Losender Angriff

Beim losenden Angriff kommt es zu chemischen Reaktionen angreifender Stoffe an der Betonoberflache. Aus den schwer loslichen Verbindungen des Zementsteins bilden sich leicht losliche Reaktionsprodukte. Der Zementstein wird von der Oberflache her aufgelost, die Gesteinskomung bricht aus und es erfolgt ein allmahlicher Abtrag des Betons.

Angriff dlirch Sauren. Starke Sauren, wie z. B. die Mineralsauren Salzsaure HC1, Salpeter – saure HN03 und Schwefelsaure H2S04, greifen die Komponenten des Zementsteins unter Bildung leicht loslicher Calcium-, Aluminium – und Eisensalze sowie gallertartiger Kiesel – saure an. Salpetersaure reagiert beispielsweise mit der C3S2H3-Phase des Zementsteins bzw. mit vorliegendem Calciumhydroxid entsprechend Gl. (9-40) und (9-41).

3 CaO • 2 Si02 • 3 H20 + 6 HNO3 ——— ► 3 Ca2+ + 6 N03“ + 2 Si02 + 6 H20 (9-40)

Ca(OH)2 + 2 HN03 ———- ► Ca2+ + 2 N03′ + 2 H20 (9-41)

Fiir den Angriffsgrad der Sauren ist nicht nur ihre Konzentration (je hoher, umso starker der Angriff), sondem auch ihre Saurestarke ausschlaggebend. Starke Sauren (Кар. 6.5.3.4) greifen alle Bestandteile des Zementsteins an. Schwache Sauren wie die Kohlensaure oder zahlreiche organische Sauren reagieren dagegen uberwiegend mit dem Ca(OH)2, wobei meist wasserlosliche Calciumsalze entstehen. Der Angriffsgrad organischer Sauren ist da – mit deutlich geringer als der von Mineralsauren, die auftretenden Schaden sind oft erst nach langerer Zeit erkennbar.

Mineralsauren gelangen in Industriebetrieben wo Sauredampfe entstehen, aber auch durch gewerbliche und industrielle Abwasser der metallverarbeitenden Industrie in Kontakt mit der Bausubstanz. Organische Sauren, wie z. B. die Milchsaure, die Ameisensaure, die Es – sigsaure und Fruchtsauren, stammen in erster Linie aus den Abwassem der Lebensmittelin – dustrie. Gerbsauren wie Tannin sind in den Abwassem der Gerbereien und lederverarbei – tenden Industrie zu finden.

Kalklosender Angriff von Kohlensaure. Von besonderer Bedeutung ist der Angriff C02- haltiger Wasser („Kohlensaure") auf Kalkputz oder Beton. Kohlendioxid ist in Wasser sehr gut loslich (Кар. 5.4.3). In geringfugigem Malie bildet sich im Ergebnis der chemi­schen Reaktion von C02 mit Wasser Kohlensaure H2C03. Deren Protolyse ist fiir die saure Reaktion des C02-haltigen Wassers verantwortlich (Gl. 5-27, 5-28).

Die Kohlensaure (C02 / H20) setzt sich zunachst mit Calciumhydroxid Ca(OH)2 unter Bil­dung schwer loslichen Calciumcarbonats um (s. Gl. 9-12).

Ca(OH)2 + C02 + H20 ————— ► CaC03 + 2 H20

Damit kommt es zunachst zu einer Verfestigung der Beton – oder Kalkoberflache. Durch weiteren Einfluss von Kohlensaure bildet sich aus dem CaC03 (,,Kalk“) leicht losliches Calciumhydrogencarbonat Ca(HC03)2. Der,,Kalk“ (bzw. das Calciumcarbonat) wird abge – baut (s. a. Kalkstein-Kohlensaure-Gleichgewicht, Gl. 5-29).

CaC03 + C02 + H20 Ca2+ + 2 HC03"

(Kalklosender Angriff von Kohlensaure)

Das losliche Calciumhydrogencarbonat wird vom Regen – oder Sickerwasser aufgenommen und wegtransportiert. Auf diese Weise wird das Ca(OH)2 bzw. das CaC03 (Calcit) des Kalkputzes wie auch des Zementsteins allmahlich abgebaut.

Der Hydrogencarbonatgehalt eines Wassers ist fur seine Carbonatharte verantwortlich (Кар. 6.4.1). Mit zunehmender Harte wird ein immer groBerer Mehranteil an freier Kohlen – saure zur Stabilisierung des Hydrogencarbonats notwendig. Die Gefahr der Kohlensaure – korrosion ist bei groBer Carbonatharte demzufolge eher gering. Kalklosende Kohlensaure ist am ehesten in weichen Grundwassem aus magmatischen (Granit), metamorphen (Glim- merschiefer) oder Sedimentgesteinen (Quarzite bzw. quarzitische Schiefer) enthalten. Dringt Kohlendioxid der Luft durch Diffusion iiber die Poren allmahlich in das Innere des Betons vor, wird das bei der Zementhydratation entstandene Ca(OH)2 unter CaC03-Bildung neutralisiert (Betoncarbonatisierung). Der pH-Wert sinkt und der naturlich gegebene Kor – rosionsschutz des Bewehrungstahles geht verloren (Кар. 9.4.2.3).

Angriff durch Laugen. Gegenuber Laugen ist der Zementstein, der selbst ein basisches Milieu aufweist, weitgehend bestandig. Hoher konzentrierte Alkalilaugen (> 10%ig) kon – nen allerdings die Calciumaluminathydratphase unter Aluminatbildung auflosen (Gl. 9-42).

4 CaO • A1203 • 13 H20 + 2 NaOH ——– ► 4 Ca(OH)2 + 2 Na[Al(OH)4] + 6 H20 (9-42)

Angriff durch Salzlosungen. Die Losungen einiger sauer reagierender Salze, wie z. B. Ammonium-, Aluminium- und Eisen(III)-Chloride und – Nitrate, greifen den Beton unter Bildung leicht loslicher Calciumverbindungen an. In Analogie zum Saureangriff – wenn – gleich auch bedeutend langsamer – reagieren die infolge Protolyse schwach sauer reagie – renden Salzlosungen mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins. Nachdem das Ca(OH)2 umgesetzt ist, kann es infolge der Absenkung des pH-Wertes auch zu einer hydrolytischen Zersetzung der Hydratphasen kommen. Dabei werden die Calciumionen gegen NH/-, Al3+- oder Fe3+-Ionen,,ausgetauscht“ und als losliche Calciumsalze vom Regen – oder Sickerwas­ser weggefuhrt. Beim Entweichen des Ammoniaks verbleiben Lticken im Kristallgefiige, die zu dessen zusatzlicher Schwachung beitragen. Ammoniumcarbonat, – oxalat und – fluorid greifen in wassriger Losung den Zementstein kaum an, da ihre Anionen mit dem Ca2+-Io- nen schwer losliche Verbindungen bilden.

Obwohl wassrige Magnesiumsalzlosungen, wie z. B. MgCl2-L6sung, neutral bis schwach sauer reagieren, sind auch sie zu einem Austausch von Ca2+ gegen Mg2+ unter Verminde – rung der Festigkeitseigenschaften in der Lage. Im Gegensatz zum kristallinen Calcium­hydroxid ist das entstehende Magnesiumhydroxid Mg(OH)2 eine amorphe lockere Masse, die die verfestigende Funktion der entsprechenden Calciumverbindung nicht iibemehmen und unter Umstanden aufgrund ihrer Quellfahigkeit Treiberscheinungen hervorrufen kann.

Angriff durch sehr weiche Wasser. Sehr weiche Wasser, die nur einen geringen Gehalt an gelosten Calcium – und Magnesiumsalzen enthalten (< 3°dH, z. B. Gletscher – und Gebirgs – wasser, Regenwasser), konnen Betonoberflachen auslaugen. Zunachst wird Calciumhydro­xid gelost, anschlieBend kann eine hydrolytische Zersetzung der Hydratphasen erfolgen. Die Porositat des Betons erhoht sich und die Festigkeit des Gefuges nimmt ab. Aus dem Zusammenhang zwischen der Wasserharte und dem Loslichkeitsprodukt i^(Ca(OH)2) folgt, dass die Auslaugung dann besonders intensiv ist, wenn standig weiches, losungsin – tensives Wasser zuflieBt und das Ca(OH)2-gesattigte Wasser kontinuierlich weggefuhrt

wird. SachgemaB hergestellte Betone hoher Dichtigkeit sind gegenuber einem korrosiven Angriff durch weiche Wasser weitgehend widerstandsfahig.

Angriff durch Fette und Ole. Tierische undpflanzliche Ole und Fette sind Ester des drei – wertigen Alkohols Glycerin HOH2C-CHOH-CH2OH mit langerkettigen Carbonsauren (Fettsauren). Glycerinester werden auch als Triglyceride bezeichnet (Кар. 10.1.7). Naturli – che Ole und Fette bestehen zu etwa 98% aus gemischten Triglyceriden, also Glycerinestem mit drei unterschiedlichen Fettsauren. Daneben enthalten sie noch geringe Mengen an freien Fettsauren, die – wie bereits besprochen – als organische Sauren den Zementstein an – greifen und Schadigungen hervorrufen konnen.

Das Ca(OH)2 des Zementsteins ist in der Lage, die Fette und Ole unter Bildung von Calci- umsalzen der Fettsauren (Kalkseiferi) und Glycerin aufzuspalten (Verseifung, Кар. 10.1.7).

Fett, Ol (Triglycerid) + Ca(OH)2 ———– ^ Kalkseife + Glycerin

Die Kalkseifen besitzen eine teigige, seifenartige Konsistenz. Sie weichen den Beton auf und setzen seine Festigkeit herab. AuBerlich sichtbar wird die vom basischen Milieu des Betons initiierte Verseifung der Ole und Fette, wenn man beispielsweise einen leinolhalti – gen Anstrich auf Beton oder Kalkmortel aufbringt. Durch die Kalkseifenbildung blattert die Anstrichschicht allmahlich ab.

Erdol und Erddldestillate( Mineraldle und – fette) sind als Gemische gesattigter langketti – ger und cyclischer Kohlenwasserstoffe (KW) nicht mit Laugen verseifbar. Insofem wirken sie nicht schadigend auf Mortel oder Beton ein, vorausgesetzt sie enthalten keine Harze oder Ole auf Basis von Glycerinsaureestem. Kommt es durch eingedrungene Mineralole oder Treibstoffe zu einer vollstandigen Durchtrankung des Betons, kann allerdings eine deutliche Verminderung seiner Festigkeit eintreten (um bis zu 25%). Die abnehmende Druckfestigkeit des Gefuges wird in diesem Fall auf einen,,Schmiereffekt“ zuriickgefuhrt, der zwischen den Teilchen wirksam wird. Er hat seine Ursache in der unpolaren Natur (ge­ringe Elektronegativitatsdifferenz zwischen C und H) und damit im hydrophoben Verhalten der Kohlenwasserstoffe. Es bilden sich KW-Zwischenschichten aus, die die intermolekula – ren Krafite zwischen den Teilchen des Gefuges vermindem bzw. ganz aufheben.