Beton- und Stahlbetonbau 3 - CITec Concrete Improvement ...

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104. Jahrgang 

März 2009 

Heft 3, S. 145-153 

ISSN 0005-9900 

Sonderdruck 

A 1740 

Dr.-Ing. Ulrich Schneck 

Beton- und 

Stahlbetonbau 

Zerstörungsfreier elektrochemischer 

Chloridentzug an der Donaubrücke 

Pfaffenstein: Langzeiterfahrungen über 

eine bauwerksschonende und verkehrserhaltende 

Technologie

Ulrich Schneck 

Zwischen 2003 und 2007 wurden in der Donaubrücke Pfaffenstein, 

die im Zuge der BAB A93 in Regensburg Donau und Donaukanal 

überspannt, insgesamt 200 m 2 Hohlkastenbodenflächen in Teilabschnitten 

mit zerstörungsfreiem, elektrochemischem Chloridentzug 

instandgesetzt. Diese Bereiche waren durch Defekte im Entwässerungssystem 

der Fahrbahntafel teils erheblich chloridbelastet (bis 

4%, bezogen auf die Zementmasse), so dass die Bewehrung aktiv 

korrodierte, aber noch keine kritischen Querschnittsverluste entstanden 

oder Schäden am Beton eingetreten waren. 

Nach Abschluss des Chloridentzugs wurden die Betonflächen, 

aus denen ca. 28 kg Chlorid entfernt worden sind, mehrfach 

– in einem Abstand von bis zu drei Jahren – mit Potentialmessungen 

nachuntersucht. Dabei konnte nachgewiesen werden, dass 

die chloridinduzierte Korrosionsaktivität – auch bei vereinzelt vorhandenem 

Restchloridgehalt – zuverlässig beseitigt wurde. Weder 

die Autobahn noch die im Arbeitsbereich unter der Brücke 

führende Bundesstraße waren von den Arbeiten betroffen. In diesem 

Beitrag sollen Wirkprinzip, Randbedingungen und die seit 

2001 vom Autor gesammelten Erfahrungen mit dieser Instandsetzungsmethode 

besprochen werden. 

Non-Destructive Electrochemical Chloride Extraction 

on the Danube Bridge Pfaffenstein: Long-Term Experiences 

about a Structure- and Traffic-keeping Technology 

Between 2003 and 2007 in total 200 m 2 of corrosion active hollow 

box girder floor slabs were rehabilitated by a non-destructive, 

electrochemical chloride extraction (ECE) within the Danube 

bridge Pfaffenstein that is situated in Regensburg along the highway 

A93. These concrete areas were chloride contaminated by a 

leaking drainage system from the carriageway above – up to 4% 

by cement mass. Hence, the reinforcement was corrosion active, 

but did not show considerable loss of cross-section or concrete 

deterioration. 

After completing the ECE, where more than 28 kg of chloride 

could be removed, multiple potential surveys have been made 

about a time span of up to three years. These measurements 

have shown that chloride induced corrosion activity could be 

eliminated safely, also with some residual chloride. Both highway 

and a heavy traffic bearing main street, which crosses under the 

bridge, haven’t been affected by the repair. The principle of ECE, 

its side effects and the experiences collected by the author since 

2001 shall be discussed here. 

1 Das Verfahren 

Ziel des elektrochemischen Chloridentzugs ist es, den im 

Stahlbeton vorhandenen Chloridgehalt zerstörungsfrei 

auf ein korrosionsunschädliches Niveau abzusenken. Binnen 

weniger Wochen können korrosionsgefährdete Stahlund 

sogar Spannbetonbauteile (mit nachträglichem Verbund) 

instandgesetzt werden, und die Korrosionsschutzfunktion 

des Betons für den Stahl wird wiederhergestellt. 

Gegebenenfalls müssen im Anschluss Maßnahmen zum 

Schutz vor erneuter Chlorideindringung getroffen werden. 

Damit unterscheidet sich das Instandsetzungsziel von 

dem des kathodischen Korrosionsschutzes, wo mit einer 

permanenten Installation Korrosionsaktivität an der Bewehrung 

dauerhaft unterdrückt wird – nahezu unabhängig 

von den Umgebungsbedingungen. 

1.1 Allgemeine Grundsätze 

Fachthemen 

Zerstörungsfreier elektrochemischer Chloridentzug 

an der Donaubrücke Pfaffenstein: Langzeiterfahrungen 

über eine bauwerksschonende und verkehrserhaltende 

Technologie 

Die Chloridmigration wird durch ein elektrisches Feld bewirkt, 

welches durch eine zwischen der Bewehrung und 

einer externen, temporär montierten Elektrode angelegte 

Gleichspannung aufgebaut wird. In der Regel werden 40 V 

gewählt, um einen zügigen Entsalzungsfortschritt bei sicheren 

Arbeitsbedingungen zu erreichen. Wie in Bild 1 zu 

sehen ist, werden die im Porenraum des Betons gelösten 

Ionen durch Einfluss des elektrischen Felds bewegt – die 

Anionen zur Anode und die Kationen zur Kathode. Dafür 

wird ein möglichst feuchter Beton benötigt. Das elektri- 

Prinzip des elektrochemischen Chloridentzuges (CE) 

Betriebsspannung zwischen Anode und Kathode: ca. 30-40 V 

Stromdichte bezogen auf die Betonoberfläche: ca.1-5 A/m 2 

Anwendungsdauer: ca. 4-8 Wochen 

Stahlbetonoberfläche (z.B. Parkdeck, Brückenpfeiler) 

Externe Anode 

Elektrolytspeicher und Chloridadsorber 

DOI: 10.1002/best.200900661 

Spannungsquelle 

Bewehrung (Katode) Elektrische Verbindung zur Bewehrung 

Bild 1. Prinzip des elektrochemischen Chloridentzugs aus 

Stahlbeton 

Fig. 1. Principle of the electrochemical chloride extraction 

from reinforced concrete 

© 2009 Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin · Beton- und Stahlbetonbau 104 (2009), Heft 3 

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U. Schneck · Zerstörungsfreier elektrochemischer Chloridentzug an der Donaubrücke Pfaffenstein: Langzeiterfahrungen über eine bauwerksschonende und verkehrserhaltende Technologie 

sche Feld wirkt hier unterstützend: Da die Anzahl der an 

Kationen angelagerten Wassermoleküle (Solvathülle) 

durchschnittlich größer ist als die bei Anionen, wird mehr 

Wasser zur Kathode transportiert als zur Anode, und der 

Beton nimmt das an der externen Anode aufgegebene 

Wasser schnell auf. 

Der durch das elektrische Feld bewirkte Ionentransport 

ist ein physikalischer Prozess; tatsächlich ist die Migration 

nur in den Kapillar- und Schrumpfporen möglich, 

die häufig anders ausgerichtet sind als die Feldlinien. Entsprechend 

ihrer Größe, der spezifischen Beweglichkeit [1] 

und Konzentration haben die gelösten Ionen einen veränderlichen 

Anteil am Gesamttransport. Der Chloridanteil 

an der Anionenmigration ist zu Beginn der Chloridextraktion 

am größten und verringert sich stetig, während der 

Anteil an Hydroxylionen zunimmt. 

Auf der Bewehrungsoberfläche kommt es zu elektrochemischen 

Reaktionen: der Reduktion von Oxiden, Sauerstoff 

und Wasser. Diese Reaktionen stehen in Bezug zum 

Strom, der während des Chloridentzugs fließt, und zur damit 

verbundenen eingetragenen Ladungsmenge. Die auf 

die Bewehrung bezogenen Stromdichten bewegen sich üblich 

zwischen 0,5 und 2 A/m 2 , können aber während der 

ersten Stunden/Tage der Behandlung wesentlich höher 

sein. Die hauptsächliche Reaktion ist die Sauerstoffreduktion 

Gl. (1a), bei der Hydroxylionen gebildet und die Alkalität 

des Betons um die Bewehrung erhöht wird. 

1 

O2+H 2O 

+2e → 2OH 

2 

z. B. Fe2 O 3 + 3H2O+ 2e → 2Fe(OH) 2 + 2OH 

2H O + 2e → H + 2OH 

2 

– 

– – 

2 

– 

Gleichung 1. Mögliche Reaktionen auf der Stahloberfläche 

beim Chloridentzug 

Equation 1. Possible reduction reactions on the reinforcement 

surface forced by ECE 

(1a) 

(1b) 

(1c) 

Beide Prozesse – Chloridmigration und Reduktion von 

Oxiden, Sauerstoff und Wasser – laufen gleichzeitig ab, 

stehen aber in keinem direkten, mathematisch auswertbaren 

Zusammenhang. Während die Chloridmigration von 

der Höhe der angelegten Spannung (vom elektrischen 

Feld), der Betonüberdeckung, der Permeabilität des Betons 

und vom Wassergehalt abhängen, werden der Stromfluß 

und die eingetragene Ladungsmenge von Spannung, 

Temperatur, Betonwiderstand und den Übergangswiderständen 

auf Bewehrung und Anode bestimmt. Diese Betrachtung 

stimmt mit anderen Veröffentlichungen, die den 

Chloridentzug in direkter Abhängigkeit von Strom und 

Ladungsmenge sehen [2], nicht überein, basiert aber auf 

langjähriger praktischer Erfahrung. Ein sehr effektiver 

Chloridentzug kann sowohl bei niedrigen Ladungsmengen 

erreicht werden, andererseits kann der Chloridentzug 

selbst bei hohen Ladungsmengen wenig effektiv sein. 

Beim elektrochemischen Chloridentzug wird also 

nicht nur Chlorid aus dem Beton entfernt, sondern auch 

die Alkalität der Betonumgebung in Bewehrungsnähe 

durch Bildung von Hydroxylionen erhöht. Das verbessert 

den Korrosionsschutz zusätzlich, denn der korrosionsaus- 

4 

Sonderdruck aus: Beton- und Stahlbetonbau 104 (2009), Heft 3 

– 

– 

lösende Chloridgehalt ist abhängig von der Alkalität des 

Betons, und ein gewisser Restchloridgehalt kann i. d. R. 

gefahrlos toleriert werden. Die Bildung von Hydroxylionen 

durch Sauerstoffreduktion ist wesentlich intensiver 

als der durch das elektrische Feld bewirkte „Abtransport“ 

zur Anode. 

An den Zementstein (C 3A) chemisch gebundenes 

Chlorid wird durch den Chloridentzug teilweise gelöst, da 

das Verhältnis freies/gebundenes Chlorid dynamisch ist. 

Allerdings liegt die chemische Chloridbindefähigkeit des 

Zementsteins nach eigenen Erfahrungen bei max. 0,5% 

(bezogen auf den Zementgehalt), so dass keine bedeutenden 

Mengen in Lösung gehen können. 

An der externen Anode laufen Reaktionen ab, die zu 

sehr sauren Bedingungen führen: die Oxidation von Wasser, 

Hydroxylionen und Chlorid, wie auch die Entwicklung 

von Chlorgas. Nach [3] kann auch die Reaktion von 

Wasser und Chlorgas zu einem sauren Milieu führen. 

1.2 Komponenten für den Chloridentzug 

Grundsätzlich werden für den elektrochemischen Chloridentzug 

folgende Komponenten benötigt: 

– eine dimensionsstabile, d. h. beständige Anode – normalerweise 

ein Netz aus aktiviertem Titan 

– ein Elektrolytreservoir, das die Anode einbettet und für 

einen elektrolytisch leitenden Kontakt zur Betonoberfläche 

sorgt 

– eine Hochstrom-Spannungsversorgung zur Erzeugung 

des elektrischen Felds zwischen Anode und Bewehrung 

– Mess- und Steuereinheiten zur Aufzeichnung bzw. 

Steuerung von Spannung und Strom und – soweit vorhanden 

– der Signale an den Referenzelektroden 

Als Elektrolyt kann Leitungswasser verwendet werden. 

Um eine Ansäuerung der Betonoberfläche durch elektrochemische 

Reaktionen an der Anode zu verhindern, wird 

auch eine alkalische, puffernde Lösung mit Ca(OH) 2 oder 

NaOH verwendet. Zur Kompensation von negativen Effekten 

in Zusammenhang mit AKR wurde in [4] eine 

Empfehlung des SHRP [5] zur Anwendung von Lithiumborat-Lösung 

erwähnt. 

1.3 Beeinflussende Faktoren und Randbedingungen 

für den Einsatz 

Der elektrochemische Chloridentzug wird von vielen, im 

praktischen Einsatz nur schwer zu bestimmenden und 

auch auf kleineren Betonflächen variierenden Faktoren 

beeinflusst. Der Chloridentzug selbst beeinflusst das behandelte 

Bauteil nicht nur durch eine Absenkung des 

Chloridgehalts und der Alkalisierung des Betons um die 

Bewehrung, sondern auch mit unerwünschten Nebenwirkungen, 

wenn das Bauwerk zuvor nicht entsprechend 

untersucht und der Chloridentzug nicht entsprechend 

projektiert wurde. 

Bewehrungsführung: Die Bewehrung bildet die Kathode 

für den Chloridentzug; Stababstand und Betonüberdeckung 

haben großen Einfluss auf den Behandlungserfolg. 

Der Hauptanteil des Verfahrens läuft zwischen Betonoberfläche 

und oberer Bewehrungslage ab; wenn die Be-


tonüberdeckung < 20 mm ist, wird dieser Bereich nahezu 

vollständig von Chlorid befreit, aber nur wenig Chlorid 

kann aus tieferliegenden Zonen entfernt werden. Kurzschlüsse 

zwischen Anode und Bewehrung müssen vermieden 

werden. Bei großen Stababständen kann der Entsalzungseffekt 

ungleichmäßig werden. Bei sehr dicht liegender 

Bewehrung können tieferliegende Bewehrungslagen 

von der Mitwirkung am Chloridentzug abgeschirmt werden. 

Weiterhin muss sichergestellt sein, dass die Bewehrung 

in den behandelten Flächen metallleitend verbunden 

ist und dass alle metallischen Einbauteile als Kathode geschaltet 

sind; sonst bilden sich auf den unverbundenen 

Metallflächen bipolare Elektroden, die zu einer raschen 

Metallauflösung führen können. 

Betonzusammensetzung und Betonschäden: Auch Betonzusammensetzung 

und -struktur haben großen Einfluss auf 

die Dauer und Effizienz des Chloridentzugs – ein sehr dichter 

Beton kann die Anwendungszeit verlängern; bereits reprofilierte 

Bereiche können im Verhalten erheblich vom 

Originalbeton abweichen. Obwohl Betonschäden vor Beginn 

eines Chloridentzugs grundsätzlich unter Verwendung 

von unmodifiziertem Normalbeton beseitigt werden 

sollten, kann das Verfahren nach vorliegenden Erfahrungen 

erfolgreich an Hohlstellen und in Rissbereichen angewendet 

werden; das ist jedoch eine Einzelfallentscheidung. 

Korrosionszustand am Beginn der Behandlung: Wenn die 

Bewehrung vollständig mit Korrosionsprodukten bedeckt 

ist, wird u. U. ein erheblicher Teil der Ladungsmenge für deren 

Reduktion benötigt, ohne dass dabei Hydroxylionen gebildet 

werden. In [6] wurden erste Hinweise auf die Oxidreduktion 

beschrieben, und theoretisch können bis 500 A/m 2 

benötigt werden, ehe die Sauerstoffreduktion und damit die 

Bildung von Hydroxylionen als hauptsächliche kathodische 

Reaktion stattfinden. Bei der Definition der Anwendungsziele 

muss dieser Umstand berücksichtigt werden. 

Alkali-Kieselsäure-Reaktion: Alkalireaktive Zuschlagstoffe 

werden in hoch alkalischer und feuchter Umgebung zu 

expansiven Reaktionen angeregt. Der Zusammenhang 

zwischen Chloridentzug und AKR wurde mehrfach untersucht 

[7]; demnach gibt es keinen direkten Zusammenhang 

zwischen Ladungsmenge, Anwendungszeit und 

AKR-Effekten. Bei Vorhandensein derartiger Zuschläge 

im Beton ist jedoch eine Prüfung der Anwendbarkeit des 

Chloridentzugs erforderlich. 

Chlorgasentwicklung und Ansäuerung der Betonoberfläche: 

Ohne entsprechende Vorsichtsmaßnahmen werden 

durch die anodischen Reaktionen u. U. große Mengen 

Chlorgas entwickelt und die Betonoberfläche angesäuert. 

Chlorgas ist nicht nur gesundheitsschädlich, sondern führt 

in feuchter Umgebung auch zu starken Korrosionsreaktionen 

an benachbarten metallischen Flächen. Zur Vermeidung 

dieser Effekte können Ionenaustauscher verwendet 

werden, die Chlorid binden sowie alkalisch puffernde 

Elektrolytlösungen. 

Haftverbund zwischen Stahl und Beton: Die mögliche Beeinträchtigung 

des Haftverbunds wurde vielfach und unter 

verschiedenen Testbedingungen untersucht. Negative 

Effekte – eine Verschlechterung des Haftverbunds um bis 

zu 50% – wurde besonders an glatten, korrodierten Stählen 

nach Eintrag sehr hoher Ladungsmengen gefunden, 

aber kein expliziter Zusammenhang zwischen den Parametern. 

In [8] wurden sogar eine Erhöhung des Haftverbunds 

und dessen Wiederanstieg nach Beendigung des 

Chloridentzugs festgestellt. Nach [9] ist unbedingt der 

„Vorspanneffekt“ an korrodierten Oberflächen zu berücksichtigen, 

der den Haftverbund über den projektierten 

Wert hinaus erhöht. Bei einer Reduktion der Oxide wird 

genau diese zusätzliche Verbundkraft abgebaut, ohne jedoch 

unter den Wert im Ausgangszustand des Bauwerks 

zu fallen. 

Anwendung des Verfahrens an Spannbetonkonstruktionen: 

Bei der dritten möglichen kathodischen Reaktion 

Gl. (1c), die bei Potentialen ≤ 770 mV gegen NHE (Normal-Wasserstoffelektrode) 

und pH = 13 auftritt, wird molekularer 

Wasserstoff gebildet, der in das Gefüge von 

Spannstählen eindringen und dort wasserstoffinduzierten 

Sprödbruch verursachen kann. Daher darf der Chloridentzug 

nicht an Spannbetonbauteilen mit sofortigem 

Verbund eingesetzt werden. Anders sieht es bei Spannbeton 

mit nachträglichem Verbund aus: dort bildet das 

Spanngliedhüllrohr einen Faradayschen Käfig und verhindert 

unzulässige Polarisation des innenliegenden Spannstahls. 

Dieser Schutz ist auch bei geringfügigen Defekten 

des Hüllrohrs noch voll wirksam [10]. 

1.4 Kriterien für die Beendigung des Chloridentzugs 

und den Anwendungserfolg 

Für die sehr komplexen, dynamischen Vorgänge beim 

Chloridentzug können keine sinnvollen, einzelnen Parameter 

als Abschalt- und Erfolgskriterium festgelegt werden. 

Für die praktische Handhabung sind daher in den 

unter 4. genannten Richtlinien und Spezifikationen mehrere 

Kriterien genannt, die den lokalen Umständen entsprechend 

angewendet werden sollen: 

– Chloridgehalt: der durchschnittliche, aber auch der 

Chloridgehalt in Bewehrungsnähe sollte maximal 0,4%, 

bezogen auf die Zementmasse betragen. In Einzelfällen 

sind in Bewehrungsumgebung maximal 0,8% zulässig. 

– Ladungsmenge: in Abhängigkeit vom Korrosionszustand 

der Bewehrung sollte die Ladungsmenge bei 

wenig korrodierter Bewehrung ca. 400 Ah/m 2 , bei stärker 

korrodierter Bewehrung zwischen 1.000 und 

2.000 Ah/m 2 , bezogen auf die Stahloberfläche, betragen. 

– Ruhepotentiale: nach Abbau der Restpolarisation und 

des erhöhten Wassergehalts kann mit einer wiederholten 

Potentialmessung der Abbau der Makroelemente 

nachvollzogen werden – vormals sehr negative Potentiale 

müssen positiver (und umgekehrt) gemessen werden. 

Die angestrebte maximale Potentialdifferenz im behandelten 

Bereich sollte bei ca. 150 mV liegen. In der Regel 

kann diese Untersuchung erst 4–6 Monate nach Abschluss 

des Chloridentzugs sinnvolle Ergebnisse liefern. 

Die Ladungsmenge ist besonders für die Repassivierung 

der Stahloberfläche erforderlich, wenn bereits chloridinduzierter 

Lochfraß eingetreten war und bezieht sich auf 


5


weltweit gesammelten Erfahrungswerte. Wenn der korrosionsauslösende 

Chloridgehalt in Bewehrungsnähe zu 

Anwendungsbeginn noch nicht überschritten war, ist das 

Kriterium Ladungsmenge weniger bedeutsam. 

Da es sich bei den Erfolgskriterien um indirekte Parameter 

handelt, ist eine kritische, objektbezogene Bewertung 

i. d. R. sinnvoll. Zwei der drei genannten Kriterien 

sollen bei einer erfolgreichen Anwendung jedoch mindestens 

erfüllt sein. 

1.5 Besonderheiten des in der Donaubrücke Pfaffenstein 

angewendeten Verfahrens zum Chloridentzug 

Im Rahmen eines vom BMWi geförderten FUTOUR-Projekts 

wurde eine neue Verfahrensvariante zum elektrochemischen 

Chloridentzug entwickelt, die besonders auf eine 

punktgenaue, detaillierte und ausführlich dokumentierte 

Anwendung des Chloridentzugs auf kleineren Betonflächen 

gerichtet ist. Das Konfigurationsschema ist in Bild 2 

zu sehen; die neuen Eigenschaften sind: 

– mit einer qualifizierten Korrosionsuntersuchung werden 

die korrosionsaktiven Bereiche zunächst genau identifiziert 

– üblich sind Teilflächen zwischen 5 und 80 m 2 

– die vorgefertigten und wiederverwendbaren Elektroden 

sind 60 × 60 cm groß und beinhalten neben der Anode 

einen Ionenaustauscher zur Chloridbindung und für die 

alkalische Pufferung der anodischen Reaktionen 

– entsprechend der Konfigurationsparameter (Bewehrungsabstand, 

Betonüberdeckung, Chloridgehalt, Betonzusammensetzung) 

werden einzelne Elektroden zu 

Gruppen zusammengefasst (maximal 10 m 2 ) 

– ein Chloridmeßmodul signalisiert die Sättigung des Ionenaustauschers 

und führt dann zur automatischen Abschaltung 

der betreffenden Gruppe 

– der Chloridentzug wird mit einer konstanten Spannung 

von 40 V gesteuert, die mittels Pulsweitenmodulation 

(PWM) die Elektrodengruppen in Intervallen an- und 

abschaltet. Werden begrenzende Parameter überschritten, 

führt das zu einer Begrenzung der Anschaltzeit. Dadurch 

wird auch mehr Chlorid entfernt als bei ununterbrochener 

Spannungsaufschaltung [11]. 

– chloridgesättigte Elektroden werden in einer alkalischen 

Lösung bei pH = 14 regeneriert, wobei Chloridionen 

vom Ionenaustauscher „heruntergewaschen“ und wie- 

6 


der durch Hydroxylionen ersetzt werden. Der in der verbrauchten 

Lösung enthaltene Chloridgehalt stellt die 

dem Beton insgesamt entzogene Chloridmenge dar. 

Nach Neutralisierung kann die Regenerierlösung umweltgerecht 

entsorgt werden, so dass praktisch kein Abfall 

entsteht. 

2 Chloridentzug in der Donaubrücke Pfaffenstein 

Aufgabenstellung 

In Vorbereitung einer großen Instandsetzung des Bauwerks 

(Bilder 3, 4) sollten u. a. Schadbereiche untersucht 

werden, die um Entwässerungsdurchführungen an Stellen 

entstanden waren, wo die Fahrbahntafel weit über den 

Hohlkasten auskragt. Derartige, fast horizontal ausgebildete 

Durchführungen (Bild 5) befanden sich im Bereich 

der Rampen, die die Autobahn-Anschlussstelle Regensburg-Pfaffenstein 

bilden. 

Die Schadstellen waren provisorisch instandgesetzt, 

jedoch kam es zu teils erheblichem Chlorideintrag in die 

Bodenplatten der Hohlkästen (bis ca. 4%, auch in Bewehrungsnähe, 

bezogen auf den Zementgehalt). Eine konventionelle 

Instandsetzung/Reprofilierung wäre in diesen Bereichen 

praktisch nur mit Austausch des gesamten Querschnitts 

erfolgreich gewesen und hätte neben dem hohen 

Bauaufwand auch zu erheblichen Eingriffen in den Verkehr 

auf der Autobahn und der die Brücke unterquerenden 

Bundesstraße B8 geführt. 

Mit einer Bauwerksuntersuchung sollten zunächst 

Umfang und Auswirkung der Chlorideindringung erkundet 

und anschließend ein Konzept für die zerstörungsfreie 

Entfernung der Chloride aus dem Beton erarbeitet werden. 

Um für die gesamte instandzusetzende Fläche ein geeignetes 

Betriebskonzept zu ermitteln, wurde zunächst ein 

Referenz-Chloridentzug im Hohlkastenabschnitt O6.06 

durchgeführt. Mit den dabei gesammelten Erfahrungen 

wurde der Chloridentzug auf den übrigen Flächen konfiguriert 

und ausgeführt. 

Bauwerksuntersuchung 

In der qualifizierten Korrosionsuntersuchung, deren Herangehensweise 

und Ergebnisse für das Objekt beispielhaft 

in [12] beschrieben sind, wurden in vier Hohlkastenabschnitten 

Teilflächen zwischen 5 und 60 m 2 identifiziert, 

Bild 2. Schaltschema des zellenbasierten 

CITec-Verfahrens zum Chloridentzug 

Fig. 2. Schematic layout of the grid cell 

based ECE system by CITec


Bild 3. Ansicht der Hohlkastenbereiche von außen 

Fig. 3. Outside view on the hollow box girder areas 

Bild 4. Innenansicht Hohlkasten 6.06 mit alter Entwässerungsleitung 

Fig. 4. View into box girder section 6.06 with old drainage 

system 

Bild 5. Detail Steg und schadhafte, provisorisch instandgesetzter 

Entwässerungsdurchführung Typ B 

Fig. 5. Side wall of the box girder with the damaged, temporarily 

fixed drainage inlet type „B“ 

wo die Bewehrung zwar korrodiert, korrosionsaktiv, aber 

noch nicht nennenswert im Querschnitt geschwächt war. 

Am Beton waren kaum Schäden festzustellen; Ausbrüche, 

Hohlstellen und Risse gab es bis auf Ausnahmen noch 

nicht. 

Das Chlorid hatte sich an der Betonoberfläche auf 

insgesamt ca. 200 m 2 ausgebreitet und war in ca. 100 m 2 

bereits bis weit hinter die Bewehrung vorgedrungen. Da 

die Schadensursache (defekte Entwässerung) zunächst 

beseitigt und Betonschäden noch nicht eingetreten waren, 

lag ein günstiger Zeitpunkt für die zerstörungsfreie Instandsetzung 

mit elektrochemischem Chloridentzug vor. 

Konfiguration 

Bild 6 zeigt eine Übersicht der mit der Korrosionsuntersuchung 

ermittelten instandzusetzenden Teilflächen. Entsprechend 

Betonüberdeckung, Oberfläche der Bewehrung 

und Chloridbelastung des Betons wurden die Elektroden 

zu Gruppen bzw. Teilflächen zwischen 2 und 10 m 2 zusammengefasst; 

jeweils eine Elektrode pro Gruppe war 

mit Aktoren und Sensoren zur Steuerung bestückt und 

schaltete die sie umgebenden Elektroden. 

Wegen der teils hohen Eindringtiefen des Chlorids in 

den Beton wurde eine zweistufige Anwendung gewählt; 

grundsätzlich wurde auf allen Teilflächen sechs Wochen 

Erstbehandlung und nach mindestens sechs Wochen 

Pause eine sechswöchige Folgebehandlung durchgeführt. 

Bild 7 zeigt die auf dem Hohlkastenboden ausgelegten 

Elektroden. 

Ergebnisse des Chloridentzugs 

Eine Aufzeichnung der Stromdichten ist in Bild 8 zu sehen 

und zeigt beispielhaft, wie in den besonders chlorid- und 

korrosionsbelasteten Teilflächen anfangs sehr hohe Ströme 

fließen (umgerechnet bis 10 A/m 2 ), während sich in 

weniger belasteten Bereichen bei jeweils 40 V Betriebsspannung 

von Beginn an nur Stromdichten von ca. 

0,5 A/m 2 einstellen. Nach wenigen Tagen wird die Stromdichte 

auch in den anfangs hoch belasteten Flächen geringer 

und erreicht Werte zwischen 0,5 und 1 A/m 2 . Das 

deckt sich mit Erfahrungswerten aus zahlreichen anderen 

Projekten und kann v. a. der anfänglich intensiven Oxidreduktion 

auf korrodierten Stahlflächen zugeordnet 

werden. Weiterhin ist zu sehen, wie die Elektrodengruppen 

mit Pulsweitenmodulation an- und ausgeschaltet werden. 

In der zweistufigen Anwendung des Chloridentzugs 

hatten sich die in Bild 9 beispielhaft dargestellten Chloridprofile 

entwickelt: an fünf besonders belasteten Prüfstellen 

wurden die Chloridgehalte in vier Schichten zu je 

2 cm Dicke überwacht. Die roten Balken stellen die Chloridgehalte 

im Bereich der oberen Bewehrungslage dar. In 

Bild 6. Übersicht der mit Chloridentzug 

behandelten Teilflächen auf den Hohlkastenböden 

Fig. 6. Overview about the areas treated 

with ECE across the hollow box 

girder floor slabs 


7


Bild 7. Ausgelegte Elektroden im Hohlkastenabschnitt 

O6.06 

Fig. 7. Electrode layout in box girder section O6.06 

8 


der hinteren Reihe ist der Ausgangszustand zu sehen; die 

Gehalte in der Reihe vom 03. 12. 03 wurden nach Ende 

der Erstanwendung gemessen und zeigen bereits eine 

deutliche Absenkung der Chloridgehalte. Vor Anschalten 

der Folgeanwendung am 24. 04. 04 wurde festgestellt, dass 

die Chloridgehalte im überwachten Tiefenbereich, vor allem 

in den äußeren Schichten, wieder angestiegen waren; 

diese konnten mit der Folgeanwendung auf ein unkritisches 

Maß abgebaut werden. 

Die Entwicklung der Chloridprofile kann als typisch 

für die Behandlung von Betonbauteilen angesehen werden, 

bei denen Chlorid bis weit hinter die erste/obere Bewehrungslage 

eingedrungen ist: Zunächst wird Chlorid 

aus den oberflächennahen Zonen entfernt; weiteres Chlorid 

wird aus tieferliegenden Schichten nachgeliefert. In 

der Anwendungspause kommt es – unterstützt durch „umgekehrten“ 

Kapillarsog bei der Austrocknung des stark angefeuchteten 

Betons (bis ca. 8%) – zu einer weiteren Verschiebung 

von Chlorid aus tieferen Bereichen an die 

Oberfläche, wo der Chloridentzug in einer zweiten Anwendung 

auch das nachgelieferte Chlorid aus dem Beton 

entfernt (Bild 10). Diese modellhafte Vorstellung wurde in 

Bild 8. Aufzeichnung der Stromdichten 

während des Chloridentzugs 

Fig. 8. Recording of current densities 

during the ECE application 

Bild 9. Chloridprofile an fünf Prüfstellen 

vor, während und nach dem 

Chloridentzug 

Fig. 9. Chloride profiles at five surveillance 

locations before, during and after 

ECE


Auswertung fast aller bisherigen Projekte zum Chloridentzug 

entwickelt, bei denen stets ähnliche Messergebnisse 

beobachtet wurden [13], [14]. 

Aus dem Ionenaustauscher der Elektroden wurden 

insgesamt 28 kg Chlorid gewaschen, was einer Menge von 

43 kg NaCl entspricht, die in den Beton eingedrungen 

war. Bild 11 zeigt Behälter, in die die Elektroden in eine 

NaOH-Lösung bei pH = 14 zum Regenerieren gelagert 

wurden. Innerhalb der Teilflächen gab es große Unterschiede 

bei der Menge des entzogenen Chlorids; abhängig 

von Belastung und Bauteildicke wurden zwischen 55 und 

227 g/m 2 Cl – entfernt. 

Die eingetragenen Ladungsmengen erreichten auf 

den Teilflächen zwischen 674 und 2.165 Ah/m 2 und führten, 

ggf. nach Reduktion der Oxide, zu der unter 1.1 beschriebenen 

Alkalisierung der Betonumgebung um die Bewehrung. 

Das verbesserte – neben der Chloridentfernung 

– den Korrosionsschutz für das behandelte Bauteil zusätzlich. 

Ergebnisse der Nachuntersuchungen 

Einen schlüssigen Beleg über die erreichte Beseitigung 

der Korrosionsaktivität erhält man aus einer wiederholten 

Potentialmessung, die im Vergleich zum Zustand vor 

dem Chloridentzug – wie unter 1.4 beschrieben – eine 

Auflösung der Makroelemente zeigen sollte. In Bild 12 ist 

für den Hohlkastenabschnitt O6.06 zu sehen, wie die 

Potentialverteilung im Ausgangszustand, nach der Erstanwendung, 

nach der Folgeanwendung und als Differenzgrafik 

Folgeanwendung – Ausgangszustand aussieht 

(Grafiken von oben nach unten). Dabei wird deutlich, 

dass erst nach der Folgeanwendung ein ausgeglichenes 

Potentialbild entstanden ist; Messpunkte mit ehemals 

sehr negativen Potentialen lagen nun um bis 400 mV 

positiver. Dabei können auch Restchloridgehalte sicher 

toleriert werden. 

Die Teilflächen wurden in der Folgezeit weiter beobachtet; 

in Abschnitt O6.11 waren auch nach dem zweiten 

Behandlungsabschnitt des Chloridentzugs teilweise hohe 

Chloridgehalte festgestellt worden. Eine Probenahme 

zeigte ca. ein Jahr nach dem Chloridentzug, dass offenbar 

Bild 10. Veranschaulichung der Dynamik 

des Chloridentzugs bei hohen Eindringtiefen 

Fig. 10. Dynamic behaviour of chloride 

profiles during ECE at high ingress 

depths 

Bild 11. Behälter mit alkalischer Lösung zur Regenerierung 

der Elektroden 

Fig. 11. Regeneration of the electrodes in alkaline solution 

noch weitere Mengen Chlorid aus tieferliegenden Bereichen 

an die Oberfläche gekommen waren, und dass die 

chloridinduzierte Korrosionsaktivität dort noch nicht beseitigt 

war. Daher wurde in diesem Teilbereich eine zweite 

Folgeanwendung durchgeführt, bei der nochmals ca. 2 kg 

Chlorid aus 35 m 2 Betonfläche entfernt wurden. Damit 

konnte schließlich ein knapp 40 cm dicker Querschnitt 

durch Chloridentzug zerstörungsfrei von Korrosionsaktivität 

befreit werden. 

Bild 13 zeigt die Entwicklung der am meisten negativen 

Einzelmesswerte und der durchschnittlichen Ruhepotentiale 

über mehrere Jahre. Die rote untere Kurve 

stellt dabei die am meisten negativen Potentiale in O6.11 

dar, die nach einer anfänglichen Verschiebung in positive 

Richtung wieder negativer werden; nach der zweiten 

Chloridentzug-Folgeanwendung kann auch dort 

der Anwendungserfolg ausgewiesen werden. EM bedeutet 

hierbei Erstmonitoring; WM Wiederholungsmonitoring. 


9


3 Schlussfolgerungen 

Mit der Anwendung des elektrochemischen Chloridentzugs 

in der Donaubrücke Pfaffenstein konnte gezeigt werden, 

dass dieses Verfahren in der Lage ist, auch bei hohen 

Chloridgehalten und Eindringtiefen bis weit hinter die 

obere Bewehrungslage Korrosionsaktivität sicher zu beseitigen 

und den Korrosionsschutz des Betons für den 

Stahl dauerhaft wiederherzustellen – selbst in chloridbelasteten 

Betonquerschnitten bis 40 cm Dicke. 

Dabei wurden Eingriffe in den Verkehr sowohl auf 

der Autobahn als auch auf der unterquerenden Bundesstraße 

vollständig vermieden; die langen Anwendungszeiträume 

(insgesamt knapp zwei Jahre) waren daher unproblematisch. 

Das Verfahren stellt somit eine interessante Ergänzung 

zu den anderen Instandsetzungstechnologien dar, besonders 

wenn „Einmalschäden“ zu beseitigen sind, sich die 

korrosionsaktiven Bereiche auf kleinere Flächen konzentrieren, 

der Beton noch keine größeren Strukturschäden 

10 


aufweist und wenn Eingriffe in den Verkehr oder in das 

Bauwerk selbst an den betreffenden Stellen ungünstig sind. 

4 Normative Situation 

Bild 12. Nachuntersuchung mit Nachweis 

der Beseitigung der Korrosionsaktivität 

Fig. 12. Repeated condition survey 

showing an evident removal of corrosion 

activity 

Bild 13. Entwicklung der am meisten 

negativen und der durchschnittlichen 

Potentiale in Teilflächen 

Fig. 13. Development of most negative 

and average potentials within the sub 

areas 

2007 wurde von der NACE Taskgroup 054 eine Empfehlung 

unter dem Titel „NACE Standard Practice SP0107- 

2007 Electrochemical Realkalization and Chloride Extraction 

for Reinforced Concrete“ veröffentlicht. Gegenwärtig 

ist im CEN Technical Committee 219 eine Technische 

Spezifikation prCEN TS 14038-2 „Electrochemical 

re-alkalisation and chloride extraction treatments for reinforced 

concrete – Part 2: chloride extraction“ in Arbeit. 

Beide Dokumente sind in grundlegenden Inhalten und 

auch bei den anzustrebenden Erfolgskriterien abgestimmt. 

Bislang sind Anwendungen des elektrochemischen 

Chloridentzugs in der Bundesrepublik Deutschland als Instandsetzungen 

mit Abstimmung und Genehmigung im 

Einzelfall durchgeführt worden.


Dank 

Der Autor möchte an dieser Stelle der Autobahndirektion 

Südbayern und besonders der Abteilung Brücken, Ingenieurbau 

der Dienststelle Regensburg herzlich danken für 

das entgegengebrachte Vertrauen bei der Anwendung des 

hier beschriebenen innovativen Instandsetzungsverfahrens 

und für die sehr angenehme Zusammenarbeit. 

Literatur 

[1] Elsener, B.: Ionenmigration und elektrische Leitfähigkeit im 

Beton. SIA Dokumentation D065: Korrosion und Korrosionsschutz, 

Teil 5, 1990. 

[2] Polder, R. and Walker, R.: Chloride Removal from a Reinforced 

Concrete Quay Wall – Laboratory Tests. TNO Report 

93-BT-R1114, Delft, 1993. 

[3] Elsener, B., Molina, M. and Böhni, H.: Electrochemical Removal 

of Chlorides from reinforced Concrete Structures. 

Werkstoffwissenschaften und Bausanierung Band 420 Teil 1 

– Expert Verlag, 

1993. 

[4] Mietz, J.: Electrochemical Rehabilitation Methods for Reinforced 

Concrete Structures – A State of the Art Report. European 

Federation of Corrosion Reports 24, Institute of Materials, 

1998. 

[5] Bennett, J. and Schue, T.: Chloride Removal Implementation 

Guide. SHRP-S-347, National Research Council, Washington 

DC., 1993. 

[6] Schneck, U.: Zu Mechanismen der Stahlkorrosion in Beton 

bei der elektrochemischen Entsalzung. Dissertation, TU 

Dresden, 1994. 

[7] Page, C. L. and Yu, S.: Potential Effects of Electrochemical 

Desalination of Concrete on Alkali Silica Reaction. Magazine 

for Concrete Research 47, 1995. 

[8] Vennesland, Ø., Humstad, E., Gautefall, O. and Nustad, G.: 

Electrochemical Removal of Chlorides from Concrete – Ef- 

fect on Bond Strenght and Removal Efficiency. Corrosion of 

Reinforcement in Concrete Construction, Royal Society of 

Chemistry, Cambridge, 1996. 

[9] Broomfield, J.: Corrosion of Steel in Concrete – Understanding, 

Investigation and Repair. Taylor and Francis, 2007. 

[10] Grünzig, H.: Orientierende Versuche zur abschirmenden 

Wirkung eines Spannstahlhüllrohres im elektrischen Feld. 

CITec GmbH, 2002 (unveröffentlicht). 

[11] Schneck, U., Mucke, S. and Gruenzig, H.: Pulse Width 

Modulation (PWR) – Investigations for raising the efficiency 

of an electrochemical chloride extraction from reinforced 

concrete. Proc. EUROCORR 2001, Riva del Garda, 2001. 

[12] Schneck, U.: Qualifizierte Korrosionsuntersuchungen an 

Stahlbetonbauwerken: Bautechnik 82 (2005), Heft 7, S. 443– 

448. 

[13] Schneck, U., Grünzig, H., Winkler, T. und Mucke, S.: Raising 

the efficiency of the electrochemical chloride extraction 

from reinforced concrete: results and benefits of a practical 

application: Proc. 15th International Corrosion Congress, 

Granada, 2002. 

[14] Schneck, U.: Einflussfaktoren auf die Effizienz des elektrochemischen 

Chloridentzugs unter praktischen Bedingungen 

– ein Anwendungsbericht: Proc. 6 th International Conference 

on Materials Science and Restoration, MSR-VI, Aedificatio 

Publishers, Freiburg, 2003. 

Dr.-Ing. Ulrich Schneck 

CITec Concrete Improvement Technologies GmbH 

Dresdner Straße 42 

01156 Dresden OT Cossebaude 

ulrich.schneck@citec-online.com 


11


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www.citec-online.com

Beton- und Stahlbetonbau 3 - CITec Concrete Improvement ...

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