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Fachbereich der Fachhochschule Münster: Wenn Heizungsrohre bei Kontakt mit Nivelliermassen korrodieren

Die Korrosion von Heizungsrohren aus C-Stahl durch mineralische Nivelliermassen ist vor wenigen Jahren in der Bodenbranche auffällig geworden. Eine Projektarbeit an der Fachhochschule beleuchtet die Thematik in einer Kooperation mit dem FH-Münster-Labor für Baustoffe, Sika Deutschland, Forbo Eurocol und Geberit. Die Autoren sind André Schmidt, Prof. Dr. Ing. i. R. Jochen Müller Rochholz und Prof. Dr. Ing. Jörg Harnisch vom Fachbereich Bauingenieurwesen. Ihr Fazit: Bei der Verwendung von C-Stahlrohren sollte der Bodenleger vor dem Ausbringen der Nivelliermasse klären, ob die verlegten Heizungsrohre vor dem direkten Kontakt wirkungsvoll geschützt sind.

In einem multifunktionalen Gewerbegebäude gab es nach weniger als zwei Jahren Wasserschäden, verursacht durch korrodierte Heizungsrohre, die aus dem Estrich zu den Heizkörpern führten. Ein Sachverständiger fand auf den auf der Estrichoberkante abgeschnittenen PE-Schaumschläuchen (zum Schutz der C-Stahlrohre) und im Zwischenraum zwischen Schaum und Rohr Nivelliermasse des Bodenlegers. Der folgende Rechtsstreit zwischen Generalunternehmer und Bodenleger wurde im Vergleich beendet.

Eine jüngere Publikation des früheren Thomsit-Technikers Wolfram Steinhäuser1 sieht in diesem Fall eine Verantwortung des Bodenlegers. Der vom Gericht beauftragte Sachverständige wollte insbesondere dem zeitlichen Verlauf derartiger Korrosionsprozesse genauer nachgehen und regte eine Projektarbeit im Labor für Baustoffe der FH Münster an.

Unterschiedliche Randbedingungen
ins Auge gefasst

In der Folge untersuchten die Autoren die Initiierung sowie den Korrosionsverlauf an C-Stahl-Heizungsrohren, welche in Kontakt mit drei handelsüblichen Nivelliermassen gebracht wurden. Neben den unterschiedlichen Zusammensetzungen der Spachtelmassen wurden weiterhin der Einfluss einer zusätzlichen Feuchtebelastung sowie einer erhöhten Temperatur auf das Korrosionsgeschehen untersucht. Folgende Fragen standen bei den Untersuchungen im Vordergrund:

-Führt ein kurzer Kontakt (1 min bis 24 h) zu einer sichtbaren Korrosion am C-Stahlrohr?
-Gibt es Nivelliermassen mit unterschiedlicher Korrosivität (ternäre Massen, gipsbasierte Massen)?
-Welchen Einfluss hat eine Temperaturerhöhung von 20 und 50 C auf den Korrosionsfortschritt?

Kurzzeitversuche: Als Proben wurden beidseitig geschlossene Rohrabschnitte von C-Stahlrohren hergestellt. Diese wurden in den Kurzzeitversuchen in frische Nivelliermassen getaucht und nach sechs ausgewählten Kontaktzeiten ( 1, 5, 15, 30 und 60 Min sowie 24 Stunden) wieder ausgebaut. Anschließend wurde die verzinkte Rohroberflächen mikroskopisch auf Korrosionsspuren untersucht.

Langzeitversuche: Für die längerfristigen Untersuchungen stellten die Prüfer die Situation in der Praxis nach. Für die Einlagerung wurde über die C-Stahlrohrproben ein PE-Dämmschlauch gezogen, der einen Spalt von rund 2 mm um das Rohr ließ. In diesen Spalt wurden die Nivelliermassen eingefüllt und die Proben anschließend den unterschiedlichen Bedingungen ausgesetzt.

Nach 7, 14, 28 und 56 Tagen entnahmen die Wissenschaftler Proben, befreiten sie von den Nivelliermassen und dokumentierten sie fotografisch. Details betrachteten sie mit einem Digitalmikroskop und dokumentierten diese. Zusätzlich wurden über die Zeit der Projektarbeit hinausgehende Einlagerungszeiten von 180 und 365 Tagen vorgesehen.

pH-Werte der
frischen Ausgleichsmassen

Da der pH-Wert eine maßgebliche Rolle im Korrosionssystem C-Stahlohr-Ausgleichsmasse darstellt, wurde dieser mit Hilfe eines pH-Meters versuchsbegleitend bestimmt. Die drei ternären Ausgleichsmassen zeigten hierbei pH-Werte zwischen 11,1 und 11,4 , also deutlich unter dem Wert der Porenlösung von hydratisiertem Portlandzementklinker mit pH-Werten > 12,5, in welcher Stahl eine passivierende Schutzschicht ausbildet. Bei ternären Systemen handelt es sich i. d. R. um ein Gemisch aus Portlandzement, Calciumsulfat und Tonerde- bzw. Spezialzement, welches eine schnelle Erhärtungsreaktion mit hohen Frühfestigkeiten ermöglicht. Für das Korrosionssystem C-Stahlrohr in ternärer Ausgleichsmasse bedeutet dies, dass die Zinkschicht korrosionsbereit vorliegt, während sich für das eigentliche Rohr aus Kohlenstoffstahl die Situation eines passivierten Metalls in Anwesenheit von Korrosionspromotoren (Sulfationen) ergibt.

Die gipsbasierte Ausgleichsmasse lag mit pH = 7,7 nahezu im neutralen Bereich. Für das Korrosionssystem C-Stahlrohr in gipsbasierter Ausgleichsmasse bedeutet dies, dass die dünne Zinkschicht durch die Anwesenheit der Sulfationen an der Ausbildung einer wirksamen Deckschicht gehindert wird und somit potenziell korrosionsbereit vorliegt. Das Heizungsrohr aus Kohlenstoffstahl bildet bei derart niedrigen ph-Werten keine Passivschicht aus und liegt ebenfalls korrosionsbereit vor, vgl. Nürnberger2. Verschärft wird der korrosive Angriff durch die Anwesenheit der Sulfationen aus dem Gips.

Ergebnisse und Hinweise für die Praxis

Kurzzeitversuche: Bei Expositionszeiten bis 24 h zeigten sich keine Veränderungen der Zinkschichten auf den C-Stahlrohren.

Einlagerung 56 Tage bei einer Temperatur von 50 °C.
Von links:
1.Nivelliermasse 1 mit Dämmschlauch
2.Nivelliermasse 1 ohne Dämmschlauch
3.Nivelliermasse 2
4.Nivelliermasse 3
5. Nivelliermasse 4, Ca(OH)2
6.Nivelliermassen 1, 2, 3 zementbasiert, 4 gipsbasiert.
C-Stahl-Rohre in Nivelliermassen.
Nach 7 Tagen bei 50 °C zeigte sich unter dem Digitalmikroskop eine Lochfraßkorrosion.
Prüfung über 28 Tage bei 50 °C.
28 Tage bei 20 °C (v. li. Nivelliermasse mit Dämmschlauch, Nivelliermasse ohne Dämmschlauch, Ca(OH)2, H2O).
Die Tabelle listet die verschiedenen Versuchsaufbauten auf.

Langzeitversuche: Bei den bis zu einem halben Jahr ausgewerteten Versuchen zeigt sich sehr deutlich der Einfluss der Temperatur auf die Korrosionsvorgänge (es gilt das Arrhenius-Gesetz, als grober Wert gilt ΔT=10K verdoppelt die Reaktionsgeschwindigkeit, ΔT=20K verzehnfacht sie).

In den Bildern sind die Einlagerungsproben nach 28 Tagen bei 20 und 50 °C zu sehen. Bei 50 °C sind bereits bei 7 Tagen deutliche Korrosionsspuren zu erkennen, die sich muldenartig ausgebildet haben. Die beschleunigende Wirkung der höheren Lagerungstemperatur auf die Korrosionsvorgänge wird bei den ausgebauten Proben nach 56 Tagen deutlich. Der Umfang der Korrosionsschädigungen hat hier deutlich schneller zugenommen als bei den laborgelagerten Proben bei 20 °C. Ein Durchbruch der Rohrwandung konnte jedoch bei keinem der geprüften Rohre festgestellt werden.

Die Einlagerungsvarianten, bei denen wöchentlich Putzmittel zugegeben wurden (je ein neutraler und ein saurer Haushaltsreiniger), zeigten keinen signifikanten Einfluss auf das Korrosionsgeschehen. Weder Korrosionstiefe noch flächige Ausbreitung unterschieden sich deutlich von den Proben ohne Putzmittelzugabe. Hieraus wird geschlossen, dass der manchmal gebrauchte Begriff der "Putzfrauen-Korrosion" für derartige Schäden nicht zwingend auf das Putzmittel zurückzuführen ist. Vielmehr kann gefolgert werden, dass der reine Kontakt zwischen den getesteten Ausgleichsmassen und dem C-Stahlrohr für die Ausbildung der beobachteten Korrosionsschäden den dominierenden Faktor darstellt. So erscheint der durch Putzaktivitäten regelmäßig nachgeführte Elektrolyt (Putzwasser) hier das ohnehin bestehende korrosive Milieu aufrechtzuerhalten. Der Vergleich zwischen den Ausgleichsmassen zeigt, dass es bei den gipsbasierten Massen zu stärkeren Korrosionsangriffen kommt als bei den ternären Systemen.

Zusammenfassung der Untersuchung

Ein dauerhafter Kontakt von Ausgleichs-/Spachtelmassen mit C-Stahlrohren (z. B. durch Einlaufen der Masse in den Zwischenraum zwischen Dämmschlauch und Rohr) führt zu Korrosionsschäden an den Rohren, die innerhalb weniger Heizperioden zur Rohrleckage führen können. Kontaminationen in der Bauphase können (und müssen) unverzüglich entfernt werden. Planer sind gut beraten, Heizkörperrohre aus der Wand kommend vorzusehen und nicht aus dem Fußboden. Ist dies nicht möglich, so ist durch geeignete Maßnahmen ein wirksamer und dauerhafter Korrosionsschutz sicherzustellen.

Kann ein direkter Kontakt zwischen den geprüften Nivelliermassen und C-Stahlrohren nicht sicher ausgeschlossen werden, so ist der Planer angehalten und/oder die Bauleitung bzw. die Bauaufsicht darauf hinzuweisen, erhöhtes Augenmerk auf die sachgemäße Ausbildung der schützenden Dämmschläuche zu legen. Neben der Planung liegt es ebenso an der Bauleitung, sowie an den ausführenden Bodenlegerbetrieben, vorab die Baubereiche zu überprüfen. Überstehende Dämmschläuche sind wie Randdämmstreifen von Estrichen nicht vor der Beendigung der Bodenverlegearbeiten zu entfernen. So kann einem unnötigen Bauschaden und den einhergehenden Instandsetzungskosten vorgebeugt werden. Alternativ kann die Korrosionsgefahr durch die Wahl eines korrosionsbeständigen Rohrmaterials oder -systems (z. B. kunststoffummantelte C-Stahlrohre) sicher ausgeschlossen werden.


Quellen

1 Steinhäuser, Wolfram:
Planung und Verlegung von Oberbelägen auf
Heizestrichen, Der Bausachverständige 2/2017, S. 28-34, Bundesanzeiger-Verlag
-DIN 18365, 2016-09,
ATV Bodenbelagsarbeiten
-DIN 13353, 2016-09,
ATV Estricharbeiten

2 Nürnberger, Ulf: Korrosion und Korrosionsschutz im Bauwesen, Band 2, S. 775 - 931, Bauverlag GmbH, Wiesbaden und Berlin


Die Autoren

Andre Schmidt
ist Masterstudent an der Fachhochschule Münster im Studiengang Bauingenieurwesen. Er hat seinen Bachelor of Engineering zuvor an der Hochschule Ost-Westfalen Lippe absolviert.

Prof. Dr. Ing. Jörg Harnisch
ist seit 2014 Professor für die Baustofflehre an der FH Münster, Leiter des Labors für Baustoffe. Felder von Forschung und Lehre sind: Instandsetzung, Bauwerksanalyse, Korrosionsuntersuchungen und alternative Bindemittel.

Prof. Dr. Ing. i.R.
Jochen Müller Rochholz
lehrte bis 2012 Baustoffe an der FH Münster und ist öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger für Schäden an Gebäuden.

aus FussbodenTechnik 02/18 (Estrich)