Einfluss der Oberfläche und Festigkeit auf das Spannungsrisskorrosionsverhalten von Spannstählen

Zahlreiche Brücken in Deutschland werden aktuell als sanierungsbedürftig eingestuft. In diesen Bauwerken wird neben Betonstahl auch Spannstahl als Bewehrung verwendet. Letzterer zeigt sich besonders anfällig hinsichtlich der wasserstoffinduzierten Spannungsrisskorrosion, einem spröden Materialversagen, welches infolge des Eindringens von Wasserstoff in das Metallgefüge ausgelöst wird. Zur Untersuchung der Einflussfaktoren wurden Constant Load Tests (CLTs) an drei unterschiedlichen Spannstahlserien durchgeführt und mithilfe aktueller Methoden untersucht. Das Untersuchungsprogramm wurde hierbei in Bauteilprüfung, Untersuchung an Spannstählen im Anlieferungszustand, und Werkstoffprüfung, Untersuchung an aus Spannstählen gefertigten, abgedrehten und polierten Zugproben, unterteilt. Dieses Vorgehen diente der Herausarbeitung des Einflusses der Oberfläche auf das Spannungsrisskorrosionsverhalten. Des Weiteren zeigte sich, dass höhere Festigkeiten eine Abnahme der Standzeiten zur Folge hatten. Eine Behandlung der Oberfläche durch Polieren wirkte sich positiv auf die Standzeit des Versuchs, insbesondere bei niedrigen Festigkeitsklassen aus. Durch die Verringerung der Belastung um 10 % konnte im Median eine Steigerung der Laufzeit um 126 % bei gleicher Festigkeit erzielt werden. In Kerbspannungsanalysen mittels FE‐Modellierungen an Digitalen Zwillingen des Spannstahls konnte der Einfluss der Oberflächenbeschaffenheit herausgearbeitet werden. Wasserstoffanalysen im Anschluss an den Constant Load Test ergaben eine Zunahme des diffusiblen Wasserstoffgehalts mit steigender Festigkeit des Materials sowohl bei der Bauteil‐ als auch bei der Werkstoffprüfung.

Numerous bridges in Germany are currently classified as “in need of reservation”. In these structures, not only reinforcing steel but also prestressing steel is used as reinforcement. The latter is particularly susceptible to stress corrosion cracking, a brittle material failure triggered by the ingress of hydrogen. To investigate the influencing factors, constant load tests (CLTs) were carried out on three different prestressing steel grades and examined using state of the art methods. The test program was divided into component testing, testing on prestressing steels as received, and material testing, testing on machined and polished test specimens made from prestressing steels. This procedure was used to identify the influence of the surface against stress corrosion cracking. Furthermore, it was found that higher strengths resulted in a decrease in service life. Treatment of the surface by polishing had a positive effect on the service life of the test, particularly in the case of low strength classes. By reducing the load by 10 %, a median increase in duration of 126 % was achieved at the same strength class. In notch stress analyses using finite element modeling on digital twins of prestressing steel, the influence of the surface condition was highlighted. Hydrogen analyses conducted following the constant load test showed an increase in diffusible hydrogen content with rising material strength in both component and material testing.