9. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Februar 2025 69 Kathodischer Korrosionsschutz bei hohem Sulfat- und Chloridgehalt Dr.-Ing. Amir Asgharzadeh Koch Carbon Consulting GmbH, Kreuztal Zusammenfassung Der Kathodische Korrosionsschutz (KKS) ist ein etabliertes Verfahren zum Schutz von Stahl in Beton, insbesondere bei chloridbelasteten Strukturen [1]. Die gleichzeitige Präsenz von hohen Konzentrationen an Sulfaten und Chloriden in Altbeton stellt jedoch eine besondere Herausforderung dar, weil beide Ionen die Integrität des Betons und die Wirksamkeit des KKS beeinflussen können. Sulfate können zu einer Schädigung der Betonmatrix führen, während Chloride die Passivschicht des Bewehrungsstahls zerstören und Korrosion initiieren. Das Verständnis des kombinierten Effekts dieser Ionen auf die Effektivität des KKS ist daher von großer Bedeutung. Ziel unserer Forschung ist es, die Wechselwirkungen zwischen hohen Sulfat- und Chloridgehalten im Beton und der Wirksamkeit des KKS zu untersuchen. Die Ergebnisse dieser Studie sollen dazu beitragen, optimierte Schutzstrategien für bestehende Betonbauwerke unter solchen extremen Bedingungen zu entwickeln. Wir planen, die Resultate rechtzeitig vor der anstehenden Präsentation abzuschließen und vorzustellen. Dieser Beitrag beschreibt experimentelle Untersuchungen an Proben mit 8 Massenprozent (M%) Sulfat und Chlorid, die beidseitig mit Carbon- und Titananoden sowie mit Carbon-Carbon-Anoden polarisiert wurden. Die LIBS-Messungen (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy) zur Analyse der Ionenwanderung zeigen vielversprechende Ergebnisse zur Wirksamkeit des KKS unter diesen extremen chemischen Bedingungen. Die abschließende Auswertung der LIBS-Daten erfolgt derzeit und soll weitere Erkenntnisse zur Langzeitwirkung liefern. 1. Einleitung Betonbauwerke in Umgebungen mit hohem Sulfat- und Chloridgehalt, wie sie in Küstenregionen oder industriellen Anlagen vorkommen, sind besonderen Korrosionsrisiken ausgesetzt. Sulfate können den Beton angreifen und zu strukturellem Schaden führen, während Chloride die Korrosion der Bewehrung begünstigen [1, 2]. Der Einsatz von KKS in solchen Fällen erfordert ein tiefgehendes Verständnis der Materialinteraktionen und elektrochemischen Prozesse. 2. Experimentelle Methoden 2.1 Probenherstellung Zur Simulation von hochbelastetem Altbeton wurden Proben mit einer Zielkonzentration von 8 Massenprozent Sulfat und Chlorid (bezogen auf die Zementmasse) hergestellt. Diese Zusammensetzung simuliert Bedingungen in hochbelasteten Betonbauteilen. Zur besseren Nachvollziehbarkeit der elektrochemischen Prozesse wurden die Proben sowohl mechanisch als auch chemisch charakterisiert (Abbildung 1). Abbildung 1: Probenherstellung mit hohem Sulfat- und Chloridgehalt sowie Elektroden 2.2 Polarisation Die Proben wurden beidseitig mit zwei verschiedenen Anodensystemen polarisiert: • Carbon-Titan-Anoden • Carbon-Carbon-Anoden Die Untersuchungsmatrix ist in der Tabelle 1 dargestellt. 70 9. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Februar 2025 Kathodischer Korrosionsschutz bei hohem Sulfat- und Chloridgehalt Tabelle 1: Untersuchungsmatrix zur Simulation des KKS an hoch Sulfat/ Chlorid haltigen Altbeton. Probekörper Ionen (Chlorid &Sulfat) KKS Arbeitselektrode Gegenelektrode A1 Ja Ja Titan Titan A2 Ja Ja Titan Titan A3 Ja Ja Titan Titan B1 Ja Ja Carbon Titan B2 Ja Ja Carbon Titan B3 Ja Ja Carbon Titan C1 Nein Ja Titan Titan D1 Nein Ja Carbon Titan E1 Ja Nein - - E2 Ja Nein - - F1 Nein Nein - - F2 Nein Nein - - Die Polarisation erfolgte mit einer Stromdichte von 80 mA/ m². Die Dauer der Polarisation wurde auf 60-90 Tage festgelegt, wobei regelmäßige Messungen des Elektrodenpotentials und des Stromflusses durchgeführt wurden, um die Stabilität und Effektivität der Anodensysteme zu überwachen. 2.3 LIBS-Messungen Die Ionenwanderung innerhalb des Betons wurde mit der Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) untersucht. Diese Methode ermöglicht eine ortsaufgelöste Analyse der chemischen Zusammensetzung und zeigt die Verteilung von Chlorid- und Sulfationen im Probenquerschnitt nach der Polarisation. Die Auswertung der LIBS-Daten umfasst die Bestimmung der Ionenkonzentrationen in unterschiedlichen Tiefen des Betons, um die Effektivität des KKS bei der Reduktion aggressiver Ionen zu bewerten. 3. Ergebnisse und Diskussion 3.1 Ionenwanderung Die LIBS-Analysen des Sulfat-Gehaltes ergaben eine geringere Mobilität, was auf die größere Ionengröße und Wechselwirkungen mit dem Zementmatrix hinweist. Die Auswertung der vollständigen LIBS-Daten wird weitere Einblicke in die langfristigen Effekte der Ionentransporte liefern. Abb. 2 illustriert die bisher ermittelten Verteilungen der Ionen nach der Polarisation. Abbildung 2: LIBS Auswertung - Schwefel und Sulfidgehalt in Altbeton 4. Ausblick Die Polarisationsexperimente und die anschließenden LIBS-Messungen werden derzeit durchgeführt. Ziel ist es, die Migration von Sulfat- und Chloridionen unter KKS-Bedingungen zu analysieren und mögliche nachteilige Effekte durch die kombinierte Präsenz beider Ionen zu identifizieren. Die Ergebnisse werden rechtzeitig zur Präsentation vorliegen und sollen zur Optimierung des KKS-Verfahrens in Altbeton beitragen. Literatur [1] Dauberschmidt, C., Vestner, S., „Grundlagen des Kathodischen Korrosionsschutzes von Stahl in Beton“, id+v Ingenieurgesellschaft Prof. Dauberschmidt und Vestner mbH. [2] Raupach, M., „Auswirkung von Chloriden im Beton, Abhängigkeit von Betoneigenschaften“.