DD285144A5

DD285144A5 - Verfahren zur realisierung stahlbewehrter botonelemente

Info

Publication number: DD285144A5
Application number: DD32960789A
Authority: DD
Inventors: Juergen Garche; Eberhard Schattenberg
Original assignee: Univ Dresden Tech
Priority date: 1989-06-15
Filing date: 1989-06-15
Publication date: 1990-12-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Realkalisierung stahlbewehrter Betonelemente, die staendiger Korrosion in sauren Medien ausgesetzt sind. Die Anode eines elektrischen Gleichspannungsfeldes wird, wie an sich bekannt, an einer befeuchteten bzw. getraenkten Betonoberflaeche und die Katode an der Stahlbewehrung angeschlossen. Indem die Katode an den Bewehrungsstahl gelegt wird, entstehen durch eine elektrochemische Reduktionsreaktion OH -Ionen in unmittelbarer Naehe des Bewehrungsstahls. Die lokale Ionenkonzentration am Bewehrungsstahl kann unter vergleichbaren Bedingungen bis zu 100fach hoeher als bei der allgemeinen ionophoretischen Realkalisierung des gesamten Betonvolumens werden. Dadurch ist es moeglich, auch mit niedrigeren Spannungen noch rationell zu arbeiten. Unerwuenschte Nebenwirkungen auf die Betonqualitaet werden weitestgehend vermieden. Es hat sich gezeigt, dasz nach einer derartigen Behandlung des Betonelements mit ungefaehrlichen Spannungen unter 42 V ueber wenige Stunden, maximal wenige Tage, das urspruengliche alkalische Milieu in der Umgebung der Bewehrungsstaehle in etwa wiederhergestellt werden kann, d. h., der Beton erlangt seine Korrosionsschutzwirkung in der Umgebung des Bewehrungsstahls zurueck. Eventuell vorhandene sichtbare aeuszere Schaeden waeren wie ueblich auszubessern, damit diese Masznahme ihre Schutzwirkung ueber einen laengeren Zeitraum beibehaelt.{Realkalisierung; Stahlbewehrung; Betonelement; Korrosion; Anode; Gleichspannung, elektrochemisch; OH-Ionen; Ionenkonzentration}

Description

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Die hohe Dauerhaftigkeit der Betonelemente beruht unter anderem darauf, daß die beim Abbinden entstehenden Zementhydratationsprodukte ein alkalisches C Jciumhydroxidreservoir bilden und dadurch eine passive oxidische Deckschicht um den Bewehrungstahl bilden.

Durch chemische Reaktionen saurer Gasbestandteile der Luft mit den Zementhydratationsprodukten sinkt die AlkaIitat des Betons, wobei dieser Prozeß von außen beginnt und um so schneller in die Tiefe fortschreitet, je stärker die Umweltbelastung und je größer der Porengehalt oder die Zahl der Risse im Betonelement sind.

Sinkt der pH-Wert des Betons in der Umgebung des Bewehrungsstahls soweit, daß der Beton seine Korrosionsschutzwirkung verliert, dann begint die Ko-rosion des Bewehrungsstahls. Das Betonelement verliert nach und nach seine projektierte Festigkeit.

Relativ schnei! werden umfanp-aiche Sanierungsmaßnahmen erforderlich.

Es sind verschiedene vorbeu jende Maßnahmen zum Schutz korrosionsgefährdeter Betonelemente, wie ζ. Β Außenwandplatten, beginnend bei der Auswahl des Zements und der Zuschlagstoffe, des Fertigungsverfahrens, Beschichtungen oder/und Imprägnierungen, bekannt. Ihre Anwendung ist immer auch durch die materiellen und finanziellen Möglichkeiten begrenzt.

Bekannt ist auch die Sanierung der Betonolemente nach eingetretenen sichtbaren Schaden, indem die entsprechende Stelle aufgehackt und anschließend verputzt wird. Der Aufwand hierzu ist groß. Vor allem aber ist diese M ißnahme sehr unsicher. Der tatsächliche Schädigungsgrad bleibt unbekannt. Sehr schnell können weitere Ausbesserungen erforderlich werden.

Nach Bier, Th., u. a. (Karbonatisierung und Reaikälisierung von Beton. Vortragsveröffeiitlichung auf der „Ibausil" 88 in Weimar) ist eine Rcalkalisierung durch das Auftragen einer etwa 15 mm starken Putzschicht auf das Betonelement möglich. Der Aufwand hierzu wäre beträchtlich, zumal aus ästhetischen Gründen die gesamte Wand verputzt werden müßte. Die Wirksamkeit dieser Lösung ist zeitlich begrenzt. Das sich einstellende Alkalitätsniveau ist durch das Verhältnis der Dicken der Putzschicht und des Betonelements wesentlich niedriger als ursprünglich im Betonelement.

Nach DE OS 3442368 wird der Stahlbeton in einem Teilverfahrensschritt durch lcnophorese in einem elektrischen Gleichspannungfeld realkalisiert. Die Elektroden werden über eine mit einer Alkalilösung (pH-Wert größer/gleich 12) getränkte Schaumstoffschicht auf die beiden Betonoberflächen gelegt. Bei einer Gleichspannung von 10OV erreichen die von der Katode zur Anode wandernden OH-Ionen nach etwa30Min. die Stahlarmierung. Der Beton und damit auch die Umgebung der Stahlarmierung werden in etwa gleichmäßig realkalisiert. Bei entsprechender Dauer kann das korrosionsschützende alkalische Milieu in der Umgebung des Bewehrungsstahls wieder hergestellt werden. Eine solche pH-Wert-Erhöhung m gesamten Betonvolumen kann bei einigen Betonsorten, z. B. mit quarzhaltigen Zuschlagstoffen, allerdings auch unerwünschte Nebenwirkungen auf die Betonqualität haben.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, einen Beitrag zum Korrosionsschulz von Bewehrungsstahl zu leisten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein wesentlich wirksameres Verfahren zur elektrochemischen Realkalisierung von Stahlbeton anzugeben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß, ausgehend von einem Verfahren zur Realkalisierung stahlbewehrter Betonelemente durch Anlegen eines elektrischen Gleichstromfeldes mit der Anode auf einer befeuchteten bzw. getränkten Betonoberfläche, als Anschluß der Katode ein Anschluß an die Stahlbewehrung verwendet wird.

Indem die Katode an den Bewehrungsstahl gelegt wird, entstehen, wie aus den nachfolgenden Gleichungen erkennbar wird, durch eine elektrochemische Reduktionsreaktion 0H~-lonen in unmittelbarer Nähe des Bewehrungsstahls. Sie werden nicht wie bei dem ionophoretischen Verfahren (DE-OS 4342368) von außen zum Bewehrungsstahl transportiert. Dadurch wird der Gesamtstrom über den Bewehrungsstahl geleitet und demzufolge kann die lokale lonenkonzentration am Bewehrungsstahl unter vergleichbaren Bedingungen bis zu lOOfach höher als bei der allgemeinen ionophoretischen Realkalisierung des gesamten Betonvolumens werden. Dadurch ist es möglich, auch mit niedrigeren Spannungen noch rationell zu arbeiten.

Folgende elektrochemische Prozesse können an den Elektroden ablaufen, wobei bei der katodischen Reaktion die Sauerstoffreduktion (2a) energetisch begünstigt ist:

Anode.	2OH"	-> 1/2O₂ + H₂O	+ 2e	(i)
Katode	1/2O₂	+ H₂O + 2e ->	2 0H"	(2a)
	2H₂O	+ 2e ->	H₂ + 2 OH"	(2 b)
	Fe₂O₃	+ 3H₂O + 6e -♦	2 Fe+ 6 OH"	(2 c)

Die Konsequenz aller katc Jischan Reaktionen ist die Erhöhung der OH-Ionenkonzentration, und zwar um ein M( I pro Faraday. Die OH-Ionen sind lokal am Bewehrungsstab konzentriert, d.h.,unerwünschte Nebenwirkungen auf die Betonqualität werden weitestgehend vermieden.

Die Geschwindigkeit des Alkaüanstiegs ist proportional der Elektrolysestromstärke. Diese hängt bei konstanter Elektrolysespannung vom Gesamtwiderstand, der im wesentlichen durch den ionischen Widerstand bestimmt wird, ab. Um diesen Widerstand zu minimieren, wird der Beton zweckmäßigst Weise mit einem flüssigen Elektrolyt großer Leitfähigkeit und geringer Betonnebenwirkungen, vorzugsweise mit Calciumhydroxid, getränkt. Prinzipiell funktioniert das Verfahren aber bereits auch beim Einsatz von wäßrigen Lösungen mit einem pH-Wert von mindestens 7, also ?. B. auch bereits mit Regenwasser. Dadurch kann dieses Realkalisierungsverfahren auch bedenkenlos bei den Betonsorten mit quarzhaltigen Zuschlagstoffen, die bekanntlich bei hohen pH-Werten zum Alkalikieselsäuretreiben neigen, eingesetzt werden.

Es hat sich gezeigt, daß nach einer derartigen Behandlung des Betonelementes mit ungefährlichen Spannungen unter 42 V über wenige Stunden, maximal wenige Tage, das ursprüngliche alkalische Milieu in der Umgebung der Bewehrungsstähle in etwa wiederhergestellt werden kann, d. h., der Beton erlangt seine Korrosionsschutzwirkung in der Umgebung des Bewehrungsstahls zurück. Eventuell vorhandene sichtbare äußere Schäden wären wie üblich auszubessern, damit diese Maßnahme ihre Schutzwirkung über einen längeren Zeitraum beibehält.

Die Durchführung des Verfahrens könnte erleichtert werden, indem bereits in der Vorfertigung die Bewehrungsstähle der Betonelemente galvanisch miteinander verbunden werden. Hierdurch wird die Zahl der notwendigen Anschlüsse an die Bewehrung reduziert. Außerdem ist es zweckmäßig, am Bewehrungsstahl des Betonelements einen von außen zugängigen elektrischen Anschluß aus einem korrosionsbeständigen Material zu befestigten. Hierdurch kann die Katode in einfacher Weise angeschlossen werden. Vor allem aber ist es möglich, den pH-Wert vorbeugend zu messen und die Sanierung rechtzeitig, d. h. noch bevor Korrosionsschäden am Bewehrungsstahl eingetreten sein können, einzuleiten.

Ausführungsbeispiel

Bei einer in einem industriellen Ballungsgebiet eingesetzten Wetterschale (2,6Om χ 6,00m χ O.Oemlwurdenzwischendemzur Kontaktierung punktuell freigelegten Armierungsstahl und einer über einem Schwamm aufliegenden gesättigten Kalomelelektrode ein Korrosionspotential von -30OmV gemessen. Der Potentialwert der Wetterschale liegt normalerweise bei etwa - 18OmV. Der negativere Potentialwert ist ein Zeichen dafür, daß sich der Bewehrungsstahl -m Gebiet der aktiven Auflösung befindet. Von dieser so als korrosionsgefährdet identifizierten Wetterschale wurde ein Stück von 0,20 m χ 0,20m χ 0,06m herausgeschnitten und wie folgt behandelt: Zweimaliges Auftragen einer 1 m Na₂CO3-Lösung mit einer Spritzpistole im Abstand von 15Min. über die gesamte Betonoberfläche auf einer Seite; punktuelles Aufbohren des Betons bis zum Bewehrungsstahl an 3 Stellen; Anklemmen eines isolierten Kabels mit Polklemmen und Verbinden mit dem negativen Pol; Aufdrücken einer Metallbürste auf die äußere Betonoberfläche und Verbinden mit dem positiven Pol. Es wurde über 8 Stunden eine Gleichspannung von 40 V angelegt. Der Elektrolysestrom betrug zunächst 3 A und sank gegen Ende der Elektrolyse auf 2 A. Nach Abschluß der Behandlung wurde ein Potential von -170mV gemessen.

Claims

Verfahren zur Realkalisierung stahlbewehrter Betonelemente durch Anlegen eines elektrischen Gleichstromfeldes mit der Anode auf einer befeuchteten Lv.w. getränkten Bahnoberfläche, gekennzeichnet dadurch, daß als Anschluß der Katode ein Anschluß an die Stahlbewehrung verwendet wird.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Realkalisierung stahlbewehrter Betonelemante, die ständiger Korrosion in sauren Medien ausgesetzt sind.