<Desc/Clms Page number 1>
"Werkwijze voor het tegenwerken van de corrosie van wapeningen in een betonmassa"
Deze uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het beschermen van wapeningen in een betonmassa, waarin men een zinkrijke laag op ten minste een oppervlakte van de betonmassa aanbrengt om een potentiaalverschil aan te leggen tussen het zink en de wapeningen.
Een dergelijke werkwijze is bekend uit PCT octrooiaanvraag nr. WO-A-92 13116 voor het beschermen van wapeningen in een betonmassa, die in zoutwater ondergedompeld zijn, en meer bepaald de wapeningen die zieh in de zone bevinden tussen lage en hoge tij in een zeeomgeving. Om deze wapeningen te beschermen, stroomt een electronenstroom van het zink naar de wapeningen.
Deze migratie is mogelijk gemaakt dankzij het feit dat beton, dat een poreuse stof is en een lage geleidbaarheid heeft, met zoutwater geïmpregneerd is, hetgeen de geleidbaarheid verzekert.
Het nadeel van de bekende werkwijze is dat zij enkel in zoutwatermilieus toepasbaar is. Het zoutwater is immers noodzakelijk om de geleidbaarheid van het beton te verzekeren.
De uitvinding heeft tot doel een oplossing te bieden waarbij de geleidbaarheid van het beton verzekerd is, zonder dat zeewater noodzakelijk is.
Om dit volgens de uitvinding te verwezenlijken, is de werkwijze daardoor gekenmerkt dat men, voorafgaand aan het aanbrengen van genoemde
<Desc/Clms Page number 2>
zinkrijke laag, door het aanbrengen van een elektrisch veld een elektrolyt in de betonmassa introduceert ten einde de elektrische geleidbaarheid van het beton te verhogen en men, na introductie van het elektrolyt, genoemd elektrisch veld verwijdert.
Door genoemd elektrolyt in genoemde betonmassa te introduceren, wordt de geleidbaarheid van het beton verzekert, zelfs zonder zeewater. Door de aanwezigheid van zink stroomt een electronenstroom van het zink naar het staal van de wapeningen en deze galvanische stroom beschermt de wapeningen tegen corrosie. Het voordeel van deze bescherming is dat een uitwendige energiebron niet noodzakelijk is, hetgeen wel het geval is bij werkwijzen door middel van kathodische bescherming.
Kenmerkend voor de uitvinding is het feit dat men doorheen de betonmassa een elektrisch geleidende verbinding aanlegt tussen hogerbedoelde zinkrijke laag en hogerbedoelde wapening, door het aanbrengen doorheen de betonmassa van ten opzichte van de betonmassa gelsoleerde staven.
Andere details en voordelen van de uitvinding zullen blijken uit de hiernavolgende beschrijving van een werkwijze voor het tegenwerken van de corrosie van de wapeningen in een betonmassa, volgens de uitvinding.
Deze beschrijving wordt uitsluitend bij wijze van voorbeeld gegeven en beperkt de uitvinding niet. De verwijzingscijfers hebben betrekking op de hieraan toegevoegde figuren.
De uitdrukking betonmassa verwijst naar de van wapeningen voorziene betonstructuren. Hierdoor worden de meest uiteenlopende constructies bedoeld zoals o. a. gebouwen, bruggen, viadukten, dammen, kaaimuren en oeververdedigingen, pieren en steigers, schoorstenen, masten, torens, keermuren, kanalisaties, tunnels, (spaar) bekkens, tribunes, monumenten, wegdekken en
<Desc/Clms Page number 3>
rolbanen, rails, funderingen, ovens, koeltorens, reactorgebouwen, silo's, parkeertorens, loodsen, industriele en openbare gebouwen, nutsinstallaties, particuliere gebouwen en hoogbouw of onderdelen ervan zoals muren, kolommen, pijlers, liggers, landhoofden, kokers, koepels, vloeren, balkons, elementen onder voorspanning en om het even welke andere structuren of elementen uit beton.
Beton is een composietmateriaal samengesteld uit cement plus eventuele toeslagstoffen, granulaten, water en lucht. Vooral deze laatste componenten bepalen in belangrijke mate de duurzaamheid van beton. Een overmaat aan water en lucht zorgen voor een poreuze structuur waarin schadelijke gassen en vloeistoffen gemakkelijk kunnen doordringen, en in aanwezigheid van vocht een reactie kunnen aangaan met de elementen van de cementmatrix.
Gewapend beton dankt zijn uitstekende technische eigenschappen aan de goede samenwerking tussen het wapeningsstaal en de cementmatrix. De alkalische elementen van de cementmatrix creeren in het porienwater van het beton een toestand van hoge alkaliteit, gemeten in pH waarde, zodat op het wapeningsstaal een stabiele microscopische kristallijne oxidelaag wordt gevormd. Deze oxidelaag, de zogenaamde passiveringslaag, beschermt het staal tegen corrosie ; het staal bevindt zieh in gepassiveerde toestand.
Nu zijn er twee belangrijke fenomenen die deze passiveringslaag kunnen aantasten en aldus corrosie van de wapeningen veroorzaken. Het corrosieproces gaat gepaard met een volumevergroting van het wapeningsstaal, aangezien de corrosieprodukten een veel groter volume innemen dan het overeenkomstig staal, zodat een grote druk wordt opgebouwd in de betondekking. Het gevolg van de drukopbouw zijn trekspanningen die de betondekking doen scheuren en uiteenvallen. Het wapeningsstaal komt
<Desc/Clms Page number 4>
bloot te liggen zodat het corrosieproces versneld wordt, het staal verder in diameter afneemt, en de stabiliteit van de betonconstructie in gevaar komt.
De meest voorkomende betonschade is te wijten aan corrosie van de wapeningen.
Het eerste fenomeen betreft de meest natuurlijk reactie, nl. de carbonatatie van beton waarbij de alkalische elementen van de cementmatrix worden geneutraliseerd door zure gassen uit de lucht zoals koolzuurgas (C02) en zwaveldioxide (SO2). Het gevolg is een pH daling van het porienwater lager dan 9, 5.
Carbonatatie is een continu voortschrijdend proces zodat het carbonatatiefront vroeg of laat de wapeningen bereikt en het corrosieproces aan de wapeningen kan starten.
Het tweede fenomeen betreft de aantasting door chloor-en/of broom-ionen die de passiveringslaag doorbreken en het corrosieproces op gang brengen. Het toegelaten chloridegehalte is vastgelegd in de Europese pre-norm CEN 206. Deze vorm van corrosie, welke het meest gevaarlijke type is, gaat meestal gepaard met een lokale en diepe aantasting van het wapeningsstaal (putcorrosie) waarbij de sectie van de wapeningsstaven snel afneemt.
Deze schadelijke ionen kunnen afkomstig zijn van een uitwendige bron zoals dooizouten, zeelucht en andere maritieme atmosferen maar kunnen ook op voorhand in de beton gemengd zijn zoals calciumchloride als bindtijdversneller of onvoldoende gewassen zeezand engranulaten.
Ook is het mogelijk dat beide fenomenen in dezelfde betonconstructie voorkomen.
Wapeningscorrosie kan ook veroorzaakt worden door andere agressieve ionen zoals sulfiden.
<Desc/Clms Page number 5>
Andere details en voordelen van de uitvinding zullen blijken uit de hiernavolgende beschrijving van een werkwijze voor het beschermen van wapeningen in een betonmassa, volgens de uitvinding.
Deze beschrijving wordt uitsluitend bij wijze van voorbeeld gegeven en beperkt de uitvinding niet. De verwijzingscijfers hebben betrekking op de hieraan toegevoegde figuren.
Figuur 1 vertoont schematisch en volgens een langsdoorsnede een betonmassa met daarin aanwezige wapeningen, welke betonmassa aan de oppervlakte de vezelmassa met tijdelijke anode bevat.
Figuur 2 is een gelijkaardig zicht waarbij de vezelmassa en de tijdelijke anode aan de oppervlakte van de betonmassa zijn verdwenen en vervangen door een zinkrijke laag.
Figuur 3 vertoont volgens een gelijkaardige doorsnede de wijze waarop de elektrische verbinding tussen de zinkrijke laag en een wapening is gerealiseerd.
De werkwijze volgens de uitvinding en door de hieraan toegevoegde figuren verduidelijkt, omvat in de eerste fase het aanbrengen langsheen het buitenoppervlak 1 van de betonmassa 2 van een poreuze
<Desc/Clms Page number 6>
vezelmassa 3 waarin een tijdelijke anode 4 is verwerkt. Door tijdelijke anode wordt bijvoorbeeld een stalen vlechtwerk bedoeld.
In de poreuze vezelmassa 3 is een elektrolyt verwerkt. Deze elektrolyt bestaat bijvoorbeeld uit geleidende ionen behorende tot de groep van natrium-, kalium- of lithium-ionen.
Om het elektrolyt in de richting van de wapening 5 te laten migreren, is een gelijkstroombron 6 gemonteerd in de geleiding 7 - 7'die de tijdelijke anode 4 met de wapening 5 verbindt.
Na een periode die afhankelijk is van plaatselijke omstandigheden maar die in veel gevallen op een week kan worden geschat, wordt verondersteld dat de ganse elektrolytmassa de ruimte in de betonmassa bezet die zich, verwijzend naar figuur l, tussen de buitenwand 1 en de wapening 5 uitstrekt.
De poreuze vezelmassa 3 wordt samen met de tijdelijke anode 4 verwijderd en in een daaropvolgende fase, de tweede fase, wordt een zinkrijke laag 8 langsheen de buitenwand van de betonmassa 2 aangebracht. Als zinkrijke laag kan worden gebruik gemaakt van metallisch zink of van een organische coating met hoog zinkgehalte. Dit kan gebeuren door opspuiten of door borstelapplicatie.
In bepaalde gevallen kan de zinkrijke laag beschermd worden door een organische coating.
Door het verschil in elektro-chemisch potentiaal tussen zink en staal wordt een potentiaalverschil gecreeerd van 0, 3 tot 0, 4 V waarbij de zinklaag dienst doet als opofferende anode die het wapeningsstaal, die als kathode fungeert, galvanisch beschermt.
De beschermstroom die vloeit van de zinklaag naar het staal van de wapening 5 garandeert
<Desc/Clms Page number 7>
een langdurige corrosiebescherming van het staal.
In de praktijk wordt op verschillende plaatsen, afhankelijk van de structuur van de betonmassa, een elektrische verbinding aangelegd tussen de zinkrijke laag 8 en de wapeningen 5. Dit gebeurt door het aanbrengen van een geleidende verbinding tussen de zinkrijke laag 8 en de wapening 5. Dit kan gebeuren door het aanbrengen doorheen de betonmassa van geleidende ten opzichte van deze betonmassa geisoleerde staven 9 waarop een elektrische verbinding 10-10'is aangesloten die onder tussenkomst van een verbindingsdoos met de nodige meetinstrumenten naar de zinkrijke laag 8 leidt.
De uitvinding is niet beperkt tot de hier bij wijze van voorbeeld beschreven uitvoeringsvorm en vele wijzigingen kunnen hieraan worden aangebracht voor zover deze binnen het raam van de hiernavolgende conclusies vallen.
<Desc / Clms Page number 1>
"Method for counteracting the corrosion of reinforcements in a concrete mass"
This invention relates to a method of protecting reinforcements in a concrete mass, in which a zinc-rich layer is applied to at least one surface of the concrete mass to apply a potential difference between the zinc and the reinforcements.
Such a method is known from PCT patent application no. WO-A-92 13116 for the protection of reinforcements in a concrete mass, which are immersed in salt water, and more specifically the reinforcements located in the zone between low and high tide in a sea environment . To protect these reinforcements, an electron current flows from the zinc to the reinforcements.
This migration is made possible by the fact that concrete, which is a porous substance and has a low conductivity, is impregnated with salt water, which ensures conductivity.
The drawback of the known method is that it can only be used in salt water environments. After all, the salt water is necessary to ensure the conductivity of the concrete.
The object of the invention is to provide a solution in which the conductivity of the concrete is ensured, without the need for sea water.
In order to realize this according to the invention, the method is characterized in that, prior to applying the said
<Desc / Clms Page number 2>
zinc-rich layer, by applying an electric field introduces an electrolyte into the concrete mass in order to increase the electrical conductivity of the concrete and, after introduction of the electrolyte, said electric field is removed.
By introducing said electrolyte into said concrete mass, the conductivity of the concrete is ensured even without sea water. Due to the presence of zinc, an electron current flows from the zinc to the steel of the reinforcements and this galvanic current protects the reinforcements against corrosion. The advantage of this protection is that an external energy source is not necessary, which is the case with cathodic protection methods.
Characteristic of the invention is the fact that an electrically conductive connection is made between the above-mentioned zinc-rich layer and the above-mentioned reinforcement through the concrete mass, by applying bars insulated with respect to the concrete mass through the concrete mass.
Other details and advantages of the invention will become apparent from the following description of a method of counteracting the corrosion of the reinforcements in a concrete mass according to the invention.
This description is given by way of example only and does not limit the invention. The reference numbers refer to the attached figures.
The term concrete mass refers to the reinforced concrete structures. This means the most diverse constructions, such as buildings, bridges, viaducts, dams, quay walls and bank defenses, piers and jetties, chimneys, masts, towers, retaining walls, canals, tunnels, (savings) basins, stands, monuments, road surfaces and
<Desc / Clms Page number 3>
roller tracks, rails, foundations, ovens, cooling towers, reactor buildings, silos, parking towers, sheds, industrial and public buildings, utility installations, private buildings and high-rise buildings or parts thereof such as walls, columns, pillars, beams, abutments, cores, domes, floors, balconies , prestressed elements and any other concrete structures or elements.
Concrete is a composite material composed of cement plus any additives, aggregates, water and air. The latter components in particular determine the durability of concrete to an important extent. An excess of water and air create a porous structure in which harmful gases and liquids can easily penetrate and react with the elements of the cement matrix in the presence of moisture.
Reinforced concrete owes its excellent technical properties to the good cooperation between the reinforcing steel and the cement matrix. The alkaline elements of the cement matrix create a high alkalinity state in the pore water of the concrete, measured in pH value, so that a stable microscopic crystalline oxide layer is formed on the reinforcing steel. This oxide layer, the so-called passivation layer, protects the steel against corrosion; the sample is in a passivated state.
Now there are two important phenomena that can attack this passivation layer and thus cause corrosion of the reinforcements. The corrosion process is accompanied by an increase in volume of the reinforcing steel, since the corrosion products occupy a much larger volume than the corresponding steel, so that a great pressure is built up in the concrete cover. The result of the pressure build-up are tensile stresses that tear and disintegrate the concrete cover. The reinforcing steel is coming
<Desc / Clms Page number 4>
exposed so that the corrosion process is accelerated, the steel further decreases in diameter, and the stability of the concrete structure is endangered.
The most common concrete damage is due to corrosion of the reinforcements.
The first phenomenon concerns the most natural reaction, namely the carbonation of concrete, in which the alkaline elements of the cement matrix are neutralized by acidic gases from the air such as carbon dioxide (CO2) and sulfur dioxide (SO2). The result is a pH drop in the pore water less than 9.5.
Carbonation is a continuously progressive process so that sooner or later the carbonation front will reach the reinforcements and the corrosion process at the reinforcements can start.
The second phenomenon concerns the attack by chlorine and / or bromine ions that break through the passivation layer and initiate the corrosion process. The permitted chloride content is laid down in the European pre-standard CEN 206. This form of corrosion, which is the most dangerous type, is usually accompanied by a local and deep attack of the reinforcing steel (pitting corrosion), whereby the section of the reinforcing bars decreases rapidly.
These harmful ions can come from an external source such as de-icing salts, sea air and other maritime atmospheres, but they can also be pre-mixed in the concrete such as calcium chloride as a time-accelerator or insufficiently washed sea sand and granulates.
It is also possible that both phenomena occur in the same concrete construction.
Reinforcement corrosion can also be caused by other aggressive ions such as sulphides.
<Desc / Clms Page number 5>
Other details and advantages of the invention will become apparent from the following description of a method of protecting reinforcements in a concrete mass according to the invention.
This description is given by way of example only and does not limit the invention. The reference numbers refer to the attached figures.
Figure 1 shows schematically and according to a longitudinal section a concrete mass with reinforcements present therein, which concrete mass on the surface contains the fiber mass with temporary anode.
Figure 2 is a similar view where the fiber mass and the temporary anode on the surface of the concrete mass have disappeared and have been replaced by a zinc-rich layer.
Figure 3 shows, in a similar section, the manner in which the electrical connection between the zinc-rich layer and a reinforcement is realized.
In the first phase, the method according to the invention and illustrated by the accompanying figures comprises the application along the outer surface 1 of the concrete mass 2 of a porous
<Desc / Clms Page number 6>
fiber mass 3 in which a temporary anode 4 is incorporated. For example, a temporary braid means a steel braid.
An electrolyte is incorporated in the porous fiber mass 3. This electrolyte consists, for example, of conductive ions belonging to the group of sodium, potassium or lithium ions.
In order for the electrolyte to migrate in the direction of the reinforcement 5, a direct current source 6 is mounted in the conductor 7-7, which connects the temporary anode 4 to the reinforcement 5.
After a period that depends on local conditions, but in many cases can be estimated at one week, it is assumed that the entire electrolyte mass occupies the space in the concrete mass which, referring to figure 1, extends between the outer wall 1 and the reinforcement 5 .
The porous fiber mass 3 is removed together with the temporary anode 4 and in a subsequent phase, the second phase, a zinc-rich layer 8 is applied along the outer wall of the concrete mass 2. As zinc-rich layer, use can be made of metallic zinc or an organic coating with a high zinc content. This can be done by spraying or by brush application.
In certain cases, the zinc-rich layer can be protected by an organic coating.
The difference in electrochemical potential between zinc and steel creates a potential difference of 0.3 to 0.4 V, with the zinc layer serving as a sacrificial anode that galvanically protects the reinforcing steel, which acts as a cathode.
The protective current flowing from the zinc layer to the steel of the reinforcement 5 guarantees
<Desc / Clms Page number 7>
long-term corrosion protection of the steel.
In practice, an electrical connection is made between the zinc-rich layer 8 and the reinforcements 5, depending on the structure of the concrete mass, by applying a conductive connection between the zinc-rich layer 8 and the reinforcement 5. This This can be done by applying conductive bars 9 insulated with respect to this concrete mass through the concrete mass, to which an electrical connection 10-10 'is connected, which leads to the zinc-rich layer 8 via a connection box with the necessary measuring instruments.
The invention is not limited to the embodiment described here by way of example and many modifications can be made thereto insofar as they fall within the scope of the following claims.