Vorwort
Aufbau und Randbedingungen von Kanalisationen
Schäden, Schadensursachen, Schadensfolgen
Mögliche Schadensfolgen
Die möglichen Schadensfolgen aufgrund von Korrosion hängen im wesentlichen von Korrosionsart, - erscheinung und -umfang ab und sind nach [ATVM143-2:1999]
- Undichtigkeiten,
- Reduktion der Wanddicke und damit die Beeinträchtigung der Tragfähigkeit mit den möglichen Folgeschäden Risse, Deformation, Rohrbruch, Einsturz.
Die Innenkorrosion verursacht zusätzlich eine Erhöhung der Wandrauheit und dadurch bedingt eine Reduktion der hydraulischen Leistungsfähigkeit.
Der Einfluß der Reduktion der Wanddicke infolge Innenkorrosion auf die Standsicherheit und Tragfähigkeit unbewehrter, kreisförmiger Betonrohre nach DIN 4032 (1981) der Nennweiten DN 100 bis DN 1400 mit und ohne Fuß in wandverstärkter und nichtwandverstärkter Ausführung wurde in [Stein94b] [Stein95i] [Stein99b] ermittelt. Dabei wurden entsprechend den im (Abschnitt 2.6.3.2.1) und (Abschnitt 2.6.3.2.2) erläuterteten Korrosionsvorgängen folgende Varianten (Bild 2.6.4-1) , die alle typischen Schadensbereiche und am stärksten beanspruchten Innenwandbereiche erfassen, untersucht:
Übersicht über die Formen des untersuchten Korrosionsabtrags an kreisförmigen Betonrohren ohne Fuß [Stein99b] [Stein93a]
- Reduktion der Wanddicke im Gasraum
- Reduktion der Wanddicke im Scheitel
- Reduktion der Wanddicke im benetzten Querschnitt bei überwiegender Teilfüllung
- Reduktion der Wanddicke im benetzten Querschnitt bei überwiegender Vollfüllung.
Die Abnahme der Wanddicke führt im betroffenen Bereich zu einer Verringerung des Trägheitsmomentes, wodurch eine Biegemomentenumlagerung erzeugt wird.
In Anlehnung an ATV-A 127 [ATVA127:1988] wurden hierzu Schnittkraftbeiwerte für Normalkräfte, Querkräfte und Biegemomente für einen Korrosionsabtrag zwischen 0% und 60% für verschiedene Lagerungsfälle und Auflagerwinkel ermittelt.
Für drei verschiedene Belastungskombinationen (Bild 2.6.4-2) , die einen großen Bereich der üblichen Belastungen von Abwasserkanälen abdecken, erfolgte die Auswertung der Schnittkraftbeiwerte in Form von 96 Tragfähigkeitsdiagrammen in Abhängigkeit der Rohrform, der Nennweite und des Korrosionsabtrages. Ein Beispiel zeigt (Bild 2.6.4-3) .
Untersuchte Belastungskombinationen [Stein99b] [Stein95i]
Beispiel eines Tragfähigkeitsdiagrammes für korrodierte Betonrohre der Form KFW nach DIN 4032 mit Reduktion der Wanddicke im Scheitel [Stein99b]
Aus den Ergebnissen kann abgeleitet werden, daß die bisher oftmals als kritisch eingestufte Korrosion in Betonrohren aus statischer Sicht nicht a priori einen Schaden darstellt, der unbedingt in die Kategorie der Sofortmaßnahmen mit einer unverzüglichen Schadensbehebung eingereiht werden muß.
Bei entsprechenden Ursprungswanddicken und Randbedingungen ist es durchaus möglich, daß ein Rohr mit einer Restwanddicke von 40 % mit ausreichender Sicherheit noch statisch tragfähig ist.
Um diesen volkswirtschaftlichen Vorteil zu nutzen, wird die Anwendung der im (Bild 2.6.4-4) dargestellten und in [Stein99b] [Stein94b] ausführlich erläuterten Vorgehensweise bei der Klassifizierung von Korrosionsschäden in Betonrohren empfohlen.
Ablaufdiagramm für die Klassifizierung von Korrosionsschäden [Stein99b] [Stein95i]
Die bei einer Inneninspektion festgestellte Korrosion wird in Abhängigkeit der Rohrform, der Restwanddicke, der Form des Abtrages und der Betonfestigkeit aus baulicher Sicht beurteilt. Dazu wird eine statische Berechnung mit Hilfe der erstellten Tragfähigkeitsdiagramme oder unter zu Hilfenahme der Schnittkraftbeiwerte für das korrodierte Rohr durchgeführt. Das Ergebnis dieser Berechnung gibt Aufschluß darüber, ob der Kanal noch standsicher ist oder nicht und welche Maßnahmen erforderlich sind.
Bei der Beurteilung der Kanäle werden hier nur noch zwei Fälle unterschieden:
- Standsicher (keine baulichen Maßnahmen zur Verbesserung der Tragfähigkeit erforderlich).
- Nicht standsicher (Sofortmaßnahmen erforderlich).
Im ersten Fall ist es wichtig, Aufschlüsse über die weitere Schadensentwicklung zu erhalten. Hierzu ist ein verkürztes Inspektionsintervall mit Ermittlung des Abtrags z.B. über eine Querschnittsmessung (Abschnitt 4.3.2.2) erforderlich. Stellt man bei dieser Vorgehensweise keinen Schadensfortschritt fest, weil sich z.B. die Beschaffenheit des Abwassers gewandelt hat oder die Voraussetzungen für die Bildung von "Biogener Schwefelsäure" nicht mehr vorliegen, kann die Haltung bei nachgewiesener Standsicherheit und Dichtheit ohne weitere Maßnahmen betrieben werden.
Auch bei gemauerten Kanälen kann insbesondere bei zementgebundenem Fugenmörtel Korrosion auftreten. Die Schadensfolgen erstrecken sich vom teilweisen oder vollständigen Abtragen oder Auswaschen des Fugenmörtels bis hin zum Herausfallen einzelner Klinker aus dem Verband (Bild 2.6.4-5) (Bild 2.6.4-6) (Bild 2.6.4-7) oder im Extremfall bis zum vollständigen Einsturz der Klinkerringe (Abschnitt 2.8.5.1) .
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Bild 2.6.4-5:
Ablauf eines teilweisen Einsturzes eines gemauerten Kanals infolge Korrosion des Fugenmörtels [WRC83] |
Bild 2.6.4-6:
Korrosion des Fugenmörtels eines gemauerten Kanals |
Bild 2.6.4-7:
Infolge Korrosion des Fugenmörtels herausgefallene Klinker |
In Einzelfällen wurden auch großflächige Abplatzungen an den Klinkern selbst, insbesondere im Scheitel- und Kämpferbereich, beobachtet [Frank92] [Hahn28] (Bild 2.6.4-8) . Nach [Frank92] kann auch hier als Ursache die Biogene Schwefelsäurebildung angesehen werden. Der auf diese Art erfolgte Sulfateintrag in die Klinker hat eine Bildung von Salzen (hauptsächlich Gips) zur Folge, die durch Kristallisationsdrücke die beobachteten Abplatzungen hervorrufen. Vorraussetzung für dieses Phänomen sind Klinker mit produktionsbedingten Fehlstellen.
Korrosion von Klinkern [Frank92]
