DE4229072A1 - Verfahren zum regulierten elektrochemischen Chloridentzug - Google Patents

Description

Bei der Sanierung von chloridbelastetem Stahlbeton kommt der Entfernung des korrosionsfördernden Chlorids eine zentrale Rolle zu. Während der gesunde Beton den von ihm umgebenen Bewehrungsstahl vor Korrosion schützt, entsteht bei Chloridaufnahme z. B. infolge von Tausalzstreuung eine erhebliche Korrosionsgefahr für den Stahl.

Mit Ausnahme des Verfahrens des kathodischen Schutzes, bei dem das Bauwerk über seine gesamte Restnutzungsdauer mit einem Stromfeld beaufschlagt werden muß, steht am Anfang einer jeder Instandsetzungsmaßnahme die Entfernung des schädlichen Chlorids aus dem Bauteil. Während hierzu bei der konventionellen Methode der gesamte Beton einschließlich Chlorid entfernt werden und damit massiv in das Tragsystem eingegriffen werden muß, hat Slater (Zeitschrift: materials performance, November 1977, S. 21-26) den elektrochemischen Chloridentzug vorgeschlagen. Hierbei beruht die bisherige Verfahrensweise auf Anbringung eines Anodenmaterials auf der Oberfläche des betreffenden Stahlbetonteils und der elektrischen Verbindung dieses Materials mit der Betonoberfläche durch einen gut leitenden Elektrolyten. Dabei wird durch Anlegen einer Gleichspannung zwischen der Bewehrung und einem außen auf der Bauteiloberfläche aufgebrachten Anodenmaterial ein elektrisches Feld im Bereich zwischen Bewehrungsstahl und Betonoberfläche erzeugt, indem sich die dort befindlichen Chloridionen aufgrund ihrer negativen Ladung zur außenliegenden Anode und damit aus dem Beton bewegen sollen.

Die elektrisch leitende Verbindung zwischen Anodenmaterial und Betonoberfläche erfolgt durch einen gut leitenden Elektrolyten, dessen elektrischer Widerstand gegenüber dem Beton vernachlässigbar klein ist. De facto wird damit die Betonoberfläche mit dem positiven Pol der aufgebrachten Gleichspannung gleichmäßig belegt. Die Bewehrung im Innern des Bauwerks ist mit dem negativen Pol der Stromquelle verbunden. Ein solches Verfahren wird auch in der europäischen Anmeldung 200 428 beschrieben.

Ein Problem stellt aber immer die unterschiedliche Betondeckung des Bewehrungsstahls dar. Je ungünstiger das Verhältnis zwischen den Widerständen der Betondeckung aufgrund der Dicke an verschiedenen Stellen ist, desto ungleichmäßiger arbeitet das Verfahren. Stellen mit geringem elektrischen Widerstand zwischen Bewehrung und Anodenmaterial infolge geringer Dicke und/oder geringer Dichte der Betondeckung werden bei diesem Verfahren stärker von Chloriden entsorgt als andere Stellen. An Bereichen mit überdurchschnittlich hohem Widerstand wie an Stellen großer Betondeckung wirkt das Verfahren nur im geringen Maße auf die Konzentration der Chloridionen ein. Um auch solche Stellen mit großer Betondeckung in einem Mindestmaß von Chloriden zu befreien, muß die Spannung erhöht werden, was aber die elektrochemische Reaktion an der Kathode der besser mit Strom versorgten Bereiche anfacht, die wegen der damit einhergehenden Aufspaltung von Wassermolekülen in Hydroxilionen und atomarem Wasserstoff in Grenzen gehalten werden soll.

Erhöht man also die Spannung der angelegten Stromquelle zwecks ausreichender Versorgung ungünstig gelegener Stellen, so wird die Wasserzerlegung und der Transport der Hydroxilionen zwischen Kathode und Anode stark beschleunigt, was für den Beton unerwünscht, gegebenenfalls sogar als schädlich anzusehen und deshalb zu vermeiden ist. Geht man im Extremfall von einer Stelle mit einer Betondeckung nahezu Null aus und setzt dagegen eine benachbarte Stelle mit hoher Betondeckung, so wird bei Erhöhung der Spannung lediglich die Wasserstoffbildung und der Transport der Hydroxilionen an der Stelle ohne Betondeckung erhöht, die Stelle mit hoher Betondeckung bleibt weiterhin unterversorgt.

Zur Lösung dieser Probleme wurde die Unterteilung einer zu sanierenden Fläche in kleine Bereiche vorgeschlagen. Diese kleinen Bereichs könnten selektiv über die Spannung gesteuert werden. Dieses Vorgehen ist aber wegen des hohen Aufwands schon kaum praktikabel, die Probleme der unterschiedlichen Widerstände kann auch eine Unterteilung in kleine Sanierungsflächen nicht lösen.

Einen ganz anderen Lösungsansatz macht das erfindungsgemäße Verfahren. Es verwendet um solche Probleme zu vermeiden einen Elektrolyten mit vergleichsweise hohem Widerstand. Es ergibt sich dadurch eine gleichmäßigere Verteilung der Stromdichte über die Fläche. Wichtig ist bei diesem Verfahren, daß die Relation zwischen dem Widerstand des Betons zum Widerstand der aufgebrachten Elektrolytschicht so gewählt wird, daß die Widerstände sich entsprechen oder aber der Widerstand des Elektrolyten gegenüber dem des Betons nicht vernachlässigbar klein ist. Da Beton in Abhängigkeit vom einzelnen Bauwerk unterschiedliche Leitfähigkeiten aufweisen kann (Abhängigkeit vom Wasserzementwert, Abhängigkeit von der Zementsorte), muß die Zusammensetzung des geeigneten Elektrolyten im Einzelfall bestimmt werden. Außerdem kann und sollte die Leitfähigkeit des instand zu setzenden Betons so gut und gleichmäßig wie möglich erhöht werden. Dies wird durch Anreicherung des vom Beton kapillar aufzunehmenden Wassers mit Materialien, die die Leitfähigkeit von Wasser erhöhen, aber den Beton nicht schädigen, bewirkt.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung zum elektrochemischen Chloridentzug mit konventionellen, stark leitendem Elektrolyten.

Fig. 2 zeigt die Anordnung mit einem im Widerstand angepaßten Elektrolyten.

Das erfindungsgemäße Verfahren beginnt mit der Säuberung des Betons und nötigenfalls mit einer gezielten Trocknung, um die kapillare Saugfähigkeit des Materials zu vergrößern. Der Betonoberfläche wird anschließend eine stark leitende Flüssigkeit angeboten, die der Beton (6) aufnimmt. Auf die Betonoberfläche wird ein Elektrolytmaterial (2) wie Bentonit/Wasser-Gemisch, Mörtelmaterial, Putzmaterial, Fasermaterial oder eine aufstehende Flüssigkeit aufgebracht und in diesen Elektrolyten ein gut leitendes Anodenmaterial (3) eingebettet. Der Widerstand des Anodenmaterials sollte möglichst gering sein, der des Elektrolyten ist so auf den Widerstand des Betons abzustimmen, daß er eine Vergleichmäßigung der Gesamtwiderstände R_ges zwischen der Bewehrung (5) bzw. einem hervorstehenden Bewehrungsteil (1) und Anode (3) bewirkt wird. Die unterschiedliche Ladungsverteilung kann man anhand der Fig. 1 und 2 erkennen. Während bei einem gut leitenden Elektrolyten Fig. 1 die Ladungsträger (4) sofort zur Potentialgrenze Elektrolyt/Beton wandern, bleibt bei einer schlechteren Leitfähigkeit Fig. 2 die Ladung zunächst an der Anode. Die Widerstände R₁ und R′₁ addieren sich zu R_1ges ebenso die Widerstände R₂ und R′₂ zu R_2ges. Die beiden Widerstände R_1ges und R_2ges unterscheiden sich nicht im selben Maße wie die Widerstände R₁ und R₂ in Fig. 1.

Durch die Wahl des Widerstandes des Elektrolytmaterials läßt sich der elektrochemische Chloridentzug so regulieren, daß sich die erforderliche Gleichmäßigkeit der Behandlung einstellt. Da durch nachträgliches Besprühen der Elektrolytschicht mit Elektrolytflüssigkeit deren Widerstand neu eingestellt werden kann, ist während der Maßnahme eine Nachregulierung des Widerstandsverhältnisses möglich.

Claims (5)

1. Verfahren zur Sanierung von bewehrtem Beton durch Entzug von Chloridionen durch Anlegen einer elektrischen Spannung, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrolytisches Material aufgebracht wird, dessen Widerstand gegenüber dem Widerstand des Betons nicht vernachlässigbar klein ist.

2 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor Aufbringen der Elektrolytschicht die Leitfähigkeit des Betons durch Aufbringen einer Elektrolytflüssigkeit erhöht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrolytische Flüssigkeit Wasser verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Betonoberfläche vor dem Aufbringen der elektrolytischen Flüssigkeit getrocknet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitfähigkeit der auf der Betonoberfläche aufgebrachten Elektrolytschicht durch nachträgliches Aufsprühen von elektrolytischer Flüssigkeit neu einreguliert werden kann.