Der Fachausschuss für Korrosionsfragen der Hafentechnischen Gesellschaft (HTG) hatte zum Workshop »Korrosionsschutz von Meerwasserbauwerken« nach Hamburg eingeladen
Der Fachausschuss für Korrosionsfragen der Hafentechnischen Gesellschaft e.V. (HTG) hatte für den 7. November 2017 in Hamburg zum Workshop »Korrosionsschutz[ds_preview] von Meerwasserbauwerken« eingeladen. Ausschussvorsitzender Oliver Heins begrüßte im Elbkuppelsaal des Hotels Hafen Hamburg 90 Gäste. Unter der Moderation von Dr. Günter Binder (Corroconsult GmbH) wurde von Hilmar Drabon (Wasserstraßen Neubauamt (WNA) Berlin) der erste Vortrag (»Korrosionsschutz für das neue Schiffshebewerk Niederfinow«) präsentiert. Anhand des Vergleichs der Bauwerksdaten des alten Schiffshebewerkes (SHW) mit dem neuen, wurde deutlich, mit welch einfachen Mitteln bereits vor über 80 Jahren ein über die Maßen zuverlässiges Stahlbauwerk geschaffen worden ist. Für das neue SHW war eine Kombination von 20 verschiedenen Beschichtungssystemen (vorwiegend Blatt 94 nach TL/TP-KOR-Stahlbauten und System Nr. 5 nach Liste der empfohlenen Systeme) für den Korrosionsschutz von ca. 70.000 m² Stahlhochbaufläche und 8.300 m² Stahlwasserbaufläche vorgesehen und entsprechend ausgeführt. Im Unterwasserbereich wurden Beschichtungen mit dem Elektrochemischen Schutz (Fremdstromanlage, wie auch partiell Galvanische Anoden) kombiniert. Diese umfangreichen Korrosionsschutzarbeiten waren nur mit zusätzlichen Korrosionsschutzanweisungen, unterstützt vom Referat B2 der Bundesanstalt für Wasserbau (BAW), zu bewältigen. Schwierig gestaltete sich u.a. im Vorfeld die Suche nach dem farbstabilen gelben Farbton der Seilwindenträger. Die Zwischenhaftungsproblemgefahr wurde durch eine Zwischenbeschichtung aus Polyurethan (PUR) nach Blatt 87 gelöst. Ferner waren komplizierte Situationen wie Beschichtungsübergänge, Konservierung von Kleinsteilen, Sonderbeschichtungen (Silikate bei Seilwinden) zu bewältigen.
Dr. Matthias Graff (Danfoss A/S) referierte über »Schadensfälle an Bauteilen aus Chrom-Nickel-Stählen«, womit gleich klargestellt worden ist, dass es keinen »rostfreien Stahl« gibt. Vielmehr ist bei der Auswahl der über 2000 angebotenen Stahltypen darauf zu achten, dass man den optimalen CrNi-Stahl, entsprechend seinen vorgesehenen Einsatzbedingungen, auswählt. Von entscheidender Bedeutung ist, neben dem Gefüge, die sogenannte Wirksumme. Hieraus ist zu ersehen, welchen Korrosionswiderstand hochlegierte Stähle, grundsätzlich auf Basis des sich bildenden Chromoxid-Schutzfilms bei der Passivierung und Repassivierung, bieten. Aus der Vielzahl von Schadensbegutachtungen sei hier eine kleine Auswahl wiedergegeben: An den Korngrenzen austenitischer Stähle droht die Gefahr von Chromkarbidbildung, welche wiederum eine Verarmung von Cr in der nächsten Umgebung bedingt. Dadurch kann sich in diesen Bereichen keine (schützende) Chromoxidschicht aufbauen und Lochfraßkorrosion ist die Folge. Die Absenkung des Kohlenstoffgehaltes ist eine Möglichkeit zur Vermeidung derartiger Schäden. Bei den verschiedenen Einsätzen sind bereits im Vorfeld etwaige Chlorid-Anreicherungen an den Bauteilen aus dem umgebenden Milieu, wie auch mögliche Temperaturerhöhungen, welche insgesamt zu höherer Korrosionsanfälligkeit führen, zu beachten. Auch gegenüber Mikrobiell Induzierter Korrosion (MIC) sind CrNi-Stähle nicht sicher. U.a. sind Bakterien in Lage, Manganoxide zu bilden, welche nun als (edlere) Kathode wirken und den CrNi-Stahl zur Anode werden lassen, mit der Folge der Korrosion des sog. Edelstahls.
Ole Kiegeland (BT Beratende Ingenieure) moderierte folgende drei Beiträge, die sich jeweils mit dem Elektrochemischem Schutz von Stahl beschäftigten. Zur Unterführung des Nord-Ostsee-Kanals wurde in Rendsburg die alte Drehbrücke im Jahre 1961 durch einen Straßentunnel ersetzt. Der Eintrag von Chlorid aus Tausalzen führte über die Jahrzehnte zu Bewehrungskorrosion und Betonabplatzungen insbesondere an den Tunnelwänden. Durch lokale Betoninstandsetzungsarbeiten, welche bereits in den 1970er und 1990er Jahren durchgeführt wurden, konnte die Dauerhaftigkeit des Tunnels nicht wiederhergestellt werden. Michael Bruns (Ingenieurbüro Raupach, Bruns, Wolff) berichtete über die derzeit laufende Grundinstandsetzung des Rendsburgtunnels, bei der der Korrosionsschutz der Bewehrung durch Installation eines Kathodischen Korrosionsschutzsystems (KKS) sichergestellt werden soll. Vorteil dieses Verfahrens ist der dauerhafte Schutz der Bewehrung vor weiterer Korrosion ohne dass der chloridbelastete Beton entfernt werden müsste. Zugleich wird der an den Tunnelwänden erforderliche Einbettmörtel des Anodensystems zur Ertüchtigung des konstruktiven Brandschutzes des Tunnels herangezogen. Das Anodensystem aus in Mörtel eingebetteten, Mischmetalloxid beschichteten Titannetzen wird auf einer Gesamtfläche von ca. 14.400 m² am Tunnelboden und den Tunnelwänden, unterteilt in insgesamt 44 Schutzzonen, installiert. Damit stellt diese Anlage eine der größten KKS-Anlagen für Stahl in Beton in Deutschland dar. Die elektrochemisch über die kathodische Polarisation der Bewehrung erzielte Schutzwirkung wird über ein umfangreiches Steuerungs- und Monitoringsystem überwacht und geregelt. Neben Eindrücken aus dem Bauablauf stellte Herr Bruns auch unvorhergesehene Problemstellungen dar, die sich im Zuge der KKS-Installationsarbeiten an der Oströhre zeigten. So mussten z.B. tausende von vorgefundenen Schalungsankern nachträglich elektrisch mit der Bewehrung verbunden werden, um Streustromkorrosion an diesen Ankern zu vermeiden. Mit der Fertigstellung der Oströhre konnte die KKS-Anlage der ersten Tunnelröhre erfolgreich in Betrieb genommen werden. Anhand der Monitoringdaten des KKS-Systems konnte die Korrosionsschutzwirkung schon kurz nach der Inbetriebnahme großflächig nachgewiesen werden. Nur in einer der 22 Schutzzonen zeigten sich noch unerwartete Messergebnisse, deren Ursache es zu klären gilt. Derzeit laufen die Instandsetzungsarbeiten in der Weströhre. Dabei wird das KKS-System weitestgehend analog zur Oströhre umgesetzt.
Oliver Heins (EnBW AG) berichtete über die Auswechslung von 8.600! galvanischen Anoden an bereits installierten Monopiles von Offshore-Windenergieanlagen und deren Ersatz durch Fremdstromanlagen. Bereits nach wenigen Jahren Betrieb zeigten die eingesetzten Opferanoden aus Aluminium einen höheren Verbrauch als ursprünglich kalkuliert, wobei das geplante Schutzpotential aufrechterhalten werden konnte. Im Innenraum der Piles senkte sich über die Betriebszeit der pH-Wert ab, wobei andererseits in den tiefen Bereichen die O2-Konzentration hoch blieb – vermutlich auf Grund der hohen Austauschrate mit dem umgebenden Meerwasser über die nicht vollständig abgedichteten Kabeleinführungsöffnungen. Aufgrund der Umstände des nicht erwarteten Materialverlustes der Anoden, wurde zunächst an einer Lokation eine Fremdstromanlage als Pilotanlage installiert, um die Funktion dieses Systems im Innenbereich eines Monopiles zu testen. Vom working deck aus wurden in jedem Monopile acht Fremdstromanoden (Magnetit) und vier Messelektroden installiert und die Schutzstromgeräte im Zwischendeck untergebracht. Nach der erfolgreichen Testphase wurden in einer technisch und logistisch optimierten zweiten Kampagne alle weiteren Monopiles mit einem Fremdstromsystem ausgerüstet. Trotz der Herausforderungen an Mensch, Werkzeug, Transportmittel (Crew Transfer Vessel) und den wechselnden Wetterbedingungen auf See, konnte das Projekt erfolgreich innerhalb von ca. drei Monaten umgesetzt werden. Mit dieser Anlage wird letztlich die Korrosionsschutzsicherheit über die vorgesehene Lebensdauer gewährleistet.
Über die »Physiochemischen Vorgänge im Inneren von Monopiles« berichtete Torsten Krebs (GCP GmbH). Dazu stellte der Vortragende zunächst einmal die Funktionsweisen der verschiedenen kathodischen Schutzverfahren vor. Insbesondere beim Einsatz von Galvanischen Anoden treten unerwünschte Nebeneffekte, unabhängig vom Umweltschutz, auf. Dies ist vor allem der Neigung des amphoteren Elements Aluminium geschuldet, Hydroxide zu bilden. Gleichzeitig ist immer wieder festzustellen, dass mit deren Einsatz das Milieu im Innern von Monopiles insgesamt eine pH-Wert- Absenkung erleidet. Hier treten dann sich gegenseitig verstärkende negative Effekte, wie Nichteinhaltung des ursprünglichen Schutzpotenzials, verstärkter Korrosionsangriffe auf Baustahl im saurem Milieu und letztlich eine Blockadesituation der Aluminium-Opferanoden insgesamt auf. Durch den Kathodenstrom, gleich welcher Herkunft, kann gleichzeitig die Hydroxylionen- und Wasserstoffionen-Produktion verstärkt werden. Zudem ist auch auf die Chlorgasentwicklung zu achten, wiewohl sich dieses über die hyperchlorige Säure wieder zersetzt. Die verschiedenen Gasentwicklungsszenarien wurden zusammenfassend aufgezeigt. Eine Optimierung der KKS-Anlagen-Funktion wird durch Wasseraustausch (O2-Zufuhr u.a.) und eine entsprechend geprüfte und geeignete Beschichtung erreicht.
Holger Bartels (Strako) moderierte die nächstfolgenden Beiträge. Markus Daldrup (Lichtgitter GFK GmbH & Co. KG) erläuterte in seinem Vortrag die Eigenschaften und Einsatzmöglichkeiten von faserverstärktem Kunststoff. Gewöhnlich besteht der Materialcompound aus Glasfasern und Polymeren. Wenn man die Tragfähigkeit von Gitterrosten als Maßstab nimmt, so sind in der Ausführung die GFK-Materialien ähnlich schwer wie z.B. Bauteile aus Stahl. Hinsichtlich der Harze werden Polyester, Isophtale, Vinylester und Phenole eingesetzt. Glasfasern dienen als innere Bewehrung zur Verstärkung. Darüber hinaus werden Füllstoffe, UV-Stabilisatoren und gegebenenfalls Leitfähigkeitskomponenten hinzugefügt. In der Offshore- und Schiffsindustrie wird dieses Material in Form von Gitterrosten für Laufstege und Zwischendecks wie auch für Geländer eingesetzt. Laut Daldrup sind GFK-Materialien bezüglich der Abrostungswerte und Korrosionswiderstände den stählernen Materialien, verglichen mit den Werten der DIN EN ISO 12944 (1998), mindesten ebenbürtig. In der chemischen Beständigkeit, inclusive Meerwasser, schneiden GFK-Materialien besser als z.B. feuerverzinkte Stähle ab. Genormt sind die Materialien nach DIN 24537-3 (Roste als Bodenbelag) und EN ISO 178 (Testverfahren wie z.B. Bruchverhalten, Biegung und E-Modul). Daneben wurde noch auf verschieden Zertifikate bezüglich Rutschhemmung und Brandverhalten verwiesen. Hinsichtlich der Gefahr durch Osmose stehen noch weitere Untersuchungen an.
Sven Albers (Fakon Wind GmbH) referierte über die die »Herausforderung Erosionsschutz an Rotorblättern«. Gegenüber den ersten Windrädern haben sich mittlerweile die Beanspruchungen erhöht, was sich z.B. in der Umlaufgeschwindigkeit an den Rotorblattspitzen mit 340 km/h (früher: 260 km/h) verdeutlichen lässt. Grund ist die Vergrößerung des Radius‘. Dementsprechend liegt die Hauptbelastung der Rotorblätter oberhalb der Radiusmitte. Im Vergleich zu den Onshore-Windkraftanlagen sind die Beanspruchungen im Offshore-Bereich deutlich höher einzuschätzen, was wiederum auf die höheren Volllaststunden, Umwelteinflüsse (Meeresatmosphäre), Blitzeinschläge, Windgeschwindigkeiten und der Geometrie (Minimalabstand zu Wasser) zurückzuführen ist. Die äußere Beschichtungslage erreicht kaum die Lebensdauer von 15 Jahren. Neben herkömmlichen Erosionstypen spielen Schereneinwirkung und Kavitation eine Rolle im Schädigungsmechanismus. Besonders anfällig ist der jeweilige Anströmbereich der Rotorblätter. Hier wird mit Spachtelmassen, Beschichtungen und Folien geschützt. Ebenso werden Aufsatzschalen eingesetzt. Auffällig ist der relativ niedrige Stand der Qualitätssicherung bei der Ausführung dieser Arbeiten, was auf fehlende Regelwerke auf diesem Gebiet zurückzuführen ist. Nachholbedarf sieht der Autor hierbei hinsichtlich der Prüfverfahren, Untergrundbeschaffenheit, Auswahl von Beschichtungsmaterialien, standortspezifische Stoffauswahl, Fehlerklassen sowie in der Zusammenarbeit von Motor- und Rotorblattherstellern. Die Brisanz zeigt sich u.a. darin, dass der Ausfall von Rotorblättern mit 4.400 Vollaststunden einen Ertragsverlust von € 100.000 pro Jahr »erwirtschaften« kann.
Unter der Moderation von Oliver Heins (EnBW AG) ging Prof. Stefan Wittke (HS Bremerhaven) in seinem Vortrag »Mikrobiell induzierte Korrosion (MIC)« auf die verschiedenen Ursachen, Mechanismen und Auswirkungen von Biofouling im Stahl(Wasser)bau ein. Basis der Präsentation waren verschiedene Langzeitbeobachtungen an OWE-Anlagen. In der Trockenmasse von Biofilmen reichern sich typischerweise Blei und Aluminium an. Durch Umlagerungs- und Mineralisationsprozesse vermeiden die Lebewesen aber offensichtlich eine Vergiftung. An verschiedenen Werkstoffen wie Stahl, Polystyrol und Borsilikatgläsern beobachte Prof. Wittke die Wirkungsweise der MIC, die sich u.a. im Materialabtrag und in der Eintrübung zeigten. Im Vergleich von ungeschütztem und mittels Al-Opferanoden geschütztem Baustahl im Meerwasser konnte er die (erwartete) Schutzwirkung des Galvanischen Schutzes (erhöhtes e–Angebot für Eisen!) nachvollziehen. Dabei wurde auch deutlich, dass der korrosive Abtrag durch Sulfatreduzierende Bakterien (SRB) die übliche Meerwasserkorrosion um ein Vielfaches übertraf. Da die von Bakterien verursachte bzw. unterstützte Korrosion nicht eindeutig vorhersehbar bzw. berechenbar ist, wird geschlussfolgert, generell einen präventiven Korrosionsschutz diesbezüglich für Bauteile im Meerwasser einzubeziehen.
Carola Buchner (Remotely Operated Vehicle (ROV)-Pilot) berichtete über die Unterwasserinspektion an Offshore-Bauwerken. Hierzu gilt es, verschiedene Voraussetzungen wie Verkehrssicherheit, Laufzeitverlängerung sowie die gesetzlichen Auflagen des Bundesamtes für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) zu erfüllen. Dabei wird in ereignisgesteuerte und wiederkehrende Prüfungen (WKP) unterschieden. Laut Vorgaben der »BSH-Standardkonstruktion« ist spätestens nach einem Probelauf von drei Monaten das Prüfkonzept einzureichen. Je nach Zuordnung – Funktion der Korrosionsschutzanlage, Prüfung der Strukturelemente, Grad des Bewuchses – wird eine jährliche bzw. zweijährige Prüfung als erforderlich erachtet. In der WKP ist hierzu ein jeweils dem Fachgebiet zuzuordnender Prüfsachverständiger entsprechend PPVO (Prüfberechtigten- und Prüfsachverständigenverordnung) erforderlich.
Grundsätzlich wird mit zerstörungsfreien Prüfverfahren gearbeitet. U.a. kommen im Unterwasserbereich visuelle Inspektion, Wanddickenmessverfahren, Rissprüfverfahren und Radiografie beim Tauchereinsatz (Mensch wie auch ferngesteuerte Roboter) zur Anwendung. Darüber hinaus sind Messungen des Al-Anodenabtrags und Probennahmen (Rost und Boden) möglich. Voraussetzung dafür ist grundsätzlich eine Hochdruckreinigung der entsprechenden Bauteile und Elemente.
Ansgar Köhler (Unterwassertechnikum Hannover (UWTH)) (Coautoren Thomas Hassel, UWTH; Zoran Kovarcek, Monti GmbH) stellte zum Abschluss der Veranstaltung ein Verfahren zu mechanischen Reinigung an Unterwasserflächen vor. Hierbei geht es vor allem um Entrostung, Oberflächenreinigung, Oberflächenrauheit und wiederum um die Haftung des aufzutragenden Beschichtungsmaterials. Das Verfahren (Bristle Blaster) ist ein sog. Drahtspannstrahlen, in welchem mit vorgespannten, rotierenden Drahthaken mittels Handgerät korrodierte bzw. beschichtete Stahloberflächen bearbeitet werden können. Hierbei wird ein Oberflächenreinheitsgrad von Sa 2 bis Sa 2 ½ erreicht. Eine mittlere maximale Rautiefe von 75 µm (Rz bzw. Ry5) ist möglich. Das entfernte Material kann dabei mittels Absaugvorrichtung aufgefangen werden. Mittlerweile ist auch im Unterwasserbetrieb ein weitgehend mechanischer Betrieb möglich. Die im Unterwasserbereich mittels Pinsel aufgetragenen Beschichtungen erreichten bei den anschließenden Haftabzugsversuchen Abreißwerte von 5 N/mm², welche als mehr als ausreichend einzuschätzen sind.
Die Veranstaltung insgesamt kann für den FA KOR der HTG wieder einmal als Erfolg gewertet werden, da die Vortragsinhalte grundsätzlich den Anforderungen des Bauwerksschutzes im »nassen Bereich« gerecht wurden. Dabei ist die zunehmende Materialvielfalt eine notwendige Herausforderung für die Korrosionisten. Auch die Ausgewogenheit von Theorie und Praxis der ausgewählten Fachgebiete ist hervorzuheben. Darüber hinaus zeigten die vielen Fragen und Diskussionsbeiträge, dass die spezifische Themenauswahl die derzeitigen Fragen im Korrosionsschutz gut getroffen hat. Die Bewertungen des Workshops durch die Teilnehmer waren daher wieder einmal weit mehr als zufriedenstellend. Als nächster Veranstaltungstermin wurde der 24. Oktober 2018 festgelegt.
Dr. Günter Binder
