EP3640370A1 - Gelege mit primäranode - Google Patents

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EP3640370A1
EP3640370A1 EP18200953.0A EP18200953A EP3640370A1 EP 3640370 A1 EP3640370 A1 EP 3640370A1 EP 18200953 A EP18200953 A EP 18200953A EP 3640370 A1 EP3640370 A1 EP 3640370A1
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EP
European Patent Office
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threads
anode
scrim
thread
carbon
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Pending
Application number
EP18200953.0A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Detlef Koch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koch GmbH
Original Assignee
Koch GmbH
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Publication date
Application filed by Koch GmbH filed Critical Koch GmbH
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Priority to US16/655,622 priority patent/US20200123666A1/en
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    • 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
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    • C23F13/20—Conducting electric current to electrodes
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H3/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length
    • D04H3/002—Inorganic yarns or filaments
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
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    • D04H3/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length
    • D04H3/02—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of yarns or filaments
    • D04H3/04—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of yarns or filaments in rectilinear paths, e.g. crossing at right angles
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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 an 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 are also made of reinforced concrete, e.g. Parking garages, garages, highways, bridges, tunnels etc. A large number of these structures are used for 50 to 100 years (and sometimes even longer).
  • de-icing salts add to the reinforced concrete structures.
  • the de-icing salts are usually chloride-containing. In connection with water, solutions are created that trigger corrosion in the buildings. In many buildings, therefore, substantial, cost-intensive repair work must be carried out on the reinforcement after just 20-25 years.
  • the contaminated covering concrete is usually removed, the reinforcing steel cleaned and provided with new corrosion protection (e.g. on a polymer or cement basis).
  • new corrosion protection e.g. on a polymer or cement basis.
  • the repaired area often only lasts for a few years (due to mechanical, thermal and / or hygric incompatibilities), so that timely further repairs are required, especially when the covering concrete is heavily used. This causes high costs, represents a significant intervention in the structure and, last but not least, leads to restrictions on use during the repair.
  • cathodic corrosion protection (KKS) of buildings.
  • KS cathodic corrosion protection
  • cathodic corrosion protection is becoming increasingly important as an economical repair process for components that are at risk or corroded.
  • the principle of the electrochemical protection process is to influence the corrosion process of unalloyed or low-alloy steels (e.g. reinforcing steel) in an extensive electrolyte (soil, sea water, when used in reinforced concrete: concrete) by introducing a direct current.
  • This direct current causes a shift in the electrochemical potential of the metal to be protected in a negative direction, as a result of which the metal surface is cathodically polarized and harmful corrosion is prevented.
  • a permanent and corrosion-resistant anode To apply 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 (in the case of reinforced concrete to the reinforcement). After switching on the DC voltage, the steel to be protected is cathodically polarized and the steel corrosion is reduced to negligible rates.
  • the condition of the building, the structure or the pipeline or the corrosion of the steel can also be evaluated, monitored and regulated via a remote monitoring system. So that further corrosion or corrosion protection errors can be detected and remedied early.
  • the anode system be designed as large as possible in the vicinity of the steel element serving as the cathode, for example the reinforcing steel.
  • the anode systems used hitherto for example when using rod anodes or titanium ribbon anodes, or is very difficult to install, such as when using a reticulated titanium anode.
  • the application of a reticulated titanium anode to protect a reinforced concrete structure on the concrete is due to the inflexibility of the material and the necessary high Layer thicknesses of the embedding mortar are particularly laborious and time-consuming. This also leads to a high load.
  • Flat anode systems generate a more uniform electrical field, but due to the structure defined, they can hardly be adapted to the locally changing electrical conditions, for example in the form of deviations in the concrete cover or a different steel content, while band anodes are more flexible because they are narrower if necessary can be relocated.
  • the invention is therefore based on the object of specifying an anode system with a particularly simple and durable primary anode connection.
  • This object is achieved according to the invention in that the anode system comprises a biaxial or multiaxial scrim with a number of threads, at least some of the threads comprising carbon multifilaments and at least one thread comprising a primary anode.
  • the invention is based on the consideration that, in order to improve the feeding of the current into the anode system, in particular the contacting of the primary anode to the carbon anode should be facilitated and improved. At the same time, however, a flat and stable anode structure should be used for simple laying. It was recognized that particularly good feed-in can take place if the primary anode is incorporated or integrated into the anode structure. In order to simplify the manufacture of the anode system, there is no need to use a fabric in which the individual threads and thus the primary anodes would then have to be woven.
  • a scrim is used in which the individual threads are in an elongated form and thus there is no additional structural expansion and the orientation of the threads can also be defined specifically for the respective application.
  • the conductivity can differ from thread to thread, since this depends on the number of breaks in the carbon multifilaments.
  • the conductivity of the entire scrim is thus largely determined by the nodes and breaks in the carbon multifilaments.
  • At least one thread of the scrim comprises a primary anode.
  • the primary anode is essentially formed over the entire length of the thread.
  • scrims are understood to mean a flat structure which consists of several layers of stretched threads which run essentially parallel. The individual layers are placed on top of each other and fixed together at the crossing points. If the threads of different layers are oriented in two different directions, one speaks of a biaxial fabric, if several layers with multiple orientations are provided, as can be the case, for example, in a 3D fabric, a multiaxial fabric is referred to. In the context of this application, the term scrim is also to be understood to mean a grid which likewise has a corresponding structure.
  • a single stretched strand is understood as the thread of a scrim.
  • This thread can consist of a number of carbon multifilaments, which together form a thread or strand.
  • the primary anode is formed from platinum or titanium and optionally coated with a mixed metal oxide.
  • the primary anode is sewn into a thread made of carbon multifilaments or sewn onto such a thread.
  • the primary anode is wound around a thread.
  • a primary anode can also rest on the gaps or meshes. Accordingly, the primary anode can also be designed as a round, flat ribbon or grid anode. In principle, it is also possible for the primary anode to replace a thread made of carbon multifilaments.
  • the threads of adjacent layers are sewn together in an advantageous embodiment at the crossing points.
  • this mechanical connection enables both the production of a rigid scrim and the mobility of the scrim threads at the crossing points, which, depending on the application, enables both a rigid scrim and a flexible scrim that can be divided into any number of stages.
  • At least some of the threads comprise carbon multifilaments.
  • they are glued together and / or sewn with a circumferential fixing thread.
  • the carbon filaments and / or the carbon multifilaments and / or the threads and / or the scrim as a whole are impregnated and / or coated in a preferred embodiment in a preceding work step.
  • Another advantage of an impregnation is that by shrinking the base medium used for the impregnation, better contact is achieved between the primary anode and the threads or the scrim.
  • the scrim of the textile reinforcement can be particularly easily adapted to the ambient conditions at the place of use if the impregnation and there the base medium used for the impregnation is modified by adding additives to increase the electrical, mechanical and thermal properties.
  • additives for example, it is possible to increase the electrical properties, in particular the conductivity, by adding carbon nanotubes, metal particles, salts (or ionic compounds) or graphite, while the thermal properties can be influenced by adding metals, carbon and graphite particles .
  • hard materials for example in the form of silicon carbide, quartz and ceramics.
  • additives it is possible to modify the process parameters and possible processability of the scrim, in particular a carbon scrim. It is conceivable to use plasticizers, retarders or swelling agents to influence the properties of the fresh and solid mortar.
  • the addition of additives can ensure that the strength of the mortar in the area of the scrim is particularly high, while it is comparatively low on the surface. This strength gradient, which drops away from the scrim, enables the scrim to be used particularly flexibly.
  • the base material is preferably synthesized by radical polymerization from a monomer and a starter. It is now possible to add the additive to the monomer and / or the starter before the synthesis. This enables the impregnation to be modified even before the base material is synthesized. Additionally or alternatively, it is also possible to add the additive to the already synthesized base material before, as part of the impregnation and / or after the impregnation in the form of a sprinkling on the impregnated scrim.
  • the starter is applied to the scrim in a first process and only then is the monomer applied, so that the base material is synthesized directly on the scrim.
  • a polymethyl methacrylate as the base material for the impregnation has proven particularly advantageous. Since this base material can be introduced particularly well into the interstices of the scrim but also into the interstices of the fiber strands due to the low density.
  • the epoxy resins, styrene-butadiene rubbers and acrylates or polyurethanes mentioned above are also quite conceivable.
  • the surface of the impregnated carbon fabric is roughened and thus enlarged.
  • additives in the form of particles are added to the coating medium, which increase the surface area cause.
  • granite, quartz powder, cement stone or conductive particles can be used.
  • the enlarged surface leads to a non-positive and positive connection (reinforcing effect).
  • ionic compounds or concrete admixtures can also be used which influence the hardening reaction kinetics in order to increase the conductivity in the border area on the one hand and the mortar strength in the tissue environment on the other hand when using salts.
  • a coating can also be applied to the already impregnated carbon fabric that, like the particles, increases the surface. This coating can then either be the carrier medium for the particles or itself provide a higher bond. In a preferred embodiment, additives are also added to this coating medium to improve the electrical, thermal or mechanical properties before, during or after application to the impregnated carbon fabric.
  • the impregnation or coating can be applied in particular in the immersion bath process, an emulation process, a spray process or else coated or rolled.
  • the properties of the reinforcement but also of the mortar in the direct Reinforcement environment can be influenced.
  • curved, freely weathered and used structures can be permanently protected from steel corrosion and mechanically reinforced at the same time.
  • a particular advantage is that, with suitable modification of the mechanical properties, it can be achieved that the carbon fabric used here as a thin-layer textile concrete can provide sufficient load-bearing capacity or an increased load capacity even without the combination with cathodic corrosion protection.
  • the removal of thin old coverings that are no longer necessary for the load-bearing capacity (such as screed, asphalt or low-strength concrete) can lead to a reduction in the load, increased load capacity and greater clearance heights in parking garages.
  • the increase in strength near the fibers leads to an improvement in performance without causing very high levels of cracking. Furthermore, the addition of flow agents to the fiber can improve the penetration into the fabric.
  • the main advantages of the coating medium used are the improvement of the electrical, chemical and mechanical properties of the entire system, in particular the high mechanical strength and load absorption of the materials used (e.g. static and dynamic tensile, adhesive and Shear loads), the long-term resistance to environmental influences, ie chemical inertness and temperature resistance in a temperature range from -20 ° C to 80 ° C.
  • the load capacity behavior can be improved in the larger temperature range.
  • the advantages lie in the flexible processability and deformability (drapability) with sufficient rigidity for laying the textile reinforcement. Connections across corners and edges can be made non-positively and electrically conductive. The rigidity also enables easy application during installation.
  • the threads of a layer are arranged at a distance from one another in order to optimally embed the anode system in the concrete and thus particularly good power transmission.
  • This creates free spaces between the threads that can be filled with concrete, which completely surrounds the threads with concrete.
  • a distance between the threads of 5 - 100 mm is particularly advantageous, on the one hand to create enough space for mortar or concrete in the spaces and on the other hand to be able to provide a sufficiently dense anode scrim to meet the required electrical properties.
  • the scrim comprises two layers, the threads of one layer being arranged at a distance from one another. With this biaxial arrangement of the layers, there are square spaces which are delimited by the adjacent threads of both layers and can be filled in by concrete.
  • the scrim has a basis weight per layer of 100-1000 g / m 2 , preferably in Range from 350-650g / m 2 .
  • the advantages achieved by the invention consist in particular in that the embedding of the primary anode in the scrim enables a particularly safe and oxidation-free introduction of currents into the anode system at several points.
  • the use of a scrim enables particularly simple manufacture of the anode system in advance and also particularly easy installation on site.
  • the use of special coatings, different distances in the threads and variation in the number of layers makes it particularly easy to adapt the anode system to the application and the conditions there.
  • the clutch 1 after Fig. 1 comprises a plurality of threads 2 or strands, which are arranged in two planes.
  • Each level comprises a number of threads 2 which are spaced apart and essentially parallel to one another.
  • Each of these threads 2 comprises a number of carbon multifilaments, which in the present exemplary embodiment have been glued to form an elongated strand. However, it is also conceivable that these carbon multifilaments are sewn into a strand or connected in some other way.
  • the threads 2 of two planes are essentially orthogonal to one another, which is why a lattice structure with square spaces is formed.
  • the threads 2 are fixed at the crossing points 4 with a continuous sewing thread 6, but can also be glued or connected to one another in another way.
  • the planes of the scrim 1 do not necessarily have to be arranged orthogonally to one another, but, depending on the application, can also be arranged offset at a different angle. It is also conceivable that more than two levels can be provided.
  • a ribbon-shaped primary anode 8 is sewn along the entire length on a thread 2, whereby the anode system can be supplied with current over the entire length in contrast to contacting in a single point.
  • the primary anode 8 is sewn into a thread 2 and is therefore essentially completely surrounded by carbon multifilaments.
  • an impregnation 10 and then a coating are applied to the scrim 1.
  • a scrim 1 for an anode system can be provided, which has optimal mechanical, electrical and thermal properties for the respective application and location.
  • a thread 2 of a scrim is shown in cross section.
  • the thread 2 comprises a large number of individual carbon multifilaments 12, each of which has between several 1,000 and up to 100,000 individual filaments.
  • the thread 2 is in the embodiment Fig. 2 provided with an impregnation 10, to which one or more additives 14 were added in the impregnation process in order to improve the electrical, mechanical or also thermal properties.
  • the thread 2 has been coated with a coating medium 16.

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Abstract

Ein Anodensystem für einen kathodischen Korrosionsschutz umfassend ein bi-oder multiaxiales Gelege mit einer Anzahl von Fäden, wobei zumindest eine Teilanzahl der Fäden Karbonmultifilamente umfassen, soll einen besonders einfachen und beständigen Primäranodenanschluss aufweisen. Dazu umfasst zumindest ein Faden eine Primäranode.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein 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 In-standsetzungsarbeiten 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 (Schutz-strom) bewirkt eine Verschiebung des elektrochemischen Potentials des zu schützenden Metalls in negative Richtung, wodurch die Metalloberfläche katho-disch 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 auf vernachlässigbare Raten reduziert.
  • Mit Hilfe einer eingebrachten Referenzelektrode kann darüber hinaus der Zustand des Gebäudes, des Bauwerkes oder der Rohrleitung bzw. die Korrosion des Stahls über ein Fernüberwachungssystem ausgewertet, überwacht und geregelt werden. Sodass weitere Korrosionen oder Fehler im Korrosionsschutz frühzeitig erkannt und behoben werden können.
  • 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 schwierig 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 und der notwendigen hohen Schichtdicken des Einbettmörtels besonders arbeits- und zeitaufwendig. Dies führt darüber hinaus zu einer hohen Auflast.
  • Flächige Anodensysteme erzeugen zwar ein gleichmäßigeres elektrisches Feld, dafür können diese aufgrund der festgelegten Struktur kaum an die lokal wechselnden elektrischen Bedingungen, beispielsweise in Form von Abweichungen der Betonüberdeckung oder einem unterschiedlichen Stahlgehalt, angepasst werden, während Bandanoden hierbei flexibler sind, da diese bei Bedarf enger verlegt werden können.
  • Bei der Verwendung von Stabanoden oder auch netzförmigen Anodensystemen ist es darüber hinaus bislang üblich, dass die Einspeisung des Stromes über eine an einem Punkt mit dem Anodensystem verschweißte Primäranode erfolgt. Nicht nur, dass diese Anbindung der Primäranoden in einem weiteren Arbeitsschritt erfolgen muss, diese Punktverschweißung und Einleitung des Stromes über einen einzelnen Schweißpunkt führt dazu, dass die Funktionsfähigkeit des kathodischen Korrosionsschutzes von der Haltbarkeit des Schweißpunktes und der dort erfolgten Kontaktierung abhängt. Dies führt zu einer erheblichen Anfälligkeit des Systems gegenüber witterungsbedingten Einflüssen und umgebungsbedingten Veränderungen.
  • In den letzten Jahren sind vermehrt Anodensysteme verwendet worden, die zumindest teilweise aus Carbon bestehen. Während Carbon zwar für die Erzeugung eines elektrischen Feldes im Mörtel für den kathodischen Korrosionsschutz einige Vorteile bietet, so bestehen in solchen Anodensystemen vielfach Probleme mit der elektrischen Kontaktierung und Einspeisung des Stromes, da Carbon elektrisch nicht angeschweißt oder gelötet werden kann. Für die elektrische Kontaktierung bleiben somit nur Klebung der Primäranode an die Carbonelemente oder mechanische Verbindungen übrig, die bislang entweder sehr arbeitsintensiv oder wenig haltbar waren.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Anodensystem mit einem besonders einfachen und beständigen Primäranodenanschluss anzugeben. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst, indem das Anodensystem ein bi- oder multiaxiales Gelege mit einer Anzahl von Fäden umfasst, wobei zumindest eine Teilanzahl der Fäden Karbonmultifilamente umfassen und wobei zumindest ein Faden eine Primäranode umfasst.
  • Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass zur Verbesserung der Einspeisung des Stromes in das Anodensystem insbesondere die Kontaktierung der Primäranode an die Carbonanode erleichtert und verbessert werden sollte. Gleichzeitig soll aber für eine einfache Verlegung auf eine flächige und stabile Anodenstruktur zurückgegriffen werden. Dabei wurde erkannt, dass eine besonders gute Einspeisung erfolgen kann, wenn die Primäranode in die Anodenstruktur eingearbeitet bzw. integriert ist. Um auch die Herstellung des Anodensystems zu vereinfachen wird auf die Verwendung eines Gewebes verzichtet, in der einzelnen Fäden und somit dann auch die Primäranoden eingewebt werden müssten. Daher wird erfindungsgemäß ein Gelege verwendet, in der die einzelnen Fäden in gestreckter Form vorliegen und somit keine zusätzliche Strukturdehnung vorliegt und auch die Ausrichtung der Fäden speziell für den jeweiligen Anwendungsfall definiert werden kann. In einem solchen Carbongelege bzw. einem Gelege mit einer Anzahl von Fäden, die Carbonmultifilamente umfassen, kann aber die Leitfähigkeit von Faden zu Faden abweichen, da diese von der Anzahl der Brüche in den Carbonmultifilamenten abhängt. Die Leitfähigkeit des gesamten Geleges wird somit stark durch die Knotenpunkte und Brüche in den Carbonmultifilamenten bestimmt. Dabei wurde erkannt, dass die Einspeisung des Stromes an einem einzelnen Punkt des Geleges dazu führen kann, dass das Gelege nur sehr schlecht oder ungleichmäßig mit Strom bespeist wird, sollten einzelne Fäden aufgrund von fehlenden Brüchen in den Carbonmultifilamenten im Wesentlichen isolierend zum Nachbarfaden liegen. Für eine gleichmäßige und großflächige Einspeisung soll diese daher über die gesamte Länge des Geleges erfolgen, weshalb zumindest ein Faden des Geleges eine Primäranode umfasst. Die Primäranode ist dabei im Wesentlichen über die gesamte Länge des Fadens ausgebildet.
  • Unter Gelege wird dabei im Rahmen dieser Anmeldung ein Flächengebilde verstanden, welches aus mehreren Lagen von im Wesentlichen parallel verlaufenden gestreckten Fäden besteht. Dabei werden die einzelnen Lagen übereinandergelegt und an den Kreuzungspunkten miteinander fixiert. Sind die Fäden verschiedener Lagen in zwei unterschiedliche Richtungen ausgerichtet, spricht man von einem biaxialen Gelege, sind mehrere Lagen mit mehreren Ausrichtungen vorgesehen, wie dies beispielsweise in einem 3D-Gelege der Fall sein kann, wird von einem multiaxialen Gelege gesprochen. Im Rahmen dieser Anmeldung ist unter dem Begriff Gelege somit auch ein Gitter zu verstehen, welches ebenfalls einen entsprechenden Aufbau aufweist.
  • Als Faden eines Geleges wird dabei ein einzelner gestreckter Strang verstanden. Dieser Faden kann dabei aus einer Anzahl von Carbonmultifilamenten bestehen, die zusammen einen Faden bzw. Strang bilden.
  • Die Primäranode ist in bevorzugter Ausführung aus Platin oder Titan ausgebildet und gegebenenfalls mit einem Mischmetalloxid beschichtet. Die Primäranode ist dabei in bevorzugter Ausführung in einen Faden aus Carbonmultifilamenten eingenäht oder auf einen solchen Faden aufgenäht. Dabei besteht auch die Möglichkeit, dass die Primäranode um einen Faden gewickelt wird. In alternativer oder zusätzlicher Weise kann eine Primäranoden aber auch auf den Lücken bzw. Maschen aufliegen. Entsprechend kann die Primäranode daher auch als Rund-, Flachband- oder Gitteranode ausgebildet sein. Prinzipiell ist es auch möglich, dass die Primäranode einen Faden aus Carbonmultifilamenten ersetzt.
  • Zur besonders einfachen und stabilen Verbindung der einzelnen Lagen werden die Fäden benachbarter Lagen an den Kreuzungspunkten in vorteilhafter Ausführung miteinander vernäht. Diese mechanische Verbindung ermöglicht je nach Zug des Nähfadens sowohl die Herstellung eines starren Geleges, als auch eine Beweglichkeit der Gelegefäden an den Kreuzungspunkten, womit je nach Anwendungsfall sowohl ein starres, also auch ein in beliebigen Stufen unterteilbares, flexibles Gelege ermöglicht wird. In Einzelfällen ist auch eine ausschließliche oder zusätzliche Thermofixierung der Fäden von benachbarten Lagen an den Kreuzungspunkten möglich.
  • Zumindest ein Teil der Fäden, vorzugsweise aber alle Fäden bis auf die Primäranoden, umfassen Karbonmultifilamente. Zur Bündelung der Karbonmultifilamente zu einem Faden, werden diese in vorteilhafter Ausgestaltung miteinander verklebt und/oder mit einem umlaufenden Fixierungsfaden vernäht. Zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit und insbesondere des Ladungsübergangs zum umgebenen Beton und auch zur Verstärkung werden die Karbonfilamente und/oder die Karbonmultifilamente und/oder die Fäden und/oder das Gelege als Ganzes in bevorzugter Ausführung in einem vorgelagerten Arbeitsschritt getränkt und/oder beschichtet. Ein weiterer Vorteil einer Tränkung ist, dass durch Schrumpfen des zur Tränkung verwendeten Basismediums eine bessere Kontaktierung zwischen der Primäranode und den Fäden bzw. dem Gelege erreicht wird.
  • Hierbei hat sich gezeigt, dass das Gelege der Textilbewehrung besonders leicht an die Umgebungsbedingungen am Einsatzort angepasst werden kann, wenn die Tränkung und dort das für die Tränkung verwendete Basismedium durch Zugabe von Additiven zur Erhöhung der elektrischen, mechanischen und thermischen Eigenschaften modifiziert wird. So ist es beispielsweise möglich, durch die Zugabe von Carbonnanotubes, Metallpartikeln, Salzen (bzw. ionischen Verbindungen) oder Grafit die elektrischen Eigenschaften, insbesondere die Leitfähigkeit zu erhöhen, während die thermischen Eigenschaften durch die Zugabe von Metallen, Carbon- und Grafitteilchen beeinflusst werden kann. Zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, insbesondere auch des Verbundes mit dem Festmörtel, ist es möglich Hartstoffe, beispielsweise in Form von Siliziumcarbit, Quarzen und Keramiken, zuzufügen.
  • Weiterhin ist es möglich durch die Zugabe der Additive die Prozessparameter und mögliche Verarbeitbarkeit des Geleges, insbesondere eines Carbongeleges, zu modifizieren. So ist es denkbar Verflüssiger, Verzögerer oder Quellmittel zu verwenden, um auch die Eigenschaften des Frisch- und Festmörtels zu beeinflussen. Insbesondere kann durch die Zugabe von Additiven erreicht werden, dass die Festigkeit des Mörtels im Bereich des Geleges besonders hoch ist, während sie an der Oberfläche vergleichsweise niedrig ausgebildet ist. Dieser Festigkeitsgradient, der vom Gelege weg abfällt, ermöglicht einen besonders flexiblen Einsatz des Geleges.
  • Für eine besonders flexible und vielfältige Möglichkeit der Modifikation wird das Basismaterial in bevorzugter Ausführung durch radikalische Polymerisation aus einem Monomer und einem Starter synthetisiert. Hierbei besteht nun die Möglichkeit das Additiv vor der Synthetisierung bereits dem Monomer und/oder dem Starter zuzufügen. Dies ermöglicht eine Modifizierung der Tränkung bereits im Vorfeld der Synthetisierung des Basismaterials. Zusätzlich oder alternativ ist es aber auch möglich das Additiv dem bereits synthetisierten Basismaterial vor, im Rahmen der Tränkung und/oder auch nach der Tränkung in Form eines Aufstreuens auf das getränkte Gelege.
  • In besonderen Form der Tränkung oder auch im Rahmen der späteren Beschichtung wird der Starter in einem ersten Prozess auf das Gelege aufgetragen und anschließend erst das Monomer aufgebracht, sodass die Synthetisierung des Basismaterials direkt an dem Gelege erfolgt.
  • Besonders vorteilhaft hat sich dabei die Verwendung eines Polymethylmethacrylat als Basismaterials für die Tränkung herausgestellt. Da sich dieses Basismaterial aufgrund der geringen Dichte besonders gut in die Zwischenräume des Geleges aber auch in die Zwischenräume der Faserstränge eingebracht werden kann. Neben der Verwendung von Polymethylmethacrylaten als Basismaterial sind aber ganz allgemein auch die oben bereits erwähnten Epoxidharze, Styrol-Butadien-Kautschuke und Acrylate oder Polyurethane denkbar.
  • Um einen festen Verbund zwischen getränkter Textilbewehrung und dem umgebenen Beton zu erzeugen, wird in bevorzugter Ausführung die Oberfläche des getränkten Carbongeleges aufgeraut und damit vergrößert. Dazu werden dem Beschichtungsmedium Additive in Form von Partikeln zugefügt, die eine solche Oberflächenvergrößerung bewirken. Dabei können insbesondere Granit, Quarzmehl, Zementstein oder leitfähige Partikel verwendet werden. Die vergrößerte Oberfläche führt zu einem kraft- und formschlüssigen Verbund (Verstärkungseffekt). Durch die Zugabe leitfähiger Partikel kann der Ladungsübergang optimiert werden, um den kathodischen Korrosionsschutz zu verbessern. Alternativ oder zusätzlich können auch ionische Verbindungen oder Betonzusatzmittel verwendet werden, die die Erhärtungsreaktionskinektik beeinflussen, um bei der Verwendung von Salzen einerseits die Leitfähigkeit im Grenzbereich und andererseits die Mörtelfestigkeit in der Gewebeumgebung zu erhöhen.
  • Neben oder zusätzlich zu der Erhöhung der Oberfläche des Carbongeleges durch Hinzugabe von Partikeln kann in vorteilhafter Ausführung auch eine Beschichtung auf das bereits getränkte Carbongelege aufgetragen werden, dass, wie auch die Partikel, die Oberfläche erhöht. Diese Beschichtung kann dann entweder das Trägermedium für die Partikel darstellen oder selbst für einen höheren Verbund sorgen. Auch diesem Beschichtungsmedium werden in bevorzugter Ausführung Additive zur Verbesserung der elektrischen, thermischen oder mechanischen Eigenschaften vor, während oder nach der Applikation auf das getränkte Carbongelege zugeführt.
  • Die Tränkung oder auch Beschichtung kann dabei insbesondere im Tauchbadverfahren, einem Emulationsverfahren, einem Spritzverfahren oder auch gestrichen oder gerollt aufgetragen werden.
  • Vorteilhaft ist dabei, dass durch die Verwendung von einer auf den jeweiligen Anwendungsbereich abgestimmten und durch ein Additiv modifizierten Tränkung des Geleges, bei einem Carbongelege insbesondere der Carbonfasern, Carbonfäden oder des ganzen, carbonhaltigen Geleges, die Eigenschaften der Bewehrung aber auch des Mörtels in der direkten Umgebung der Bewehrung beeinflusst werden können. So können neben ebenen Flächen auch gekrümmte, frei bewitterte und befahrene Bauwerke dauerhaft vor Stahlkorrosion geschützt und gleichzeitig mechanisch verstärkt werden. Ein besonderer Vorteil ist dabei, dass es bei geeigneter Modifizierung der mechanischen Eigenschaften erreicht werden kann, dass die das hierbei genutzte Carbongelege als dünnschichtiger Textilbeton auch ohne die Kombination mit einem kathodischen Korrosionsschutz eine ausreichende Tragfähigkeit oder eine Traglasterhöhung bereitstellen kann. Hier kann es somit zusätzlich mit dem Abtragen von dünnen Altbelägen, die nicht weiter zur Tragfähigkeit notwendig sind (wie Estrich, Asphalt oder minderfestem Beton) zu einer Auflastverringerung, Traglasterhöhung und größeren Durchfahrtshöhen in Parkhäusern kommen.
  • So führt die Erhöhung der Festigkeit in Fasernähe zu einer Verbesserung der Performance ohne eine sehr hohe Rissbildung zu bedingen. Weiterhin kann durch die Zugabe von Fließmitteln an der Faser das Eindringen in das Gewebe verbessert werden.
  • Im Detail liegen die wesentlichen Vorteile des verwendeten Beschichtungsmediums in der Verbesserung der elektrischen, chemischen und mechanischen Eigenschaften des gesamten Systems, insbesondere in der hohen mechanische Belastbarkeit bzw. Lastaufnahme der eingesetzten Materialien (z. B. bei statischen und dynamischen Zug-, Haftzug- und Scherbelastungen), der langfristige Resistenz gegen Umwelteinflüsse, d. h. chemische Inertheit sowie Temperaturbeständigkeit in einem Temperaturspektrum von -20°C bis 80°C. Dabei kann das Traglastverhalten im größeren Temperaturbereich verbessert werden. Weiterhin liegen die Vorteile in der flexiblen Verarbeitbarkeit und Verformbarkeit (Drapierbarkeit) bei gleichzeitig ausreichender Steifigkeit zum Verlegen der Textilbewehrung. Verbindungen über Ecken und Kanten können kraftschlüssig und elektrisch leitend hergestellt werden. Durch die Steifigkeit wird darüber hinaus eine einfache Anwendung bei der Verlegung ermöglicht. Weitere Vorteile liegen in der hohen Verbundfestigkeit zwischen Beton und textiler Bewehrung (gegebenenfalls durch die zusätzliche Verwendung eines Coatings) und der optimierten Leitfähigkeit im "metallischen" Leiter (Carbon, Leiter 1. Ordnung) und guter Ladungsübergang auf den ionischen Leiter (Beton; Leiter 2. Ordnung).
  • Für eine optimale Einbettung des Anodensystems in den Beton und somit eine besonders gute Stromübertragung sind die Fäden einer Lage in vorteilhafter Ausgestaltung beabstandet zueinander angeordnet. Dadurch bilden sich zwischen den Fäden Freiräume, die mit Beton gefüllt werden können, wodurch die Fäden vollständig von Beton umschlossen werden. Dabei ist ein Abstand zwischen den Fäden von 5 - 100 mm besonders vorteilhaft, um einerseits genug Freiraum für Mörtel oder Beton in den Zwischenräumen zu schaffen und andererseits aber auch ein genügend dichtes Anodengelege bereitstellen zu können, um die geforderten, elektrischen Eigenschaften zu erfüllen. In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Gelege zwei Lagen, wobei die Fäden einer Lage beabstandet zueinander angeordnet werden. Bei dieser biaxialen Anordnung der Lagen ergeben sich daher viereckige Zwischenräume, die von den benachbarten Fäden beider Lagen begrenzt werden und von Beton ausgefüllt werden können.
  • Um einerseits ein besonders leicht zu verlegendes Anodensystem bereitstellen zu können, andererseits aber auch eins, welches besonders stabil und robust gegenüber externen Einflüssen und mechanischen Beanspruchungen ist, weist das Gelege in vorteilhafter Ausführung ein Flächengewicht pro Lage von 100-1000g/m2, bevorzugt im Bereich von 350-650g/m2, auf.
  • Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die Einbettung der Primäranode in das Gelege eine besonders sichere und oxidationsfreie Einleitung von Strömen in das Anodensystem an mehreren Punkten möglich ist. Dabei ermöglicht die Verwendung eines Geleges eine besonders einfache Herstellung des Anodensystems im Vorfeld und auch eine besonders einfache Verlegung vor Ort. Gleichzeitig kann das Anodensystem durch die Verwendung von speziellen Beschichtungen, unterschiedlichen Abständen in den Fäden und Variation in der Anzahl der Lagen besonders leicht an den Anwendungsfall und die dort vorliegenden Bedingungen angepasst werden.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert.
  • Darin zeigt:
    • Fig. 1
    ein Gelege mit einer eingenähten Primäranode
    Fig. 2
    ein Querschnitt durch einen Faden des Geleges.
  • Das Gelege 1 nach Fig. 1 umfasst eine Mehrzahl von Fäden 2 bzw. Strängen, die in zwei Ebenen angeordnet sind. Jede Ebene umfasst dabei eine Anzahl von Fäden 2, die beabstandet und im Wesentlichen parallel zueinander liegen. Jeder dieser Fäden 2 umfasst eine Anzahl von Carbonmultifilamente, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel zu einem lang gestreckten Strang verklebt wurden. Es ist aber ebenfalls denkbar, dass diese Carbonmultifilamente zu einem Strang vernäht oder in einer anderen Art verbunden werden. Die Fäden 2 zweier Ebenden liegen im Wesentlichen orthogonal zueinander, weshalb sich eine Gitterstruktur mit viereckigen Zwischenräumen bildet. Die Fäden 2 werden an den Kreuzungspunkten 4 mit einem durchlaufenden Nähfaden 6 fixiert, können aber auch verklebt oder auf eine andere Art und Weise miteinander verbunden werden.
  • Es ist selbstverständlich, dass die Ebenen des Geleges 1 nicht zwangsläufig orthogonal zueinander angeordnet sein müssen, sondern je nach Einsatzzweck auch in einem anderen Winkel versetzt angeordnet sein können. Ebenso ist es denkbar, dass mehr als zwei Ebenen vorgesehen sein können.
    Im Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 ist entlang der gesamten Länge auf einem Faden 2 eine bandförmige Primäranode 8 aufgenäht, wodurch das Anodensystem im Gegensatz zu einer Kontaktierung in einem einzelnen Punkt über die gesamte Länge mit Strom bespeist werden kann. Neben dem Aufnähen der Primäranode 8 auf einen Faden 2, ist es auch denkbar, dass die Primäranode 8 in einen Faden 2 eingenäht wird und somit von Carbonmultifilamenten im Wesentlichen vollständig umgeben wird.
  • Zur Erhöhung der mechanischen, elektrischen und thermischen Eigenschaften, insbesondere zur Verbesserung der Verlegbarkeit und Aktivierung der mechanischen Eigenschaften des Geleges 1 und auch des im Mörtel eingebetteten Anodensystems ist auf dem Gelege 1 eine Tränkung 10 und anschließend eine Beschichtung aufgetragen. Hierbei kann durch geeignete Wahl der Tränkungs- und Beschichtungsrezeptur und durch Zugabe von entsprechenden Additiven eine Gelege 1 für ein Anodensystem bereitgestellt werden, welches optimale mechanische, elektrische und thermische Eigenschaften für den jeweiligen Anwendungszweck und Einsatzort aufweist.
  • In Fig. 2 ist ein Faden 2 eines Geleges im Querschnitt dargestellt. Der Faden 2 umfasst dabei eine Vielzahl von einzelnen Carbonmultifilamenten 12, die jeweils zwischen mehreren 1.000 und bis zu 100.000 Einzelfilamenten aufweisen. Der Faden 2 ist im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 mit einer Tränkung 10 versehen, der im Tränkungsverfahren ein oder mehrere Additive 14 zugegeben wurden, um die elektrischen, mechanischen oder auch thermischen Eigenschaften zu verbessern. In einem nachgelagerten Produktionsschritt ist der Faden 2 mit einem Beschichtungsmedium 16 beschichtet worden. Wobei im vorliegenden Fall eine Absandung mit Partikeln 18 erfolgte, sodass die Beschichtung 16 als Trägermedium für die Partikel 18 dient. Durch die Absandung wird die Oberfläche des Fadens 2 erhöht, wodurch sich bessere Verbundeigenschaften mit dem Mörtel ergeben.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Gelege
    2
    Faden
    4
    Kreuzungspunkt
    6
    Nähfaden
    8
    Primäranode
    10
    Tränkung
    12
    Carbonmultifilamente
    14
    Additiv
    16
    Beschichtung
    18
    Partikel

Claims (8)

  1. Anodensystem für einen kathodischen Korrosionsschutz umfassend ein bi- oder multiaxiales Gelege mit einer Anzahl von Fäden, wobei zumindest eine Teilanzahl der Fäden Karbonmultifilamente umfassen und wobei zumindest ein Faden eine Primäranode umfasst.
  2. Anodensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Primäranode in einen Faden eingenäht, auf einen Faden aufgenäht oder um einen Faden gewickelt ist.
  3. Anodensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fäden benachbarter Lagen in ihren Kreuzungspunkten miteinander vernäht sind.
  4. Anodensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Teilanzahl der Fäden mit Karbonmultifilamenten, diese Karbonmultifilamente zu einem Faden verklebt und/oder mit einem umlaufenden Fixierungsfaden vernäht sind.
  5. Anodensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Karbonmultifilamente und/oder die Fäden und/oder das Gelege eine Tränkung und/oder Beschichtung aufweisen.
  6. Anodensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fäden einer Lage beabstandet zueinander angeordnet sind.
  7. Anodensystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand im Bereich von 5-100mm ist.
  8. Anodensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelege pro Lage ein Flächengewicht von 100-1000g/m2, bevorzugt von 350-650g/m2, aufweist.
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