EP3347507B1 - Verfahren zur verlegung eines anodensystems für einen kathodischen korrosionsschutz - Google Patents

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EP3347507B1
EP3347507B1 EP16769903.2A EP16769903A EP3347507B1 EP 3347507 B1 EP3347507 B1 EP 3347507B1 EP 16769903 A EP16769903 A EP 16769903A EP 3347507 B1 EP3347507 B1 EP 3347507B1
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EP
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anode
laying
primary
carbon fibre
carbon fiber
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Majid Mahjoori
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KOCH, DETLEF
Original Assignee
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    • C23F2201/00—Type of materials to be protected by cathodic protection
    • C23F2201/02—Concrete, e.g. reinforced

Definitions

  • 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.
  • Reinforced concrete structures are an integral part of the infrastructure in almost every country in the world.
  • 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).
  • de-icing 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.
  • the contaminated overlay concrete is usually removed, the reinforcing steel cleaned and provided with a new corrosion protection (eg on a polymer or cement basis).
  • a new corrosion protection eg on a polymer or cement basis.
  • 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
  • PPS cathodic corrosion protection
  • cathodic corrosion protection is becoming increasingly important as an economic repair method for components that are at risk of corrosion or damage.
  • the principle of electrochemical protection is to electrically influence the corrosion process of unalloyed or low alloy steels (e.g., reinforcing steel) in an expanded electrolyte (soils, seawater, when used in reinforced concrete: concrete) by introducing direct current.
  • This direct 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.
  • a permanent and corrosion-resistant anode 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.
  • the condition of the building, the structure or the pipeline or the corrosion of the steel can be monitored remotely.
  • the anode system as large as possible in the vicinity of serving as a cathode steel element, for example, the reinforcing steel, is designed.
  • a cathode steel element for example, the reinforcing steel
  • this is hardly feasible with the anode systems used hitherto, 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.
  • the application of a reticulated titanium anode for the protection of a reinforced concrete structure on the concrete is due to the inflexibility of the material particularly laborious and time consuming.
  • PPS systems are for example from the publications WO 92/11399 A1 . WO 99/19540 A1 . EP 1 318 247 A1 and US 2014/251793 A1 known.
  • 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.
  • 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 it is not necessary to dispense with a planar laying of the anode system, a second material is used in addition to the titanium tapes, which can be laid particularly easily and flexibly. It was recognized that a linear bundle of several carbon fiber filaments, a so-called carbon fiber multifilament, both has sufficient flexibility for the areal laying, as well as a sufficiently high electrical conductivity has, in order to come as an anode system for the cathodic protection in question. In addition, such a carbon fiber multifilament by the meter is inexpensive and easy available, whereby a significant cost savings in the construction of an anode system is possible.
  • the carbon fiber multifilament is meandered or in individual strips, which are connected to each other in parallel and via the primary anode bands, designed so as to achieve a particularly uniform distribution and allow the meandering arches or the strip ends a particularly simple contact with the primary anode belt.
  • 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.
  • 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.
  • the carbon fiber multifilament for fixing to the concrete can also be glued to this.
  • 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.
  • the adhesive used in this case comprises in a particularly preferred embodiment ionic additives and water to conduct itself electrolytically.
  • the carbon fiber multifilament is wound in the contact regions around the primary anode belt 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 fiber multifilament.
  • 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 fiber multifilament and the primary anode tape is further improved. The shrinkage of the epoxy resin is thus used specifically to enhance the contact between the carbon fiber multifilament and the primary anode tape.
  • a primary metallic anode it is preferably isolated so as not to act as a current supplying anode itself. The insulation thus prevents current from being conducted directly into the electrolytes and too little current entering the actual anode. In Preferred embodiment, therefore, the epoxy resin used is non-conductive or insulating.
  • the advantages achieved by the invention are, in particular, that a particularly simple and inexpensive surface application of an anode system is made possible by the use of a carbon fiber multifilament. A recourse to a laying less flexible fabric or a mat as an anode system can thus be avoided.
  • the current continues to be conducted via linearly laid primary sands, for example made of titanium strip, and then passed on via the contact areas to the carbon fiber multifilament and thus distributed over a wide area.
  • a reinforced concrete structure 1 is shown, wherein the steel reinforcement or the reinforcing steel 2 is protected by means of an applied voltage 4 from corrosion.
  • Such cathodic corrosion protection becomes necessary because, due to various processes such as carbonation and, in particular, the action of chlorides, the passivation of reinforcing steel 2 can be locally canceled.
  • anodic areas that result in metal dissolution and cathodic areas in which O2 is formed result in overall formation of localized corrosive foci.
  • an electrical voltage is applied between the corroding reinforcement and an anode connected to the component.
  • 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.
  • 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 protective effects come into play very quickly, the secondary protective effects, such as the increase in OH concentration at the surface of the reinforcement, become secondary or the depletion of oxygen in the vicinity of the reinforcement as a result of the cathodic reaction and the migration of the negatively charged Cl - ions toward the anode, effective only later, but then lead to a reduction of the protective current density.
  • An anode system 8 was applied to the existing concrete 6 with reinforcing steel 2.
  • the anode system 8 in this case comprises a bundle of carbon fiber filaments, a so-called carbon fiber multifilament, 10, which is arranged meander-shaped on the concrete 6.
  • a so-called carbon fiber multifilament 10
  • two primary anode ribbons 12 in the form of titanium ribbons are arranged.
  • the meandering bends of the 14 Karbonmaschinemultifilaments 10 wrap around the titanium strips 12 to allow an electrical connection.
  • the titanium strips 12 are connected via a primary anode wire, not shown, to the positive pole of the voltage source 4.
  • This voltage can be controlled via a remote monitoring system, not shown, so that the state of the building or the reinforced concrete structure can be detected and continuously monitored.
  • the anode system 8 arranged on the concrete is covered in the exemplary embodiment by a conductive mortar 16 so as to be protected against external influences and access.
  • the primary anode belt 12 is shown in cross-section to a contact region 18 in various embodiments.
  • the primary anode tape 12 wrapped by the carbon fiber multifilament 10 lies in a previously milled or cut slot 20 of the concrete 6.
  • This slot 20 has been filled with a grout 16 in a further working step so as to protect the primary anode tape and also the carbon fiber multifilament 10.
  • the primary anode tape 12 wrapped by the carbon fiber multifilament 10 is placed in a slot 20 in the concrete.
  • the primary anode belt 12 and the carbon fiber multifilament 10 are enclosed by an epoxy resin 22 in this embodiment.
  • an epoxy resin 22 in this embodiment.
  • This additionally protects the primary anode tape 12 and the carbon fiber multifilament 10 and, due to the shrinkage of the epoxy resin 22 after application, provides for particularly close contact.
  • a grout 16 is also used here.
  • the primary sorbent tape 12 wrapped by the carbon fiber multifilament 10 in FIG Figure 2c lies directly on the concrete 6.
  • the anode system in this case is covered with a layer of conductive mortar 16 so that it is fixed on the concrete.
  • the primary anode tape 12 wrapped by the carbon fiber multifilament 10 in FIG Figure 2d before being covered by the conductive mortar is fixed to the concrete with a conductive adhesive 24.
  • the attachment options for the primary anode belt shown here can also be transferred to the carbon fiber multifilament. 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.
  • the filaments 10 are arranged on an insulating fiberglass composite reinforcement 28.
  • the filaments 10 are fastened with binders 30 to this glass fiber composite reinforcement 28 and then also the composite of filament and glass fiber composite reinforcement 28 with other binders 32 on the steel reinforcement 2.
  • FIG. 4 are schematic illustrations of the individual process steps in the application of an anode system 8 with a carbon fiber multifilament 10 is shown.
  • the carbon fiber multifilament 10 is applied meandering on the concrete 6.
  • slits are cut or milled into the concrete into which the carbon fiber multifilament 10 can be inserted.
  • the meandering bends 14 are intentionally extended so that a loose loop of carbon fiber multifilament 10 is formed.
  • the slots can then be filled with grout to already have a fixation of the carbon fiber multifilament on the concrete 6 for the further steps.
  • the titanium strips 12 are laid as a primary anode in the area of the meandering arches 14. Due to the laid down carbon fiber multifilament 10, it is now possible to design the titanium strips 12 linear. Thus, a complex and complicated deformation of the titanium strips 12 can be dispensed with. Again, it is possible that previously appropriate slots are introduced into the concrete 6, in which the titanium strips 12 can be sunk.

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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.
  • 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.
  • 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 Instandsetzung
    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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 Anodensystemen 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.
  • KKS-Systeme sind beispielsweise aus den Druckschriften WO 92/11399 A1 , WO 99/19540 A1 , EP 1 318 247 A1 und US 2014/251793 A1 bekannt.
  • 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.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
    • flächige Verlegung eines Karbonfasermultifilament;
    • Verlegung von mindestens zwei beabstandet zueinander angeordnete Primäranodenbänder (12), derart, dass das Karbonfasermultifilament (10) zwischen den Primäranodenbändern (12) angeordnet ist und die Primäranodenbänder(12) in einer Anzahl von Kontaktbereichen (18) mit dem Karbonfasermultifilament (10) elektrisch leitend verbunden sind;
    • Anschluss der Primäranodenbänder an einen Primäranodendraht.
  • 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 lineares 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 Karbonfasermultifilament als Meterware kostengünstig und einfach erhältlich, wodurch eine erhebliche Kostenersparnis im Aufbau eines Anodensystems möglich ist.
  • Das Karbonfasermultifilament wird mäanderförmig oder in einzelnen Streifen, die parallel zueinander und über die Primäranodenbänder miteinander verbunden sind, ausgelegt, um so eine besonders gleichmäßige Verteilung zu erreichen und über die Mäanderbögen oder die Streifenenden eine besonders einfache Kontaktierung zu dem Primäranodenband zu ermöglichen.
  • Zur Beaufschlagung des flächig ausgelegten Bündels 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.
  • 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.
  • Sowohl für den Sanierungsfall von Stahlbetonbauwerken, wenn Teile der Betonschicht neu aufgetragen werden und auch im Neubau wird für eine besonders einfache Verlegung des Karbonfasermultifilaments dieses in bevorzugter Ausführung auf oder in den frischen Beton verlegt. Um dabei aber einen Kurzschluss zwischen dem Karbonfasermultifilament als Anode und dem Bewehrungsstahl als Kathode zu vermeiden, weil beispielsweise das Karbonfasermultifilament auf dem Bewehrungsstahl aufliegt, wird mit Hilfe einer isolierenden Zwischenschicht, zum Beispiel einer Glasfaserverbundbewehrung, eine ausreichende Beabstandung der Karbonfasermultifilamente von dem Bewehrungsstahl erreicht.
  • 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 Karbonfasermultifilament gelegt werden kann. Eine weitere Erhöhung oder Vergrößerung der Betonschicht, um das Anodensystem abzudecken wird somit vermieden.
  • In Alternativer oder zusätzlicher bevorzugter Ausgestaltung kann das Karbonfasermultifilament 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. Der hierbei verwendete Kleber umfasst dabei in besonders bevorzugter Ausführung ionische Zusätze und Wasser um selbst elektrolytisch zu leiten.
  • Für einen besonders guten Kontakt zwischen dem Karbonfasermultifilament und dem Primäranodenband wird in besonders vorteilhafter Ausgestaltung das Karbonfasermultifilament in den Kontaktbereichen um das Primäranodenband gewickelt. So entsteht in diesen Bereichen eine Vielzahl von Kontaktierungen, über die der Strom vom Primäranodenband auf das Karbonfasermultifilament übertragen werden kann.
  • Um die Kontaktbereiche bestmöglich zu schützen und gleichzeitig auch das Karbonfasermultifilament 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 Karbonfasermultifilament und dem Primäranodenband noch einmal verbessert. Die Schrumpfung des Epoxidharzes wird somit gezielt dazu verwendet, den Kontakt zwischen dem Karbonfasermultifilament und dem Primäranodenband zu verstärken. Im Falle einer metallischen Primäranode, wird diese bevorzugt isoliert, um nicht selbst als stromliefernde Anode zu wirken. Durch die Isolierung wird somit vermieden, dass Strom direkt in die Elektrolyte geleitet wird und zu wenig Strom in die eigentliche Anode gelangt. In bevorzugter Ausführung ist daher das verwendete Epoxidharz nicht leitend bzw. isolierend.
  • Insgesamt war bislang die Anbindung einer Karbonanode an eine Primäranode und die nachstehende Kupferverkabelung sehr schwierig und stellte ein großes Problem dar. Im Gegensatz zu anderen Anodenmaterialien kann Karbon nicht an die Primäranode oder an die Kupferverkabelung geschweißt oder gelötet werden. Durch die Verwendung von linearen und flexiblen Bündeln von Karbonfasern ist nun allerdings eine Umwicklung des Primäranodenbandes überhaupt erst möglich, um so die Kontaktflächen zu erhöhen. Zusätzlich besteht die Möglichkeit einer mechanischen Anbindung oder einer Verklebung mit einem leitfähigen Kleber.
  • 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.
  • Neben dem Einsatz eines derartigen kathodischen Korrosionsschutzes in Stahlbetonbauwerken, ist es auch möglich, die Korrosion von Stahlbauwerken, beispielsweise Rohrleitungen, Hafenanlagen zu schützen.
  • Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die Verwendung eines Karbonfasermultifilaments eine besonders einfache und kostengünstige flächige Auftragung eines Anodensystems ermöglicht wird. Ein Rückgriff auf ein bei der Verlegung weniger flexibles Gewebes oder einer Matte als Anodensystem kann somit vermieden werden. Der Strom wir dabei weiterhin über linear verlegte Primäranoden, beispielsweise aus Titanband, geleitet und dann über die Kontaktbereiche auf das Karbonfasermultifilament weitergeleitet und somit flächig verteilt.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
    • Fig. 1
    einen Stahlbetonausschnitt mit einem kathodischen Korrosionsschutz,
    Fig. 2
    ein Querschnitt durch das Primäranodenband in einem Kontaktbereich in verschiedenen Ausführungsvarianten,
    Fig. 3
    Verlegung von Karbonfasermultifilamenten mit Glasfaserverbundbewehrung,
    Fig. 4
    einen schematischen Ablauf des Verfahrens zur Verlegung eines Anodensystems.
  • Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist ein Stahlbetonbauwerk 1 dargestellt, wobei die Stahlbewehrung bzw. der Bewehrungsstahl 2 mittels einer angelegten Spannung 4 vor Korrosion geschützt wird. Ein derartiger kathodischer Korrosionsschutz wird nötig, da aufgrund von verschiedenen Prozessen, wie beispielsweise der Carbonatisierung und insbesondere durch die Wirkung von Chloriden, die Passivierung des Bewehrungsstahls 2 lokal aufgehoben werden kann. Als Folge entstehen anodische Bereiche, die eine Metallauflösung zur Folge haben, und kathodische Bereiche, in denen O2 gebildet wird, was insgesamt zur Ausbildung lokaler Korrosionsherde führt. Beim kathodischen Korrosionsschutz wird zwischen der korrodierenden Bewehrung und einer, mit dem Bauteil verbundenen Anode eine elektrische Spannung angelegt.
  • 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.
  • 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.
  • Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wurde auf dem vorhandenen Beton 6 mit Bewehrungsstahl 2 ein Anodensystem 8 aufgetragen. Das Anodensystem 8 umfasst dabei ein Bündel aus Karbonfaserfilamenten, ein sogenanntes Karbonfasermultifilament, 10, das mäanderförmig auf dem Beton 6 angeordnet ist. Im Randbereich dieses Karbonfasermultifilaments 10, also im Bereich der Mäanderbögen sind zwei Primäranodenbändern 12 in Form von Titanbändern angeordnet. Die Mäanderbögen des 14 Karbonfasermultifilaments 10 umwickeln dabei die Titanbänder 12, um einen elektrische Verbindung zu ermöglichen. Die Titanbänder 12 sind über einen nicht dargestellten Primäranodendraht mit dem Pluspol der Spannungsquelle 4 verbunden. Diese Spannung kann dabei über ein nicht dargestelltes Fernüberwachungssystem kontrolliert werden, sodass der Zustand des Bauwerkes bzw. der Stahlbetonkonstruktion erfasst und fortlaufend überwacht werden kann. Das auf dem Beton angeordnete Anodensystem 8 ist im Ausführungsbeispiel von einem leitfähigen Mörtel 16 abgedeckt, um so vor äußeren Einflüssen und Zugriff geschützt zu sein.
  • In den Ausführungsbeispielen der Fig. 2 ist das Primäranodenband 12 einem Kontaktbereich 18 in verschiedenen Ausführungen im Querschnitt dargestellt.
  • In der Abbildung 2a liegt das vom Karbonfasermultifilament 10 umwickelte Primäranodenband 12 in einem vorher gefrästen oder geschnittenen Schlitz 20 des Betons 6. Dieser Schlitz 20 ist in einem weiteren Arbeitsschritt mit einem Vergussmörtel 16 gefüllt worden, um so das Primäranodenband und auch das Karbonfasermultifilament 10 zu schützen.
  • Auch in Abbildung 2b ist das vom Karbonfasermultifilament 10 umwickelte Primäranodenband 12 in einem Schlitz 20 im Beton angeordnet. Im Unterschied zur Abbildung 2a ist das Primäranodenband 12 und das Karbonfasermultifilament 10 allerdings von in diesem Ausführungsbeispiel von einem Epoxidharz 22 umschlossen. Wobei prinzipiell auch die Verwendung von anderen Harzen oder sogar Mörtel möglich ist. Dies schützt das Primäranodenband 12 und das Karbonfasermultifilament 10 zusätzlich und sorgt aufgrund der Schrumpfung des Epoxidharzes 22 nach dem Auftragen für einen besonders engen Kontakt. Zur Füllung des Schlitzes und somit zur Fixierung des Primäranodenbandes 12 wird auch hier ein Vergussmörtel 16 verwendet.
  • Der vom Karbonfasermultifilament 10 umwickelte Primäranodenband 12 in der Abbildung 2c liegt dagegen direkt auf dem Beton 6 auf. Das Anodensystem wird in diesem Fall mit einer Schicht eines leitfähigen Mörtels 16 bedeckt, damit es auf dem Beton fixiert ist. Im Unterschied zur Abbildung 2c wird das vom Karbonfasermultifilament 10 umwickelte Primäranodenband 12 in der Abbildung 2d bevor es vom leitfähigen Mörtel bedeckt wird mit einem leitfähigen Kleber 24 an dem Beton fixiert.
  • Die hier dargestellten Befestigungsmöglichkeiten für das Primäranodenband können auch auf das Karbonfasermultifilament übertragen werden. Auch dieses kann in Schlitzen im Beton, mit Epoxidharz umgossen, auf den Beton aufgeklebt oder mit einer Schicht leitfähigen Mörtels bedeckt werden.
  • Bei der Verlegung der Filamente 10 in frischen Beton muss darauf geachtet werden, dass die Filamente 10 die Stahlbewehrung 2 nicht berühren oder zu nahe an diesen liegen, damit ein Kurzschluss zwischen den Filamenten 10 als Anode und der Stahlbewehrung 2 als Kathode vermieden werden kann. Im Ausführungsbeispiel nach der Fig. 3 sind daher die die Filamente 10 an einer isolierenden Glasfaserverbundbewehrung 28 angeordnet. Dabei werden zunächst die Filamente 10 mit Bindern 30 an dieser Glasfaserverbundbewehrung 28 befestigt und anschließend auch der Verbund von Filament und Glasfaserverbundbewehrung 28 mit weiteren Bindern 32 an der Stahlbewehrung 2. So kann auch in frischem Beton, beispielsweise bei Neubetonbauwerken, eine ausreichende Beabstandung der Filamente 10 zum Bewehrungsstahl 2 sichergestellt werden.
  • In Fig. 4 sind in schematischen Abbildungen die einzelnen Verfahrensschritte bei der Auftragung eines Anodensystems 8 mit einem Karbonfasermultifilament 10 dargestellt.
  • Wie in der Abbildung 4a ersichtlich, wird auf den Beton 6 das Karbonfasermultifilament 10 mäanderförmig aufgetragen. Dazu ist es möglich, dass in einem vorgelagerten Arbeitsschritt Schlitze in den Beton geschnitten oder gefräst werden, in die das Karbonfasermultifilament 10 eingelegt werden kann. Beim Verlegen des Karbonfasermultifilaments 10 werden die Mäanderbögen 14 bewusst weit ausgelegt, sodass eine lockere Schlaufe aus Karbonfasermultifilament 10 entsteht. Die Schlitze können anschließend mit Vergussmörtel gefüllt werden, um für die weiteren Arbeitsschritte bereits eine Fixierung des Karbonfasermultifilaments auf dem Beton 6 zu haben.
  • In einem nächsten Arbeitsschritt (Abbildung 4b) werden die Titanbänder 12 als Primäranode im Bereich der Mäanderbögen 14 verlegt. Aufgrund des flächig verlegten Karbonfasermultifilaments 10, ist es nun möglich die Titanbänder 12 linear auszulegen. So kann auf eine aufwendige und komplizierte Verformung der Titanbänder 12 verzichtet werden. Auch hier ist es möglich, dass vorher entsprechende Schlitze in den Beton 6 eingebracht werden, in die die Titanbänder 12 versenkt werden können.
  • Anschließend (Abbildung 4c) oder auch schon während des Verlegens der Titanbänder 12 werden die Schlaufen des Karbonfasermultifilaments im Bereich der Mäanderbögen 14 um die Titanbänder 12 gewickelt. Dadurch entstehen Kontaktbereiche 18 im Bereich der Mäanderbögen 14, über die eine elektrische Verbindung zwischen dem Titanband 12 und dem Karbonfasermultifilament 10 entsteht. Diese Kontaktbereiche können nun beispielsweise mit Epoxidharz umschlossen werden, sodass einerseits die Kontaktbereiche 18 geschützt werden und durch das Schrumpfen des Epoxidharzes eine höhere und sichere Bindung zwischen dem Karbonfasermultifilament 10 und dem Titanband 12 entsteht. Auch die eventuell vorhandenen Schlitze der Titanbänder 12 können anschließend mit Vergussmörtel gefüllt werden, wodurch das Anodensystem 8 auf dem Beton 6 fixiert wird.
  • Abschließend (Abbildung 4d) werden die Titanbänder über ein Primäranodendraht 26 mit dem Pluspol einer nicht dargestellten Spannungsquelle verbunden.
    Auf diese Weise wird ein besonders einfaches, schnell zu verlegendes und kostengünstiges flächiges Anodensystem für den kathodischen Korrosionsschutz bei Stahlbetonbauwerken erreicht.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Stahlbeton
    2
    Bewehrungsstahl
    4
    Spannungsquelle
    6
    Beton
    8
    Anodensystem
    10
    Bündel als Karbonfaserfilamenten
    12
    Primäranodenband
    14
    Mäanderbogen
    16
    Mörtel
    18
    Kontaktbereiche
    20
    Schlitz
    22
    Epoxidharz
    24
    Kleber
    26
    Primäranodendraht
    28
    Glasfaserverbundbewehrung
    30
    Binder
    32
    Binder

Claims (8)

  1. Verfahren zur Verlegung eines Anodensystems (8) für einen kathodischen Korrosionsschutz, umfassend die folgenden Schritte:
    - flächige Verlegung eines Karbonfasermultifilament (10);
    - Verlegung von mindestens zwei beabstandet zueinander angeordnete Primäranodenbänder (12), derart, dass das Karbonfasermultifilament (10) zwischen den Primäranodenbändern (12) angeordnet ist und die Primäranodenbänder(12) in einer Anzahl von Kontaktbereichen (18) mit dem Karbonfasermultifilament (10) elektrisch leitend verbunden sind;
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - das Karbonfasermultifilament (10) mäanderförmig oder in einzelnen Streifen, die parallel zueinander und über die Primäranodenbänder miteinander verbunden sind, ausgelegt wird.
  2. Verfahren zur Verlegung eines Anodensystems (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass anschließend die Primäranodenbänder (12) an einen Primäranodendraht angeschlossen werden.
  3. Verfahren zur Verlegung eines Anodensystems (8) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle des Schutzes von Stahlbetonbauwerken das Karbonfasermultifilament (10) in vorbereiteten Schlitzen im Beton verlegt wird.
  4. Verfahren zur Verlegung eines Anodensystems (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Karbonfasermultifilament (10) mittels eines Klebers (24) befestigt wird.
  5. Verfahren zur Verlegung eines Anodensystems (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle des Schutzes von Stahlbetonbauwerken das Karbonfasermultifilament (10) im frischen Beton bzw. Mörtel verlegt wird.
  6. Verfahren zur Verlegung eines Anodensystems (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Karbonfasermultifilament (10) in den Kontaktbereichen (18) zumindest teilweise um das Primäranodenband (12) gewickelt wird.
  7. Verfahren zur Verlegung eines Anodensystems (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbindung des Karbonfasermultifilament (10) und des Primäranodenbandes (12) an den Kontaktbereichen (18) Epoxidharz (22) verwendet wird.
  8. Verfahren zur Verlegung eines Anodensystems (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Karbonfasermultifilament (10) und/oder das Primäranodenband (12) mit leitfähigem Mörtel (16) bedeckt werden.
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