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Jul 14, 2023

Kanadas Korrosionskosten: Ein 51,9-Milliarden-Dollar-Problem

Das raue Klima Kanadas und die endlosen Frost-Tau-Zyklen belasten insbesondere Infrastrukturen wie Brücken. Jedes Jahr werden Milliarden von Dollar für die Sanierung und Wiederherstellung von Stahlübergängen ausgegeben

Das raue Klima Kanadas und die endlosen Frost-Tau-Zyklen belasten insbesondere Infrastrukturen wie Brücken.

Jedes Jahr werden Milliarden von Dollar für die Sanierung und Wiederherstellung von Stahlübergängen im ganzen Land ausgegeben.

Ein als galvanische Korrosion bezeichneter Prozess ist oft die Hauptursache für die Beschädigung von Brückenelementen.

Es entsteht, wenn zwei leitfähige Metalle in Gegenwart eines Elektrolyten wie Salz miteinander in Kontakt kommen.

Kanadas direkte jährliche Gesamtkosten durch Korrosion werden auf 51,9 Milliarden US-Dollar geschätzt. Man geht davon aus, dass der starke Einsatz von Auftausalzen auf Straßen die Hauptursache für das Problem ist.

Eine Gruppe von Forschern hat sich kürzlich mit der Angelegenheit befasst und Erkenntnisse gewonnen, die von Ingenieuren genutzt werden können, um bessere Entscheidungen über Materialien und Designpraktiken künftiger Brücken zu treffen.

Sie untersuchten 11 Brückenlegierungen mithilfe verschiedener elektrochemischer Techniken, Analyse und visueller Inspektion von Proben, die in einer Salzwassersprühkammer getestet wurden.

Ziel war es, das Ausmaß der galvanischen Korrosion zwischen häufig kombinierten Legierungspaaren, die in Brücken verwendet werden, zu verstehen. Ihr Bericht wird von mehreren technischen Unterausschüssen der Canadian Standards Association (CSA) geprüft, die den Canadian Highway Bridge Design Code, bekannt als CHBDC, entwickeln.

Wichtig ist, dass in dem 64-seitigen Bericht festgestellt wurde, dass die Verwendung korrosionsbeständigerer Metalle im Brückenbau, die Auswahl von Schrauben, die die Anodenwirkung bei Brückenkonstruktionslegierungen verhindern würden, und die Reduzierung des Salzgehalts auf Brücken wirksam zur Verringerung des Risikos galvanischer Korrosion beitragen können.

„Die Auswahl eines Systems für eine Brücke basiert derzeit auf empirischen Erkenntnissen über Materialeigenschaften, die Korrosionsverhalten, Expositionszustand und relative Kontaktfläche nicht direkt berücksichtigen“, erklärt Mark Braiter, leitender Projektmanager für Bau und Infrastruktur bei der CSA Group war im Projektbeirat.

„Ziel des CHBDC ist es, wissenschaftlich fundierte Leitlinien zum Schutz und zur Minderung des Risikos galvanischer Korrosion bereitzustellen.“

Braiter weist darauf hin, dass immer mehr Wert auf die Nachhaltigkeit und Langlebigkeit von Brücken gelegt wird. Aus diesem Grund ist ein besseres Verständnis der Wechselwirkung von Aluminiumdecks und Edelstahlkomponenten mit anderen Metallen sowie die Identifizierung möglicher Abhilfemaßnahmen erforderlich.

„Wir hoffen, dass die Forschung den Brückeneigentümern bei der Bereitstellung einer sichereren und langlebigeren Infrastruktur zugute kommt.“

Die Wissenschaft der galvanischen Korrosion war vor der Veröffentlichung des Berichts nicht ausreichend verstanden.

„Im Rahmen der untersuchten Metalle wird quantifiziert, worüber die Community ein qualitatives Verständnis hatte“, sagt Braiter. „Die Methodik könnte auf andere auftretende Probleme im Zusammenhang mit neuen Situationen angewendet werden, in denen Hochleistungsstähle, rostfreie Stähle und Aluminiumlegierungen auf neue Weise kombiniert werden.“

Jieying Zhang, leitender Forschungsbeauftragter am Construction Research Centre des National Research Council of Canada und einer der Autoren des Berichts, sagt, die Ergebnisse seien wichtig, weil sie zu dem Schluss kommen, dass galvanische Korrosion mit den ausgewählten Metallen, der Umweltbelastung und der Konfiguration zusammenhängt Brücken.

„Die wichtigsten Ergebnisse dieser Studie können von Ingenieuren und Designern genutzt werden, um fundierte Entscheidungen über die Auswahl von Metallmaterialien und Designpraktiken zu treffen, um galvanische Korrosion in Brücken zu verhindern und zu mildern.“

Der Bericht bietet außerdem eine experimentelle Methode zur Messung der galvanischen Korrosionsrate zwischen zwei Legierungen und beschreibt ein dreistufiges Verfahren für Ingenieure zur Interpretation des Risikos galvanischer Korrosion von Metalllegierungen, die in Brückenkonstruktionen verwendet werden.

„Dieser Ansatz beginnt mit der Nutzung von Ingenieurserfahrung und vorhandenem Wissen, um die Expositionsbedingungen, Materialien und Konfiguration für galvanische Korrosion zu bewerten“, bemerkt Zhang. „Wenn die gesammelten Informationen nicht ausreichen, besteht der zweite Schritt darin, die galvanische Reihe zu verwenden oder Tests durchzuführen, um die Wahrscheinlichkeit einer galvanischen Korrosion zwischen Brückenlegierungen bei kombinierter Verwendung zu bewerten.“

„Bei kritischeren Anwendungen oder raueren Umgebungen kann es erforderlich sein, mit dem letzten Schritt fortzufahren, bei dem die Rate der galvanischen Korrosion mithilfe der experimentellen Methode quantitativ gemessen wird.“

Die Forscher waren überrascht, als sie die Verwendung einer Befestigungslegierung aus rostfreiem Stahl untersuchten und feststellten, dass diese für den Einsatz in Brücken in einer salzhaltigen Umgebung ungeeignet war.

„Dieser unerwartete Befund unterstreicht die Notwendigkeit, systematisch Kenntnisse über das Korrosionsverhalten einzelner Brückenlegierungen zu entwickeln, die über ihr reines mechanisches Verhalten hinausgehen“, erklärt Zhang.

„Durch die Einbeziehung eines tieferen Verständnisses der Umweltfaktoren und der Korrosion von Brückenlegierungen besteht das Potenzial, die Haltbarkeitskonstruktion von Brücken durch Materialauswahl und Konstruktionspraktiken zu verbessern, um die Auswirkungen von Korrosion zu verhindern oder abzuschwächen.“

Den Forschern zufolge bietet der Bericht eine neue Perspektive für die Bewertung des galvanischen Risikos.

Interessanterweise empfiehlt der Bericht ein besseres Verständnis von Aluminiumbrücken, da ihr hohes Korrosionspotenzial möglicherweise nicht ihre tatsächlich niedrige Korrosionsrate aufgrund schützender Aluminiumoxide widerspiegelt.

„Die individuellen Korrosionseigenschaften von Brückenlegierungen, einschließlich ihrer Wechselwirkungen mit den Expositionsbedingungen, müssen besser verstanden werden, insbesondere für witterungsbeständigen Stahl in chloridhaltigen Umgebungen“, sagt Zhang. „Weitere Forschung ist erforderlich, um Risikobewertungskriterien für die Interpretation galvanischer Korrosion zu entwickeln, und diese Studie stellt einen ersten Versuch dar, weitere Diskussionen auf diesem Gebiet anzuregen.“