Die Sulfat- und Carbonatgehalte der Schachtwandungen sämtlicher 42 Schächte wurden an entnommenen Bohrmehlproben mit Hilfe der nichtdispersiven Infrarotspektroskopie^[1] bestimmt. Eine Übersicht über die Messergebnisse geben Tabelle 28 und Tabelle 29.

Zunächst wurden die Schachtwandungen im oberen und unteren Bereich des Schachtkörpers angebohrt und das Bohrmehl mit einer Schale aufgefangen. Pro Entnahmestelle wurden jeweils drei Bohrmehlproben, der Tiefe nach gestaffelt (aus 0 - 1,5 cm Tiefe, aus 1,5 – 3,0 cm und aus 3,0 – 4,5 cm Tiefe) separat entnommen, um die Verteilung des Sulfat- bzw. Carbonatgehaltes auch über die Tiefe der Schachtwandung abschätzen zu können. Der Sulfat- und Carbonatgehalt aller Proben wurde anschließend im Baustoff-Labor der Fachhochschule Bochum (Prof. Dr.-Ing. Pfeifer) analysiert. Dabei wurde folgendermaßen vorgegangen:

• Die Bohrmehlproben wurden zunächst bei 105° C im Wärmeschrank bis zur Massekonstanz getrocknet und anschließend, soweit erforderlich, auf eine Korngröße < 0,25 mm nachgefeinert.

• An einer Teilprobe von ca. 100 mg wurden nach einem thermischen oxidativen Aufschluss bei rund 1.500° C im Hochfrequenzofen die Gehalte an Kohlenstoff- (als CO2) und Schwefelverbindungen (als SO3) mit Hilfe der nicht dispersiven Infrarotspektroskopie bestimmt. Als Schwefelverbindungen enthielten die Proben überwiegend Sulfate und als Kohlenstoffverbindungen überwiegend Carbonate.

• Diese Gehalte wurden anschließend auf die Masse der getrockneten Proben bezogen.

Bei einem Sulfatangriff (treibender Angriff) bilden die im Abwasser gelösten Sulfate zusammen mit den Aluminathydraten (C₃A) und dem Calciumhydroxid des Zementsteins sehr voluminöse Kristalle. Der dabei entstehende Kristallisationsdruck verursacht ein Treiben im Zementgestein, das u.U. zur vollständigen Zerstörung führen kann (nach [1]). Zunächst verdichten zwar die neugebildeten Kristalle die Poren, was zu einer zeitweiligen Erhöhung der Festigkeit führen kann, anschließend schreitet aber die Reaktion fort und damit die Rissbildung und Zerstörung [88]. Alkalireiche Zemente und Zemente mit hohem Eisen- und geringem C₃A – Anteil sowie ein geringer w/z-Wert erhöhen den Widerstand des Betons oder Mörtels. Unter der Annahme, dass die sulfathaltigen Ausgangsstoffe z.B. den Angaben aus [89], [90] und [91] entsprechen (Zement ca. 4 M- %, Flugasche ca. 4 M-%, Wasser ca. 2000 mg/l) liegt bereits der durchschnittliche Sulfatgehalt eines frisch erstellten Betons bei ca.
0,85 M-% [92]. Diese Sulfatgehalte führen zunächst nicht zu einem treibenden Angriff, da das Sulfat während der Erstarrung (Phase der Hydratation) in die Hydratphasen eingebunden wird. In der Nutzungsphase können diese Bestandteile jedoch durch eine hohe Feuchtigkeit bzw. Kontakt mit Wasser gelöst werden und ihre zerstörerische Wirkung entfalten.

Bei der biogenen Schwefelsäurekorrosion tritt i.d.R. ein treibender Angriff durch die
Sulfationen der Schwefelsäure in Kombination mit dem lösenden chemischen Angriff der Säure auf. So dringen die Sulfationen der Schwefelsäure entlang der gelösten Ca(OH)2-Bahnen in den Beton ein und zerstören den Beton weiter durch treibenden Angriff. Somit entstehen zwei Schädigungsfronten. Innerhalb der ersten Schädigungsfront, von der geschädigten Oberfläche aus gesehen, ist die Betonmatrix durch lösenden und treibenden Angriff vollständig zerstört. Für das Auge unsichtbar und nur mikroskopisch nachweisbar ist eine zweite Schädigungsfront, die tiefer verläuft. Innerhalb dieser zweiten Schicht hat die Säure die Betonmatrix lediglich durch lösenden Angriff geschädigt. Die mechanische Beständigkeit dieser Schicht ist weitgehend erhalten, da noch kein bzw. kaum schädigender Angriff stattgefunden hat (vgl. Abb. 67). [93]

Abb. 67: Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer durch biogene Säurekorrosion geschädigte Bindemittelmatrix. Der linke Bereich ist durch lösenden und treibenden Angriff vollständig zerstört. Der mittlere etwas dunklere mit Rissen durchzogene Bereich ist durch lösenden Angriff vorgeschädigt. Erst der rechte hellere Bereich der Bindemittelmatrix ohne Risse ist ungeschädigt (aus [93]).

Abb. 68: Starke Schmutzablagerungen an der Mauerwerkswandung des Schachtes Nr. 26

Abb. 69: Korrodierte Schachtwandung aus Beton

Tabelle 28: Gemessene Sulfat- und Carbonatgehalte in den Proben aus Mauerwerksschächten

Anmerkung:
* = Die dargestellten Werte wurden an den Betonoberteilen der Schächte ermittelt

Tabelle 29: Gemessene Sulfat- und Carbonatgehalte in den Proben aus Betonfertigteilschächten