NO871091L

NO871091L - Komposittanordning for katodisk beskyttelse av substrater i kontakt med denne, og anvendelse av anordningen.

Info

Publication number: NO871091L
Application number: NO871091A
Authority: NO
Inventors: Kenneth C Clear
Original assignee: Eltech Systems Corp
Priority date: 1986-03-18
Filing date: 1987-03-17
Publication date: 1987-09-21
Also published as: NO871091D0; JPS62263986A; AU597341B2; AU7011987A; EP0239530A1; US4692066A

Abstract

En komposittkonstruksjon for katodisk beskyttelse av substrater (19). i kontakt med denne omfatter en anodemontasje 0-3), en mørtel (15) i kontakt med anodemontasjen (13), idet mrtelen (15) har lav spesifikk motstand, og en luftporøs betongtildekning (17) over mørtelen (15) og med høy spesifikk motstand. Anvendelse av komposittkonstruksjonen er også krevet.

Description

Oppfinnelsens bakgrunn

Når armert betong befinner seg i kontakt med sjøvann eller med fortynnet sjøvann (brakkvann), som i pilarer eller støttekonstruksjoner for broer, dokkonstruksjoner eller sjø-vannskanaler, blir den utsatt for en meget høy korrosjons-hastighet. Korrosjonen blir påskyndet i dette område på grunn av høy saltkonsentrasjon og på grunn av at oxygen er tilgjengelig for den katodiske reaksjon. Tilgjengeligheten av oxygen er spesielt viktig fordi korrosjonshastigheten ofte er katodebegrenset. Betingelsene med avvekslende våte og tørre sykluser danner derfor en ideell situasjon for hurtig korrosjon.

Dette er nylig blitt erkjent som et betydelig

problem, men intet suksessrikt system for den katodiske beskyttelse av armeringsstål er hittil blitt utviklet for konstruksjoner i kontakt med sjøvann. Hovedhindringene mot anvendelse av katodisk beskyttelse i dette tilfelle har vært lekkasje av den påtrykkede strøm over i sjøvannet.

Det mest kritiske område er området med meget sterk korrosjon nær tidevannsnivået. Området over høyt tidevanns-nivå utsettes også for korrosjon, og det er ønskelig å på-føre katodisk beskyttelse også på denne del av konstruksjonen .

Tidligere er anoder, som ledende malinger, blitt på-ført på slike kolonners utside. Disse forsøk førte ikke frem fordi den påtrykkede strøm lett lekker eller avgrenes over i sjøvannet under perioder med høyvann eller når konstruksjonen utsettes for btflaer eller dønninger. Dette finner sted fordi sjøvann med full styrke har en spesifikk motstand på

ca. 20 ohm.cm og gir en langt bedre ledende bane til jord enn betongen i konstruksjonen som har en spesifikk motstand på 5000-15000 ohm.cm. Dersom en vesentlig mengde av strømmen lekker over i sjøvannet istedenfor å ledes inn i betongkonstruksjonen, vil armeringsstålet ikke bli katodisk beskyttet. Hvis på den annen side anodene anbringes tilstrekkelig høyt på konstruksjonen til at strømlekkasje ikke vil finne sted, vil det kritiske område med den sterkeste korrosjon ikke bli beskyttet.

For at betydelige mengder av elektrisk strøm skal lekke ut i sjøvannet er det ikke nødvendig at det foreligger direkte kontakt mellom anoden og sjøvannet. Strøm kan vandre en kort avstand gjennom betongen nær konstruksjons-overflaten og derefter inn i sjøvannet og igjen unngå armeringsstålet slik at ingen katodisk beskyttelse fås.

Denne prosess fører ikke bare til en ueffektiv beskyttelse, men også til beskadigelse av anodene og av grenseflaten anode-betong. Denne beskadigelse finner sted fordi anodene og grenseflaten er spesialkonstruert til ikke å få

en strømtetthet som overskrider 1,08 mA/dm 2 anodeoverflate. Det er kjent at en høyere strømtetthet vil forkorte anodens levealder og føre til dannelse av tilstrekkelig med syre til å beskadige betongen nær anodens overflate. Når strøm-lekkasje forekommer, vil et område med meget sterk elektrisk strøm forekomme nær sjøvannsnivået og forårsake anode- og syrebeskadigelse.

Oppsummering av oppfinnelsen

Det tilveiebringes ved oppfinnelsen en ny konstruksjon for å sikre at i det vesentlige all elektrisk strøm som påtrykkes på en med stål armert betongkonstruksjon, blir rettet innad mot stålarmeringen og at bare en liten mengde lekker over i jorden gjennom omgivende væske.

I henhold til én side ved oppfinnelsen angår denne

en med stål armert betongkonstruksjon som er innrettet for kontakt med ledende væsker, spesielt for kontakt med saltvann som er utsatt for nivåvariasjoner, idet slike variasjoner fører til at det dannes en sterk korrosjonssone for den med stål armerte betong som kommer inn i og ut av kontakt med væske. Konstruksjonen omfatter en anodemontasje nær overflaten av armert betong og'anordnet i det minste delvis langs sonen med sterk korrosjon, en mørtel i kontakt med anodemontasjen såvel som i kontakt med den armerte betong, idet mørtelen har en lav spesifikk motstand, og en luftporøs betong som dekker mørtelen, idet betongtildekningen har en høy spesifikk motstand.

Andre sider ved oppfinnelsen innbefatter en kompositt konstruksjon, som omtalt ovenfor, som er nyttig for katodisk beskyttelse av substrater i kontakt med denne, såvel som fremgangsmåten for å forsinke korrosjon av med stål armert betong.

Kortfattet beskrivelse av tegningene

Av tegningene viser

Figur 1 en søyle av armert betong som oppviser et høyvanns-og lavvannsnivå, og Figur 2 en søyle av armert betong som er vist i snitt og er beskyttet av en katodisk beskyttelseskonstruksjon i henhold til den foreliggende oppfinnelse.

Beskrivelse av de foretrukne utførelsesformer

Den foreliggende oppfinnelse vil i alminnelighet kunne utnyttes for enhver anvendelse hvor en armert betong kommer i kontakt med en ledende væske og derved blir utsatt for korrosjon for hvilken katodisk beskyttelse vil være gunstig. Den ledende væske vil for eksempel ofte her ganske enkelt bli betegnet som sjøvann. Det vil imidlertid forstås at den foreliggende oppfinnelse vil finne anvendelse for kontakt med andre ledende væsker, som brakkvann eller sjøvann med lavere saltinnhold, såvel som saltoppløsninger som kan inneholde ett eller flere oppløste salter.

Figur 1 viser en søyle 10 av armert betong. Søylen har vært i kontakt med ledende væske som er usatt for nivåvariasjoner, f.eks. sjøvannets utsettelse for tidevanns-virkning. Betongkolonnen 10 oppviser derved et nivå 1 for høyt tidevann (flo) og et nivå 3 for lavt tidevann (fjære)

og en sone 7 med meget sterk korrosjon mellom disse. Over flonivået 1 oppviser betongkonstruksjonen 10 en sone 5 med moderat korrosjon. Denne sone 5 med moderat korrosjon vil typisk være utsatt for luft, men den kan også fra tid til annen være utsatt for kontakt med væsker, f.eks. sprut-virkning, f.eks. fra en vindbåren dusj. Under fjærenivået

3 finnes en sone 9 med lav korrosjon som kan forventes alltid eller praktisk talt alltid å befinne seg i kontakt med væsker, f.eks. med sjøvann. På Figur 2 er en søyle av armert betong 20 vist som er beskyttet mot korrosjon. Denne beskyttende betongkonstruksjon er armert betong 19 med generelt kvadratisk tverrsnitt og med innvendig stiilarmerings - stenger 11. For å oppnå korrosjonsbeskyttelse anvendes en anodemontasje 13 nær den armerte betong 19, men vist i en kort avstand fra denne. Denne anodemontasje er innleiret i en masse av mørtel (puss) .15 med lav spesifikk motstand, og denne vil her ganske enkelt kunne bli betegnet som "mørtel 15 med lav spesifikk motstand". Denne mørtel 15 med lav spesifikk motstand om-hyller anodemontasjen 13. På den ytre overflate av mørtelen 15 med lav spesifikk motstand befinner en omhylling av porøs luftbetong 17 med høy spesifikk motstand seg. På grunn av denne porøse betongs 17 høye spesifikke motstand kan den av og til her være betegnet som "den ytre motstandsomhylling 17" eller "betongen 17 med høy spesifikk motstand". Denne omhylling av porøs luftbetong 17 utgjøres av en generelt vegglignende tildekningsdel 17a og en hæl 17b. Hælen 17b strekker seg under den nedre kant av mørtelen 15 med lav spesifikk motstand og kommer derfor i kontakt med den armerte betong 19. På denne måte gir den porøse luftbetong 17 en fullstendig tildekning over mørtelen 15 med lav spesifikk motstand.

Anodemontasjen 13 for å gi katodisk beskyttelse for den armerte betong 19 kan befinne seg på overflaten av betongen 19 og være tildekket med pussen 15 eller den kan være innleiret i pussen 15. Anodemontasjen 13 kan også bare være i kontakt med mørtelen 15, for eksempel ved kontakt med. dens ytre overflate eller ved delvis innleiring i denne, idet mørtelen 15 da virker som en fylling for rommet mellom anodemontasjen 13 og den armerte betong 19.

Mørtelen 15 med lav spesifikk motstand vil som regel være tilstede som en tildekning på den underliggende armerte betong 19 i et lag med en dybde av 0,64-6,4 cm. En dybde for mørtelen 15 av under 0,6 4 cm kan være vanskelig å på-føre jevnt. På den annen side kan en dybde for mørtelen 15 på over 6,4 cm være uøkonomisk. For å oppnå den beste økonomi og forsterkede korrosjonsmotstand vil en slik mørtel 15 fortrinnsvis være tilstede i en dybde innen området 2-5 cm.

Anodemontasjen 13 såvel som mørtelen 15 med lav spesifikk motstand blir derefter dekket med en overfor luft porøs betong 17. Med en betong 17 som er porøs overfor luft er det ment at denne betong 17 er tilstrekkelig porøs til å tillate at hvilke som helst gasser som kan bli dannet under den katodiske beskyttelse vil bli ventilert gjennom betongen 17, idet en slik ventilering i det minste er tilstrekkelig til ikke uheldig å påskynde korrosjonen av den underliggende armerte betong 19. Tildekningen av den overfor luft porøse betong 17 vil typisk bli påført i form av et lag med en tykkelse innen området 0,64-6,4 cm. En tykkelse på under 0,64 cm for tildekningen av betong 17 som er porøs overfor luft, kan føre til uakseptabel erosjon av tildekningen og forkorte den katodiske beskyttelses levealder for den underliggende armerte betong 19. Derimot kan en tykkelse for denne tildekning på over 6,4 cm være uøkonomisk. For å oppnå det beste vedlikehold og økonomi påføres betongen 17 som er porøs overfor luft, fortrinnsvis med en tykkelse innen området 2-

5 cm.

Det er av kritisk betydning at betongen 17 som er porøs overfor luft, fullstendig dekker anodemontasjen 13 og den underliggende mørtel 15 med lav spesifikk motstand dersom en slik montasje 13 eller mørtel 15 kan bli utsatt for kontakt med væske. Innenfor et hvilket som helst område av den beskyttende betongkonstruksjon 20 hvor eksponering bare for atmosfæren vil være typisk, f.eks. innen det område hvor anodemontasjen 13 vil være forbundet med en elektrisk kraftkilde, er det således tilstrekkelig at mørtelen 15 ikke er dekket av betongen 17 som er porøs overfor luft. Derimot bør, spesielt dersom den beskyttende konstruksjon vil være utsatt for stigende og fallende væskenivåer, som sjøvann som er utsatt for tidevannsvirkningen, hælen 17b, som vist på Fig. 2, av overfor luft porøs betong strekke seg minst 10 cm under mørtelens 15 nedre kant. For å oppnå den beste hindring mot strømlekkasje gjennom den beskyttende konstruksjon over i sjøvannet bør en slik hæl 17b fortrinnsvis strekke seg 30 cm eller lengre under mørtelen 15.

Når den spesifikke motstand til mørtelen 15 med lav spesifikk motstand uttrykkes som R T og den overfor luft porøse betongs 17 spesifikke motstand er uttrykt som R ,

er det mest fordelaktig for å oppnå en langvarig korrosjonsbeskyttelse at den spesifikke motstand mellom lagene reguleres slik at R >>RT. Som regel vil dette forhold være slikt at

ol ^

den spesifikke motstand Rq vil være 5-200 ganger høyere enn den spesifikke motstand R^. For å oppnå den beste korrosjonsbeskyttelse såvel som langvarig brukstid for den underliggende armerte betong 19 bør forholdet mellom de spesifikke motstander være slikt at Rq er 10-100 ganger høyere enn R^.

For søylen 20 vil den armerte betong i alminnelighet være laget av Portland-sement som kan forventes å ha en spesifikk motstand på 5000-15000 ohm.cm. Den armerte betong vil ha stenger 11 av generelt vanlig eller forspent armeringsstål. Egnede anodemontasjer 13 som kan anvendes, f.eks. på den armerte betong 19, er velkjente innen den angjeldende teknikk og innbefatter ledende malinger, harpiks som er fylt med ledende carbon, termoplaster som inneholder carbon eller katalyserte titankonstruksjoner.

Som mørtel 15 med lav spesifikk motstand vil som oftest en mørtel anvendes som har en spesifikk motstand på under 50 000 ohm.cm. Mørtler som kan være egnede for anvendelse, innbefatter således en pumpbar mørtel som kan ha en typisk spesifikk motstand på ca. 1200 ohm.cm, eller en lettbetong som kan ha en spesifik motstand innen området 22000-42000 ohm.cm. Under hensyntagen til at det er det ovenfor omtalte forhold for den spesifikke motstand mellom mørtel og betong som er den viktigste, er det ikke desto mindre typisk at betongen 17 med høy spesifikk motstand vil ha en spesifikk motstand over 50 000 ohm.cm. For dette betonglag 17 med høy spesifikk motstand kan en mikrosilikatsement med fordel anvendes. En anvendbar sement kan

være en sement som inneholder 20 vekt% mikrosilikatsement,

og denne kan ha en spesifikk motstand innen området 150 000-250 000 ohm.cm.

Det vil forstås at en hvilken som helst påførings-metode for anodemontasjen 13, mørtelen 15 med lav spesifikk motstand og betongen 17 med høy spesifikk motstand og som fører til i det minste i det vesentlige de konstruksjons-messige variasjoner som her er beskrevet, som den anordning som er vist på Figur 2, vil kunne anvendes for formålene ifølge oppfinnelsen. En spesielt egnet installeringsmetode fås ved først å feste anodemontasjen 13 på den armerte betong 19 ved anvendelse av ikke-ledende holderdeler, som plastpinner eller-plugger. Det vil forstås at med beteg-nelsen "anodemontasje" som her anvendt skal foruten spesifikke anodeelementer, som katalyserte titankonstruksjoner, ytterligere tilhørende elementer, som strømtilførselstråder, idet disse ytterligere elementer kan innbefatte ikke-ledende holderdeler dersom dette skulle være egnet, være innbefattet. Straks anodemontasjen 13 befinner seg på plass, kan den dekkes med mørtelen 15 med lav spesifikk motstand ved påsprøyting, vanligvis betegnet som påblåsing, eller ved å støpe mørtelen ved å helle eller pumpe denne inn bak en form som befinner seg i avstand fra den armerte betong 19. Efter at mørtelen 15 med lav spesifikk motstand befinner seg på plass, kan betongen 17 med høy spesifikk motstand bringes på plass, igjen ved påsprøyting, pumping eller støping under anvendelse av en form.

Det tas også sikte på at de forhåndsstøpte strukturer av betongen 17 med høy spesifikk motstand vil være nyttige. Når slike prefabrikeres, kan anodemontasjen 13 monteres på den innvendige flate av disse forhåndsstøpte strukturer, f.eks. på flaten av forhåndsstøpte plater. Egnede monter-ingsforholdsregler for slike metoder er blitt omtalt ovenfor. Disse plater kan derefter monteres på den underliggende armerte betong 19, men i avstand fra denne. Dette rom ble derefter fylt med mørtelen 15 med lav spesifikk motstand ved pumping eller ifylling slik at rommet blir fullstendig fylt og mørtelen kommer i kontakt med anodemontasjen 13.

Det tas også sikte på at ved en hvilken som helst av de ovennevnte metoder skal betongen 17 med høy spesifikk motstand kunne helt eller delvis erstattes med en egnet isolerende plast, som FRP. Når denne alternative konstruksjon anvendes, må den isolerende plast være tilstrekkelig tynn. f.eks. ha en tykkelse av 0,6 cm eller derunder, eller den må inneholde små utborede hull for at gasser skal kunne ventileres ut gjennom plasten.

Efter den her beskrevne installasjon blir anodemontasjen 13 elektrisk tilkoblet til den positive pol på en egnet krafttilførselsanordning, og betongkonstruksjonens 20 armeringsstål n blir forbundet med krafttilførselsan-ordningens negative pol. En likestrøm som er egnet for katodisk beskyttelse av armeringsstålet 11 blir derefter påtrykket. Det tas sikte på at en hvilken som helst egnet kraftkilde for anvendelse sammen med anodemontasjer hvor slike montasjer anvendes for å beskytte betong, som i bro-dekk eller lignende konstruksjoner, vil kunne anvendes i henhold til den foreliggende oppfinnelse.

Claims

1. Komposittkonstruksjon for katodisk beskyttelse av substrater i kontakt med denne, karakterisert ved at den omfatter en anode-montas je, en mørtel i kontakt med anodemontasjen, idet mørtelen har lav spesifikk motstand, og en luftporøs betongtildekning over mørtelen og med høy spesifikk motstand.

2. Komposittkonstruksjon ifølge rkav 1, karakterisert ved at anodemontasjen befinner seg i kontakt i det minste delvis med substratet såvel som i kontakt i det minste delvis med den porøse betong tildekning .

3. Komposittkonstruksjon ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at mørtelen befinner seg i kontakt med substratet.

4. Komposittkonstruksjon ifølge krav 1-3, karakterisert ved at mørtelen og kom-posittomhyllingen av porøs betong begge er tilstede i form av et lag med en tykkelse av 0,64-6,4 cm.

5. Komposittkonstruksjon ifølge krav 1-4, karakterisert ved at mørtelen er en mørtel med lav spesifikk motstand av under 50 000 ohm-cm og at den porøse betong er en mørtel med høy spesifikk motstand av over 50 000 ohm • cm.

6. Komposittkonstruksjon ifølge krav 1-5, karakterisert ved at mørtelen har lav spesifikk motstand, R^ ., og at omhyllingen av porøs betong har høy spesifikk motstand, R , og at den spesifikke motstand som foreligger mellom mørtelen og betongen kan uttrykkes ved relasjonen RQ >> Rj •

7. Komposittkonstruksjon ifølge krav 6, karakterisert ved at den spesifikke mot stand som foreligger mellom mørtelen og betongen kan uttrykkes ved ligningen Rq = (5-200) R^.

8. Anvendelse av komposittkonstruksjonen ifølge krav 1-7 for katodisk beskyttelse av en med stål armert betongkonstruksjon innrettet for kontakt med ledende væsker, med komposittkonstruksjonens anodemontasje nær overflaten av den armerte betong og anordnet i det minste delvis langs en sone med sterk korrosjon, og med mørtelen i kontakt både med anodemontasjen og med den armerte betong.

9. Anvendelse ifølge krav 8 for en med stål armert betongkonstruksjon innrettet for kontakt med ledende væsker, spesielt for kontakt med saltvann som er utsatt for nivåvariasjoner, idet variasjonene fører til at det dannes en sone med sterk korrosjon for med stål armert betong som kommer i og ut av kontakt med væsken.

10. Fremgangsmåte for å forsinke korrosjon i med stål armert betong, og spesielt slik armert betong som befinner seg i kontakt med en ledende væske som er utsatt for nivåvariasjoner slik at det oppstår en sone med sterk korrosjon for den armerte betong som kommer i og ut av kontakt med væsken, karakterisert ved at det opprettes en anodemontasje nær overflaten av den armerte betong og anordnet i det minste delvis langs sonen med sterk korrosjon, den armerte betong pusses med en mørtel med lav spesifikk motstand, idet mørtelen påføres slik at den i det minste delvis vil befinne seg i kontakt med anodemontasjen, og mørtelen tildekkes med en luftporøs betong med høy spesifikk motstand.