7. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Juli 2021 455 Plasmagespritzte Aluminiumoxidschichten für den Schutz von Betonoberflächen Hendrik Morgenstern, M.Sc. Institut für Baustoffforschung der RWTH Aachen University, D-52062 Aachen, Deutschland Univ.-Prof. Dr.-Ing. Michael Raupach Institut für Baustoffforschung der RWTH Aachen University, D-52062 Aachen, Deutschland Tobias Wessler, B.Eng. GTV Verschleißschutz GmbH, D-57629 Luckenbach, Deutschland Zusammenfassung Um Betonoberflächen vor Korrosion zu schützen, gibt es verschiedene Schutzsysteme auf Basis von Polymeren, Spezialmörteln oder Glaselementen. Die gängigen Systeme sind jedoch für bestimmte Anwendungen ungeeignet oder gestalten sich sehr aufwendig. Entsprechend besteht der Bedarf an einem Schutzsystem, das einfach zu applizieren ist und dauerhaften Schutz bietet. Im Rahmen eines vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Forschungsprojekts werden am Institut für Baustoffforschung (ibac) der RWTH Aachen University in Zusammenarbeit mit der GTV Verschleißschutz GmbH mittels Plasmaspritzen hergestellte Keramikschichten und deren Eignung z.B. für den Schutz von Betonoberflächen in Trink- und Abwasserbauwerken untersucht. In diesem Beitrag werden die bisherigen Ergebnisse der verschiedenen Arbeiten und Untersuchungen vorgestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass es möglich ist, praktisch schädigungsfrei gut haftende, fugenlose und reproduzierbare Aluminiumoxidschichten mittels Plasmaspritzen auf verschiedenen Mörteln und Betonen herzustellen. 1. Einleitung 1.1 Gespritzte Schutzsysteme für Betonoberflächen Durch Betonkorrosion infolge physikalischer oder chemischer Belastungen werden Betonoberflächen teilweise stark geschädigt. Die Art der Einwirkung reicht beispielsweise von der Auslaugung von Trinkwasserbehältern bis hin zur biogener Schwefelsäurekorrosion bei Abwasserbauwerken. Um die Korrosion der Betonoberflächen zu verhindern, können diese mit Schutzsystemen beschichtet werden. Neben Polymerbeschichtungen und Spezialmörteln, deren Dauerhaftigkeit z.T. begrenzt ist, finden dabei auch Auskleidungssysteme aus Glas Anwendung. So können beispielsweise Glasscheiben mit Dicken von 4 bis 10 mm, die speziell an die jeweilige Bauteilkrümmung angepasst sind, aufgeklebt werden. Eine andere Vorgehensweise verwendet biegsame Flachglaspaneele, die überlappend verklebt werden. Beide Auskleidungsarten sind aufwendig in der Applikation und damit vergleichsweise kostenintensiv in der Herstellung. Sofern die Maßnahmen fachgerecht und fehlerfrei durchgeführt werden, kann mit beiden prinzipiell ein dauerhafter Schutz des Betons erzielt werden - Ausführungsfehler sind jedoch besonders kritisch zu bewerten [1]. Als Weiterentwicklung dieses Schutzprinzips wurde an der RWTH Aachen University das nahtlose Applizieren flammgespritzter Glasschichten auf Beton erforscht. Das Flammspritzen auf Beton wurde bereits zuvor verfolgt [2-5], jedoch bis dato nicht zur Industriereife gebracht. Nach dem derzeitigen Kenntnisstand scheiterte dies an der thermischen Belastung des Betons und der starken Rissbildung in den gespritzten Glasschichten. Derzeit forschen das Institut für Baustoffforschung (ibac) der RWTH Aachen University und die GTV Verschleißschutz GmbH gemeinsam im Rahmen eines vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Transfer-Projektes an einer Applikationstechnik für thermisch gespritzte, nahtlose Keramikschichten für den Schutz von Betonoberflächen. Gespritzte Keramikschichten könnten beispielweise als dauerhafter Säureschutz in Abwassersystemen oder auch als lebensmittelechte Beschichtung von Trinkwasserbehältern verwendet werden. 1.2 Vorarbeiten Die aktuellen Arbeiten zur Erstellung nahtloser und gut haftender gespritzter Schichten auf Beton stützen sich auf die Vorarbeiten zweier vorangegangener DFG-Pro- 456 7. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Juli 2021 Plasmagespritzte Aluminiumoxidschichten für den Schutz von Betonoberflächen jekte. In den damaligen Versuchen wurde zunächst in Anlehnung an den gewöhnlichen Aufbau von Betonkanälen quarzitische Gesteinskörnung für die Herstellung der Prüfkörper verwendet. Diese wiesen nach der thermischen Beanspruchung durch das Flammspritzen jedoch starke Schädigungen auf und zeigten ein kohäsives Versagen direkt unterhalb der aufgespritzten Glasschicht, teils durch gerissene Quarzkörner hindurch, sowie Rissbildung in der Zementmatrix bis in mehrere Millimeter Tiefe [6]. Grund dafür waren gegenläufige Dehnungen der Zementmatrix und des Zuschlages sowie der bei 573 °C schlagartig auftretende Volumenzuwachs der Gesteinskörnung durch den Quarzsprung [7]. Die Ergebnisse zeigten, dass für eine Anwendung in der Praxis eine thermisch beständigere, schützende Zwischenschicht erforderlich ist. Als Zuschlag für eine solche Schutzschicht empfiehlt sich ein Material mit geringeren Wärmedehnungen als Quarz wie bspw. Basalt [8]. Daher wurde anschließend an die Versuche mit den quarzitischen Zuschlägen ein Basaltmörtel für eine dünne thermische Schutzschicht entwickelt und als Substrat für die gespritzten Schichten verwendet. Auf diese Weise konnte der Untergrundbeton geschützt werden. Eine weitere Herausforderung stellte jedoch die unvermeidbare flächige Rissbildung in den Glasschichten infolge des Abkühlens dar, weshalb im aktuellen Projekt Keramikschichten auf ihre Eignung zur Erhöhung der Dauerhaftigkeit untersucht werden. 2. Material und Methoden 2.1 Herstellung von Grundkörpern In dem aktuell noch laufenden Projekt wurden bislang 38 Prüfkörper aus Basaltmörtel, 32 Verbundkörper aus Altbeton (A3) und Basaltmörtel sowie 36 Prüfkörper und 3 Demonstratoren aus Referenzbeton (MC 0,40) hergestellt. Die Prüfkörper sind Platten mit einer Kantenlänge von 20 cm und einer variierenden Dicke, je nach Material und Anwendungsbzw. Untersuchungszweck. Die Grundkörper wurden nach der Herstellung nach zwei Tagen ausgeschalt und anschließend bei Laborklima gelagert. Zusätzlich zu den Prüfkörpern wurden jeweils Normprismen bzw. Normwürfel hergestellt und nach 28 Tagen geprüft sowie die Frischmörteleigenschaften während der Herstellung untersucht. Während des Projektes wurde die Rezeptur des Basaltmörtels stetig angepasst, um seine Eignung als Schutzschicht zu optimieren. Der Wassergehalt sollte so gering wie möglich sein, um einen möglichst hohen thermischen Widerstand zu bieten. Das war jedoch herausfordernd, da der Basaltzuschlag einen besonders hohen Wasserbedarf hat und eine gute Verarbeitbarkeit gewährleistet werden muss. Die finale Zusammensetzung sowie die Materialeigenschaften des Basaltmörtels sind in Tabelle 1 gegeben. Tabelle 1: Zusammensetzung und Materialeigenschaften des finalen Basaltmörtels Zusammensetzung Eigenschaft Einheit Basaltmörtel w/ z-Wert - 0,49 Zementart - CEM I 42,5 R Wasser kg/ m³ 147 Zement 300 Flugasche 50 Fließmittel 6,4 Basalt 0-1 mm 760 0-2 mm 217 2-5 mm 1195 mittlere Rohdichte 2530 mittlere Würfeldruckfestigkeit nach 28 Tagen N/ mm² 79,6 Zunächst wurde lediglich die Schutzschicht anhand von Basaltmörtelplatten von 30 mm Dicke untersucht. Anschließend wurden in Anlehnung an die spätere Anwendung Verbundkörper aus Altbeton und Schutzschicht (15/ 20/ 25/ 30 mm Dicke) hergestellt und geprüft, um die nötige Schutzschichtdicke zu ermitteln. Die Referenzbetonplatten wiesen eine Dicke von 30 mm auf und die Demonstratoren wurden hergestellt, um die verschiedenen Geometrien in Trinkwasserbehältern (Säulen, Treppen, Ablaufrinnen) darzustellen und zu untersuchen. Dabei wurden möglichst viele verschiedene Geometrien je Demonstrator umgesetzt, wie bspw. beim Ablaufrinnen-Demonstrator mit 3 verschiedenen Durchmessern (siehe Abbildung 1). Abbildung 1: CAD-Skizze des Demonstrators mit Ablaufrinnen verschiedener Durchmesser 2.2 Verwendete Pulver und Brenner Das Spritzverfahren kann durch ein entsprechendes Programm vorgegeben und nahezu beliebig eingestellt werden. In der aktuellen Arbeit wurden Spritzgeschwindigkeiten (horizontale Bewegung der Spritzpistole zur Probenoberfläche) von 0,75 bis 2 m/ s und Spritzabstände von 150 bis 250 mm untersucht. Der Spritzwinkel relativ zur Proben- 7. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Juli 2021 457 Plasmagespritzte Aluminiumoxidschichten für den Schutz von Betonoberflächen oberfläche variierte zwischen 45° und 90° und der Scanversatz (Schrittweite von Bahn zu Bahn) zwischen 10 und 30 mm. Die Proben wurden 1bis 2-lagig beschichtet. Die Einstellung des Spritzprogrammes erfolgt computergesteuert und kann mit einem CAD-Modell bauteilspezifisch programmiert werden (siehe Abbildung 2). In den vorangegangenen Projekten wurden die Glasschichten zunächst manuell und später robotergeführt flammgespritzt. Um größere Beschichtungsraten zu erzielen und auch Keramikpulver verarbeiten zu können, wird in diesem Projekt eine Plasmaspritzpistole genutzt, die durch einen Roboter (KR 60 L30- 2 Jet, KUKA) geführt wird (siehe Abbildung 3). Abbildung 2: CAD-geführte Spritzapplikation des Treppen-Demonstrators Abbildung 3: KR 60 L30-2 Jet und der Spritzstand mit rückseitiger Absaugung (in blau) In Anlehnung an die vorangegangenen Forschungsprojekte wurden zunächst gemahlene Floatgläser sowie alkaliresistente Gläser (AR-Glas) verwendet und um ein Aluminiumoxid-Pulver zur Herstellung keramischer Schichten ergänzt. Aluminiumoxid bietet neben einem im Vergleich zu anderen Keramik-Pulvern relativ geringen Preis den Vorteil einer guten Verarbeitbarkeit. Die Verarbeitbarkeit wird durch die Förderfähigkeit und Schmelzbarkeit der Pulver bestimmt, welche von den Kornformen und -größen abhängen. Runde Körner fließen besser als gebrochene und breite Korngrößenverteilungen erhöhen die Verdichtung und erschweren somit die Verarbeitung. Die Korngrößen(verteilungen) der drei genutzten Materialien sind in Tabelle 2 gegeben. Tabelle 2: Korngrößen der unterschiedlichen verwendeten Pulver (2x Glas, 1x Keramik) Material Korngröße je Siebdurchgang in µm d 10 d 50 d 90 Floatglas 74,6 112,2 144,5 AR-Glas („ZEM“) nach Hellmann [9] 180,3 282,7 488,8 Aluminiumoxid (99,7 %) 21,5 30,6 41,2 Das sogenannte ZEM-Glas [9] aus Tabelle 1 wurde parallel zum ersten Vorgängerprojekt am Institut für Gesteinshüttenkunde (GHI) der RWTH Aachen University entwickelt und später in einem gemeinsamen Projekt als besonders korrosionsbeständiges Glas für die Flammspritz-Applikation auf Beton weiterentwickelt und untersucht [10]. In den ersten Spritzversuchen von verschiedenen Gläsern und Aluminiumoxidpulvern hat sich schnell herausgestellt, dass die Applikation von Glasschichten mittels Plasmaspritzen aufgrund einer ungleichmäßigen Aufschmelzung infolge der geringen Wärmeleitfähigkeit der Gläser nicht vielversprechend ist [11], weshalb der Fokus im weiteren Projektverlauf deutlich auf Schichten aus Aluminiumoxid gelegt wurde. Der verwendete Penta-Brenner von GTV ist ein 5-Anoden-Plasma-Brenner, bei dem die elektrische Leistung über ein Argon-Wasserstoff-Plasma übertragen wird. Er erreicht bei dem final verwendeten Parametersatz eine Leistung von 106 kW. Wohingegen beim Flammspritz-Prozess in den Vorarbeiten stets eine Vorwärmung der Probekörper nötig war, um den thermischen Schock zu reduzieren, konnten mit dem Plasmaspritz-Prozess bessere Haftungen auch ohne Vorwärmung realisiert werden, sodass ein bislang notwendiger Arbeitsschritt eingespart werden konnte. 458 7. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Juli 2021 Plasmagespritzte Aluminiumoxidschichten für den Schutz von Betonoberflächen 2.3 Untersuchungen An den hergestellten Prüfkörpern wurden verschiedene physikalische und chemische Untersuchungen durchgeführt, darunter folgende: • Prüfung der Druck- und Biegezugfestigkeit • Bestimmung der Frischmörtelkennwerte • Prüfung der Haftzugfestigkeit • Prüfung der Wärmeleitfähigkeit • Prüfung des Verschleißwiderstandes • Untersuchung der Dichtheit • Untersuchung des Widerstandes gegen Säuren und Laugen • Durchführung von Mikroskopie Außerdem sind als abschließendes Arbeitspaket umfangreiche Auslaugungsversuche geplant und derzeit in der Vorbereitung. Aus Gründen der Übersicht und Kompaktheit wird hier nicht auf jede Untersuchung eingegangen. Die wichtigste Untersuchung zur Ermittlung der idealen Spritzparameter war die Haftzugprüfung. Diese wurde durchgeführt, indem Ringnuten mit 50 mm Durchmesser in die Proben wassergekühlt hineingebohrt und nach der Trocknung Haftzugstempel auf die Prüfflächen geklebt und anschließend mit 100 N/ s abgezogen wurden. Es wurden je nach Größe und Zustand der Platte möglichst 5 Prüfstellen untersucht, mindestens jedoch 3. 3. Ergebnisse 3.1 Untersuchung der Basaltmörtel-Schutzschicht für die Anwendung auf Altbeton Zunächst wurden in einer großen Parameterstudie 21 verschiedene Parameterkombinationen aus Abstand, Scanversatz, Geschwindigkeit, Schichtanzahl und Vorwärmung appliziert und die Prüfkörper anschließend auf ihre Haftzugfestigkeit geprüft. Bei den meisten Kombinationen versagten die Prüfkörper kohäsiv im Basaltmörtel bei Festigkeiten, die im Streubereich des unbeschichteten Mörtels lagen. Die beste Kombination (150 mm Abstand, 2 m/ s Spritzgeschwindigkeit, 10 mm Scanversatz, 1 Schicht) erzielte eine mittlere Haftzugfestigkeit von 3,3 N/ mm² (Kohäsionsbruch) und entsprach somit exakt der Haftzugfestigkeit des ReferenzPrüfkörpers. Die niedrigste Haftzugfestigkeit von 1,12 N/ mm² (Adhäsionsbruch) wurde durch eine Kombination von geringem Abstand, geringer Geschwindigkeit, geringem Scanversatz und hoher Schichtanzahl bewirkt. Ein typisches Bruchbild infolge der Haftzugprüfung ist in Abbildung 4 gezeigt. Abbildung 4: Bruchbild einer beschichteten Basaltmörtelplatte nach einer Haftzugprüfung Nachdem die thermische Widerstandsfähigkeit des Basaltmörtels als erwiesen galt, sollte die nötige Mindestschichtdicke zum Schutz des Untergrundbetons ermittelt werden. Der Untergrundbeton wurde konservativ durch einen Altbeton der Klasse A3 simuliert. Um ein Verbundversagen zwischen Altbeton und Schutzschicht zu vermeiden, sollte ebenfalls eine wirksame Untergrundvorbereitung ermittelt werden. Die Altbetonplatten wurden daher unterschiedlich aufgeraut (3 verschiedene Rauheitsgrade durch Sandstrahlen, 1 Rauheitsgrad durch Fräsen) und anschließend mit 15 bis 30 mm dicken Basaltmörtelschichten aufbetoniert. Als Nachweis der thermischen Schutzwirkung des Basaltmörtels wurden ergänzende Untersuchungen der Wärmeleitfähigkeit an beiden bis auf Massekonstanz getrockneten Materialien durchgeführt, deren Ergebnisse in Tabelle 3 gegeben sind. Im Vergleich hat der Basaltmörtel eine um 56 % reduzierte Wärmeleitfähigkeit über alle geprüften Temperaturstufen hinweg. Tabelle 3: Wärmeleitfähigkeit λ des Altbetons und des Basaltmörtels bei drei Prüftemperaturen Material Rohdichte in kg/ m³ Prüftemperatur in °C λ in mW/ K/ m Altbeton A3 2128 10 2353 23 2427 40 2447 Basaltmörtel 2318 10 1030 23 1058 40 1080 Bei den anschließenden Haftzugprüfungen an den Verbundkörpern versagten die Verbundkörper entweder kohäsiv im Altbetonuntergrund oder adhäsiv zwischenAltbeton und Basaltmörtel, jedoch stets bei Festigkeiten im Streubereich der Referenzprobekörper. Bei Betrachtung der Prüfstellen mit kohäsivem Versagen im Altbeton erzielten diese unabhängig von der Untergrundvorbereitung und der Schutzschicht- 7. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Juli 2021 459 Plasmagespritzte Aluminiumoxidschichten für den Schutz von Betonoberflächen dicke im Mittel Haftzugfestigkeiten von 1,63 ± 0,35 N/ mm². Der Mittelwert der Haftzugfestigkeit der Altbetonprüfkörper ohne Schutzmörtel lag bei 1,43 ± 0,12 N/ mm². Die Streuungen sind jedoch wie für einen A3-Beton üblich ausgesprochen hoch. Da auch beim Altbeton A3 eine schädigungsarme Plasmaspritzapplikation festgestellt werden konnte, wurden gewöhnliche Vollklinkersteine, Gehwegplatten (siehe Abbildung 5) und verschiedene Betone mit Aluminiumoxid beschichtet. Bei keinem der Baustoffe konnte ein signifikanter Festigkeitsverlust infolge des thermischen Spritzens festgestellt werden. Entsprechend wurde der in den Vorgängerprojekten nötige Schutzmörtel obsolet und im weiteren Projektverlauf für die Grundkörperherstellung der Referenzbeton MC 0,40 verwendet. Abbildung 5: Gehwegplatte mit einer Haftzugfestigkeit von 3,27 N/ mm² (Referenzwert: 3,26 N/ mm²) 3.2 Haftzugfestigkeit auf Referenzbeton Basierend auf der ersten Parameterstudie zur Optimierung der Spritzparameter wurde in einer zweiten Studie am Referenzbeton der Einfluss des Spritzwinkels untersucht. Der Spritzwinkel musss für eine Applikation bei gekrümmten oder eckigen Bauteilen variabel einstellbar sein und teilweise von den standardmäßig verwendeten 90° abweichen. In Abbildung 6 sind die gemittelten Haftzugfestigkeiten in Abhängigkeit des Spritzwinkels gegeben. Auch hier überlappen die Streubänder mit jener der Referenzprobe, sodass keine signifikante Schädigung festgestellt werden konnte. Das Versagen fand bei allen Stellen im Beton statt, wie in Abbildung 7 gezeigt. Abbildung 6: Haftzugfestigkeiten des beschichteten Referenzbetons in Abhängigkeit des Spritzwinkels Abbildung 7: Bruchbilder der Haftzugprüfung am beschichteten Referenzbeton 3.3 Dichtheit Eine wesentliche Anforderung an die gespritzten Schichten ist neben der Haftung am Untergrund die Dichtheit. Die Dichtheit ist zum einen von der lückenlosen Bekleidung der Oberfläche und zum anderen von der Porosität und Rissfreiheit der Beschichtung abhängig. Wie in Abbildung 8 zu sehen, ist die plasmagespritzte Beschichtung unter dem Lichtmikroskop betrachtet geeignet, um gewisse Rauigkeiten und Unebenheiten der Betonoberfläche auszugleichen. Allerdings wird bei näherer Betrachtung im REM (Rasterelektronen-Mikroskop) eine feine Verteilung von Mikrorissen und eine gewisse Porosität sichtbar (siehe Abbildung 9). Diese Mikrorisse haben Einfluss auf die Dichtheit der Beschichtung und ermöglichen ein Eindringen von Wasser. Aufgrund der geringen Größe der Poren und Risse sind sie jedoch gut für Verfüllung mit einer hochviskosen Versiegelung geeignet. Eine Versiegelung aus dem Sortiment der GTV Verschleißschutz GmbH hat bereits eine Trinkwasserzulassung und ist explizit für die Anwendung bei Mikroporen und Haarrissen geeignet. Nach der Versiegelung waren die Proben auch über eine tagelange Wasserbeaufschlagung hinweg dicht, was mit der Wassereindringprüfung nach Karsten 460 7. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Juli 2021 Plasmagespritzte Aluminiumoxidschichten für den Schutz von Betonoberflächen nachgewiesen wurde (siehe Abbildung 10). Die Wasserverluste infolge Verdunstung wurden durch Referenzprüfungen an wasserdichten Fliesen berücksichtigt. Abbildung 8: Dünnschliff einer mit Aluminiumoxid beschichteten Basaltmörtelprobe Abbildung 9: Mikrorisse in der plasmagespritzten Aluminiumoxidschicht Abbildung 10: Wassereindringprüfung nach Karsten an versiegelten Aluminiumoxidschichten Die Überprüfung der Wasserdichtheit bei einer Auslaugung mit demineralisiertem Wasser über einen längeren Zeitraum hinweg erfolgt im weiteren Projektverlauf. Dabei soll auch der Einfluss von anhaltender Säure- und Laugenbeaufschlagung untersucht werden. Die am ibac vorhandene Auslaugungsanlage wurde extra für diesen Zweck aufgerüstet. Die Auslaugung soll mittels der NMR-Spektroskopie überprüft werden, derzeit laufen die Messungen der Prüfkörper vor der Auslaugung. Die generelle Resistenz gegen chemische Angriffe wurde in Tastversuchen anhand von beschichteten runden Stahlscheiben nachgewiesen. Der Stahl wurde zum Schutz vor der Säure mit einem Epoxidharz beschichtet. Nach einer 7tägigen Lagerung in einer Schwefelsäure (pH = 1) waren Epoxidharz sowie Stahlstempel stark angegriffen bzw. aufgelöst, die Aluminiumoxidschicht zeigte jedoch keine Veränderung neben einer leichten Vergilbung (siehe Abbildung 11). Die Prüffläche wurde vor der Lagerung mit der Versiegelung abgedichtet, die wasserabweisende Wirkung war auch nach der Säurelagerung noch gegeben. Abbildung 11: Vorderseite (Aluminiumoxidschicht, versiegelt) und Rückseite (mit Epoxidharz beschichteter Stahl, korrodiert) eines Prüfkörpers nach einer 7-tägigen Lagerung in Schwefelsäure (pH = 1) 7. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Juli 2021 461 Plasmagespritzte Aluminiumoxidschichten für den Schutz von Betonoberflächen 4. Diskussion Durch den robotergeführten Spritzprozess wird eine reproduzierbare sowie hochpräzise Applikation möglich. Mit der besten Parametereinstellung wird eine Beschichtungsrate von 200 cm²/ s bzw. 1,2 m²/ min erreicht, sodass auch größere Flächen zügig beschichtet werden können. Komplexe Geometrien können über ein CAD-Modell in die Robotersteuerung importiert und so mit exakten Abständen und Neigungswinkeln bespritzt werden. Sollte ein Platzmangel die Bewegungsfreiheit des Roboterarmes einschränken, so kann der Winkel zur Oberfläche zwischen 90° und 45° frei gewählt werden. Es wurde nachgewiesen, dass die Spritzneigung in diesem Bereich keinen signifikanten Einfluss auf die erzielte Haftung hat. Es wurde ein Basaltmörtel entwickelt, der sehr hohe Festigkeiten mit einer guten Verarbeitbarkeit und einer besonders geringen Wärmeleitfähigkeit verbindet und damit eine hervorragende Eignung als thermische Schutzschicht aufweist. Selbst geringe Schichtdicken von bis zu 15 mm waren geeignet, um den Untergrund wirksam vor einer thermischen Beanspruchung des Plasmaspritzprozess zu schützen. Durch die Optimierung der Spritzparameter konnten die Haftungskräfte der gespritzten Keramikschichten am Untergrund maximiert und dabei die thermische Schädigung des Substrates minimiert werden. In vergleichenden Untersuchungen konnte festgestellt werden, dass das Verfahren für Betone verschiedener Qualitäten und Klinkersteine quasi als schädigungsfrei angenommen werden kann, da die geprüften Haftzugfestigkeiten stets im Streuband jener der Referenzproben lagen. Die Streuungen werden im Prinzip lediglich durch die ohnehin vorhandenen Streuungen des Untergrundes bestimmt bzw. bei korrekter Parameterwahl waren die Adhäsionskräfte zwischen Beschichtung und Untergrund stets höher als die Kohäsionskräfte des Untergrundes. Ein Versagen innerhalb der Keramikschicht wurde nie festgestellt. Die Keramikschicht kann also als die stärkste Komponente im Verbundsystem angenommen werden. Die mikroskopischen Untersuchungen ergaben, dass innerhalb der Aluminiumoxid-Schicht Mikroporen und -risse vorliegen, die eine Dichtheit der Schicht zunächst ausschließen. Diese sind jedoch sehr gut für die Verfüllung mit kapillaraktiven Versiegelungen geeignet, sodass anschließend eine vollständige Dichtheit gegen stehendes Wasser nachgewiesen werden konnte. Sowohl Beschichtung als auch Versiegelung waren in Tastversuchen weiterhin resistent gegen Säuren und Laugen. Die Dichtheit und Widerstandskraft bei Auslaugungsbeanspruchung bzw. längerer chemischer Beanspruchung soll noch in bereits vorbereiteten Versuchen untersucht werden. 5. Fazit Die Beschichtung von Betonbauteilen mit plasmagespritzten Glasschichten stellt eine innovative Schutzmaßnahme dar und bietet neue Möglichkeiten zur Erhöhung der Dauerhaftigkeit von Beton. Aus den Ergebnissen der bisher abgeschlossenen Untersuchungen können folgende Schlussfolgerungen gezogen werden: • Das automatisierte Plasmaspritzen ermöglicht die Applikation nahtloser, hervorragend haftender Keramikschichten auf Beton. • Bei entsprechender Parameterwahl kann das Verfahren für verschiedene mineralische Baustoffe als praktisch schädigungsfrei angenommen werden. • Die Aluminiumoxidschichten zeigen herstellungsbedingt Mikroporen und -risse, die durch geeignete Versiegelungen effektiv gefüllt werden können, um eine Dichtheit zu erzeugen. Aktuell erfolgen vorbereitende Arbeiten, um die Demonstratoren zu beschichten und so die praktikable Anwendbarkeit auch für große und realistische Bauteile nachzuweisen. 6. Danksagung Die Autoren danken dem Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) für die Förderung dieses ZIM-Kooperationsprojektes (Förderkennzeichen ZF4140612SU8) und den Kollegen Herrn Dr.-Ing. Wank und Herrn Wessler von der GTV Verschleißschutz GmbH für die hervorragende Zusammenarbeit. Literatur [1] J. Orlowsky, Glasverbundsysteme im Kanalbau, 14. IFF-Fachtagung, 2007. [2] J.G. Legoux, S. Dallaire, Adhesion mechanisms of arc-sprayed zinc on concrete, Journal of Thermal Spray Technology 4(4) (1995) 395-400. [3] A. Arcondéguy, e. al, Flame-Sprayed Glaze Coatings: Structure and Some Properties, International Thermal Spray Conference, ASM International, Beijing, China, 2007. [4] A. Arcondéguy, G. Gasgnier, G. Montavon, B. Pateyron, A. Denoirjean, A. Grimaud, C. Huguet, Effects of spraying parameters onto flame-sprayed glaze coating structures, Surface and Coatings Technology 202(18) (2008) 4444-4448. [5] A. Arcondéguy, A. Grimaud, A. Denoirjean, G. Gasgnier, C. Huguet, B. Pateyron, G. Montavon, Flame-Sprayed Glaze Coatings: Effects of Operating Parameters and Feedstock Characteristics Onto Coating Structures, Journal of Thermal Spray Technology 16(5-6) (2007) 978-990. [6] R. 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