DE4025548C2

DE4025548C2 - Short-circuit detection method during the concreting of a protective electrode serving as an anode for cathodic corrosion protection of reinforced concrete structures and device therefor

Info

Publication number: DE4025548C2
Application number: DE4025548A
Authority: DE
Inventors: Stephan Dr Kotowski; Reinhard Bedel
Original assignee: Heraeus Elektrochemie GmbH
Current assignee: De Nora Deutschland GmbH
Priority date: 1990-08-11
Filing date: 1990-08-11
Publication date: 1995-06-14
Anticipated expiration: 2010-08-12
Also published as: DE4025548A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kurzschlußermittlung während der Einbetonierung einer als Anode dienenden Schutzelektrode für kathodischen Korrosionsschutz von Stahlbetonbauten, wobei ein zwischen der Schutzelektrode und einer als Kathode wirkenden Stahlbewehrung fließender Strom gemessen und hieraus ein Signal zur Anzeige eines Kurzschlusses zwischen Schutzelektrode und Stahlbewehrung abgeleitet wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for short-circuit detection during the Concreting a protective electrode serving as an anode for cathodic Corrosion protection of reinforced concrete structures, with one between the protective electrode and current flowing through a steel reinforcement acting as a cathode and from this a signal to indicate a short circuit between the protective electrode and steel reinforcement is derived, and a device for performing of the procedure.

Für den kathodischen Schutz von Stahl in Beton werden aus Streckmetall herge stellte gitterförmige Anoden auf die zu schützende Betonfläche aufgedübelt. Die Maßnahme wird in der Regel dann ergriffen, wenn durch das Rosten des Bewehrungsstahls die Betonoberfläche schon beschädigt und z. T. abgebröckelt ist. Bei der Durchführung dieser Maßnahme wird der lose Altbeton der Ober fläche durch geeignete Maßnahmen wie Abspritzen, Hochdruckwasserstrahlen oder Sandstrahlen entfernt und aufgerauht.Expanded metal is used for the cathodic protection of steel in concrete placed grid-shaped anodes on the concrete surface to be protected. The measure is usually taken when the rusting of the Reinforcing steel already damaged the concrete surface and z. T. crumbled is. When carrying out this measure, the loose old concrete becomes the waiter area by suitable measures such as hosing down, high pressure water jets or Sandblasting removed and roughened.

Als problematisch erweist es sich, daß nach einer solchen Maßnahme Teile des Bewehrungsstahls frei liegen können. Ebenso kann es vorkommen, daß Teile des Bewehrungsstahls durch querliegende Eisen ohnehin bis an die Oberfläche des Betons reichen. It proves problematic that after such a measure, parts of the Reinforcement steel can be exposed. It can also happen that parts of the Reinforcing steel anyway through transverse bars to the surface of the Concrete is enough.

Die Wirksamkeit des Anodengitters ist jedoch nur gegeben, wenn zwischen dem Anodengitter und der Stahlbewehrung jeglicher Kurzschluß vermieden wird. Da der Bewehrungsstahl häufig an hunderten von Stellen an der Oberfläche hervortritt, ist es in der Praxis unmöglich, durch vi suelle Inspektion jederzeit sicherzustellen, daß kein solcher Kontakt auftritt.The effectiveness of the anode grid is only given if between the anode grid and the steel reinforcement any short circuit is avoided. Because the reinforcing steel is common emerges in hundreds of places on the surface, it is in practice impossible for vi Always make sure that no such contact occurs.

Bei der Montage von Anoden für den kathodischen Korrosionsschutz in Stahlbeton ist es daher erforderlich, ein Ohmmeter am Bewehrungsstahl und am Anodengitter anzuschließen und den elektrischen Widerstand zwischen Anodengitter und Bewehrung zu messen. Wenn das An odengitter an vielen Stellen auf dem Beton aufliegt oder z. T. schon eingespritzt ist, wird dieser Widerstand in der Größenordnung von 10 bis 50 Ohm liegen. Wenn das Gitter aber schon über mehrere Quadratmeter weitgehend eingespritzt ist, kann der Widerstand bis in die Größe von 1 oder 2 Ohm herabfallen. Dieser Widerstandswert ist auch typisch für einen losen metallischen Kontakt zwischen Gitter und Bewehrung.It is therefore when installing anodes for cathodic corrosion protection in reinforced concrete required to connect an ohmmeter to the reinforcing steel and anode grid and the measure electrical resistance between anode grid and reinforcement. If the on od grid is in many places on the concrete or z. T. is already injected, this is Resistance in the order of 10 to 50 ohms. If the grid is already over Is largely injected several square meters, the resistance can be up to the size of 1 or drop 2 ohms. This resistance value is also typical for a loose metallic one Contact between the grid and reinforcement.

Als problematisch erweist es sich dabei, daß ein metallischer Kontakt zwischen Gitter und Be wehrung auch übersehen werden kann, weil sich zwischen dem als Anode dienenden Gitter und der Stahlbewehrung eine Potentialdifferenz aufbaut, die der Batterie entgegengesetzt oder parallel geschaltet sein kann, so daß Fehlmessungen des Ohmmeters auftreten.It proves to be problematic that a metallic contact between the grid and the loading reinforcement can also be overlooked because there is between the grid serving as an anode and the steel reinforcement builds up a potential difference that opposes the battery or can be connected in parallel so that incorrect measurements of the ohmmeter occur.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, während der Einbetonierung der Anode eine ständige Kurzschlußprüfung durchzuführen, wobei zwischen Anode und Kathode ein Strom eingeprägt wird.The invention has as its object a constant during the concreting of the anode Carry out a short circuit test, a current being impressed between the anode and cathode becomes.

Die Aufgabe der Erfindung wird hinsichtlich des Verfahrens dadurch gelöst, daß wenigstens ei ne Referenzelektrode in den Beton eingebracht wird, daß zwischen Schutzelektrode und Stahl bewehrung wenigstens ein Stromimpuls aufgeprägt wird, daß der zeitliche Verlauf der Poten tialdifferenz zwischen der Referenzelektrode und der Schutzelektrode oder der Stahlbewehrung ermittelt wird und daß bei einer Änderung der Potentialdifferenz im Bereich von 0 bis 15% in nerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls ein Kurzschluß-Signal ausgelöst wird. The object of the invention is achieved with respect to the method in that at least ei ne reference electrode is placed in the concrete, that between the protective electrode and steel reinforcement is impressed at least one current pulse that the time course of the pots tial difference between the reference electrode and the protective electrode or the steel reinforcement is determined and that when the potential difference changes in the range from 0 to 15% in a short-circuit signal is triggered within a predetermined time interval.

Hinsichtlich einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird die Auf gabe dadurch gelöst, daß eine aus Wechselstrom-Quelle und Amperemeter beste hende Reihenschaltung mit Anschlußklemmen zum Anschluß an Kathode und Anode vorgesehen ist, daß ein Voltmeter mit einem an jedem seiner beiden Anschlüsse angeschlossenen Umschalter versehen ist, wobei jeweils ein Umschaltkontakt mit jeweils einer Klemme verbunden ist und jeweils ein weiterer Kontakt des Um schalters mit einem Anschlußkontakt zur Verbindung mit einer im Beton einge brachten Referenzelektrode versehen ist.With regard to a device for performing the method, the Auf solved in that one of the best AC source and ammeter Series connection with terminals for connection to the cathode and anode it is contemplated that a voltmeter with one on each of its two connectors connected switch is provided, each with a switch contact with one terminal is connected and another contact of the order switch with a connection contact for connection to one in the concrete brought reference electrode is provided.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird der Anode ein positi ver Stromimpuls zugeführt. Als vorteilhaft erweist es sich, daß das erfin dungsgemäße Verfahren sowohl zur Durchgängigkeitsprüfung vor der Einbetonie rung als auch zur Kurzschlußsignalanzeige während der Montage der Elektroden anwendbar ist und somit den Betrieb zusätzlicher Meßgeräte erspart. Ein weite rer Vorteil ist darin zu sehen, daß während des Einbetonierens sofort auf verhältnismäßig einfache Art und Weise Korrekturen innerhalb der Schutzelek trode vorgenommen werden können, ehe der Beton erhärtet.In a preferred embodiment of the method, the anode is a positive ver current pulse supplied. It proves to be advantageous that this is invented method according to the invention both for the patency check before the concrete tion as well as for short-circuit signal display during the assembly of the electrodes is applicable and thus saves the operation of additional measuring devices. A wide one rer advantage is the fact that immediately during concreting relatively simple way to make corrections within the protection elec trode can be made before the concrete hardens.

Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Fig. 1a, 1b, 1c sowie Fig. 2 näher erläutert:The subject matter of the invention is explained in more detail below with reference to FIGS. 1a, 1b, 1c and FIG. 2:

Die Fig. 1a, 1b und 1c zeigen in schematischer Darstellung die verschie denen Schaltungsmöglichkeiten zur Prüfung der aufzubringenden Anode, FIGS. 1a, 1b and 1c show a schematic representation of the various possibilities to test the circuit which applied an anode,

Fig. 2 zeigt den zeitlichen Verlauf zwischen eingeprägtem Strom und gemessener Spannung. Fig. 2 shows the time course between the injected current and the measured voltage.

Gemäß Fig. 1a besteht die Prüfvorrichtung aus einer Serienschaltung einer Stromquelle 1, eines Amperemeters 2, sowie ggf. einem Betriebsschalter, welche über Klemmen 3 und 4 mit den Elektroden 5 und 6 verbindbar ist. Die Klemmen 3 und 4 sind darüber hinaus mit einem Kontakt 7, 8 jeweils eines Umschal ters 9, 10 verbunden, dessen Mittelkontakt jeweils mit der Klemme 11, 12 eines Voltmeters 13 verbunden ist. Die Gegenpositionen der Umschalter 9, 10 sind mit 14, 15 beziffert, wobei die Kontakte 14, 15 mit einem Anschluß 16 für eine Referenzelektrode 17 verbunden sind. According to FIG. 1a, the test device consists of a series connection of a current source 1 , an ammeter 2 , and possibly an operating switch, which can be connected to the electrodes 5 and 6 via terminals 3 and 4 . The terminals 3 and 4 are also connected to a contact 7 , 8 of a switch 9 , 10 , the center contact of which is connected to the terminal 11 , 12 of a voltmeter 13 . The opposite positions of the changeover switches 9 , 10 are numbered 14 , 15 , the contacts 14 , 15 being connected to a connection 16 for a reference electrode 17 .

Gemäß Fig. 1a ist es möglich, eine Leitfähigkeitsprüfung durchzuführen, wobei die Vorrichtung mit ihren Klemmen 3 und 4 an die für den Anschluß der Strom versorgung des kathodischen Korrosionsschutzes vorgesehenen Klemmen ange schlossen wird und die Elektroden 5, 6 mittels eines mit Kurzschlußschalter 19 versehenen Kurzschlußbügels 20 an beliebigen Punkten kontaktiert werden. Der elektrische Widerstand des Kurzschlußbügels 20 ist symbolisch durch das Wider standselement 18 dargestellt. Nach Inbetriebnahme der Stromquelle 1 und der Verbindung des Voltmeters 13 mit den Umschaltkontakten 7, 8 erfolgt zunächst eine Spannungsanzeige, die sofort erlischt, sobald der Kurzschlußschalter 19 betätigt wird und die Kontaktierung der Elektroden 5 und 6 in Ordnung ist.According to Fig. 1a, it is possible to carry out a conductivity test, the device with its terminals 3 and 4 is connected to the terminals for the connection of the power supply of the cathodic corrosion protection and the electrodes 5 , 6 by means of a short-circuit switch 19 provided with a shorting bar 20 can be contacted at any point. The electrical resistance of the shorting bar 20 is symbolically represented by the opposing element 18 . After commissioning of the current source 1 and the connection of the voltmeter 13 to the changeover contacts 7 , 8, there is first a voltage display which goes out as soon as the short-circuit switch 19 is actuated and the contacting of the electrodes 5 and 6 is in order.

Gleichzeitig mit dem Einbetoniervorgang der Anode 6 wird eine Bezugselek trode 17 einbetoniert, wobei ein Anschluß zum Punkt 16 der Vorrichtung zur Kurzschlußprüfung erfolgt. Das Voltmeter 13 wird dabei gemäß Fig. 1b über Klemme 11, Umschalter 9 und Klemme 7 mit der Kathode 5 verbunden, während Umschalter 10 die zweite Klemme 12 des Voltmeters 13 über Klemme 15 mit dem Anschlußpunkt 16 für die Referenzelektrode 17 verbindet. Gleichzeitig wird durch die Stromquelle 1 die Anode 6 und über Amperemeter 2 die Kathode 5 mit einem Stromimpuls versorgt, wobei die positive Amplitude der Anode 6 zugeführt wird.Simultaneously with the concreting process of the anode 6 , a reference electrode 17 is concreted in, a connection to point 16 of the device for short-circuit testing being carried out. The voltmeter 13 is connected according to FIG. 1b via terminal 11 , changeover switch 9 and terminal 7 to the cathode 5 , while changeover switch 10 connects the second terminal 12 of the voltmeter 13 via terminal 15 to the connection point 16 for the reference electrode 17 . At the same time, the anode 6 is supplied by the current source 1 and the cathode 5 is supplied with a current pulse via ammeter 2 , the positive amplitude being supplied to the anode 6 .

Wird gemäß Fig. 2a beispielsweise eine Folge von Rechteckimpulsen I den Elek troden 5 und 6 zugeführt, so breiten sich Konzentrationsänderungen im Beton von den Elektrodenoberflächen ausgehend in Form von Potentialänderungen aus, die an der Referenzelektrode 17 mit Hilfe des Voltmeters 13 als Potential differenz gemessen werden können. Sofern kein Kurzschluß vorliegt, entsteht der in Fig. 2b dargestellte zeitliche Verlauf der Referenzspannung U₁, wobei die Ersatzkombination von Widerstand und Kapazität zwischen Bezugselek trode 17 und Kathode 5 zu einem Tiefpaßverhalten entsprechend einem RC-Tiefpaß führt. As shown in FIG. 2, for example, a sequence of rectangular pulses I the elec trodes 5 and 6, supplied to concentration changes are so wide, starting in the concrete of the electrode surfaces in the form of potential changes, the measured difference to the reference electrode 17 by means of the voltmeter 13 as a potential can. Unless there is a short circuit, the time curve of the reference voltage U 1 shown in Fig. 2b arises, the replacement combination of resistance and capacitance between the reference electrode 17 and cathode 5 leading to a low-pass behavior corresponding to an RC low-pass.

Im Kurzschlußfall liegt dagegen an der Referenzelektrode das in Fig. 2c dargestellte Potential U₂ an, welches die Spannung I×R repräsentiert und wobei keinerlei Schutzpotential entspre chend Fig. 2b aufgebaut wird.In contrast, the short circuit in FIG. 2c potential U₂ is shown at the reference electrode of which represents the voltage I × R, and wherein any protection potential entspre Fig accordingly. 2b is constructed.

In der Praxis hat es sich als zweckmäßig erwiesen, mehrere Referenzelektroden 17 mit ent sprechenden Anschlüssen vorzusehen, die während des Einbetoniervorganges der Anode mit dem Anschluß der 16 der Vorrichtung zur Kurzschlußprüfung verbunden werden können. Eine besonders sichere Prüfmethode ist dadurch zu erzielen, daß die Verbindungspunkte 3 und 4 zwischen Kathode 5 und Anode 6 kurzgeschlossen werden und dann anschließend geprüft wird, ob das an der Referenzelektrode gemesse Potential auf Null abfällt. Falls die Potentialdif ferenz zwischen diesen absichtlichen Kurzschlüssen schlagartig abfällt und nach Aufhebung des Kurzschlusses sofort wieder angezeigt wird, liegt mit Sicherheit kein Kurzschluß vor. Da das Meßverfahren auf der Ionenleitung im Beton ruht, ist der Meßvorgang im wesentlichen nur auf den Zeitbereich zwischen Einbringen des Betons und der Austrocknung beschränkt.In practice, it has proven to be expedient to provide a plurality of reference electrodes 17 with corresponding connections which can be connected to the connection 16 of the device for short-circuit testing during the concreting process of the anode. A particularly reliable test method can be achieved by short-circuiting the connection points 3 and 4 between the cathode 5 and the anode 6 and then subsequently checking whether the potential measured at the reference electrode drops to zero. If the potential difference between these deliberate short circuits drops suddenly and is displayed again immediately after the short circuit has been removed, there is certainly no short circuit. Since the measuring method rests on the ion line in the concrete, the measuring process is essentially limited to the time range between the placing of the concrete and the drying out.

Es ist selbstverständlich möglich, auch andere pulsierende Gleichströme bzw. Wechselströme mit Gleich-Anteil einzubringen, wobei beispielsweise die Amplituden der Ströme als Dreieck oder Sägezahnfunktion geformt sein können; weiterhin ist es auch möglich, einen Rechteck impuls-Wechselstrom mit Gleich-Anteil einzusetzen. Darüber hinaus können auch sinusförmige Amplituden oder Wechselströme eingesetzt werden.Of course, it is also possible to use other pulsating direct currents or alternating currents with equal share, for example, the amplitudes of the currents as a triangle or sawtooth function can be shaped; it is also possible to create a rectangle impulse alternating current with DC component. They can also be sinusoidal Amplitudes or alternating currents can be used.

Die Auswertung der zwischen Referenzelektrode und Stahlbewehrung 5 oder Schutzelektrode gemessenen Potentialdifferenz kann gemäß Fig. 1c auch zwischen Anode 6 und Referenz elektrode 17 ermittelt werden, wobei das Voltmeter 13 über Klemme 11, Umschalter 9 und Klemme 14 mit dem Anschluß 16 zur Referenzelektrode 17 verbunden ist, während die andere Klemme 12 des Voltmeters über Umschalter 10 und Klemme 8 mit der Anschluß-Klemme 4 für die Anode 6 verbunden ist. Darüber hinaus ist es auch möglich, das Potential der Referenzelek trode durch eine elektronische Auswerteschaltung zu ermitteln, an die ggf. ein Alarmsignalge ber angeschlossen ist; dabei ist es möglich, das Potential der Referenzelektrode, beispielsweise mit Hilfe von Differenzverstärkern oder Komparatoren mit dem Potential von Anode oder Kathode zu vergleichen, und im Kurzschlußfall mit Hilfe eines Schwellenwertschalters Alarmsignale auszugeben.The evaluation of the measured between the reference electrode and the steel reinforcement 5 or guard electrode potential difference can according to FIG. 1c and between the anode 6 and the reference electrode are determined 17, wherein the voltmeter 13 via terminal 11, switches 9 and terminal 14 to the terminal 16 to the reference electrode 17 is connected , while the other terminal 12 of the voltmeter is connected via switch 10 and terminal 8 to the terminal 4 for the anode 6 . In addition, it is also possible to determine the potential of the reference electrode by means of an electronic evaluation circuit, to which an alarm signaling device may be connected; it is possible to compare the potential of the reference electrode, for example with the aid of differential amplifiers or comparators, with the potential of the anode or cathode, and to output alarm signals in the event of a short circuit using a threshold switch.

Eine solche Auswerteschaltung 25 weist gemäß Fig. 1d einen parallel zu den Klemmen des Voltmeters 13 geschalteten A/D-Wandler 22 auf, dessen Ausgang mit einem digitalen Speicher 23 verbunden ist; an dem Speicher 23 ist eine Digi talanzeige 24 angeschlossen. Der Ausgang der Auswerteschaltung 25 ist mit einem Signalgeber 26 verbunden. Es ist auch möglich, die Auswerteschaltung anstelle des Voltmeters direkt an die Klemmen 11 und 12 anzuschließen.Such an evaluation circuit 25 has, according to FIG. 1d, an A / D converter 22 connected in parallel to the terminals of the voltmeter 13 , the output of which is connected to a digital memory 23 ; to the memory 23 , a Digi valley display 24 is connected. The output of the evaluation circuit 25 is connected to a signal generator 26 . It is also possible to connect the evaluation circuit directly to terminals 11 and 12 instead of the voltmeter.

Claims

1.Procedure for short-circuit detection during the concreting in of an anode serve as the protective electrode for cathodic corrosion protection of reinforced concrete structures, wherein a current flows between the protective electrode and a steel reinforcement acting as a cathode, and a signal for indicating a short circuit between the protective electrode and the steel reinforcement is derived therefrom, characterized in that we at least one reference electrode ( 17 ) is introduced into the concrete, that at least one current pulse is impressed between the protective electrode ( 6 ) and steel reinforcement ( 5 ), that the time course of the potential difference between the reference electrode ( 17 ) and the protective electrode ( 6 ) or the steel reinforcement ( 5 ) is determined and that when a change in the potential difference in the range of 0 to 15%, a short-circuit signal is triggered within a predetermined time interval.

2. The method according to claim 1, characterized in that the protective electrode ( 6 ) is acted upon by a current, the mean value of which is positive over time.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the predetermined time interval is in the range of 1.5 to 5 seconds.

4. The method according to claim 3, characterized in that the ratio between the Duration of the current pulse and the specified time interval in the range from 0.5: 1 to 2: 1 lies.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the reference electrode ( 17 ) between the protective electrode ( 6 ) and steel reinforcement ( 5 ) is concreted.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that a mesh is used as the protective electrode ( 6 ), in the mesh of which a plurality of reference electrodes ( 17 ), but only one reference electrode ( 17 ) per stitch, is introduced.

7. Device for short-circuit testing between a steel reinforcement serving as a cathode in reinforced concrete and a protective electrode provided for cathodic corrosion protection, which is connected as an anode, an indicator being provided for the short-circuit case, characterized in that a current source ( 1 ) and Ampere meter ( 2 ) existing series connection with terminals ( 3 , 4 ) for connection to steel reinforcement ( 5 ) and protective electrode ( 6 ) is provided that a voltmeter ( 13 ) with a switch connected to each of its two connections ( 9 , 10 ) is, each having a changeover contact ( 7 , 8 ) is connected to a respective terminal ( 3 , 4 ) and each further contact ( 14, 15 ) of the changeover switch ( 9, 10 ) with a connection contact ( 16 ) for connection to a in the concrete introduced reference electrode ( 17 ) is hen.

8. The device according to claim 7, characterized in that the current source ( 13 ) is a pulse generator.

9. Apparatus according to claim 7 or 8, characterized in that an electronic evaluation circuit ( 25 ) is provided which is connected to the terminals ( 11, 12 ) of the voltmeter ( 13 ) and that a signal generator at the output of the evaluation circuit ( 25 ) ( 26 ) is connected.

10. The device according to claim 9, characterized in that the evaluation circuit ( 25 ) has one to the terminals ( 11, 12 ) of the voltmeter ( 13 ) connected in parallel analog-digital converter ( 22 ), the output of which with a digital working memory ( 23rd ) and a display ( 24 ) connected to it.