NO160696B

NO160696B - ELECTROCHEMICAL RE-ALKALINIZATION OF CONCRETE.

Info

Publication number: NO160696B
Application number: NO861737A
Authority: NO
Inventors: Oeystein Vennesland; John B Miller
Original assignee: Norsk Overflate Teknikk As
Priority date: 1986-05-02
Filing date: 1986-05-02
Publication date: 1989-02-13
Also published as: DK683087A; NO875438L; ATE79797T1; DK158902C; NO861737L; NO161454C; DK683087D0; NO160696C; NO875438D0; DE3781359T2; DK158902B; DE3781359D1; NO161454B

Description

Den foreliggende oppfinnelsen vedrøret: en framgangsmåte for re-alkalinisering av karbonatiserte soner i betong. The present invention relates to the pipe: a method for re-alkalinisation of carbonated zones in concrete.

Armeringsjern og andre stållegemer innstøpt i betong eller andre cement- eller kalkholdige materialer, så som mørtel, puss, sprøytebetong o.l. er normalt beskyttet mot korrosjon p.g.a. det alkaliske miljøet i massen. Imidlertid ødelegges denne alkaliniteten gradvis ved opptak av sure gasser fra atmosfæren, så som karbondioksid, svoveldioksid og svoveltrioksid. Opptaket fører til en gradvis nøytral-isering av det alkaliske miljøet. Når pH-verdien av massen er fallt til ca. 9,5, er stålet ikke lenger beskyttet, og korrosjon begynner. Rebar and other steel bodies embedded in concrete or other cement or calcareous materials, such as mortar, plaster, shotcrete etc. is normally protected against corrosion due to the alkaline environment in the pulp. However, this alkalinity is gradually destroyed by the absorption of acidic gases from the atmosphere, such as carbon dioxide, sulfur dioxide and sulfur trioxide. The absorption leads to a gradual neutralization of the alkaline environment. When the pH value of the mass has fallen to approx. 9.5, the steel is no longer protected, and corrosion begins.

Den mest kjente nøytraliseringsreaksjonen skyldes opptak av karbondioksid og går under navnet "karbonatisering". The most well-known neutralization reaction is due to the absorption of carbon dioxide and goes by the name "carbonation".

Karbonatisering som fører til bygningsskader i form av korrosjonsangrep på innstøpt stål, som i sin tur resulterer i tap av ståltvercsnitt, utsprengning av betongoverdekning og styrkereduksjon, er allerede i dag et alvorlig problem. Carbonation, which leads to building damage in the form of corrosion attack on embedded steel, which in turn results in loss of steel cross-section, spalling of concrete cover and reduction in strength, is already a serious problem today.

Skader forårsaket av karbonatisering har lett for å bli omfattende og er vanskelige og kostbare å reparere. Tradisjonelt repareres slike skader ved borthugging av den karbonatiserte sonen, sandblåsing av det derved eksponerte stålet og gjenoppbygning av betongen ved påstøp, påsprøyting eller ved forsegling kombinert med slemming eller sparkling. Resultatet er sjelden fullgodt når det gjelder holdbarhet og bæreevne. Damage caused by carbonation can easily become extensive and is difficult and expensive to repair. Traditionally, such damage is repaired by cutting away the carbonated zone, sandblasting the exposed steel and rebuilding the concrete by pouring, spraying or by sealing combined with grouting or spalling. The result is rarely satisfactory in terms of durability and load-bearing capacity.

Det vises også til norsk patent nr. 156 729, Reference is also made to Norwegian patent no. 156 729,

som er søkerens egen patent, som i detalj beskriver reparasjon av kloridinnfisert betong ved hjelp av en lignende framgangsmåte. which is the applicant's own patent, which describes in detail the repair of chloride-infected concrete using a similar procedure.

Formålet med den foreliggende oppfinnelsen er å frambringe en framgangsmåte for reparasjon av karbonatiserte. soner i betong o.l. og som gir bedre resultater enn de en oppnår ved å bruke tidligere kjente framgangsmåter. The purpose of the present invention is to produce a method for repairing carbonated. zones in concrete etc. and which give better results than those obtained by using previously known procedures.

Det er karakteristisk for karbonatisering at skaden som regel begrenser seg til konstruksjonens overflatesone, dvs. It is characteristic of carbonation that the damage is usually limited to the construction's surface zone, i.e.

i sonen inntil første armeringslag. Denne sonen er som regel tynn i forhold til resten av betongtverrsnittet, som er ukarbonatisert og som har overskudd av alkaliske stoffer. in the zone up to the first layer of reinforcement. This zone is usually thin compared to the rest of the concrete cross-section, which is uncarbonated and has an excess of alkaline substances.

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en framgangsmåte for re-alkalinisering av karbonatiserte soner i samsvar med det som er angitt i den karakteriserende delen av krav 1. The present invention relates to a method for re-alkalinisation of carbonated zones in accordance with what is stated in the characterizing part of claim 1.

Den karbonatiserte sonen tilføres alkaliske stoffer, enten fra betongens e.l. friske indre eller frå et utvendig elektrolytisk medium ved hjelp av en påtrykt elektrisk spenning. De alkaliske stoffene gir den karbonatiserte sonen tilbake sine korrosjonsbeskyttende egenskaper overfor stål. Alkaline substances are supplied to the carbonated zone, either from the concrete or the like. fresh internal or from an external electrolytic medium by means of an applied electrical voltage. The alkaline substances give the carbonated zone back its corrosion-protective properties against steel.

Framgangsmåten bygger på følgende prinsipp: The procedure is based on the following principle:

Når en basisk elektrolyttisk oppløsning med innhold av f.eks. kalsium-, natrium- og kaliumhydroksider utsettes for et elektrisk felt mellom to elektroder, vil de alkaliske hydroksyl-ionene vandre mot den positive elektroden og gjøre miljøet rundt denne sterkt alkalisk. Denne alkaliniteten beholdes etter at det elektriske felt-t opphører. Framgangsmåten gjennomføres i praksis på følgende måte: Dersom betongen e.l. inneholder to lag med armeringsjern, hvorav det ene ligger i karbonatisert betong, og det andre ligger i frisk betong, koples armeringen i karbonatiseringssonen til den positive polen på en likeretter eller et batteri, og det andre laget koples til den negative polen. Ved påsetting av strømmen vandrer alkaliske hydroksylioner til armeringen i den karbonatiserte sonen. Alkaliniteten i den karbonatiserte sonen overvåkes ved hjelp av kjente metoder, f.eks. ved hjelp av pH-ømfintlige indikatotstoffer eller pH-elektroder. Når ønsket pH-verdi er nådd (vanligvis over 12), kan strømmen slås av. When a basic electrolytic solution containing e.g. calcium, sodium and potassium hydroxides are exposed to an electric field between two electrodes, the alkaline hydroxyl ions will migrate towards the positive electrode and make the environment around it strongly alkaline. This alkalinity is retained after the electric field-t ceases. The procedure is carried out in practice in the following way: If the concrete etc. contains two layers of rebar, one of which is in carbonated concrete, and the other is in fresh concrete, the reinforcement in the carbonation zone is connected to the positive pole of a rectifier or battery, and the other layer is connected to the negative pole. When the current is applied, alkaline hydroxyl ions migrate to the reinforcement in the carbonated zone. The alkalinity in the carbonated zone is monitored using known methods, e.g. using pH-sensitive indicator substances or pH electrodes. When the desired pH value is reached (usually above 12), the current can be switched off.

Dersom betongen kun inneholder ett lag med armeringsjern, eller eventuelle andre lag er utilgjengelige, eller avstanden mellom lagene er for stor til at teknikken beskrevet i punkt 1 kan anvendes effektivt, etableres en utvendig elektrode i et egnet elektrolytisk medium på konstruksjonens overflate. Denne elektroden kan bestå av tråder, stenger, plater, folier eller film av metall, ledende plaststoffer eller andre elektrisk ledende stoffer. Elektrolytten kan være vandige oppløsninger av kalsium-, natrium- og/eller kaliumsalter, enten i væskefotm eller oppsugd i et porøst medium så som mineralull, cellulose-mas8e, sagflis, sand, leire og liknende, eller den kan være sterkt retardert betong, mørtel, cementvelling, kalkpasta og liknende. Ved benyttelse av cementbasert basert betong, mørtel eller pasta, tilsettes et sterkt retarderende stoff så som sukrose til dette for å hindre massen i å herde, slik at massen etter endt behandling kan fjernes ved skarping eller spyling. If the concrete contains only one layer of rebar, or any other layers are unavailable, or the distance between the layers is too large for the technique described in point 1 to be used effectively, an external electrode in a suitable electrolytic medium is established on the surface of the structure. This electrode can consist of wires, rods, plates, foils or films of metal, conductive plastics or other electrically conductive substances. The electrolyte can be aqueous solutions of calcium, sodium and/or potassium salts, either in liquid form or absorbed in a porous medium such as mineral wool, cellulose pulp, sawdust, sand, clay and the like, or it can be highly retarded concrete, mortar , cement slurry, lime paste and the like. When using cement-based concrete, mortar or paste, a strong retarding substance such as sucrose is added to this to prevent the mass from hardening, so that the mass can be removed after finishing treatment by sharpening or flushing.

Den utvendige elektroden tilkoples batteriets eller likeretterens negative pol, mens armeringen i den karbonatiserte sonen koples til den positive polen som beskrevet i punkt 1 ovenfor. The external electrode is connected to the negative pole of the battery or rectifier, while the reinforcement in the carbonated zone is connected to the positive pole as described in point 1 above.

Re-alkaliniseringsprosessens hurtighet avhenger av den anvendte likespenningen, som igjen er avhengig av betongens og den eventuelle elektrolyttens ledningsevne, av elektcode-tettheten og av avstanden mellom elektrodene. For vanlig forekommende bygningskonstruksjoner ligger den anvendte spenningen i området 10-20 V, hvorved re-alkaliniseringen er utført i løpet av dager eller uker avhengig av de lokale forholdene og av graden og dybden av karbonat iser ingen. The speed of the re-alkalization process depends on the applied DC voltage, which in turn depends on the conductivity of the concrete and any electrolyte, on the electcode density and on the distance between the electrodes. For commonly occurring building constructions, the applied voltage is in the range of 10-20 V, whereby the re-alkalinisation is carried out within days or weeks depending on the local conditions and on the degree and depth of carbonate ice none.

Framgangsmåten er illustrert i de vedlagte figurer, hvor The procedure is illustrated in the attached figures, where

fig. 1 viser et snitt gjennom en del av en betongkonstruksjon, hvor spenning påtrykkes over<!>armeringsjern i hhv. frisk og karbonatisert sone av betong, fig. 1 shows a section through part of a concrete structure, where tension is applied over <!>rebar in or fresh and carbonated zone of concrete,

mens fig. 2 viser et tilsvarende snitt gjennom en betongkonstruksjon hvor spenning påtrykkes mellom en utvendig elektrode i et elektrolytisk medium og et armeringselement i karbonatisert sone av betong. while fig. 2 shows a corresponding section through a concrete construction where voltage is applied between an external electrode in an electrolytic medium and a reinforcing element in the carbonated zone of concrete.

I fig. 1 befinner et lag armerings jern 1 seg i en sone med karbonatisert betong, og et lag armeringsjern 2 befinner seg i frisk betong. Armeringen 1 koples til den positive polen på en likeretter eller et batteri 3, og armeringen 2 koples til den negative polen. Ved påsetting av strømmen vandrer alkaliske hydroksylioner til armeringen 1 i den karbonatiserte sonen. In fig. 1, a layer of reinforcing iron 1 is in a zone of carbonated concrete, and a layer of reinforcing iron 2 is in fresh concrete. Armature 1 is connected to the positive pole of a rectifier or battery 3, and armature 2 is connected to the negative pole. When the current is switched on, alkaline hydroxyl ions migrate to the reinforcement 1 in the carbonated zone.

I fig. 2 befinner en armering 4 seg i en karbonatisert sone i betong. Et egnet elektrolytisk medium 5 er påført på konstruksjonens overflate. I dette mediet 5 er det etablert en elektrode 6. Elektroden 6 koples til batteriets eller likeretterens 7 negative pol, mens armeringen 4 i den karbonatiserte sonen koples til den positive polen. Ved påsetting av strømmen, vil alkaliske hydroksylioner vandre fra det utvendige mediet 5 mot armeringen 4 i den karbonatiserte sonen. In fig. 2, a reinforcement 4 is located in a carbonated zone in concrete. A suitable electrolytic medium 5 is applied to the surface of the structure. An electrode 6 has been established in this medium 5. The electrode 6 is connected to the negative pole of the battery or rectifier 7, while the reinforcement 4 in the carbonated zone is connected to the positive pole. When the current is applied, alkaline hydroxyl ions will migrate from the external medium 5 towards the reinforcement 4 in the carbonated zone.

Claims

1. Procedure for re-alkalinisation of carbonated zones in concrete, characterized in that an electrical voltage is applied between a reinforcing element (1,4) in the zone in the concrete that has been carbonated and an electrode (2,6) in a zone with alkaline environment.

2. Method in accordance with claim 1, characterized in that rebar (2) in the fresh interior of the concrete is used as an electrode in an alkaline environment.

3. Method in accordance with claim 1, characterized in that an external electrode (6) placed in an electrolytic medium (5) applied to the surface of the structure is used as an electrode in an alkaline environment, as this electrode (6) can consist of wires, rods, plates, foils or film of metal, conductive plastics or other electrically conductive substances.

4. Method in accordance with claim 3, characterized in that an electrolyte (5) is used which can be aqueous solutions of calcium, sodium and/or potassium salts, either in liquid form or absorbed in a porous medium such as mineral wool, sawdust, sand, clay and the like, or that it can be highly retarded concrete, mortar, cement slurry, lime paste etc.

5. Method in accordance with one of claims 3-4, characterized in that when using cement-based concrete, mortar or paste as electrolyte (5) a strongly retarding substance, such as sucrose, is added to this to prevent the mass from hardening, so that the mass at the end of treatment can be removed by scraping or rinsing.