DIN 50929-3 Bb 1-2014 Corrosion of metals - Probability of corrosion of metallic materials when subject to corrosion from the outside - Part 3 Buried and underwater pipelines and s.pdf

1、November 2014 DIN-Normenausschuss Materialprfung (NMP)DIN-Normenausschuss Gastechnik (NAGas)Preisgruppe 8DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 77.060!%: Eindringt

2、iefe, welche als Lochfra auftreten kann Anmerkung 1 zum Begriff: Als Lochfra wird die in DIN 50929-3 verwendete maximale Eindringtiefe und gelegentlich maximale Korrosion verstanden. 3.6 Spundwand aus Spundbohlen bestehende durchgehende Wand Quelle: DIN EN 12063:1999-05, Begriff 3.23; modifiziert; 1

3、.Satz bernommen und Anmerkungen ergnzt Anmerkung 1 zum Begriff: blicherweise handelt es sich dabei um einen gewhnlichen, unlegierten Stahl mit insgesamt hnlicher Korrosionseigenschaft wie Bausthle, wie sie in DIN EN 10025 festgelegt sind. Anmerkung 2 zum Begriff: Unterschiede in den Korrosionseigens

4、chaften zwischen unberuhigt und beruhigt vergossenen Spundwandsthlen konnten in den Untersuchungen nicht gefunden werden (siehe 3 und 5). 3.7 Widerstandsmomentenverlauf Beanspruchung und die jeweils erforderliche Wanddicke ber die Spundbohlenlnge Anmerkung 1 zum Begriff: Wird diese durch Korrosion g

5、emindert, leidet das Widerstandsmoment bzw. die Tragfhigkeit des Bauwerks. 4 Allgemeines Umfangreiche Ultraschall-Messungen zur Bestimmung der Restwanddicken von Stahlspundwnden ermglichen die Zusammenstellung von Abrostungskurven fr Binnen- und Meerwasser in Abhngigkeit zum Bauwerksalter (DIN EN 19

6、93-5, 1 und 3). Die in 1 verwendeten Abrostungsdaten von 32 Spundwand-bauwerken wurden in einer weiteren Arbeit 3 zu vertiefenden statistischen Berechnungen herangezogen. Die Auswertungen in Variationsdiagrammen ergaben statistisch belegbare Abhngigkeiten der Korrosionsraten vom Wasserchemismus. Dab

7、ei konnten nur Abrostungswerte von Bauwerken Verwendung finden, die sich linear und konstant zum Alter verhalten. Dies ist nach zehn Jahren Standzeit der Fall, und somit knnen die Fehler, welche durch die starke Anfangskorrosion und unbekannte Walztoleranz bei der Herstellung entsteht, ausgeschlosse

8、n werden. Das heit, dass, im Unterschied zu allen bisherigen Betrachtungen, die Korrosionsrate unabhngig von der Standzeit als konstant angesetzt werden kann, wenn das Bauwerk lter als zehn Jahre ist. Die Korrosionsraten an Spundwnden mit einem Bauwerksalter von weniger als zehn Jahren weisen, wegen

9、 der dort herrschenden Anfangskorrosion, dementsprechend hhere Werte fr die Bewertungszahlsumme W0auf. Es wird ferner zwischen mittlerer (Tendenz: flchenmige Spundwanddickenminderung) und maximaler Korrosionsrate (Tendenz: Lochfra) explizit unterschieden. Die Korrosionsrate r wird nach Gleichung (1)

10、 bestimmt. DIN 50929-3 Bbl 1:2014-11 8 ( )221tttnXXr= (1) Dabei ist ( )21 ttXX die Spundwanddickenminderung, in mm; nt2 die Anzahl der Jahre der Bauwerksnutzung zum Zeitpunkt der Messung. Gleichzeitig wird ber die Bestimmung der chemischen Wasserparameter die Bewertungszahlsumme W0jedes Wassertyps b

11、estimmt. Eine verbesserte Bestimmung der Korrosivitt wird erreicht, wenn der Sauerstoffindex des Wassers (O2-Stt) mit bercksichtigt wird. Der Sauerstoffsttigungsindex O2-Sttlsst sich nach Gleichung (2) berechnen. 11Stt2stOmt=(2) Dabei ist mt1der Sauerstoffgehalt in mg/l Sauerstoff in Abhngigkeit des

12、 Messtemperatur t1; st1der Sauerstoffsttigungswert in mg/l Sauerstoff in Abhngigkeit des Messtemperatur t1. ANMERKUNG 1 Entsprechend der Messtemperatur (t1) ist der Sauerstoffsttigungswert zu korrigieren. ANMERKUNG 2 Neben der Abhngigkeit zur Wassertemperatur ist noch begrenzt ein Einfluss des Salzg

13、ehalts gegeben, siehe auch DIN EN ISO 5814. Die Korrosivitt K lsst sich dann nach Gleichung (3) berechnen: 0Stt2O WK =(3) Dabei ist O2-Sttder Sauerstoffsttigungsindex; W0der Bewertungszahlsumme. Mit der Einfhrung des Sauerstoffsttigungsindex wird dem realen Umstand Rechnung getragen, dass auch in ho

14、chsalinaren oder sauren Gewssern mit hohem W0-Wert keine nennenswerte Korrosion auftritt, wenn Sauerstoff fehlt und somit der Faktor O2-Sttgegen Null geht. Die Probenahme zur Bestimmung der Wasserparameter erfolgt etwa 2 m unterhalb des Niedrigwasserstandes. 5 Berechnungen der Abrostungen 5.1 Neueru

15、ngen Die Bestimmung der Korrosionsraten setzt Untersuchungen zur Restwanddickenmessung an Spundwandbauwerken voraus (siehe 4). Die Basis der Datenerfassung fr 1 ist jener des hier vorliegenden Beiblatts vergleichbar. Die Korrosionsdaten in DIN EN 1993-5 sind hingegen nicht weiter erlutert. Als Vorte

16、il dieses Beiblattes sind daher nun zum Nachweis bzw. zur Vorhersage des korrosiven Abtrags an Stahlbauteilen aufwndige Restwanddickenmessungen an Ort und Stelle nicht mehr ntig. Es gengt die Bestimmung von W0sowie des Sauerstoffgehaltes mt1zur Ermittlung des Sauerstoffstttigungindex (O2-Stt). Mit H

17、ilfe der hier nachgewiesenen und in Abschnitt 4 beschriebenen Abhngigkeit der Korrosion vom Wasserchemismus kann in den Bildern 1 bis 3 am Schnittpunkt der Korrosivitt K mit der Ausgleichskurve die Korrosionsrate r an der Ordinate abgelesen werden. DIN 50929-3 Bbl 1:2014-11 9 Die Angaben zu Korrosio

18、nsraten in DIN 50929-3:1985-09, Tabelle 8 betreffen Stahlbauteile allgemeiner Art. Die ursprnglich auf Abschtzung beruhenden Daten sind mit diesem Beiblatt 1 insofern vergleichbar, als dessen Korrosionsraten der (erhhten) Niedrigwasserzone (NWZ) in etwa den Werten der flchigen Abtragsraten“ im Unter

19、wasserbereich nach DIN 50929-3:1985-09, Tabelle 8 entsprechen. 5.2 Grundlagen 5.2.1 Tragfhigkeit und Gebrauchstauglichkeit Entsprechend der Ausbildung von Korrosionselementen und der Schichtung der Immersionsmedien tritt zur Tiefe hin zonare Abrostung auf. In Verbindung mit den daraus ermittelbaren

20、Korrosionsraten ist eine differenzierte Betrachtung der Wanddickenminimierung entlang der Spundbohle mglich. Damit knnen auch Angaben zur Standsicherheit und Nutzungsdauer von Spundwandbauwerken gemacht werden. Hier gibt es zweierlei Grenzwertbetrachtungen: a) Grenzzustand der statischen Zuverlssigk

21、eit (Tragfhigkeit) durch Minderung des Widerstandsmoments. b) Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit in Form von Durchrostungen. Beide Grenzzustnde sind gewhnlich unterschiedlichen Zonen zugeordnet und knnen somit getrennt vorherbestimmt werden. ANMERKUNG Ein Beispiel fr beide Grenzwertbetrachtungen

22、 ist in 5.3 ausgefhrt. 5.2.2 Bestimmung der Abrostung anhand eines Beispiels Nach DIN 50929-3:1985-09, Tabelle 1 sind die Parameter des Immersionsmediums sowie der Sauerstoff-gehalt zu bestimmen. Als vorteilhaft hat sich die wiederholte Bestimmung mit der Bildung eines Mittelwerts aus einer Sommer-

23、und Wintermessung erwiesen. Die Korrosivitt K, welche nach Gleichung (3) ermittelt wurde, wird in der Abszisse der Bilder 1 bis 3 eingetragen. Von hier aus wird eine (gedachte) senkrechte Linie bis zum Schnittpunkt der Ausgleichskurve (Exponentialfunktion) gezogen. Von dort wird wiederum eine (gedac

24、hte) horizontale Linie bis zur Ordinate gezogen und am Schnittpunkt die Korrosionsrate r bestimmt. Die gesamte Abrostung fr den vorgesehenen Nutzungszeitraum wird, wie in Gleichung (4) dargestellt, errechnet. ( )221 tttnrXX = (4) Dabei ist r die Korrosionsrate m/a; nt2die Anzahl der Jahre der vorges

25、ehenen Bauwerksnutzung Es kann zwischen mittlerer (flchiger Abtrag) und maximaler Eindringtiefe (Lochfra) unterschieden werden. Im vorliegenden Fall einer Unterwasserkorrosion (siehe Bild 2) ergibt sich fr den Wert der Korrosivitt K von 11 eine mittlere Korrosionsrate (r) von 40 m/a und eine maximal

26、e Korrosionsrate von 148 m/a. Davon ausgehend lsst sich nach 50 Jahren Standzeit die mittlere Abrostung mit 2 mm und die maximale Abrostung 7,4 mm errechnen. In der entsprechenden Niedrigwasserzone (siehe Bild 3) ergibt sich eine maximale Korrosionsrate von 295 m/a, wonach eine Spundwand mit einer D

27、icke von 18 mm nach 61 Jahren durchrostet wre. Fehlerbetrachtungen bzw. Angaben ber die Vertrauensbereiche der jeweiligen Ausgleichskurven sind in 2 und 4 beschrieben und abgebildet. DIN 50929-3 Bbl 1:2014-11 10 Legende K Korrosivitt r Korrosionsrate in m/a Bild 1 Abrostungskurven fr die Spritzwasse

28、rzone (SprWZ) Legende K Korrosivitt r Korrosionsrate in m/a Bild 2 Abrostungskurven fr die Unterwasserzone (UWZ) Legende K Korrosivitt r Korrosionsrate in m/a Bild 3 Abrostungskurven fr die Niedrigwasserzone (NWZ) DIN 50929-3 Bbl 1:2014-11 11 5.3 Spundwandstatik Anstze zur semiprobalistischen Betrac

29、htung Am praktischen Beispiel eines Spundwandbauwerks eines Seehafens mit einer Spundwandlnge (l) von 12 m, Ankerlage von 2 m unterhalb der Wasseroberkante bzw. Spritzwasserzone (SprWZ), einer Wanddicke (d) von 18 mm und entsprechenden ueren Beanspruchungen lsst sich der Biegemomentenverlauf fr das

30、Bauwerk angeben (Bild 4). Die angesetzten Korrosionsraten entsprechen den Werten der Korrosivitt K von 11 (siehe 5.2.2 sowie Bild 1 bis Bild 3). Nach 44 Jahren Standzeit stellt sich nach Bild 4 folgende Situation ein: Durch die Schwchung des Widerstandsmoments in Form von Spundwanddickenminderung in

31、 der Niedrigwasserzone (NWZ) erreicht zu diesem Zeitraum die mittlere Abrostung (Korrosionsrate (r): 69 m/a) bereits die maximal notwendige Wanddicke (im Allgemeinen zwischen Ankerlage und Boden; Linie 2 bei etwa 8 m). Das heit, dass ab dieser Nutzungsdauer eine kritische Situation hinsichtlich der

32、statischen Sicherheit (Tragfhigkeit) entsteht. Hingegen ist die maximale Abrostung z. B. in der NWZ (Korrosionsrate (r): 295 m/a), welche die Gebrauchstauglichkeit in Form der Durchrostung tangiert, weiter vorangeschritten, hat aber noch nicht die gesamte Spundwanddicke durchdrungen (Linie 1 zwische

33、n 6 m und 8 m). Auf Grund abgeschwchter Korrosionsraten in der Unterwasserzone (UWZ; 40 m/a bzw. 148 m/a) und der Spritzwasserzone (SprWZ; 40 m/a bzw. 192 m/a) sind in diesen Zonen keine mageblichen Schden bzw. Einschrnkungen fr diesen Zeitraum der Nutzungsdauer zu erwarten. Im vorliegenden Fall wre

34、 die Spundwand in der NWZ nach 61 Jahren auf Grund der dortigen maximalen Korrosionsrate durchgerostet ( a61amm295,0mm18 = ), womit der Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit erreicht worden ist. Der Widerstandsmomentenverlauf erfordert eine minimale Wanddicke von 13,6 mm fr die Tragfhigkeit. Durch

35、seine zufllige Lage in der NWZ wird die dort abgeleitete mittlere Korrosionsrate von 69 m/a angesetzt. Demzufolge ergibt sich hier eine Lebensdauer von 63,8 bzw. 64 Jahren ( a64amm069,0mm4,4 = ). Legende d Wanddicke in mm 2 mittlere Abrostung in m/a 4 Ankerlage l Spundwandlnge in m 3 notwendige Wand

36、dicke auf Grund des Widerstands-momentenverlaufs 5 Sohle 1 maximale Abrostung in m/a Bild 4 Maximale und mittlere Abrostung der verschiedenen Abrostzonen im Verhltnis zum Widerstandsmomentenverlauf der Spundwand (Maximum in NWZ) DIN 50929-3 Bbl 1:2014-11 12 Literaturhinweise Hein, W.: Zur Korrosion

37、von Stahlspundwnden; Mittbl. der BAW 67 (1990) 1-403)Binder, G. Werkstoffe und Korrosion 46 (1995) 639-6484)Accelerated Low Water Corrosion; MarCom, Report of WG 44, PIANC/AIPCN (Oct. 2005) page 325)3) Zu beziehen ber Verkehrswasserbauliche Zentralbibliothek (VZB) bei der Bundesanstalt fr Wasserbau (BAW), Kussmaulstr. 17, 76187 Karlsruhe. 4) Zu beziehen bei WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim 5) Zu beziehen ber PIANC/AIPCN ,General Secretariat, Btiment Graaf de Ferraris - 11ime tage, Blvd. du Roi Albert II, 20 - Bote 3,B-1000 Bruxelles (la Belgique)