EP0380602A1 - Anode für kathodischen korrosionsschutz - Google Patents

Anode für kathodischen korrosionsschutz

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Publication number
EP0380602A1
EP0380602A1 EP89906356A EP89906356A EP0380602A1 EP 0380602 A1 EP0380602 A1 EP 0380602A1 EP 89906356 A EP89906356 A EP 89906356A EP 89906356 A EP89906356 A EP 89906356A EP 0380602 A1 EP0380602 A1 EP 0380602A1
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EP
European Patent Office
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anode
concrete
core
ion
anode according
Prior art date
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Pending
Application number
EP89906356A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stephan Kotowski
Reinhard Bedel
Bernd Busse
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De Nora Deutschland GmbH
Original Assignee
Heraeus Elektroden GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP0380602A1 publication Critical patent/EP0380602A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F13/00—Inhibiting corrosion of metals by anodic or cathodic protection
    • C23F13/02—Inhibiting corrosion of metals by anodic or cathodic protection cathodic; Selection of conditions, parameters or procedures for cathodic protection, e.g. of electrical conditions
    • C23F13/06—Constructional parts, or assemblies of cathodic-protection apparatus
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F13/00—Inhibiting corrosion of metals by anodic or cathodic protection
    • C23F13/02—Inhibiting corrosion of metals by anodic or cathodic protection cathodic; Selection of conditions, parameters or procedures for cathodic protection, e.g. of electrical conditions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F13/00—Inhibiting corrosion of metals by anodic or cathodic protection
    • C23F13/02—Inhibiting corrosion of metals by anodic or cathodic protection cathodic; Selection of conditions, parameters or procedures for cathodic protection, e.g. of electrical conditions
    • C23F13/06—Constructional parts, or assemblies of cathodic-protection apparatus
    • C23F13/08—Electrodes specially adapted for inhibiting corrosion by cathodic protection; Manufacture thereof; Conducting electric current thereto
    • C23F13/18—Means for supporting electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F2201/00—Type of materials to be protected by cathodic protection
    • C23F2201/02—Concrete, e.g. reinforced

Definitions

  • the invention relates to an anode for cathodic corrosion protection of a steel reinforcement in concrete, which has a core of valve metal with an activation layer covering it, and to the use thereof and a method for cathodic corrosion protection.
  • WO-A-86/06758 and Wo-A-86/06759 disclose the use of expanded metals made of titanium and other valve metals or their alloys as electrodes in the cathodic corrosion protection of concrete.
  • the expanded metal wound on rolls can be applied to the surfaces to be protected by simple unwinding, a uniform current distribution with sufficient redundancy being achievable by means of a diamond-shaped mesh pattern and a current density for long-term operation of 100 mA / m 2 being achievable by means of electrocatalytic coating.
  • the invention has for its object to provide anodes which can be attached directly to the reinforcement or placed in a reinforcement cage without short-circuits occurring when pouring and stirring the in-situ concrete in the formwork; Furthermore, the anodes are said to be usable in the manufacture of prefabricated concrete parts and in the formwork for the manufacture of concrete structures.
  • the anode consists of a strip-shaped expanded metal grid made of titanium or titanium alloy provided with an activation coating, which is cast in ion-conducting material, the anode being in the form of a rod with a round, oval or angular cross section; cement mortar or concrete is used as the ion-conducting material, the mechanical properties of which correspond to those of the concrete to be protected; the cement mortar has at least the same ionic conductivity as the concrete to be protected; hereinafter the cement mortar is also referred to as concrete.
  • conductors made of titanium or titanium alloy are led out. B. are electrically connected by welding.
  • the expanded metal grid is surrounded by an activation layer, which enables current to be transported into the ion-conducting part of the anode in an electrocatalytic manner.
  • Metals or oxides of the platinum metal group are preferably used for coating the lattice.
  • anode according to the invention can be used as a formwork element of a concrete formwork instead of the commonly used formwork timbers; Furthermore, it is possible to use the anode according to the invention as a basic element for producing a prefabricated concrete part.
  • the economical use of activated titanium expanded metal has proven to be particularly advantageous, with the narrow, elongated shape of the anode making it possible to protect columns, trusses, stairs but also walls or levels made of concrete in a simple manner; due to the composite structure of the anode, no destruction of the anode occurs when the concrete is installed or compacted.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the anode according to the invention
  • FIG. 2 shows the use of the anode in the reinforcement box of a concrete pillar.
  • the anode 1 consists of an electron-conducting core 2 designed as an expanded metal grid in a rectangular shape and an ion-conducting jacket 3 made of cement-rich mortar, the expanded metal grid being completely enclosed by the cuboid-shaped ion-conducting jacket 3.
  • a bolt 5, 6 made of titanium or titanium alloy serving as an electrical connection is connected to the expanded metal grid by spot welding.
  • the expanded metal grid has a flat surface and its narrow sides 4 are arranged parallel to the surface diagonals of the narrow sides 7, 8 of the ion-conducting jacket 3.
  • the bolts 5, 6 are each led out in the middle of the narrow sides 7, 8 and provided with an insulating jacket.
  • the concrete located below the expanded metal lattice is designated with reference number 3 'in the broken area of the casing 3, while the concrete located above the expanded metal lattice is provided with reference number 3 ".
  • the anode according to the invention is produced in a cuboid formwork, the expanded metal grid serving as core 2 being suspended on its two bolts 5, 6 in the formwork such that the narrow sides 4 of the grid run diagonally to the rectangular head ends of the formwork. After adding cement-rich mortar and hardening the mortar, the formwork can be removed.
  • FIG. 2 shows the use of the anode according to the invention in the reinforcement box of a concrete pillar, only a section of the iron reinforcement 9 being shown for a better overview.
  • the anode 1 is bound by tape material 10 in a simple manner to two superimposed, mutually parallel reinforcing bars 11, the ion-conducting jacket 3 touching the reinforcing bars preventing any risk of short-circuiting between the reinforcing bars 11 and the expanded metal grid 2.
  • several such anodes can also be used in a reinforcement box. This is then filled with in-situ concrete, the in-situ concrete entering into a force-locking, ion-conducting connection with the ion-conducting jacket 3 of the anode 1. After the concrete has hardened, the anode and reinforcement are connected to a DC voltage source.
  • a further use of the anode according to the invention is possible in the production of prefabricated concrete parts, the anode being introduced into a mold for the prefabricated concrete part and then surrounded by poured-in concrete.
  • anode according to the invention can be used as a formwork element for the production of reinforced concrete structures;
  • the option of providing two slack reinforcements in one operation with a corrosion protection system has proven to be particularly expedient in that both the front wall and the rear wall of the hitherto customary formwork are replaced by plate-shaped anodes or by precast concrete parts with cast-in anodes according to the invention.

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Description

"Anode für kathodischen Korrosionsschutz"
Die Erfindung betrifft eine Anode für kathodischen Korrosionsschutz einer Stahlbewehrung in Beton, die einen Kern aus Ventilmetall mit einer diesen bedeckenden Aktivierungsschicht aufweist sowie deren Verwendung und ein Verfahren zum kathodischen Korrosionsschutz.
Beim kathodischen Korrosionsschutz von Stahl in Beton wird in der Regel eine netzartige Elektrode flächig auf ein schon bestehendes Bauteil, das saniert werden soll, aufgebracht. Eine Beschreibung hierzu befindet sich beispiels¬ weise in der Zeitschrift "Metall", Heft 2, Febr. 1988, Metall-Verlag GmbH Berlin/Heidelberg, Jahrg. 42, S. 133-140 sowie in der dort angegebenen Literatur.
Aus der WO-A-86/06758 bzw. Wo-A-86/06759 ist der Einsatz von Streckmetallen aus Titan und anderen Ventilmetallen bzw. deren Legierungen als Elektroden im kathodischen Korrosionsschutz von Beton bekannt. Das auf Rollen gewickelte Streckmetall kann durch einfache Abwicklung auf die zu schützenden Flächen aufgebracht werden, wobei durch ein rautenförmiges Maschenmuster eine gleich¬ mäßige Stromverteilung mit ausreichender Redundanz und durch elektrokatalyti- sche Beschichtung eine Stromdichte für Langzeitbetrieb von 100 mA/qm erzielbar sind. Der Schutz eines Bauwerkes, das in Ortbeton mittels Schalung neu ausgeführt werden soll, läßt sich auf diese Weise nur schwer durchführen; entweder muß das als Anode dienende Streckmetall mittels isolierender Abstandhalter an der Bewehrung fixiert werden oder es muß nachträglich an den fertiggegossenen Beton gedübelt und dann mit Spritzbeton zugedeckt werden.
Im ersten Fall kann es leicht zu Kurzschlüssen kommen, sofern der Beton mit Rüttelmaschinen verdichtet wird, außerdem ist die Verlegung nur per Hand unter großem Zeitaufwand möglich, im zweiten Fall sind verhältnismäßig hohe Kosten zu erwarten.
Weiterhin ist es aus der EP-A-0 147 977 bekannt, einen kathodischen Korrosionsschutz mittels eines als Anode wirkenden flexiblen Netzes aus elektrischen Leitungen mit graphitierter Kunststoffummantelung aufzubauen, wobei das Netz durch Beschichtung mit ionenleitendem Material an der Ober¬ fläche des Betons befestigt wird; das ionenleitende Material hat dabei wenigstens die gleiche Ionenleitfähigkeit wie der Beton. Dabei ist es auch möglich, vorgefertigte Platten mit eingebetteten Anodenleitungen und heraus¬ geführten Anschlußleitungen einzusetzen.
Vertikale, säulenartige Strukturen werden durch Umwicklung mit netzartigem Anodenmaterial geschützt.
Da die Aufbringung auf die Oberfläche des zu schützenden Betons in mehreren Schichten erfolgt, handelt es sich hierbei um eine verhältnismäßig aufwendige Methode; bei vertikalen Strukturen ist nur die Umwicklung mit Anodenmaterial bzw. die Aufbringung vorgefertigter Platten mit eingebettetem Anodenmaterial auf die Oberfläche des Betons möglich. Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, Anoden zu schaffen, die direkt an der Bewehrung befestigt bzw. in einen Bewehrungskorb gestellt werden können, ohne daß es beim Eingießen und Rühren des Ortbetons in der Schalung zu Kurzschlüs¬ sen kommen könnte; weiterhin sollen die Anoden bei der Herstellung von Fertig¬ betonteilen sowie bei der Verschalung zur Herstellung von Betonbauten einsetz¬ bar sein.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung besteht die Anode aus einem mit Aktivierungsbeschichtung versehenen streifenförmigen Streckmetallgitter aus Titan oder Titanlegierung, welches in ionenleitendes Material eingegossen ist, wobei die Anode die Form eines Stabes mit rundem, ovalem oder eckigem Querschnitt aufweist; als ionenleitendes Material wird Zementmörtel bzw. Beton eingesetzt, dessen mechanische Eigenschaften dem des zu schützenden Betons entsprechen; der Zementmörtel hat mindestens die gleiche Ionenleitfähigkeit wie der zu schützende Beton; nachfolgend wird der Zement¬ mörtel auch als Beton bezeichnet. An einem oder beiden Enden des Stabes sind Leiter aus Titan oder Titanlegierung herausgeführt, die mit dem Streckmetall¬ gitter z. B. durch Verschweißen elektrisch verbunden sind. Das Streckmetall¬ gitter ist mit einer Aktivierungsschicht umgeben, die einen Stromtransport in den ionenleitenden Teil der Anode auf elektrokatalytischem Wege ermöglicht. Vorzugsweise werden zur Beschichtung des Gitters Metalle oder Oxide der Platinmetallgruppe eingesetzt, wie sie in der Praxis üblich sind.
Weiterhin kann die erfindungsgemäße Anode als Verschalungselement einer Beton¬ verschalung anstelle der üblicherweise verwendeten Verschalungshölzer ver¬ wendet werden; darüber hnaus ist es möglich, die erfindungsgemäße Anode als Grundelement zur Herstellung eines Fertigbetonsteils einzusetzen.
VJeitere Merkmale der Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführ . Als besonders vorteilhaft erweist sich nach der Erfindung die sparsame Verwendung von aktiviertem Titanstreckmetall, wobei aufgrund der schmalen, langgestreckten Form der Anode Säulen, Traversen, Treppen aber auch Wände bzw. Ebenen aus Beton auf einfache Weise geschützt werden können; aufgrund der Verbundkörperstruktur der Anode treten beim Einbau oder beim Verdichten des Betons keine Zerstörungen der Anode auf.
im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert. Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anode, während in Figur 2 der Einsatz der Anode im Bewehrungskasten eines Betonpfei¬ lers dargestellt ist.
Gemäß Figur 1 besteht die Anode 1 aus einem als Streckmetallgitter ausgeführ¬ ten elektronen-leitendem Kern 2 in Rechteckform und einem aus zementreichem Mörtel hergestellten ionenleitenden Mantel 3, wobei das Streckmetallgitter vollständig von dem quaderformigen ionenleitenden Mantel 3 umschlossen ist. Im Bereich der beiden Schmalseiten 4 des als Kern 2 aus Titan bzw. Titanlegierung bestehenden Streckmetallgitters ist jeweils ein als elektrischer Anschluß dienender Bolzen 5, 6 aus Titan oder Titanlegierung mit dem Streckmetallgitter durch Punktschweißen verbunden. Das Streckmetallgitter weist eine ebene Fläche auf und ist mit seinen Schmalseiten 4 parallel zu den Flächendiagonalen der Schmalseiten 7, 8 des ionenleitenden Mantels 3 angeordnet. Die Bolzen 5, 6 sind jeweils in der Mitte der Schmalseiten 7, 8 herausgeführt und mit einer isolierenden Ummantelung versehen. Gemäß Figur 1 ist zwecks besserer Übersicht im aufgebrochenen Bereich des Mantels 3 der unterhalb des Streckmetallgitters befindliche Beton mit Bezugszeichen 3' bezeichnet, während der oberhalb des Streckmetallgitters befindliche Beton mit Bezugszeichen 3" versehen ist.
Es ist jedoch auch möglich, anstelle des rechteckigen Profils der Anode Verbundkörper mit rundem oder ovalem Querschnitt einzusetzen.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Anode erfolgt in einer quaderformigen Verschalung, wobei das als Kern 2 dienende Streckmetallgitter an seinen beiden Bolzen 5, 6 in der Verschalung so aufgehängt wird, daß die Schmalseiten 4 des Gitters diagonal zu den rechteckigen Kopfenden der Verschalung verlaufen. Nach Zugabe von zementreichem Mörtel und Aushärtung des Mörtels kann die Verscha¬ lung entfernt werden. Figur 2 zeigt den Einsatz der erfindungsgemäßen Anode im Bewehrungskasten eines Betonpfeilers, wobei zwecks besserer Übersicht nur ein Ausschnitt der Eisenbewehrung 9 dargestellt ist. Die Anode 1 ist dabei durch Bandmaterial 10 auf einfache Weise an zwei übereinander liegenden, zueinander parallelen Bewehrungseisen 11 festgebunden, wobei der die Bewehrungseisen berührende ionenleitende Mantel 3 jegliche Kurzschlußgefahr zwischen den Bewehrungs¬ eisen 11 und dem Streckmetallgitter 2 verhindert. Je nach Bedarf können auch mehrere solcher Anoden in einen Bewehrungskasten eingesetzt werden. Anschließend erfolgt die Ausfüllung mit Ortbeton, wobei der Ortbeton mit dem ionenleitenden Mantel 3 der Anode 1 eine kraftschlüssige, ionenleitende Verbindung eingeht. Nach Aushärtung des Betons werden Anode und Bewehrung an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen.
Anhand des in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiels ist erkennbar, daß die Aufbringung eines Anodenschutzgitters äußerst schwierig durchzuführen ist; ebenso ist bei einem engen Pfeiler die Installation von Anodendrähten oder flexiblen Kabeln nur unter großen Schwierigkeiten möglich.
Eine weitere Verwendung der erfindunsgemäßen Anode ist bei der Herstellung von Fertigbetonteilen möglich, wobei die Anode in eine Form für das Fertigbeton¬ teil eingebracht und anschließend von eingegossenem Beton umgeben wird.
Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Anode als Verschalungselement zur Herstellung von Stahlbetonbauten eingesetzt werden; als besonders zweckmäßig erweist sich dabei die Möglichkeit, zwei schlaffe Bewehrungen in einem Arbeitsgang mit einem Korrosionsschutzsystem zu versehen, indem sowohl die Vorderwand als auch die Rückwand der bisher üblichen Verschalung durch plattenförmige Anoden bzw. durch Fertigbetonteile mit eingegossenen erfin¬ dungsgemäßen Anoden ersetzt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Anode für kathodischen Korrosionsschutz einer Stahlbewehrung in Beton, die einen Kern aus Ventilmetall mit einer diesen bedeckenden Aktivierungs¬ schicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein vorgefertigtes Bau¬ teil ist, dessen Kern (2) in einem zementhaltigen, ionenleitenden, kurz¬ schlußsicheren Mantel (3) eingebettet ist.
2. Anode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Kern (2) wenigstens ein Stromanschlußbolzen (5, 6) verbunden ist, der aus dem Mantel (3) herausgeführt ist.
3. Anode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (2) aus Streckmetall besteht.
4. Anode nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (2) im wesentlichen aus Titan besteht.
Anode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß sie stabförmig ausgebildet und in eine käfigartige Stahl¬ bewehrung einsetzbar ist. π
6. Verfahren zum kathodischen Korrosionsschutz von Stahlbewehrung in Stahl¬ betonbauten mit einer Anode, die einen mit einer Aktivierungsschicht ver¬ sehenen Kern aus Ventilmetall aufweist und mittels Beton an dem zu schützenden Bau befestigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der mit einer Aktivierungsschicht versehene Kern (2) mit einem zementhaltigen, ionen¬ leitendem Mantel (3) versehen und ausgehärtet wird, und die so vorge¬ fertigte Anode in ionenleitender Verbindung an dem Stahlbetonbau unver¬ rückbar befestigt und anschließend die Bewehrung des Betonbaus und der Kern (2) der Anode mit den Polen einer Gleichstromquelle verbunden werden.
7. Verwendung einer Anode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 als Verschalungselement zur Herstellung von Betonbauten.
8. Verwendung einer Anode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 als Grundelement zur Herstellung eines Fertigbetonteils.
EP89906356A 1988-08-09 1989-05-30 Anode für kathodischen korrosionsschutz Pending EP0380602A1 (de)

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EP (2) EP0380602A1 (de)
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