DE102015115297A1 - Method for laying an anode system for cathodic corrosion protection - Google Patents
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Abstract
Ein Anodensystem (8) für einen kathodischen Korrosionsschutz soll besonders einfach, schnell und kostengünstig verlegt werden können. Dazu wird ein Verfahren mit den folgenden Schritten angegeben: – flächige Verlegung einer Anzahl von Karbonfaserfilamenten (10); – Verlegung mindestens eines Primäranodenbandes (12), derart, dass das Primäranodenband (12) in einer Anzahl von Kontaktbereichen (18) mit dem Karbonfaserfilament (10) elektrisch leitend verbunden ist; – Anschluss der Primäranodenbänder (12) an einen Primäranodendraht (26).An anode system (8) for a cathodic protection against corrosion should be able to be laid in a particularly simple, fast and cost-effective manner. For this purpose, a method is specified with the following steps: laminar laying of a number of carbon fiber filaments (10); - Laying at least one primary anode belt (12), such that the primary anode belt (12) in a number of contact areas (18) with the carbon fiber filament (10) is electrically connected; - Connecting the primary anode bands (12) to a primary soda wire (26).
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verlegung eines Anodensystems für einen kathodischen Korrosionsschutz und die Verwendung einer nicht metallischen Bandanode in einem flächigen Anodensystem für einen kathodischen Korrosionsschutz.The invention relates to a method for laying an anode system for a cathodic protection against corrosion and the use of a non-metallic tape anode in a two-dimensional anode system for cathodic corrosion protection.
Bauwerke aus Stahlbeton sind integraler Bestandteil der Infrastruktur in fast allen Ländern der Welt. Neben Wohn- und Arbeitsgebäuden sind auch viele befahrene Bauwerke aus Stahlbeton gebaut, z.B. Parkhäuser, Garagen, Autobahnen, Brücken, Tunnel usw. Eine Großzahl dieser Bauwerke wird 50 bis 100 Jahre (und teilweise noch länger) genutzt. Allerdings setzen neben der mechanischen Beanspruchung vor allem Tausalze den Stahlbeton-Bauwerken zu. Die Tausalze sind in der Regel chloridhaltig. Es entstehen daher in Verbindung mit Wasser Lösungen, die Korrosion in den Bauwerken auslösen. Bei vielen Bauwerken müssen deshalb bereits nach 20–25 Jahren substantielle, kostenintensive Instandsetzungsarbeiten an der Bewehrung durchgeführt werden.Reinforced concrete structures are an integral part of the infrastructure in almost every country in the world. In addition to residential and working buildings, many busy structures made of reinforced concrete are built, e.g. Parking garages, garages, highways, bridges, tunnels etc. A large number of these structures will be used for 50 to 100 years (and sometimes even longer). However, apart from the mechanical stress, it is above all de-icing salts that are added to the reinforced concrete structures. The deicing salts are usually chloride-containing. Therefore, in combination with water, solutions are created which cause corrosion in the structures. For many structures, therefore, substantial, cost-intensive repair work on the reinforcement must be carried out after only 20-25 years.
Dazu wird üblicherweise der kontaminierte Überdeckungsbeton abgetragen, der Bewehrungsstahl gereinigt und mit einem neuen Korrosionsschutz versehen (z.B. auf Polymer- oder Zementbasis). Der instandgesetzte Bereich hält häufig jedoch nur wenige Jahre (aufgrund mechanischer, thermischer und/oder hygrischer Inkompatibilitäten), so dass eine zeitnahe weitere Instandsetzung erforderlich wird, gerade dann, wenn der Überdeckungsbeton stark beansprucht wird. Dies verursacht hohe Kosten, stellt einen erheblichen Eingriff in das Bauwerk dar und führt nicht zuletzt zu Nutzungseinschränkungen während der InstandsetzungFor this purpose, the contaminated overlay concrete is usually removed, the reinforcing steel cleaned and provided with a new corrosion protection (for example on a polymer or cement basis). However, the repaired area often lasts only a few years (due to mechanical, thermal, and / or hygric incompatibilities), requiring prompt further repair, even when the cover concrete is heavily stressed. This causes high costs, represents a significant intervention in the structure and not least leads to usage restrictions during the repair
Eine Möglichkeit die Korrosion zu unterdrücken und im Idealfall zu verhindern stellt der kathodische Korrosionsschutz (KKS) von Bauwerken dar. Als eine zum größten Teil zerstörungsfreie Instandsetzungsmethode gewinnt der kathodische Korrosionsschutz als wirtschaftliches Instandsetzungsverfahren korrosionsgefährdeter bzw. -geschädigter Bauteile zunehmend an Bedeutung.One possibility of suppressing corrosion and ideally preventing it is the cathodic corrosion protection (PPS) of buildings. As a largely non-destructive repair method, cathodic corrosion protection is gaining in importance as an economic repair process for corrosion-endangered or damaged components.
Das Prinzip des elektrochemischen Schutzverfahrens (Kathodischer Korrosionsschutz) besteht darin, durch Einleitung eines Gleichstromes den Korrosionsvorgang von unlegierten oder niedriglegierten Stählen (z.B. Betonstahl) in einem ausgedehnten Elektrolyt (Böden, Meerwasser, bei Anwendung in Stahlbeton: Beton) elektrisch zu beeinflussen. Das Anlegen dieses Gleichstroms (Schutzstrom) bewirkt eine Verschiebung des elektrochemischen Potentials des zu schützenden Metalls in negative Richtung, wodurch die Metalloberfläche kathodisch polarisiert wird und schädigende Korrosion unterbunden wird.The principle of electrochemical protection (cathodic protection) is to electrically influence the corrosion process of unalloyed or low alloy steels (e.g., reinforcing steel) in an extended electrolyte (soils, seawater, when used in reinforced concrete: concrete) by introducing direct current. The application of this direct current (protection current) causes a shift of the electrochemical potential of the metal to be protected in the negative direction, whereby the metal surface is cathodically polarized and damaging corrosion is prevented.
Zur Aufprägung eines Schutzstroms muss zunächst eine dauerhafte und korrosionsresistente Anode an den Beton angekoppelt und an den Pluspol eines als Spannungsquelle dienenden Gleichrichters angebracht werden. Der Minuspol der Gleichspannung wird an den zu schützenden Stahl (bei Stahlbeton an die Bewehrung) angeschlossen. Nach Einschalten der Gleichspannung wird der zu schützende Stahl kathodisch polarisiert und die Stahlkorrosion weitgehend unterbunden.To impress a protective current, a permanent and corrosion-resistant anode must first be coupled to the concrete and attached to the positive pole of a rectifier serving as a voltage source. The negative pole of the DC voltage is connected to the steel to be protected (with reinforced concrete to the reinforcement). After switching on the DC voltage to be protected steel is cathodically polarized and the steel corrosion largely prevented.
Mit Hilfe einer eingebrachten Referenzelektrode kann darüber hinaus der Zustand des Gebäudes, des Bauwerkes oder der Rohrleitung bzw. die Korrosion des Stahls aus der Ferne überwacht werden.With the help of an inserted reference electrode, the condition of the building, the structure or the pipeline or the corrosion of the steel can be monitored remotely.
Für einen möglichst gleichmäßigen und auch sicheren Korrosionsschutz, ist es wünschenswert, dass das Anodensystem möglichst großflächig in der Nähe des als Kathode dienenden Stahlelements, beispielsweise des Bewehrungsstahls, ausgelegt ist. Dies ist allerdings mit den bislang verwendeten Anodensytemen kaum zu realisieren, wie beispielsweise bei der Verwendung von Stabanoden oder Titan-Bandanoden oder nur sehr schwer zu installieren, wie beispielsweise bei der Verwendung einer netzförmigen Titananode. Insbesondere das Aufbringen einer netzförmigen Titananode zum Schutze eines Stahlbetonbauwerkes auf den Beton ist aufgrund der Inflexibilität des Materials besonders arbeits- und zeitaufwendig.For the most uniform and safe corrosion protection, it is desirable that the anode system as large as possible in the vicinity of serving as a cathode steel element, for example, the reinforcing steel, is designed. However, this is hardly feasible with the anode systems used so far, for example when using rod anodes or titanium tape anodes, or it is very difficult to install, as for example when using a reticulated titanium anode. In particular, the application of a reticulated titanium anode to protect a reinforced concrete structure on the concrete is particularly laborious and time-consuming due to the inflexibility of the material.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verlegung eines Anodensystems für einen kathodischen Korrosionsschutz anzugeben, dass besonders einfach, schnell und kostengünstig durchgeführt werden kann.The invention is therefore based on the object of specifying a method for laying an anode system for cathodic corrosion protection, which can be carried out in a particularly simple, fast and cost-effective manner.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- – flächige Verlegung eines einer Anzahl von Karbonfaserfilamenten;
- – Verlegung mindestens eines Primäranodenbandes, derart, dass das Primäranodenband in einer Anzahl von Kontaktbereichen mit dem Karbonfaserfilament elektrisch leitend verbunden ist;
- – Anschluss der Primäranodenbänder an einen Primäranodendraht.
- - surface laying of one of a number of carbon fiber filaments;
- Laying at least one primary anode tape such that the primary anode tape is electrically connected in a number of contact areas with the carbon fiber filament;
- - Connection of the primary ribbons to a primary soda wire.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass eine besonders einfache und schnelle Verlegung des Anodensystems dann erreicht werden kann, wenn auf die inflexiblen Titanbänder oder netzförmigen Titananoden weitestgehend verzichtet werden kann bzw. wenn die Bänder nur linear verlegt werden müssen. Da auf eine flächige Verlegung des Anodensystems nicht verzichtet werden soll, wird neben den Titanbändern auf ein zweites Material zurückgegriffen, welches sich besonders einfach und flexibel verlegen lässt. Dabei wurde erkannt, dass ein Karbonfaserfilament oder auch ein Bündel von mehreren Karbonfaserfilamenten, ein sogenanntes Karbonfasermultifilament, sowohl eine ausreichende Flexibilität für die flächige Verlegung aufweist, als auch eine ausreichend hohe elektrische Leitfähigkeit besitzt, um als Anodensystem für den kathodischen Korrosionsschutz in Frage zu kommen. Zusätzlich ist ein solches Karbonfaserfilament als Meterware kostengünstig und einfach erhältlich, wodurch eine erhebliche Kostenersparnis im Aufbau eines Anodensystems möglich ist.The invention is based on the consideration that a particularly simple and rapid installation of the anode system can be achieved if the inflexible titanium tapes or reticulated titanium anodes can be dispensed with as far as possible or if the tapes only have to be laid linearly. Since on a surface relocation of the Anodensystems not to be waived, is used in addition to the titanium tapes on a second material, which can be easily and flexibly laid. It was recognized that a carbon fiber filament or a bundle of several carbon fiber filaments, a so-called carbon fiber multifilament, both has sufficient flexibility for laying flat, as well as a sufficiently high electrical conductivity has to be considered as an anode system for cathodic protection. In addition, such a carbon fiber filament by the meter is inexpensive and easily available, whereby a significant cost savings in the construction of an anode system is possible.
Zur Beaufschlagung des flächig gelegten Karbonfaserfilaments mit dem Schutzstrom, wird dieses an mehreren Kontaktbereichen mit einem beispielsweise linear verlegten Titananodenband elektrisch verbunden und dieses Primäranodenband an einen Primäranodendraht angeschlossen. Dieser Primäranodendraht kann dann wie oben bereits ausgeführt an den Pluspol einer Spannungsquelle angeschlossen werden.To act on the surface laid carbon fiber filament with the protection current, this is electrically connected to a plurality of contact areas with a linearly laid titanium anode band, for example, and this primary anode band is connected to a primary anode wire. This primary anode wire can then be connected to the positive pole of a voltage source as already explained above.
Neben dem Einsatz des kathodischen Korrosionsschutzes in Stahlkonstruktionen (wie beispielsweise Hafenanlagen) oder Rohrleitungen und Pipelines, kann dieser auch im Rahmen von Stahlbetonbauwerken eingesetzt werden. Dabei ist es die Stahlbetonbauwerke nachträglich mit einem kathodischen Korrosionsschutz auszurüsten oder dieses direkt bei einem Neubau zu berücksichtigen.In addition to the use of cathodic corrosion protection in steel structures (such as docks) or pipelines and pipelines, this can also be used in the context of reinforced concrete structures. It is subsequently to equip the reinforced concrete structures with a cathodic corrosion protection or to consider this directly in a new building.
Sowohl für den Sanierungsfall von Stahlbetonbauwerken, wenn Teile der Betonschicht neu aufgetragen werden und auch im Neubau wird für eine besonders einfache Verlegung des Karbonfaserfilamentsdieses in bevorzugter Ausführung auf oder in den frischen Beton verlegt. Um dabei aber einen Kurzschluss zwischen dem Karbonfaserfilament als Anode und dem Bewehrungsstahl als Kathode zu vermeiden, weil beispielsweise das Karbonfaserfilament auf dem Bewehrungsstahl aufliegt, wird mit Hilfe einer isolierenden Zwischenschicht, zum Beispiel einer Glasfaserverbundbewehrung, eine ausreichende Beabstandung der Karbonfaserfilamente von dem Bewehrungsstahl erreicht. Both for the refurbishment of reinforced concrete structures, when parts of the concrete layer are newly applied and also in the new building, for a particularly simple laying of the carbon fiber filament this is laid on or in the fresh concrete in a preferred embodiment. However, in order to avoid a short circuit between the carbon fiber filament as the anode and the reinforcing steel as the cathode, for example because the carbon fiber filament rests on the reinforcing steel, sufficient spacing of the carbon fiber filaments from the reinforcing steel is achieved by means of an insulating interlayer, for example a glass fiber composite reinforcement.
Insbesondere bei einer Nachrüstung eines bestehenden Stahlbetonbauwerkes mit einem kathodischen Korrosionsschutz, werden in vorteilhafter Ausführung in den Beton Schlitze geschnitten oder gefräst, in die das Karbonfaserfilament gelegt werden kann. Eine weitere Erhöhung oder Vergrößerung der Betonschicht, um das Anodensystem abzudecken wird somit vermieden. In particular, when retrofitting an existing reinforced concrete structure with a cathodic corrosion protection, slits are cut or milled in an advantageous embodiment in the concrete, in which the Karbonfaserfilament can be placed. Further increase or enlargement of the concrete layer to cover the anode system is thus avoided.
In Alternativer oder zusätzlicher bevorzugter Ausgestaltung kann das Karbonfaserfilament zur Fixierung auf den Beton auch auf diesem verklebt werden. Dazu kann ein leitfähiger Kleber verwendet werden, mit dem das Karbonfaserelement in einzelnen Punkten oder über den gesamten Bereich auf dem Beton fixiert wird. Dieses Verfahren kann dabei insbesondere bei der Sanierung von Altbetonflächen eingesetzt werden. Für einen besonders guten Kontakt zwischen dem Karbonfaserfilament und dem Primäranodenband wird in besonders vorteilhafter Ausgestaltung das Karbonfaserfilament in den Kontaktbereichen um das Primäranodenband gewickelt. So entstehen in diesen Bereichen eine Vielzahl von Kontaktierungen, über die der Strom vom Primäranodenband auf das Karbonfilament übertragen werden kann.In alternative or additional preferred embodiment, the carbon fiber filament for fixing to the concrete can also be glued to this. For this purpose, a conductive adhesive can be used, with which the carbon fiber element is fixed in individual points or over the entire area on the concrete. This method can be used in particular in the renovation of old concrete surfaces. For a particularly good contact between the carbon fiber filament and the primary anode tape, the carbon fiber filament is wound in the contact regions around the primary anode tape in a particularly advantageous embodiment. This creates a large number of contacts in these areas, via which the current can be transferred from the primary anode band to the carbon filament.
Um die Kontaktbereiche bestmöglich zu schützen und gleichzeitig auch das Karbonfilament und das Primäranodenband besser elektrisch miteinander zu verbinden, werden die Kontaktbereiche in bevorzugter Ausführung mit Epoxidharz umschlossen. Aufgrund der Schrumpfung des Epoxidharzes nach dem Auftragen, wird der Kontakt zwischen dem Karbonfilament und dem Primäranodenband verbessert.In order to best protect the contact areas and at the same time to connect the carbon filament and the primary anode tape better electrically together, the contact areas are enclosed in a preferred embodiment with epoxy resin. Due to the shrinkage of the epoxy resin after application, the contact between the carbon filament and the primary anode tape is improved.
Für eine Fixierung des gesamten Anodensystems oder auch nur von Teilbereichen auf dem Stahlbeton, wird dieses in vorteilhafter Weise mit einem leitfähigen Mörtel bedeckt. So ist es bestmöglich von äußeren Einflüssen geschützt.For a fixation of the entire anode system or even only parts of the reinforced concrete, this is advantageously covered with a conductive mortar. So it is best protected from external influences.
Das Karbonfilament ist in vorteilhafter Ausführung mäanderförmig ausgelegt, um so eine besonders gleichmäßige Verteilung zu erreichen und über die Mäanderbögen eine besonders einfache Kontaktierung zu dem Primäranodenband zu ermöglichen. Alternativ können aber dem Einsatzort angepasst auch andere Verlegungsmuster verwendet werden. So ist beispielsweise auch eine Verlegung in einzelnen Streifen möglich, die parallel zueinander ausgelegt werden und über das Anodenband miteinander verbunden sind.The carbon filament is designed meandering in an advantageous embodiment, so as to achieve a particularly uniform distribution and to allow a particularly simple contact with the primary anode belt via the meandering arches. Alternatively, however, other installation patterns can be used which are adapted to the place of use. For example, a laying in individual strips is possible, which are designed parallel to each other and connected to each other via the anode tape.
Neben dem Einsatz eines derartigen kathodischen Korrosionsschutzes in Stahlbetonbauwerken, ist es auch möglich, die Korrosion von Stahlbauwerken, beispielsweise Rohrleitungen, Hafenanlagenzu schützen.In addition to the use of such cathodic corrosion protection in reinforced concrete structures, it is also possible to protect the corrosion of steel structures, such as pipelines, port facilities.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die Verwendung eines Karbonfaserfilaments eine besonders einfache und kostengünstige flächige Auftragung eines Anodensystems ermöglicht wird. Der Strom wir dabei weiterhin über linear verlegte Primäranoden, beispielsweise aus Titanband, geleitet und dann über die Kontaktbereiche auf das Karbonfaserfilament weitergeleitet und somit flächig verteilt.The advantages achieved by the invention are in particular that a particularly simple and cost-effective application of an anode system is made possible by the use of a carbon fiber filament. The current continues to be passed through linearly laid primary sands, for example, titanium tape, and then over the Contact areas forwarded to the carbon fiber filament and thus distributed over a wide area.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Show:
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.Identical parts are provided with the same reference numerals in all figures.
Im Ausführungsbeispiel nach
Der primäre Schutzeffekt basiert darauf, dass durch die Polarisierung die elektrochemischen Reaktionsgleichgewichte soweit verschoben werden, dass die Materialauflösung in den anodischen Bereichen zugunsten der kathodischen Teilreaktion unterdrückt wird.The primary protective effect is based on the polarization shifting the electrochemical reaction equilibria enough to suppress the material dissolution in the anodic regions in favor of the cathodic partial reaction.
Ein weiterer primärer Schutzeffekt kommt dadurch zustande, dass auch die passiven Bereiche der korrodierenden Bewehrung kathodisch polarisiert werden, so dass die treibende Kraft für den Korrosionsprozess fehlt. Während die primären Schutzeffekte sehr schnell zum Tragen kommen, werden die sekundären Schutzeffekte, wie beispielsweise der Anstieg der OH–-Konzentration an der Bewehrungsoberfläche bzw. die Verarmung an Sauerstoff in Bewehrungsnähe als Folge der kathodischen Reaktion sowie der Migration der negativ geladenen Cl–-Ionen in Richtung Anode, erst später wirksam, führen aber dann zu einer Reduktion der Schutzstromdichte.Another primary protective effect is that even the passive areas of the corroding reinforcement are cathodically polarized, so that the driving force for the corrosion process is missing. While the primary protection effects are very fast, the secondary protective effects, such as the increase in the OH concentration at the reinforcement surface and the depletion of oxygen near the reinforcement, are due to the cathodic reaction and the migration of the negatively charged Cl ions in the direction of the anode, effective later, but then lead to a reduction of the protective current density.
Im Ausführungsbeispiel nach
In den Ausführungsbeispielen der
In der
Auch in
Der vom Karbonfaserfilament
Die hier dargestellten Befestigungsmöglichkeiten für das Primäranodenband können auch auf das Karbonfaserfilament übertragen werden. Auch dieses kann in Schlitzen im Beton, mit Epoxidharz umgossen, auf den Beton aufgeklebt oder mit einer Schicht leitfähigen Mörtels bedeckt werden.The attachment options for the primary anode belt shown here can also be transferred to the carbon fiber filament. Again, this can be cast in slots in the concrete, with epoxy resin, glued to the concrete or covered with a layer of conductive mortar.
Bei der Verlegung der Filamente
In
Wie in der
In einem nächsten Arbeitsschritt (
Anschließend (
Abschließend (
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Stahlbeton reinforced concrete
- 22
- Bewehrungsstahl rebar
- 44
- Spannungsquelle voltage source
- 66
- Beton concrete
- 88th
- Anodensystem anode system
- 1010
- Karbonfaserfilament Karbonfaserfilament
- 1212
- Primäranodenband Primary anode tape
- 1414
- Mäanderbogen meandering curve
- 1616
- Mörtel mortar
- 1818
- Kontaktbereiche contact areas
- 2020
- Schlitz slot
- 2222
- Epoxidharz epoxy resin
- 2424
- Kleber Glue
- 2626
- Primäranodendraht Primary anode wire
- 2828
- Glasfaserverbundbewehrung Glass fiber composite reinforcement
- 3030
- Binder binder
- 3232
- Binder binder
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