ITMI20101689A1

ITMI20101689A1 - ANODE FOR CATHODIC PROTECTION AND METHOD FOR ITS ACHIEVEMENT

Info

Publication number: ITMI20101689A1
Application number: IT001689A
Authority: IT
Inventors: Corrado Mojana; Simone Tremolada
Original assignee: Industrie De Nora Spa
Priority date: 2010-09-17
Filing date: 2010-09-17
Publication date: 2012-03-18
Also published as: JP6068343B2; CN103119201A; EP2616568B1; CN103119201B; CA2808397A1; BR112013006334B1; DK2616568T3; US20130168261A1; HK1185386A1; PL2616568T3; EA201390399A1; AU2011303882B2; BR112013006334A2; KR20140001837A; NZ606985A; US20160040302A1; WO2012035107A1; EP2616568A1; AU2011303882A1; CA2808397C

Description

Titolo: ANODO PER PROTEZIONE CATODICA E METODO PER IL SUO OTTENIMENTO DESCRIZIONE DI INVENZIONE INDUSTRIALE Title: ANODE FOR CATHODE PROTECTION AND METHOD FOR ITS OBTAINMENT DESCRIPTION OF INDUSTRIAL INVENTION

AMBITO DELL’INVENZIONE SCOPE OF THE INVENTION

L'invenzione è relativa al campo della protezione catodica di strutture in cemento armato, ed in particolare a un disegno di anodo particolarmente efficiente in termini di resistenza elettrica per unità di lunghezza e di flessibilità, e particolarmente sicuro da istallare e maneggiare. The invention relates to the field of cathodic protection of reinforced concrete structures, and in particular to an anode design which is particularly efficient in terms of electrical resistance per unit of length and flexibility, and particularly safe to install and handle.

L’invenzione è inoltre relativa al metodo di produzione di detto anodo. The invention also relates to the production method of said anode.

ANTECEDENTI DELL’INVENZIONE BACKGROUND OF THE INVENTION

I fenomeni di corrosione inerenti strutture in cemento armato sono noti neN'arte. II rinforzo in acciaio inserito nelle strutture cementizie per migliorarne le proprietà meccaniche lavora normalmente in regime di passivazione indotto daN'ambiente alcalino del calcestruzzo; con il tempo tuttavia, la migrazione di ioni attraverso la superficie porosa del calcestruzzo stesso causa l'attacco localizzato al film protettivo di passivazione. Particolarmente temuto è l'attacco da cloruri, che sono presenti virtualmente in tutti i tipi di ambiente dove le strutture in cemento armato vengono utilizzate, ed in misura ancor più notevole dove avvenga un'esposizione a salsedine (ponti, pilastri, edifici localizzati in zone marine), sali anticongelanti (ponti e strutture stradali in zone dal clima rigido) o addirittura acqua di mare, come ad esempio nel caso di moli e banchine. Il valore critico di esposizione ai cloruri è stato stimato attorno a 0.6 kg per metro cubo di calcestruzzo, oltre il quale lo stato di passivazione dell'acciaio di rinforzo non è garantito Altra forma di degrado del calcestruzzo è rappresentata dal fenomeno della carbonatazione, cioè la formazione di carbonato di calcio per reazione della calce della miscela cementizia con l’anidride carbonica dell’atmosfera. Il carbonato di calcio abbassa il contenuto alcalino del calcestruzzo (da pH 13.5 a pH 9) portando il ferro in uno stato di non protezione. La presenza di cloruri e carbonatazione contemporanea rappresenta la peggiore condizione per la conservazione del tondino di rinforzo delle strutture. I prodotti di corrosione dell'acciaio sono più voluminosi rispetto all'acciaio stesso, e la tensione meccanica risultante dalla loro formazione può portare a fenomeni di delaminazione e fratturazione del calcestruzzo, che si traducono in danni molto ingenti dal punto di vista economico oltre che della sicurezza. Per questo motivo, è noto neN'arte che il metodo più efficace per prolungare indefinitamente la vita di strutture di cemento armato esposte agli agenti atmosferici, anche nel caso di rilevanti concentrazioni saline, consiste nella polarizzazione catodica del rinforzo in acciaio. In tal maniera quest'ultimo diviene la sede di una riduzione catodica di ossigeno, sopprimendo le reazioni anodiche di corrosione e dissoluzione. Questo sistema, conosciuto come protezione catodica del cemento armato, viene praticato accoppiando strutture anodiche di vario tipo al calcestruzzo, rispetto alle quali il rinforzo da proteggere agisce da controelettrodo catodico; le correnti elettriche in gioco sostenute da un raddrizzatore esterno transitano attraverso l’elettrolita costituito dal calcestruzzo poroso parzialmente imbevuto di soluzione salina. Gli anodi comunemente impiegati per la protezione catodica del cemento armato sono costituiti da una matrice di titanio rivestita di ossidi di metalli di transizione o altri tipi di catalizzatore per evoluzione anodica di ossigeno. Come matrice è possibile utilizzare altri metalli valvola, puri o in lega; il titanio puro è tuttavia la scelta largamente preferita per questioni di costo. The corrosion phenomena inherent in reinforced concrete structures are known in the art. The steel reinforcement inserted in the cementitious structures to improve their mechanical properties normally works in a passivation regime induced by the alkaline environment of the concrete; over time, however, the migration of ions across the porous surface of the concrete itself causes localized attack to the passivating protective film. Particularly feared is the attack by chlorides, which are present in virtually all types of environments where reinforced concrete structures are used, and to an even greater extent where exposure to salt occurs (bridges, pillars, buildings located in areas marine), anti-freeze salts (bridges and road structures in areas with a harsh climate) or even sea water, such as in the case of piers and docks. The critical value of exposure to chlorides has been estimated at around 0.6 kg per cubic meter of concrete, beyond which the state of passivation of the reinforcing steel is not guaranteed.Another form of concrete degradation is represented by the phenomenon of carbonation, i.e. formation of calcium carbonate by reaction of the lime of the cement mixture with the carbon dioxide of the atmosphere. Calcium carbonate lowers the alkaline content of concrete (from pH 13.5 to pH 9) bringing the iron into a state of unprotected. The presence of chlorides and simultaneous carbonation represents the worst condition for the conservation of the reinforcing rod of the structures. The corrosion products of steel are more voluminous than the steel itself, and the mechanical tension resulting from their formation can lead to delamination and fracturing of the concrete, which result in very significant damage from an economic point of view as well as safety. For this reason, it is known in the art that the most effective method for indefinitely prolonging the life of reinforced concrete structures exposed to atmospheric agents, even in the case of significant saline concentrations, consists in the cathodic polarization of the steel reinforcement. In this way the latter becomes the site of a cathodic reduction of oxygen, suppressing the anodic reactions of corrosion and dissolution. This system, known as cathodic protection of reinforced concrete, is practiced by coupling various types of anodic structures to the concrete, with respect to which the reinforcement to be protected acts as a cathode counter electrode; the electric currents in play sustained by an external rectifier pass through the electrolyte consisting of porous concrete partially soaked in saline solution. The anodes commonly used for the cathodic protection of reinforced concrete consist of a titanium matrix coated with transition metal oxides or other types of catalyst for anodic evolution of oxygen. Other valve metals, pure or alloyed, can be used as matrix; however, pure titanium is the largely preferred choice for reasons of cost.

Il brevetto europeo EP458951 descrive una struttura elettrodica a griglia per la protezione catodica costituita da una pluralità di strisce di metallo aventi un rivestimento elettrocatalitico, dette strisce di metallo aventi vuoti di diverse geometrie. European patent EP458951 describes an electrode grid structure for cathodic protection consisting of a plurality of metal strips having an electrocatalytic coating, said metal strips having voids of different geometries.

Questo tipo di strisce può essere prodotto tramite foratura di strisce metalliche piene o più comunemente tramite i tradizionali metodi di espansione dei metalli dove una lastra di metallo viene espansa tramite pressione e punzonatura da parte di una serie di coltelli posti ortogonalmente alla direzione di scorrimento della striscia stessa. Questo primo passaggio porta a ottenere una lastra di metallo espanso. Detta lastra è poi sottoposta a una seconda fase di taglio atta a ottenere strisce di rete delle dimensioni volute. Dette strisce di rete presentano delle maglie i cui vuoti sono di forma romboidale con la diagonale lunga orientata ortogonalmente alla lunghezza della striscia. This type of strip can be produced by drilling solid metal strips or more commonly by traditional metal expansion methods where a metal sheet is expanded by pressure and punching by a series of knives placed orthogonally to the direction of the strip's sliding. itself. This first step leads to a sheet of expanded metal. Said plate is then subjected to a second cutting step suitable to obtain net strips of the desired dimensions. Said net strips have meshes whose voids are rhomboidal in shape with the long diagonal oriented orthogonally to the length of the strip.

Questo metodo di produzione presenta l’inconveniente di produrre strisce di metallo a maglie con protuberanze laterali taglienti che si formano automaticamente durante l’operazione di taglio, che rendono poco maneggevoli detti anodi e quindi pericolosa la fase di istallazione. This production method has the drawback of producing meshed metal strips with sharp lateral protuberances that are formed automatically during the cutting operation, which make said anodes unwieldy and therefore dangerous during the installation phase.

RIASSUNTO DELL’INVENZIONE SUMMARY OF THE INVENTION

Vari aspetti della presente invenzione sono enunciati nelle rivendicazioni annesse. Various aspects of the present invention are set forth in the appended claims.

Sotto un primo aspetto, l’invenzione è relativa a un anodo in forma di nastro di rete per sistemi di protezione catodica, ad esempio di protezione catodica di strutture in cemento armato, che superi gli inconvenienti deN'arte nota, i cui bordi siano sostanzialmente privi di discontinuità sotto forma di protuberanze taglienti e abbiano una forma sinusoidale. Under a first aspect, the invention relates to an anode in the form of a network tape for cathodic protection systems, for example for the cathodic protection of reinforced concrete structures, which overcomes the drawbacks of the known art, whose edges are substantially free from discontinuity in the form of sharp protuberances and have a sinusoidal shape.

Nell’ambito della presente descrizione si fa riferimento per semplicità alla protezione catodica di strutture di cemento armato; è sottointeso che l’invenzione può essere praticata nell’ambito della protezione catodica in generale, compresa ad esempio la protezione catodica del fondo di serbatoi metallici. In the context of this description, reference is made for simplicity to the cathodic protection of reinforced concrete structures; it is understood that the invention can be practiced in the context of cathodic protection in general, including for example the cathodic protection of the bottom of metal tanks.

Sotto un altro aspetto, l’invenzione è relativa a un metodo per produrre detto anodo. Under another aspect, the invention relates to a method for producing said anode.

Sotto un ulteriore aspetto, l’invenzione è relativa a un sistema di protezione catodica comprendente almeno un anodo in forma di nastro di rete i cui bordi siano sostanzialmente privi di protuberanze taglienti. Under a further aspect, the invention relates to a cathodic protection system comprising at least one anode in the form of a network tape whose edges are substantially free of sharp protuberances.

Alcuni tra i più significativi risultati ottenuti dagli inventori sono presentati nella seguente descrizione, che ha mero scopo esemplificativo e non intende costituire una limitazione dell'invenzione. Some of the most significant results obtained by the inventors are presented in the following description, which is merely an example and is not intended to constitute a limitation of the invention.

L’anodo dell’invenzione consiste in un nastro di rete di metallo caratterizzato da maglie con vuoti di forma romboidale orientati con la diagonale lunga in direzione della lunghezza del nastro. In una forma di realizzazione, i bordi laterali del nastro hanno profilo sinusoidale e sono privi di sporgenze taglienti. Gli inventori hanno sorprendentemente notato che un anodo per protezione catodica come descritto presenta una resistenza ohmica per unità di lunghezza considerevolmente ridotta, ad esempio sino a un quarto, rispetto agli anodi dell’arte nota. The anode of the invention consists of a metal net tape characterized by loops with rhomboid-shaped voids oriented with the long diagonal in the direction of the length of the tape. In one embodiment, the lateral edges of the belt have a sinusoidal profile and are free of sharp protrusions. The inventors have surprisingly noticed that an anode for cathodic protection as described has a considerably reduced ohmic resistance per unit of length, for example up to a quarter, compared to the anodes of the prior art.

La minore resistenza elettrica rende possibile la riduzione del numero di connessioni elettriche, ad esempio in sistema a griglia, con un risparmio considerevole di materiale e tempo d’istallazione. The lower electrical resistance makes it possible to reduce the number of electrical connections, for example in a grid system, with considerable savings in material and installation time.

In una forma di realizzazione, il nastro di rete di metallo è di titanio. In one embodiment, the metal mesh tape is titanium.

In una forma di realizzazione, il nastro di rete di metallo è ricoperto da un rivestimento catalitico che contiene metalli nobili o loro ossidi. In one embodiment, the metal mesh web is coated with a catalytic coating that contains noble metals or their oxides.

In una forma di realizzazione le dimensioni del nastro possono variare da una larghezza di 3 mm a 100 mm con uno spessore da 0.25 mm a 2.5 mm e una lunghezza da 1 m a 150 m. In one embodiment the dimensions of the tape can vary from a width of 3 mm to 100 mm with a thickness of from 0.25 mm to 2.5 mm and a length of from 1 m to 150 m.

DESCRIZIONE IN BREVE DEI DISEGNI BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Ai fini di una miglior comprensione dell'invenzione sarà fatto riferimento alle seguenti figure, che intendono illustrare alcune forme di realizzazione preferite della stessa senza determinarne alcuna limitazione. For the purposes of a better understanding of the invention, reference will be made to the following figures, which intend to illustrate some preferred embodiments thereof without determining any limitation thereof.

- La Fig. 1A riporta una vista in pianta di un anodo tradizionale di metallo espanso. - Fig. 1A shows a plan view of a traditional expanded metal anode.

- La Fig. 1 B riporta una vista in pianta di un anodo di metallo espanso secondo l’invenzione. - Fig. 1 B shows a plan view of an expanded metal anode according to the invention.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DEI DISEGNI DETAILED DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

In dettaglio, la Fig. 1 A mostra una vista in pianta dell’anodo tradizionale dove si possono distinguere le sporgenze taglienti 1 dovute al metodo di produzione con fase di taglio, la geometria romboidale con la diagonale lunga 3 delle aperture romboidali direzionata nel senso della larghezza del nastro e la diagonale corta 4 delle stesse direzionata nel senso della lunghezza del nastro. In detail, Fig. 1 A shows a plan view of the traditional anode where it is possible to distinguish the sharp protrusions 1 due to the production method with the cutting phase, the rhomboidal geometry with the long diagonal 3 of the rhomboid openings directed in the direction of the width of the tape and the short diagonal 4 of the same directed along the length of the tape.

La Fig. 1 B, mostra una vista in pianta dell’anodo secondo una forma di realizzazione dell’invenzione dove si possono distinguere le pareti laterali smussate non taglienti 2, la geometria romboidale con la diagonale lunga 3 dei rombi direzionata in nel senso della lunghezza del nastro e la diagonale corta 4 dei rombi direzionata nel senso della larghezza del nastro. Fig. 1 B, shows a plan view of the anode according to an embodiment of the invention where it is possible to distinguish the non-cutting bevelled side walls 2, the rhomboidal geometry with the long diagonal 3 of the rhombuses directed in the direction of the length of the ribbon and the short diagonal 4 of the rhombuses directed across the width of the ribbon.

ESEMPIO EXAMPLE

Alcuni tra i più significativi risultati ottenuti dagli inventori sono riportati in tabella 1 , ove sono comparati dati resistenza ohmica di anodi rappresentativi dell’invenzione con anodi tradizionali. Gli anodi denominati A e B sono anodi a geometria romboidale con la diagonale lunga dei rombi orientata ortogonalmente rispetto alla lunghezza del nastro analogamente a quanto riportato in Fig. 1A, tradizionalmente ottenuti per espansione longitidinale rispetto alla direzione di scorrimento di una striscia piena di metallo. Gli anodi denominati C e D sono anodi a geometria romboidale secondo una forma di realizzazione dell’invenzione, analogamente a quanto illustrato in Fig. 1 B. Some of the most significant results obtained by the inventors are shown in table 1, where the ohmic resistance data of anodes representative of the invention are compared with traditional anodes. The anodes called A and B are anodes with a rhomboidal geometry with the long diagonal of the rhombuses oriented orthogonally to the length of the strip similarly to what is reported in Fig.1A, traditionally obtained by longitudinal expansion with respect to the sliding direction of a strip full of metal. The anodes called C and D are rhomboidal geometry anodes according to an embodiment of the invention, similarly to what is illustrated in Fig. 1 B.

Gli anodi C e D sono stati preparati per espansione ortogonale rispetto alla direzione di scorrimento di una striscia piena di metallo fatta scorrere in un apparato lungo una fila parallela di coltelli che tramite pressione e punzonatura espandono la striscia piena in direzione ortogonale. La preparazione del nastro è completata con un’ultima serie di coltelli, aventi lame di una lunghezza predefinita maggiore rispetto alle lame dei coltelli precedenti, i quali mediante l’applicazione di una pressione sono atti a modellare il bordo laterale della striscia come illustrato in Fig. 1 B. Oltre ai vantaggi già espressi in termini di conduttività dovuti alla geometria dell’anodo, tale metodo porta al vantaggio deN’ottenimento di un nastro di metallo espanso che non essendo successivamente tagliato, non presenta sporgenze taglienti ed è quindi molto più sicuro e maneggevole durante l’istallazione. Questo metodo inoltre, consente vantaggiosamente di ottenere la striscia di metallo della larghezza voluta direttamente al termine dell’espansione. Tale metodo di produzione consente inoltre di ottenere nastri di lunghezza maggiore rispetto al metodo tradizionale facilitando così istallazioni di grandi dimensioni che richiederebbero connessioni tra più nastri con minore solidità di tutto il sistema anodico. The anodes C and D have been prepared by expansion orthogonal with respect to the sliding direction of a solid strip of metal made to slide in an apparatus along a parallel row of knives which by pressing and punching expand the solid strip in an orthogonal direction. The preparation of the belt is completed with a last series of knives, having blades of a predefined length greater than the blades of the previous knives, which by applying a pressure are able to shape the lateral edge of the strip as shown in Fig. . 1 B. In addition to the advantages already expressed in terms of conductivity due to the geometry of the anode, this method leads to the advantage of obtaining a strip of expanded metal which, not being subsequently cut, has no sharp protrusions and is therefore much safer. and handy during installation. This method also advantageously allows to obtain the metal strip of the desired width directly at the end of the expansion. This production method also makes it possible to obtain belts of greater length than the traditional method, thus facilitating large installations that would require connections between several belts with less solidity than the whole anodic system.

Dai dati riportati in tabella si può notare che a parità di larghezza gli anodi dell'invenzione presentano una resistenza ohmica minore di circa il 60%. From the data reported in the table it can be seen that with the same width the anodes of the invention have an ohmic resistance lower than about 60%.

Tabella 1. Table 1.

La precedente descrizione non intende limitare l’invenzione, che può essere utilizzata secondo diverse forme di realizzazione senza per questo discostarsi dagli scopi e la cui portata è univocamente definita dalle rivendicazioni allegate. The previous description does not intend to limit the invention, which can be used according to different embodiments without thereby deviating from the purposes and whose scope is uniquely defined by the attached claims.

Nella descrizione e nelle rivendicazioni della presente domanda la parola “comprendere” e le sue variazioni quali “comprendente” e “comprende” non escludono la presenza di altri elementi, componenti o stadi di processo aggiuntivi. In the description and claims of the present application the word "comprise" and its variations such as "comprising" and "comprising" do not exclude the presence of other elements, components or additional process stages.

La discussione di documenti, atti, materiali, apparati, articoli e simili è inclusa nel testo al solo scopo di fornire un contesto alla presente invenzione; non è comunque da intendersi che questa materia o parte di essa costituisse una conoscenza generale nel campo relativo all'invenzione prima della data di priorità di ciascuna delle rivendicazioni allegate alla presente domanda. Discussion of documents, records, materials, apparatuses, articles and the like is included in the text for the sole purpose of providing context to the present invention; however, it is not to be understood that this matter or part of it constituted general knowledge in the field relating to the invention prior to the priority date of each of the claims attached to the present application.

Claims

CLAIMS 1. Anode for cathodic protection in the form of an expanded metal strip with rhomboidal meshes, characterized in that said rhomboidal meshes are geometrically arranged with the long diagonal parallel to the direction of the length of the tape.

2. Anode according to claim 1, characterized in that the lateral edge profiles along the length of said belt do not have discontinuities.

3. Anode according to claim 1 or 2, where said metal is titanium.

4. Anode according to one of claims 1 to 3, where said metal is covered with a catalytic layer.

5. Anode according to claim 4, wherein said catalytic layer comprises noble metals or their oxides.

6. Method of preparing the anode one of claims 1 to 3 comprising the following stages: sliding of a metal strip through an expansion apparatus equipped with at least one row of knives of a first predefined length arranged parallel to the sliding of the strip, expansion of the metal strip by pressing and punching by said at least one row of knives, formation of the lateral edges profiles of the expanded metal strip by pressure by a last row of knives with blades of a second predetermined length greater than said first length.

7. A cathodic protection system comprising at least one anode according to one of claims 1 to 5 incorporated in a concrete structure provided with metal reinforcing bars.

8. Method for the cathodic protection of a reinforced concrete structure which consists in applying an anodic potential to said anodes of said cathodic protection system of claim 7.