetwerden könnten, um evtl. vorhandenes Wasser zu entfer-nen.

Die Entnahme und Prüfung von Spanngliedern nach derDurchführung einer temporären Korrosionsschutzmaß-nahme ist im Allgemeinen nicht möglich, sodass evtl. en-doskopische Geräte für eine stichprobenartige Kontrolleeingesetzt werden könnten. Allerdings ist dies für längereSpannglieder problematisch.

Der temporäre Korrosionsschutz mit filmbildendenSchutzmitteln bedingt deren vorherige werkseitige Auf-bringung. Unterstellt man die Notwendigkeit eines tem-porären Korrosionsschutzes für ein Bauwerk, ist dies sicher eine geeignete Möglichkeit, doch ist aufgrund derGefahr der Beschädigung dieser Schutzschicht im Bau-prozess auch hier kein hundertprozentiger Korrosions-schutz gewährleistet. Auch sind bisher nicht alle Fragenhinsichtlich des Einflusses solcher Beschichtungen aufdas Verbundverhalten geklärt. Da für die meisten Fälle allerdings nur die Möglichkeit eines nachträglichen tem-porären Korrosionsschutzes besteht, scheidet diese Me-thode in der Regel aus.

In den eigenen Korrosionsuntersuchungen wurden Kor-rosionsgrade nach [21] bestimmt. Für einige Fälle ist diedort angegebene Einteilung der Klassen sicherlich zugrob und eine feinere Abstufung wäre sinnvoll. Die Be-stimmung des Abrostungsgrades über die Masseverlustesowie die Beurteilung anhand des visuellen Zustands wa-ren geeignete Kriterien für die Bewertung. In den Mate -rialuntersuchungen wurde nur die Kurzzeitfestigkeit derLitzen geprüft und nur geringe Abweichungen bei denstark korrodierten Proben festgestellt. Aussagen über dasDauerschwingverhalten, die Ermüdungsfestigkeit oderdie Neigung zu Spannungskorrosion können damit nichtgetroffen werden. Weitere Untersuchungen zur Beurtei-lung, bis zu welchen Korrosionserscheinungen eine Schä-digung bzw. Tragfähigkeitsminderung ausgeschlossenwerden kann, sind wünschenswert.

Prinzipiell existieren heute Verfahren, die einen temporä-ren Korrosionsschutz auch über einen langen Zeitraum(bis zu einem Jahr) zuverlässig sicherstellen. Dies bedingtallerdings einen angemessen hohen Aufwand bei Unter-haltung und Prüfung der Funktionstüchtigkeit der Maß-nahme. Dies wird aber dadurch hinreichend gerechtfer-tigt, dass, wenn eine temporäre Korrosionsschutzmaßnah-me nicht ordentlich ausgeführt wird, dies zwangsweisezum Abriss führen muss, da eine Sanierung der Spannglie-der in fast allen Fällen ausgeschlossen ist. Deshalb sind In-stallation und Betrieb solcher Maßnahmen sorgfältig zuplanen, zu überwachen und zu kontrollieren, denn nurdann ist eine temporäre Korrosionsschutzmaßnahmeauch wirtschaftlich, da die Kosten eines (anschließenden)Abbruchs und Ersatzneubaus wesentlich höher sind.

Dank

Die Autoren danken dem Bauherren und der beteiligtenBaufirma für die gute Zusammenarbeit und die Möglich-keit, die Ergebnisse der Untersuchungen zu veröffent -lichen.

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Autoren

Dipl.-Ing. Gregor SchachtTechnische Universität DresdenInstitut für [email protected]

Dr.-Ing. Torsten HampelTechnische Universität DresdenInstitut für [email protected]

Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Manfred CurbachTechnische Universität DresdenInstitut für [email protected]

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Temporärer Korrosionsschutz von Spanngliedern