DE69907637T2 - Elektrochemische behandlung von stahlbeton - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft die elektrochemische Behandlung von Stahlbeton und insbesondere den Schutz einer Metallverstärkung in Beton, bei der es sich normalerweise um Armierungsstäbe, die oft als "Betonstahl" bezeichnet werden, handelt. Es ist gut bekannt, daß solcher Betonstahl unter Korrosion leiden kann, z. B. wegen der Anwesenheit von Chloridsalzen oder der Carbonatisierung des Betons. Der kathodische Schutz ist ein Weg, gegen eine solche Korrosion zu schützen oder an einem korrodierten Betonstahl die passivierte Schicht wieder-herzustellen. Dieser Weg beinhaltet das Hindurchleiten eines elektrischen Stroms bei niedriger Spannung zwischen den Armierungsstäben als Kathode und einer Elektrode als Anode. Die Anode kann permanent oder selbstverzehrend sein. Ein solches Verfahren führt dazu, die passivierte Beschichtung auf dem Baustahl aufrechtzuerhalten.
• Es wurde gefunden, daß der Strom an der Anode Säure und Gase bildet. Bei üblichen Systemen, bei denen die Stromdichte gering ist, um die Säurebildung unter Kontrolle zu halten, können die Gase durch die Poren des Betons in die Atmosphäre diffundieren. Jedoch werden für höhere Stromdichten, die oft bei der Verwendung von "diskreten" Anoden oder "Spitzen"anoden angewandt werden, wo die Gaserzeugung aus einem kleinen Volumen deutlich stärker ist, dann spezielle Anodenformen empfohlen.
• In unserer EP-A-0186334 wird ein kathodisches Schutzsystem beschrieben und beansprucht, bei dem eine aus porösem Titansuboxid hergestellte Anode benutzt wird. In unserer GB-A-2309978 haben wir eine Elektrode beschrieben und beansprucht, die rohrförmig ausgebildet und aus einem porösen Titansuboxid hergestellt sowie derart angeordnet ist, daß die in den elektrochemischen Reaktionen entwickelten Gase durch die Hohlelektrode abgeführt werden können. Es ist jedoch nötig, Gase abzuführen, wenn die Elektrode aus einem nichtporösen Material besteht, insbesondere dann, wenn hohe Stromdichten angewandt werden und ein beträchtliches Gasvolumen entwickelt wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses Bedürfnis zu befriedigen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, die Erfindung mit möglichst wenigen Elektroden, im Idealfall mit nur einer Elektrode, auszuführen.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird entsprechend einem Aspekt ein Verfahren zum kathodischen Schützen eines Betonkörpers angegeben, der eine Metallverstärkung enthält, durch Anlegen eines Stroms zwischen einer Elektrode und der Verstärkung, so daß die passivierte Schicht an der Verstärkung aufrechterhalten wird, wobei das Verfahren das Bohren eines Lochs in den Beton von einer seiner Oberflächen aus beinhaltet sowie das Loch eine Querschnittsform und eine Größe aufweist, die jenen der Elektrode ähnlich sind, und das Bohren bis zu einer Tiefe durchgeführt wird, um die Elektrode neben der Verstärkung, jedoch nicht in physikalischem Kontakt zu ihr, anzuordnen, und dann das Loch mit einem gasdurchlässigen härtbaren Material gefüllt wird, und wobei das Verfahren die Stufe des Anlegens einer Stromdichte in einem Ausmaß beinhaltet, das zusätzlich zum kathodischen Schützen der Verstärkung die Erzeugung von Gasen bewirkt, und das Verfahren erlaubt, daß die in der Nähe der Anode freigesetzten Gase die umgebende Atmosphäre über das gasdurchlässige gehärtete Material erreichen.
• Gemäß der Erfindung entsprechend einem anderen Aspekt wird eine Betonstruktur mit einer Metallverstärkung darin angegeben, wobei sich von einer Oberfläche des Betonkörpers aus ein Loch erstreckt und eine Elektrode enthält, die von einem gasdurchlässigen Material umgeben ist, und die Elektrode aus einem nichtporösen Material hergestellt sowie dazu ausgebildet ist, Strom mit einer hohen Stromdichte zu führen.
• Die Stromdichte kann bis zu etwa 1 A/m² oder mehr betragen, wenn eine geeignete Anordnung gewählt wird, um die Säurebildung im Griff zu haben, z. B. im Fall einer Anordnung mit einem stark alkalischen, wenig Zuschlag enthaltenden Verguß material. Höhere Stromdichten ermöglichen den Einsatz von weniger Elektroden und im Fall einer akzeptablen Stromverteilung ist die Anlage um so kosteneffektiver.
• In einem extremen Fall, in dem das poröse Material nicht das gesamte gebildete Gas mit einer geeigneten Geschwindigkeit freigeben kann, kann eine vorgeformte Leitung vorliegen, die sich von der Nähe der Anode bis zur Oberfläche des Betons erstreckt. Vorzugsweise stellt die Leitung ein Loch dar, das in das gehärtete Material eingegossen ist, welches benutzt wird, um das Loch wieder zu füllen, nachdem die Elektrode eingesetzt worden ist. Alternativ ist die Leitung neben der Elektrode in den Beton gebohrt, um es zu ermöglichen, daß die bei der elektrochemischen Behandlung freigesetzten Gase aus den Poren in dem Beton oder dem Rückfüllmaterial in den so gebildeten Kanal eintreten. Das Loch weist normalerweise einen Durchmesser von 2 bis 5 mm auf und erstreckt sich bis zur Tiefe der Elektrode. Wenn das Loch gegossen wird, kann es durch Einsetzen eines Papierrohrs, z. B. eines Trinkstrohhalms, in das Verfüllmaterial, bevor dieses aushärtet, gebildet werden. Alternativ kann vor dem Aushärten des Verfüllmaterials darin ein poröses rohrförmiges Material eingesetzt werden.
• Damit die Erfindung gut zu verstehen ist, wird sie nun nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte schematische Zeichnung erläutert. Darin zeigt
• 1 einen senkrechten Schnitt durch eine Betonstruktur, die gemäß der Erfindung behandelt wird.
• Ein Betonkörper 1, z. B. eine Brückentafel, wird aus Gußbeton 2 hergestellt, der im Allgemeinen parallele Längsabschnitte von horizontalen und/oder vertikalen Armierungsstäben enthält. Wenn sie eingebaut werden, haben die Stäbe eine passivierte Schicht, die sie vor Korrosion schützen. Wenn sich der pH-Wert des Betons ändert, wobei er normalerweise auf einen Wert von unter 11 fällt, oder wenn Chlorid oder ein anderes verunreinigendes Ion vorliegt, kann die Schicht angegriffen werden mit der Folge, daß der Stab korrodiert und sich ausdehnt, was zu einem Reißen und Brechen des Betons führt. Wenn bei niedrigen Stromdichten eine Sanierung oder Präventivbehandlung durchgeführt wird, ist es nötig, viele Elektroden zu installieren. Dies bedeutet einen großen Aufwand, um die Löcher zu bohren. Wenn eine geringere Anzahl von Elektroden benutzt wird, ist eine höhere Stromdichte erforderlich, welche die Geschwindigkeit der Gasbildung erhöht und das Risiko mit sich bringt, daß die Grenzfläche zwischen der Anode und dem Beton beschädigt sowie der Stromfluß behindert wird. Wenn an den Stab eine elektrische Ladung gelegt wird, wird die Schicht konserviert. Ein solcher Strom kann dauerhaft angelegt werden. Diese Technik wird als kathodischer Schutz bezeichnet. Normalerweise ist es nötig, zwischen den Elektroden und den Stäben viele Verbindungen herzustellen, was einen großen Aufwand für das Bohren der Löcher für die vielen Elektroden bedeutet, um die Armierung zu erreichen. Wenn nur eine Elektrode (oder einige wenige Elektroden) benutzt werden, kann der kathodische Schutz zwar durchgeführt werden, jedoch ist dann eine höhere Stromdichte erforderlich (obwohl es innerhalb des Umfangs der Erfindung liegt, eine temporäre Behandlung, z. B. eine Entsalzung oder Realkalisierung, durchzuführen). Als Ergebnis der elektrochemischen Behandlung entwickeln sich Gase, und wenn eine hohe Stromdichte angewandt wird, ist die Entwicklungsgeschwindigkeit der Gase groß und kann selbst das Risiko mit sich bringen, daß der Beton beschädigt wird.
• Erfindungsgemäß wird in den Beton ein Loch 4 bis zu einer Tiefe in der Nähe der Verstärkung 3 gebohrt. Das Loch weist normalerweise einen Durchmesser von 10 bis 30 mm auf. Eine Elektrode 5, die aus einem geeigneten leitfähigen und korrosionsbeständigen Material hergestellt ist, z. B. aus Magneliphasen-Titansuboxid, Titanmetall mit einer geeigneten Platinbeschichtung, Iridiumoxid, Gemischen aus Iridiumoxid, Tantaloxid und Titanoxid in verschiedenen Kombinationen oder metallischem Niob mit oder ohne einer derartigen Beschichtung, wird eingesetzt, und der lichte Raum wird mit einem für Gas porösen, härtenden, zementartigen oder harzartigen Material 6 gefüllt, und zwar mit oder ohne einer eingegossenen Gasleitung 7. Ein Gasabführungsloch 8 kann neben der Stelle der Elektrode gebohrt werden. Wenn das Verfüllmaterial ausgehärtet ist, wird an die Elektrode ein Strom mit einer Stromdichte zwischen 0,1 und 2 A/m² oder mehr angelegt, die gebildeten Gase, wie Chlor und Sauerstoff, werden über die Poren in dem porösen gehärteten Material, durch die eingegossene Gasleitung oder das Gasabführungsloch abgelassen.

Claims (6)

1. Verfahren zum kathodischen Schützen eines Betonkörpers, der eine Metallverstärkung enthält, durch Anlegen eines Stroms zwischen einer Elektrode und der Verstärkung, so daß die passivierte Schicht an der Verstärkung aufrechterhalten wird, wobei das Verfahren das Bohren eines Lochs in den Beton von einer seiner Oberflächen aus beinhaltet sowie das Loch eine Querschnittsform und eine Größe aufweist, die jenen der Elektrode ähnlich sind, und das Bohren bis zu einer Tiefe durchgeführt wird, um die Elektrode neben der Verstärkung, jedoch nicht in physikalischem Kontakt mit ihr, anzuordnen, und dann das Loch mit einem gasdurchlässigen härtbaren Material gefüllt wird, und wobei das Verfahren die Stufe des Anlegens einer Stromdichte in einem Ausmaß beinhaltet, das zusätzlich zum kathodischen Schützen der Verstärkung die Erzeugung von Gasen bewirkt, und das Verfahren erlaubt, daß die in der Nähe der Anode freigesetzten Gase die umgebende Atmosphäre über das gasdurchlässige gehärtete Material erreichen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Stromdichte bis zu etwa 1 A/m² beträgt.
3. Betonstruktur mit einer Metallverstärkung darin, wobei sich von einer Oberfläche des Betonkörpers aus ein Loch erstreckt und eine Elektrode enthält, die von einem gasdurchlässigen Material umgeben ist, und die Elektrode aus einem nichtporösen Material hergestellt sowie dazu ausgebildet ist, Strom mit einer hohen Stromdichte zu führen.
4. Struktur nach Anspruch 3, mit einer vorgeformten Leitung, die sich von der Nähe der Anode bis zur Oberfläche des Betons erstreckt.
5. Struktur nach Anspruch 4, worin das Loch einen Durchmesser von 2 bis 5 mm aufweist und sich bis zur Tiefe der Elektrode erstreckt.
6. Struktur nach Anspruch 4 oder 5, worin die Elektrode ein Magneliphasen-Titansuboxid, gegebenenfalls mit einer Beschichtung, aufweist.