Balkone tragen, insbesondere im innerstädtischen Bereich, erheblich zur Erhöhung des Wohnwerts bei. Sie sind vor allem im Geschossbau als ein wesentliches Element der architektonischen Fassadengestaltung nicht wegzudenken. Andererseits sind Schäden an Balkonen oftmals eine Quelle des Ärgers für Mieter und Eigentümer. Eine besondere Rolle spielen in diesem Zusammenhang Korrosionsschäden. Zu unterscheiden sind dabei im Wesentlichen die Korrosion an Stahlbauteilen, zum Beispiel Geländern, und an Stahlbetonbauteilen, etwa massiven Brüstungs- und Bodenplatten. Der vorliegende Bericht erläutert die wesentlichen Grundlagen und zeigt anhand von zwei Praxisbeispielen bestehende Probleme und Lösungsmöglichkeiten auf.
Wann kommt es bei Stahlbauteilen zur Korrosion?
Der Korrosionsprozess auf Stahloberflächen setzt ein, wenn die folgenden Randbedingungen gleichzeitig gegeben sind: Wasser ist auf der Stahloberfläche vorhanden, oder die relative Luftfeuchtigkeit der umgebenden Luft beziehungsweise die Ausgleichsfeuchte des umgebenden Stoffs (zum Beispiel Beton) beträgt mindestens 60 bis 80 Prozent. Des Weiteren ist Sauerstoff auf der Stahloberfläche vorhanden, und es fehlt ein geeigneter Korrosionsschutz. Die mittlere relative Luftfeuchte in Deutschland beträgt 75 bis 85 Prozent. Somit können die ersten beiden Voraussetzungen für das Einsetzen eines Korrosionsprozesses im Regelfall als gegeben angesehen werden. Eine besondere Bedeutung kommt damit dem Korrosionsschutz zu. Dieser besteht in der Regel aus einer mehrlagigen Korrosionsschutzbeschichtung, die häufig auch Verzinkungen beinhaltet. Meist bilden Minderdicken oder Fehlstellen der Beschichtungen die Ausgangspunkte für Korrosionserscheinungen. Schwachstellen bilden in diesem Zusammenhang insbesondere An- und Abschlüsse von Stahlbauteilen, wie sie gerade bei Balkonen vielfach vorkommen.
Korrosionserscheinungen am Geländerfußpunkt
Ein häufig auftretendes Problem sind Korrosions-
erscheinungen am Fußpunkt von Geländerkonstruktionen aus Stahl. Sie treten hauptsächlich bei seitlich oder von oben in die Bodenplatte einbindenden Geländerpfosten und verstärkt bei hoher Wasserbeanspruchung, zum Beispiel einer freien Entwässerung über die Außenkante der Bodenplatte, oder bei vorhandenen Kontergefällesituationen auf. Oft gehen sie mit Rissbildungen des Belags einher, die aus den Volumenvergrößerungen des korrodierenden Stahls resultieren. Eine wesentliche Rolle spielen bei diesen Schäden folgende Mängel: Der Korrosionsschutz der Stahlbauteile endet mit Oberkante Belag beziehungsweise Außenkante Bodenplatte, das heißt die in die Bodenplatte des Balkons beziehungsweise deren Schichtaufbau einbindenden Teile der Geländerkonstruktion besitzen keinen ausreichenden Korrosionsschutz. Oder: Der Beton oder Estrich im Bereich der einbindenden Geländerteile ist carbonatisiert, das heißt der sogenannte alkalische Korrosionsschutz der eingebundenen Stahlbauteile durch den umgebenden Beton oder Estrich ist nicht mehr gegeben. Ein weiterer Mangel in diesem Zusammenhang: Der Anschluss zwischen den Schichten der Bodenplatte und den einbindenden Teilen der Geländerkonstruktion ist nicht dicht ausgebildet und einer starken Wasserbeaufschlagung ausgesetzt. Oder die Abdichtung der Balkonbodenplatte ist mangelhaft, und Teile der Geländerverankerung werden unplanmäßig einem Feuchtezutritt ausgesetzt. Erfahrungsgemäß treten Schäden erst dann auf, wenn mehrere der vorgenannten Faktoren zusammen auftreten; zumindest wird aber die Schadensintensität dadurch maßgeblich beeinflusst.
Instandsetzung korrodierter Geländerfußpunkte
Die Instandsetzung derartiger Schäden ist mit einem erheblichen Aufwand verbunden. In Abhängigkeit vom Korrosionsfortschritt muss das geschädigte Geländer entweder hinsichtlich des Korrosionsschutzes überarbeitet oder sogar ausgetauscht werden. In jedem Fall müssen dabei sämtliche korrodierten Teile des Geländers freigelegt werden. Dies betrifft auch die in die Bodenplatte und den Schichtaufbau einbindenden Geländerteile. Dementsprechend sind in der Regel auch Eingriffe in die Bodenplatte im Bereich der Einbindepunkte der Geländer erforderlich. Dies gilt natürlich auch bei einem Austausch des gesamten Geländers, da es nicht ausreichend ist, nur die alten Geländerpfosten abzutrennen, um ein Fortschreiten der Korrosion an den verbliebenen Teilen und nachfolgend Abplatzungen des angrenzenden Schichtaufbaus zu vermeiden. Wesentlich für die Entscheidung, ob ein neues Geländer eingebaut oder das vorhandene instand gesetzt werden soll, ist neben gestalterischen Aspekten insbesondere der Schädigungsgrad, das heißt das Ausmaß der Querschnittsschwächung an den korrodierten Geländerpfosten; gegebenenfalls ist rechnerisch nachzuweisen, dass auch der Restquerschnitt in der Lage ist, die auftretenden Beanspruchungen (vor allem Wind- und Holmlast) dauerhaft schadensfrei aufzunehmen.
Praxistipps zur Gestaltung von Geländerfußpunkten
Geländerfußpunkte sind aus vielerlei Gründen schadensträchtige Bereiche. Ein Teil der potenziellen Probleme kann durch eine Verankerung der Balkongeländer an der Unterseite der Balkonplatte vermieden werden. Ist eine derartige Befestigung nicht möglich oder aus gestalterischen Gründen nicht erwünscht, ist dem Korrosionsschutz der einbindenden Geländerteile besondere Aufmerksamkeit zu schenken. Zwar ist der Stahl in den Bereichen, in denen er im Beton oder Zementestrich dicht eingebunden ist, durch die Alkalität des umgebenden Stoffs zunächst vor Korrosion geschützt. Jedoch wird dieser Schutz durch Umwelteinflüsse infolge Carbonatisierung von der Oberfläche beginnend nachlassen. Insofern müssen auch die in die Bodenplatte einbindenden Teile des Geländers, zumindest in Oberflächennähe, mit einem eigenen Korrosionsschutz versehen werden. Ein Maß von 5 Zentimetern ab Oberfläche sollte dabei nicht unterschritten werden. Zudem ist ein dauerhaft dichter Anschluss im Bereich der Oberfläche sicherzustellen, wobei zu erwartende Längenänderungen sowohl des Geländers als auch der Bodenplatte und etwaiger Beläge konstruktiv zu berücksichtigen sind. Zweck eines solchen dichten Anschlusses ist es, die Feuchtezufuhr und Carbonatisierung am einbindenden Teil der Geländerverankerung zu reduzieren.
Wann kommt es bei Stahlbetonbauteilen zur Korrosion?
Zur Vermeidung von Korrosionsprozessen bedarf Stahl eines geeigneten Schutzes, wenn ausreichend Feuchtigkeit und Sauerstoff an seine Oberfläche gelangen können. Für die Bewehrung von Stahlbeton wird jedoch üblicherweise ungeschützter Stahl verwendet, obwohl ein korrosionsgefährdender Zutritt von Feuchtigkeit und Sauerstoff gerade in den oberflächennahen Bereichen eines Stahlbetonbauteils unterstellt werden muss. Den Schutz der Bewehrung vor Korrosion bietet der umgebende Beton selbst, sofern er folgende Bedingungen erfüllt: Er ist ausreichend basisch beziehungsweise alkalisch (pH-Wert ≈ 12 bis 13), er besitzt ein relativ dichtes Gefüge, und er überdeckt den Bewehrungsstahl in ausreichender Dicke. Man nennt dies auch den alkalischen Korrosionsschutz. Dieser alkalische Korrosionsschutz entsteht durch chemische und physikalische Prozesse beim Abbinden des Betons, wobei eine dünne passivierende Schicht auf der Stahloberfläche entsteht, die den Korrosionsprozess unterbindet.
Die Korrosionsschutzwirkung des Betons besteht jedoch nur, solange er eine hohe Alkalität besitzt. Sinkt der pH-Wert unter 9 bis 10, geht die korrosionsverhindernde Wirkung verloren, und der Bewehrungsstahl kann rosten. Eine solche neutralisierende (den pH-Wert senkende) Wirkung hat das in der Luft vorhandene Kohlendioxid (CO2) auf Beton. Kohlendioxid, als Bestandteil der Luft, kann an den Betonoberflächen in offene Kapillarporen eindringen und zur sogenannten Carbonatisierung des Betons führen und damit den Korrosionsschutz wieder aufheben. Der Carbonatisierungsfortschritt ist von einer Vielzahl von Faktoren abhängig, unter anderem der Feuchtebeanspruchung: Bei einer relativen Luftfeuchte von 50 bis 70 Prozent verläuft der Carbonatisierungsvorgang am schnellsten. Höhere oder geringere Feuchten reduzieren die Carbonatisierungsgeschwindigkeit. Dementsprechend sind witterungsgeschützte Betonbauteile stärker gefährdet als solche, die, beispielsweise auf der Wetterseite liegend, den Niederschlägen ausgesetzt sind.
Ein weiterer Faktor, der die Carbonatisierung fortschreiten lässt, ist die Dichtigkeit des Zementsteingefüges. Anders gesagt: Mit zunehmender Dichtigkeit des Zementstein-
gefüges verlangsamt sich der Carbonatisierungsfortschritt. Auch Oberflächenbeschichtungen, die das Eindringen von Kohlendioxid (CO2) reduzieren, verlangsamen den Carbonatisierungsfortschritt. Und obwohl Rissbildungen im Beton unvermeidbar sind, müssen sie zur Sicherstellung einer ausreichenden Dauerhaftigkeit des Betonbauteils in ihrer Breite beschränkt werden. Überschreitet die Rissbreite ein bestimmtes Maß, können Carbonatisierungsspitzen im Bereich der Risse auftreten und eine vorzeitige Bewehrungskorrosion bewirken. Als Anhaltswert für eine kritische Rissweite kann ein Wert von 0,2 Millimetern angegeben werden. Im Hinblick auf den Korrosionsschutz spielt in diesem Zusammenhang natürlich auch die vorhandene Betondeckung des Bewehrungsstahls eine erhebliche Rolle: Je größer die Betondeckung, desto später erreicht die Carbonatisierungsfront den Bewehrungsstahl. Anders herum formuliert kann eine zu geringe Betondeckung den Ausgangspunkt für Korrosionsschäden bilden.
Korrosionserscheinungen an den Tropfkanten von Balkonbodenplatten
Im Bereich der Tropfkanten an der Unterseite der Stahlbetonbodenplatten der Balkone einer Wohnanlage waren Abplatzungen in erheblichem Umfang aufgetreten. An sämtlichen Schadstellen lag korrodierter Bewehrungsstahl frei. Die Überprüfung mit einer Indikatorflüssigkeit ergab für den Beton im Bereich der äußeren Bewehrungsstäbe pH-Werte deutlich unter 10, das heißt der Beton war bereits bis an die Bewehrung heran carbonatisiert; es bestand kein alkalischer Korrosionsschutz mehr. Als Folge hiervon konnte der Bewehrungsstahl korrodieren. Durch den Korrosionsprozess vergrößert der Stahl sein Volumen etwa um den Faktor 2,5, wodurch es zu den vorgefundenen Betonabplatzungen gekommen war. Ursächlich für den frühen Verlust des alkalischen Korrosionsschutzes der Bewehrung war die geringe Betondeckung im Bereich der Tropfkanten. Der Abstand zwischen dem Bewehrungsstahl und der Betonoberfläche betrug hier teilweise nur wenige Millimeter. Bei der Planung der Stahlbetonbodenplatten waren die über 2 Zentimeter tiefen Nuten zur Tropfkantenausbildung nicht berücksichtigt worden, sodass die planmäßige Betondeckung in den betreffenden Bereichen erheblich unterschritten wurde.
Instandsetzung von korrosionsgeschädigtem Beton
Die Instandsetzung von korrosionsgeschädigtem Beton ist in der Regel mit einem hohen Aufwand verbunden. So mussten auch in dem beschriebenen Fall die Schäden mittels einer konventionellen Betoninstandsetzung beseitigt werden, wobei die vorhandenen Negativ-Tropfkanten durch aufgeklebte Positiv-Tropfkanten ersetzt wurden. Im Einzelnen waren folgende Maßnahmen durchzuführen: Sämtliche Schadstellen wurden bis auf den tragfähigen, chemisch unbelasteten Beton freigelegt, und der instand zu setzende Bereich wurde von losen und verbundmindernden Bestandteilen gereinigt. Die freigelegte Bewehrung wurde entrostet, auf die entrostete Bewehrung wurde ein Korrosionsschutz aufgetragen. Für den Reparaturmörtel wurde dann auf dem Altbeton eine Haftbrücke aufgebracht, die betroffenen Bereiche wurden mit einem Reparaturmörtel reprofiliert, und die Oberflächenstruktur wurde durch einen Feinspachtel- oder Dünnputzüberzug angeglichen. Zuletzt wurde eine hydrophobierende und carbonatisierungsbremsende Beschichtung aufgebracht, und es wurden die Tropfkanten aufgeklebt.
Wie vermeidet man Korrosionserscheinungen an Betonbauteilen?
Von grundlegender Bedeutung für die Vermeidung von Korrosionserscheinungen an der Bewehrung von Betonbauteilen und mit diesen zwangsläufig einhergehenden Abplatzungen ist die Betondeckung. Auf die Einhaltung der diesbezüglich bestehenden Anforderungen an jeder Stelle sollte daher akribisch geachtet werden. Bei einfachen, wenig gegliederten Bauteilen ist das Schadensrisiko im Allgemeinen geringer als bei komplizierten Geometrien. Die im vorliegenden Fall schadensursächliche Reduzierung der Betondeckung im Bereich der Negativ-Tropfkanten hätte ohne Weiteres vermieden werden können, wenn von vornherein aufgeklebte Positiv-Tropfkanten geplant worden wären. Ebenso hätten die Schäden vermieden werden können, wenn die Betondeckung an der Unterseite der Balkonbodenplatten um die Tiefe der Tropfkanten, also um gut 2 Zentimeter, erhöht worden wäre.
www.ifdb-berlin.de
Nils Oster, Diplom-Ingenieur ö.b.u.v. Sachverständiger
Bild: Korrosionserscheinungen am Fußpunkt von Geländerkonstruktionen aus Stahl sind ein häufig auftretendes Problem. Sie kommen hauptsächlich bei seitlich oder von oben in die Bodenplatte einbindenden Geländerpfosten vor. Auch eine hohe Wasserbeanspruchung, zum Beispiel bei einer freien Entwässerung über die Außenkante der Bodenplatte, verstärkt das Problem.
