Zustand von Stahlbetonbauten dank ETH Zürich genauer beurteilen

Der Zustand von Stahlbetonbauten wie Tunnel oder Brücken wurde bisher nicht realitätsnah beurteilt: Die untersuchten Proben sind zu klein für verlässliche Aussagen. Dies haben Wissenschaftler der ETH Zürich herausgefunden und eine neue mathematische Formel entwickelt.
03.08.2017 12:07

An Infrastrukturbauten aus Stahlbeton nagt von Anfang an der Zahn der Zeit. Zwar ermöglicht das Material architektonisch grossartige Bauten, doch setzen Umwelteinflüsse und vor allem Tausalz dem Stahlbeton zu: Chloride aus dem Salz dringen über die Jahre in den Beton ein, erreichen die Stahlbewehrung, und die Armierungseisen beginnen zu rosten.

"Korrosion verursacht bis zu neunzig Prozent der Schäden an Stahlbetonbauten", wird Ueli Angst, Professor am Institut für Baustoffe (IfB), in einer Mitteilung der ETH Zürich vom Donnerstag zitiert.

Immer mehr Schweizer Bauten - der Grossteil der Infrastruktur wurde zwischen 1950 bis 1970 erstellt - erreichen ein kritisches Alter. Angst schätzt daher, dass deren Sanierung die Schweiz jährlich zwischen fünf und zwanzig Milliarden Franken kosten könnte. Die meisten Industrieländer stehen vor ähnlichen Herausforderungen.

Um Schäden frühzeitig zu erkennen und so die Korrosion und damit die Zerstörung des Stahls zu verhindern, werden Stahlbetonbauten regelmässig überprüft.

Dies geschieht neben der visuellen Begutachtung und zerstörungsfreien Untersuchungsmethoden mit Betonproben, die entnommen werden. Anschliessend wird im Labor die Chloridkonzentration ermittelt, wie ETH-Professor Bernhard Elsener sagte. Elsener beschäftigt sich in seiner Professur mit Korrosion und Lebensdauer von Baustoffen.

Bisher ging man davon aus, dass bald Korrosion einsetzen könnte, wenn die Konzentration nicht nur nahe der Oberfläche, sondern auch bis in die tieferen Schichten des Betons hinein die kritische Schwelle von 0,4 Prozent bezogen auf das Zementgewicht überschreitet. Damit würde eine Sanierung notwendig.

Eine aktuelle Studie der beiden ETH-Professoren zeigt nun aber, dass die Schlussfolgerungen aus den Untersuchungen in vielen Fällen falsch sind.

Denn typischerweise werden kleine Proben von fünf bis zwanzig Zentimeter entnommen, da diese im Labor leicht zu handhaben sind. Die Wissenschaftler haben in ihrem Forschungsprojekt hingegen unterschiedlich grosse Stahlbetonprüfkörper untersucht.

Dabei haben sie festgestellt, "dass im Labor die korrosionsauslösende Chloridkonzentration in kleinen Proben deutlich höher ausfällt und grösseren Schwankungen unterliegt als bei grösseren Prüfkörpern".

Durch die Inhomogenität des Werkstoffs Beton könne der Grösseneffekt der Korrosion direkt erklärt werden, sagte Angst. "Nur die Analyse eines grösseren Probestücks von beispielsweise einem Meter Länge ermöglicht eine realitätsnahe Beurteilung des Zustands."

Das ist aber aus praktischen Gründen schwierig. Deshalb haben die beiden Baustoffexperten der ETH Zürich eine mathematische Formel entwickelt. Mit dieser lässt sich der kritische Grenzwert einer bestimmten Probegrösse in eine beliebige andere Grösse umrechnen - und ersetzt damit den bislang fixen kritischen Grenzwert von 0,4 Prozent.

Die Erkenntnisse dieser ETH-Studie wirken sich auch auf den Einsatz von Sensoren aus. Diese werden zur Überwachung von Korrosion in Stahlbetonbauten eingebaut. Diese Sensoren seien meist klein und lieferten dadurch eventuell zu optimistische Daten. Für die Wissenschaftler ist deshalb klar: Für präzisere Aussagen sind mehr oder grössere Sensoren notwendig.

Um Korrosionsschäden künftig ganz zu vermeiden, bleibt laut Angst und Elsener nur die Alternative, auf teureren, hochlegierten Stahl umzusteigen. Dieser koste etwa zehn Mal so viel wie normaler Bewehrungsstahl, "doch mit Blick auf die Folgekosten durch regelmässige Inspektionen und Sanierungen könnte er auf die Dauer günstiger sein", sagte Elsener.

(SDA)