NO316639B1 - Fremgangsmate for katodisk beskyttelse mot armeringskorrosjon pa fuktige og vate marine betongkonstruksjoner - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for katodisk beskyttelse mot armeringskorrosjon på fuktige og våte marine betongkonstruksjoner.

Armerte, marine betongkonstruksjoner som befinner seg i saltvann/sjøvann er meget utsatt for korrosjon. Dette skyldes at klorider fra saltvannet trenger inn i betongen og forårsaker armeringskorrosjon, med derav følgende tap av bæreevne. Idet det i denne forbindelse ofte er tale om kaianlegg, broer og lignende konstruksjoner er et slikt tap av bæreevne meget alvorlig. Korrosjonen vil i dramatisk grad forkorte konstruksjonens levetid og bidra til meget høye vedlikeholdskostnader.

Betong som er utsatt for korrosjon beskyttes i dag, i stadig økende grad, ved katodisk beskyttelse (KB). Ved denne fremgangsmåten anbringes et anodemateriale i betongen. Dette legges enteninn i et stort antall slisser som sages i betonglegemet, et stort antall plugger bores inn med kort senteravstand eller et metalltrådnett støpes fast på overflaten av betongen over hele det arealet hvor man ønsker beskyttelse av armeringen. I den senere tid er det videre utviklet flytende anodesystemer som smøres eller sprøytes på overflaten. Over den valte anoden og armeringen, som tjener som negativ pol, påtrykkes det en likestrøm. Felles for denne typen løsninger er at elektrodene må søkes plassert nærmest mulig den korroderende armeringen, samtidig som de ikke må berøre armeringen, idet dette ville forårsake kortslutning slik at beskyttelsesgraden i området ødelegges. Det ovenfor omtalte arbeidet er å anse som spesialistarbeid hvor installasjonen må gå hånd i hånd med kvalifisert måling.

I Corrosion Science (1993), bind 35, nr. 5-8, s. 1649-1660 beskrives en metode for katodisk beskyttelse. Denne oppviser imidlertid vesentlige forskjeller sammenlignet med foreliggende oppfinnelse. Ifølge denne publikasjonen dekkes betongoverflaten med en elektrisk ledende tape og en anode bestående av en titan-nettanode dekket med blandet metalloksyd. De delene av en marin konstruksjon som ifølge publikasjoen beskyttes ved hjelp av dette systemet er søyler og bropilarer, hvilket er av liten praktisk betydning siden de sjelden er av betong uten å være innstøpt i tykke stålrør og derfor ikke skades. Sjøvann tilføres heller ikke ifølge denne publikasjonen.

Generelt sett er det forbundet med store kostnader å utføre reparasjons- og installasjonsarbeider under kaier. Man kan si at kaianlegg tilhører en av to typer. Det finnes kaier som rager relativt høyt over vannspeilet med god utskifting av luft under kaien. På den andre siden finnes det lavere kaier med dårlig Iuftutskifting, som på grunn av nærhet til vannspeilet er permanent fuktige eller, våte i overflaten.

På en kai av den førstnevnte typen er installasjon av anode som beskrevet hittil den eneste måten å beskytte armering mot korrosjonsangrep på. Betongen har relativt høy motstand, og man må sage eller bore inn anoden som beskrevet eller påføre en flytende anode. Denne typen arbeider kan utføres på kaier av denne typen til lavere kostnader enn ved lav kaitype idet det er plass til å arbeide under kaien som står relativt høyt (ofte mer enn 2 meter over vannspeilet).

På en kai av den sistnevnte, lave, typen er slik installasjon mer komplisert. Det foreligger dårlig plass til på bekvem måte å kunne utføre arbeidet. Videre vil tidevannsforskjeller, vær og båttrafikk påvirke arbeidet i større grad. Det er et vått og mørkere miljø, hvilket også bidrar til å vanskeliggjøre arbeidet. Resultatet av dette er også at kostnadene forbundet med slikt arbeid er særdeles høye.

Det er tidligere kjent at man kan beskytte de delene av våte konstruksjoner som befinner seg i vann ved å anbringe anodematerialet direkte i sjøvann, eventuelt ved å anvende prinsippet med galvanisk element (GE) (offeranoder) for å beskytte armeringen tvers gjennom betongen som nå er våt og har en meget lavere motstand.

Målinger foretatt av søkeren på en typisk kai viser imidlertid at behovet for strøm i nedkant av bjelker og kaiplale at et slikt system ikke virker tilfredsstillende. Hovedårsaken til dette er at avstanden fra sjøvann til de kritiske bjelkene ofte er for stort til å unngå stort polensialfall (for høy motstand). Grunnen til at systemet ikke virker er at man får et for stort potensialfall ved at strømmen skal løpe opp søylen fra sjøvannet rundt bjelken inn til armeringen (gjennom sjøvannet/fuktig overflate) og opp i underkant plate til korroderende armering. Det gjenværende lave potensialet er ikke tilstrekkelig til å motvirke noen sikker reduksjon av, og stans i, pågående korrosjon. Dette gjelder uansett om man anvender GE pronsippet eller påtrykker en spenning ned i sjøvann (vanlig KB).

Dersom man påtrykker en høy spenning på anodematerialet lagt i strømledende sjøvann, får man med lav spenning en situasjon som nettopp beskrevet (GE), og ved høyere spenning en overbeskytlelse av de nærmeste områder (søyle i sjøvann) med negative bieffekter, som hydrogensprøhet og lignende. Dette er ikke godtagbart, selv om intensjonen er at man skal nå frem til områder som ligger lengst fra det strømledende vannspeilet. Det er i demie forbindelse viktig å merke seg at svært våte deler av kaien, som søyler direkte i vann, er mindre korrosjonsutsatt enn de som er noe tørrere og høyere oppe. Dette betyr at man i minst grad når frem til de fjernest liggende delene som har størst behov for strømmen (beskyttelsen).

For at katodisk beskyttelse (KB) skal virke på de enkelte armeringsstag (jern), må de ifølge tradisjonell kunnskap befinne seg i elektrisk kontinuitet med all annen armering i betonglegemet, heri innbefattet selve innmatingspunktet for strøm. På kai av høy type må all armering, om den ikke allerede er i kontinuitet, kobles sammen før behandling starter. Slikt arbeide krever spesialkompetanse og er forbundet med vanskelig beregnbare og til dels høye kostnader. På en kai av den lave typen er dette enda mer komplisert og kostbart av samme grunn som angitt tildligere.

Det foreligger derfor et behov for en fremgangsmåte som på en enkel og kostnads-gunstig måte muliggjør beskyttelse av kaianlegg, hvor spesialistarbeid kan unngås og erstattes av arbeid som kan utføres av personer uten spesialkompetanse uten høy teknisk risiko. Foreliggende oppfinnelse sikter mot å imøtekomme dette behovet.

Ved foreliggende oppfinnelse tilveiebringes en ny metode som muliggjør beskyttelse av konstruksjonen til en langt lavere pris enn man ville oppnå ved tradisjonelle fremgangs-måter, det vil si ved anvendelse av tråd, plugger, nett eller annet.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer følgelig en fremgangsmåte for katodisk beskyttelse mot armeringskorrosjon på fuktige og våte marine betongkonstruksjoner, kjennetegnet ved at det mot overflaten av konstruksjonen som skal beskyttes presses et inert, ledende materiale mot et mellomliggende, kontaktformidlende, absorberende materiale og en spenning påtrykkes, på permament basis, mot armeringen i betongen og på det pålagte, inerte, ledende materialet, idet konstruksjonen og det kontaktformidlende, absorberende materialet holdes i fuktig eller våt tilstand ved anvendelse av det nærliggende sjøvann.

Som inert, ledende materiale kan det med fordel anvendes metallband. Som kontaktformidlende materiale anvendes fortrinnsvis et fleksibelt, absorberende, klor-, syre- og sjøvannsbestandig, hydrofilt materiale.

Ytterligere foretrukne trekk ved oppfinnelsen fremgår av de øvrige, uselvstendige kravene. 1 motsetning lii den kjente teknikkens stand, som krever omfattende meisling, reparasjon og innstøping av ledende bånd, plugger eller nett i den skadede betongen eller arbeidskrevende anbringelse'av andre anoder, muliggjør fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse en langt enklere og billigere løsning.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen vil det kontaktformidlende materialet ved flo sjø og ved sprut bli gjennomfuktet med sjøvann som derved bevirker en utmerket elektrisk kontakt mellom metallanoden og den underliggende betongen. Det har overraskende vist seg at denne gode kontakten opprettholdes også ved fjære sjø, slik at fremgangsmåten fungerer like godt uansett vannstand, graden av fuktighet i miljøet under kaikonstruksjonen synes å være den avgjørende faktoren.

Ifølge en videreutvikling av foreliggende oppfinnelse kan den ovenfor omtalte fremgangsmåten også anvendes på en kai av den omtalte, høye typen ved at man på egnet måte sørger for at miljøet umiddelbart på kaiens underside forandres til å bli mer fuktig og vått. Derved kan også denne typen kaianlegg beskyttes til en langt lavere pris enn tradisjonelt mulig. Dette kan eksempelvis oppnås ved at sjøvannet som kaien står i benyttes til å fukte kaiens undersider, enten ved å hindre luftutskiftning og trekk under kaien ved å utføre permanente påbygg på sidene, ved anvendelse av vannsugende veker fra sjø til anode, eller ved å dusje kaien fra undersiden med sjøvann ved hjelp av et automatisk vanningssystem. I et hvert tilfelle vil man på enkel måte kunne benytte det nærliggende sjøvannet for å fukte kaien.

I det følgende vil noen mulige utførelsesformer av oppfinnelsen bli beskrevet.

Ved utførelse av oppfinnelsen kan det som anodemateriale anvendes standard perforert 12 millimeter bredt titanbånd (Ti-remse), belagt med MMO sjikt. (Dette båndet er laget for å sages og støpes inn i betongen med typisk sentreravstand 20-30 cm. Dette betyr at det kreves en overdekning over armeringen og en arbeidssituasjon som tillater bruk av tyngre sageverkløy).

Ved foreliggende oppfinnelse blir dette båndet ikke saget eller anbrakt inne i betongen, men blir isteden trykket mot betongkroppen utenfra, mot et kontaktformidlende, absorberende materiale, for eksempel en klor- og syrebestandig gummiremse eller et lag av stein- eller mineralull, som vil bli vålt umiddelbart etter anbringelse i dette miljøet. Ti-båndet kan anbringes i sandwich med absorberende materiale, så som skum eller steinull, på både yttcr- og innerside, og trykkes mot betongen ved for eksempel å skyte eller skru fast en impregnert trelekt på yttersiden av båndet. Lektene kan med fordel prefabrikeres i lengder som er egnet for den enkelte konstruksjon. Alternativt kan titannett anbringes mot prefabrikerte, vannfaste finerplaterj deretter overlegges med for eksempel steinull, og derved være klart til å festes opp mot den betongen som kassetten skal beskytte. Arbeidet krever ikke spesialkompetanse, de prefabrikerte kassettene kan utstyres med korrosjonssikre kontakter som er ferdige for senere sammenkobling.

En lekt kan for eksempel lages i 3 meters lengder, hvor båndet er festet midt på den brede siden, og hvor naglene går inn i betongen på begge sider av Ti-båndet. I forbindelse med beskyttelse av, for eksempel, en bærende bjelke, anbringes en lekt på hver side av bjelkens nedre kant. I forbindelse med beskyttelse av et dekkefelt kan tidligere beskrevne plater festes opp mot kaiplatens underside og fuktes. Alle bånd holdes i korrosjonsbestandig, inert matriale og holdes åpne. Båndene sammenkobles og polariseres mot armering. Installasjonen logges, effekten måles og justeringer foretas eventuelt. I og med at kassetten ligger synlig til vil man til enhver tid lett kunne vurdere behovet for, og utføre, vedlikehold av installasjonen.

Alternativt kan en slik lekt bestrykes med et lag ledende maling av mineralsk type og som sådan presses mot det kontaktformidlende laget.

Ved tradisjonell innsløping av litanbånd på kai av lav type vil det foreligge en meget vanskelig arbeidssituasjon, med lav arbeidshøyde og bevegelig vannunderlag, med andre ord dårlige forhold med tanke på HMS (helse, miljø og sikkerhet). Dette vil naturlig nok medføre høye arbeidskostnader. Den fordelen som oppnås ved denne tradisjonelle arbeidsmåten er at det innstøpte båndet er en del av konstruksjonen og kan ikke slåes eller slites av. Ulempen er at arbeidet krever stor grad av ekspertise og at kostnadene ofte vanskelig kan forutsies på grunn av kompleksiteten i installasjonen. Videre vil svikt i et slikt anlegg, eksempelvis på grunn av kortslutning eller vanskjøtsel, ofte nødvendiggjøre kostbare nyinstallasjoner.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen oppnås en enklere og billigere løsning fordi de høye monteringskostnadene kan unngås. Som nevnt ovenfor vil videre størstedelen av installasjonsarbeidet kunne utføres av personer uten spesialkompetanse. Det er videre mulig at den delen av arbeidet som krever slik kompetanse, som sammenkobling og styring av anlegget, kan gjøres fjernstyrt. Siden det ved kaianlegg ofte er tale om konstruksjoner som befinner seg ute i distriktene, er det åpenbart at denne forbedrede ressursutnyttelsen vil kunne medføre viktige besparelser. Videre oppnås en forbedring av HMS. En ytterligere fordel er at en visuell kontroll av anodematerialet muliggjøres, for eksempel på årlig basis, og skader som er visuelt erkjennbare på lekt eller plate vil kunne repareres på enkel måte.

Forsøk utført av søkeren har videre, meget overraskende, vist at det ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan være unødvendig å bringe armeringsjernene til elektrisk kontinuitet, det vil si å koble dem sammen. Det er fastslått at dersom betongen er tilstrekkelig våt, og motstanden dermed lav, er elektrisk kontinuitet av armeringen ikke noen forutsetning dersom anodene plasseres geometrisk optimalt. Den omtalte "flyttbare" anodetypen muliggjør utprøving av optimal plassering før hoved-installasjonen starter opp. I en slik fremgangsmåte ligger naturligvis potensiale til en betydelig innsparing, hvilket ytterligere forsterker den økonomiske gevinsten som oppnås ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Det har ved utprøving av foreliggende oppfinnelse videre vist seg at det kan være unødvendig å utføre reparasjon av en korrosjonsangrepet konstruksjon. Grunnen til dette er at korrosjonsangrepet armeringsjern som befinner seg i fuktig miljø, beskyttes av de korrosjonsprodukter som ligger på jernet, selv om jernet ligger blottlagt. Dette forutsetter naturligvis at konstruksjonen ikke er så skadet at den statisk sett ikke tåler de belastninger den vil bli utsatt for. Dersom jernet ikke har noen rustkake, kan reparasjon likevel unngås ved å presse anodisk, polarisert og fuktig kontaktformidlende materiale, eksempelvis steinull eller glassvatt, mot de eksponerte jernene.

Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse gjør det følgelig mulig at sterkt korrosjonsangrepne kaier kan få øket levetid, bevares og eventuelt repareres fremfor riving og nybygging. Dette betyr en betydelig besparelse for eieren av viktig lokal infrastruktur, som en kai er, og en skåning av miljøet.

Det følgende eksempelet er ment å belyse oppfinnelsen nærmere.

EKSEMPEL

Fremgangsmåten i følge oppfinnelse er utprøvd på et kaianlegg av lav type. Dette kaianlegget befinner seg i Midt-Norge og avstanden mellom havspeilet og underkant kaianlegg er 1,7 meter og til underkant bjelke er avstanden ca. 0,8 meter.

Som ledende bånd ble det anvendt standard Ti-bånd, som beskrevet ovenfor, og som fleksibelt klor- og syrebestandig materiale ble det anvendt steinull (Rockwool). Det ble montert opp ca. 20 elektroder for å måle effekten på de enkelte jern.

Resultatene var som følger:

Etter en gjennomvætingstid for mineralullen på ca. en uke løp det relativt høye strømmer fra lekt-elektroden inn i betongkonstruksjonen, slik at beskyttelseskriterier i henhold til gjeldende standarder lett ble oppnådd.

Armeringsjern med korrosjonsprodukter på overflaten som lå blottlagt polariserte like bra som innstøpt armering.

Typiske stabile strømtettheter ble målt til ca 40-50 raA pr. løpemeter lekt ble målt. Forholdet mellom prisen for en beskyttelse basert på lekt/plater og prisen på en installasjon av konvensjonell type ble funnet å være ca. 1:3 til 1:4. Resultatet, det vil si korrosjonsbekjempelsen, er minst like god ved anvendelse av lekt/plate anoden som ved anoder av konvensjonell type.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for katodisk beskyttelse mot armeringskorrosjon på fuktige og våte marine betongkonstruksjoner, karakterisert ved at det mot overflaten av konstruksjonen som skal beskyttes presses et inert, ledende materiale mot et mellomliggende, kontaktformidlende, absorberende materiale og en spenning påtrykkes, på permament basis, mot armeringen i betongen og på det pålagte, inerle, ledende materialet, idet konstruksjonen og det kontaktformidlende, absorberende materialet holdes i fuktig eller våt tilstand ved anvendelse av det nærliggende sjøvann.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor det som inert, ledende materiale anvendes metlalbånd.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, hvor metallbåndet er et bånd av MMO belagt Ti-metall eller kobberkjernet Ti, belagt med platina.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor det inerte, ledende materialet er et i seg selv ikke ledende materiale bestrøket med en strømledende malingsfilm.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor det inerte, strømledende materialet er et fiberbånd, eksempelvis av glassfiber mettet med ledende maling, hvori det er anbragt én eller flere ledere i form av karbonbånd.

6. Fremgangsmåte ifølge foregående krav, hvor det kontaktforbidlende materialet er et flaksibelt, absorberende klor-, syre- og sjøvannsresistens materiale.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, hvor det som fleksibelt, abosrberende, syre- og sjøvannsresistent materiale anvendes perforert gummi, skumgummi, mineralull eller steinull.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor sjøvann pumpes opp for å fukte den marine betongkonstruksjonen.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor lufting unngås ved at det bygges skjørt på sidene av betongkonstruksjonen eller det anbringes en duk på sidene som henger ned i sjøen.