PL187235B1 - Elektroda i sposób elektrochemicznej ochrony katodowej zbrojonego betonu - Google Patents

Abstract

1. Elektroda do elektrochemicznej ochrony katodowej zbrojonego betonu, znamienna tym, ze posiada cylindryczny korpus (1) z materialu porowatego o po- wierzchni zewnetrznej i wewnetrznej oraz przewodnik elektryczny (6) stykajacy sie z powierzchnia wewnetrzna korpusu oraz ze zródlem pradu elektrycznego. 5. Sposób elektrochemicznej ochro- ny katodowej zbrojonego betonu, w któ- rym odslania sie zbrojenie i umieszcza sie elektrode w sasiedztwie ochranianego fragmentu zbrojenia, znamienny tym, ze cylindryczny korpus elektrody z materialu porowatego umieszcza sie w sasiedztwie ochranianego fragmentu zbrojenia i po- wierzchnie wewnetrzna korpusu laczy sie ze zródlem pradu elektrycznego za pom o- ca przewodnika elektrycznego. fig . 1 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest elektroda i sposób elektrochemicznej ochrony katodowej zbrojonego betonu. Wynalazek może mieć szerokie zastosowanie. Jest on szczególnie efektywny w procesie ochrony katodowej zbrojonego betonu. Taki beton zawiera wtopioną wzmacniającą konstrukcję ze stalowych prętów. Inne zastosowania są opisane poniżej.

Znany jest sposób, w którym taką konstrukcję podłącza się do źródła prądu stałego, aby wytworzyć napięcie wystarczające do utrzymania metalu w stanie odporności na korozję i przez to uniknąć korozji lub ją usunąć. Sposób taki nazywany jest ochroną katodową.

Zwykle w sposobie tym wykorzystuje się system rozproszonych anod w postaci np. metalowych siatek lub pokryć przewodzących takich, jak farby i specjalne materiały natryskiwane na powierzchnię betonu lub do niego domieszkowane. W niektórych sytuacjach taki system nie spełnia zadania i wtedy proponowane są anody „nieciągłe” lub inaczej „punktowe”. Na rynku istnieją dwa podstawowe typy anod punktowych, a najpopularniejsza z nich to platynowany pręt tytanowy. Drugim rodzajem jest uformowana tytanowa siatka lub tytanowa rurka albo płyta, katalizowana odpowiednim materiałem na bazie tlenku lub mieszanego tlenku metalu.

Platynowany tytanowy pręt nie może być jednak używany samodzielnie, ponieważ przy wymaganym napięciu gęstość prądu na powierzchni anody (zależąca od gęstości stalowych prętów w jej sąsiedztwie) byłaby bardzo wysoka wytwarzając kwas o wiele za szybko, żeby mógł on być rozproszony (i ostatecznie zneutralizowany przez zasadę wytwarzaną na katodowym pręcie zbrojenia). Wskutek tego beton rozpadłby się przez działanie kwasu w okolicy anody. NACE (US National Association of Corrosion Engineers) określiło wytyczną, że gęstość prądu ma być nie wyższa niż 100 mA/m² powierzchni betonu, aby uniknąć tego zjawiska. Taki pręt na ogół umieszczany jest w znacznie większym otworze (o średnicy typowo 12 mm) niż to konieczne, a luka wypełniana jest przewodzącą pastą węglową, aby powiększyć pole

187 235 powierzchni kontaktu betonu z anodą i przez to obniżyć gęstość prądu. Ze względów ekonomicznych istnieje tendencja do przekraczania wytycznych NACE.

Przy gęstości prądu powyżej 0,3 mAcm długości pręta anody (około 800 mA/m ) węglowe wypełnienie jest zużywane na drodze anodowego utleniania z wydzielaniem CO₂. W wyniku tego następuje utrata kontaktu między węglem a betonem i napięcie wymagane do utrzymania właściwego prądu ochrony rośnie, często przewyższając maksymalne napięcie prostownika. Podobny skutek mogą mieć jeszcze inne zjawiska. Przepływ wysokiego prądu generuje gazy, zwykle tlen ze śladowymi ilościami chloru lub dwutlenku węgla z utleniania pasty węglowej na powierzchni anody, a te mogą powodować powstanie otworów, jeśli mają trudność z ujściem, co dodatkowo pogarsza kontakt anody z powierzchnią betonu. (Wiadomo, że przy wysokich gęstościach prądu (około 15 A/m²) anody mogą się zablokować gazami w ciągu kilku godzin pracy).

Zwykle ze względu na konieczność zastosowania specjalnego przewodzącego, węglowego wypełniacza, stosowanie anod w postaci pręta jest ograniczone do obszaru blisko powierzchni betonu. Często stalowa konstrukcja zatopiona jest jednak głęboko w betonie i korzystnie byłoby umieścić tam, lokalnie, anodę.

W europejskim opisie patentowym 186 334 przedstawiony jest system ochrony katodowej, w którym anody są wstępnie uformowanymi płytkami z hydraulicznie porowatego TiO_x gdzie x wynosi od 1,67 do 1,95.

Celem wynalazku jest więc elektroda punktowa bardziej dogodna i korzystna w przypadku ochrony katodowej zbrojonego betonu oraz w innych zastosowaniach elektrochemicznych.

Przedmiotem wynalazku jest, po pierwsze, elektroda do elektrochemicznej ochrony katodowej zbrojonego betonu charakteryzująca się tym, że posiada cylindryczny korpus z materiału porowatego o powierzchni zewnętrznej i wewnętrznej oraz przewodnik elektryczny stykający się z powierzchnią wewnętrzną korpusu oraz ze źródłem prądu elektrycznego.

Korzystnie jest, gdy cylindryczny korpus elektrody jest z porowatego podtlenku tytanu o wzorze TiOx, gdzie x wynosi od 1,55 do 1,95.

Korzystna elektroda posiada również osłonę wystającą poza każdy koniec cylindrycznego korpusu służącą do odprowadzania gazów uwalnianych w reakcji elektrochemicznej.

W korzystnym rozwiązaniu według wynalazku przewodnik elektryczny przechodzi przez całą elektrodę.

Przedmiotem wynalazku jest również sposób elektrochemicznej ochrony katodowej zbrojonego betonu, w którym odsłania się zbrojenie i umieszcza się elektrodę w sąsiedztwie ochranianego fragmentu zbrojenia, charakteryzujący się tym, że cylindryczny korpus elektrody z materiału porowatego umieszcza się w sąsiedztwie ochranianego fragmentu zbrojenia i powierzchnię wewnętrzną korpusu łączy się ze źródłem prądu elektrycznego za pomocą przewodnika elektrycznego.

Korzystnie jest, gdy przewodnik elektryczny przewleka się przez cylindryczny korpus oraz przez osłonę wystającą poza każdy koniec cylindrycznego korpusu.

W korzystnym postępowaniu według wynalazku zbrojenie odsłania się wytwarzając w betonie otwór o rozmiarach elektrody.

Zaletą sposobu i elektrody według wynalazku jest fakt, że oferuje on prosty i efektywny sposób podłączania dowolnej anody w kształcie rury. Pole faradajowskie wewnątrz rury jest nieznaczne i z tego względu nie ma siły napędowej dla korozji anodowej metalu wewnątrz rury. Rodzaj metalu wewnątrz rury może być dzięki temu dobrany na podstawie przewidywań dotyczących wyłącznie korozji chemicznej.

Szczegółowe projekty elektrod według wynalazku mogą być bardzo proste, a elektrody mogą być wytwarzane w terenie. W jednym z przykładów wykonania potrzebna jest tylko zgrzewarka punktowa oraz narzędzie do wsuwania elektrod. To oznacza, że w przypadku anod do ochrony katodowej, elektrody mogą być umieszczane na swoim miejscu w terenie po porównaniu faktycznego układu otworów z układem prętów zbrojenia:.

Ponieważ specjalne przewodzące wypełniacze nie są konieczne, a gazy powstałe w reakcji anodowej mogą łatwo być usunięte z powierzchni anody, anoda może być umieszczona

187 235 głęboko w otworze, a przestrzeń pomiędzy nią a betonem może być wypełniona konwencjonalnym wypełnieniem dającym się pompować, które nie wymaga wymiany.

System według wynalazku połączenia anody do źródła prądu ma ponadto tę zaletę, że więcej niż jedna elektroda może być podłączona do przewodnika zasilającego, przykładowo do drutu zasilającego, umożliwiającego rozprowadzenie prądu na różnych głębokościach otworu. Zapewnia to, że katodowa gęstość prądu nie będzie zbyt wysoka, co mogłoby spowodować wzrost kruchości stalowych prętów pod wpływem wydzielającego się na nich wodoru. Do innych możliwości należą systemy pierścieniowo ułożonych elektrod i poziomych drutów przechodzących przez kanały w belkach i sufitach; i tym podobne. Takie druty i pierścieniowo ułożone elektrody mogą być również stosowane w ochronie takich elementów jak podziemne rurociągi lub zbiorniki. Elektrody według wynalazku mogą być stosowane w innych technikach elektrochemicznych, jak np. w zawracaniu in-situ procesów degradacji, oraz ogólnie.

Najbardziej jednak oczywista korzyść to fakt, że dzięki zastosowaniu odpowiedniej osłony, gazy anodowe mogą bezpiecznie uchodzić wzdłuż linii przewodnika zasilającego, redukując spowodowaną tym możliwość utraty kontaktu elektrycznego, szczególnie przy wysokich gęstościach prądu.

Urządzenie według wynalazku może być wykonane nie tylko z podtlenku tytanu.

Niektóre jego elementy mogą być wykonane z dowolnego materiału nadającego się do wytwarzania cylindrycznej lub sferycznej, możliwie porowatej struktury (przykładowo tytanowa piana zawierająca elektrokatalizator). Cylindryczne korpusy mogą mieć różne wymiary tak, aby uzyskiwać odpowiednią gęstość prądu. Tak więc wynalazek jest szczególnie wartościowy dzięki łatwości doboru gęstości prądu, niezużywaniu się wypełnienia węglowego, możliwości usuwania produktów gazowych, możliwości umieszczania alkalicznych wypełnień (te trzy ostanie cechy stwarzają możliwość dopuszczenia wyższych gęstości prądu) i swobodzie lokalizacji anody.

Pozostałe zalety wynalazku to:

- połączenie elektryczne wewnątrz rury eliminuje korozję anodową tego złącza,

- łatwość montażu i swoboda w projektowaniu systemów elektrod,

- łatwość odprowadzania gazów, oraz

- prostota kontaktu elektrycznego pozwalająca na umieszczenie kilku anod na jednym drucie.

Wynalazek został przedstawiony w przykładach wykonania na załączonym rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia przekrój podłużny pojedynczej anody według wynalazku, fig. 2 widok anody od strony jednego jej końca, fig. 3 - przekrój podłużny innej anody według wynalazku, fig. 4 - przekrój poprzeczny masy betonu poddanego obróbce według wynalazku.

Anoda składa się z cylindrycznego korpusu 1 mającego ścianę zbudowaną z materiału porowatego, typowo podtlenku tytanu o wzorze ogólnym TiO_x, gdzie x wynosi od 1,55 do 1,95. (Taki materiał może zostać wykonany przy pomocy któregokolwiek z procesów opisanych w patentach europejskich 47595 i 478152 pod warunkiem, że zadba się o porowatość).

Cylindryczny korpus 1 ma na końcach zamknięcia 2 posiadające otwory 3 na wylot. Korpus 1 zawiera również element dociskający 4 zrobiony z gumy silikonowej lub podobnego materiału, posiadający otwór 5 i podtrzymujący przewodnik elektryczny 6, na ogół z tytanu, tak, że dociska on przewodnik elektryczny 6 do wewnętrznej powierzchni cylindrycznego korpusu 1. Przewodnik elektryczny jest połączony, zwykle przy pomocy zgrzewki punktowej, do przewodnika zasilającego 7 przechodzącego przez cylindryczny korpus i podłączonego do źródła prądu elektrycznego (nie pokazane). Przewodnik zasilający, poza korpusem, jest umieszczony w osłonie 8 zwykle wykonanej z plastiku. Jeden taki korpus może być podłączony do innego tak, że powstaje drabinka anod (zobacz: fig. 4). Każda anoda zostaje wtedy przyporządkowana innemu obszarowi zbrojenia.

Układ zamknięć i połączeń elektrycznych może być różny, jak to zostało przedstawione na fig. 3. Zamknięcie ostatniej anody w drabince anod może być zastąpione zamknięciem nie posiadającym otworu.

Jak pokazano na fig. 4, w betonie C drąży się otwór H, aby odsłonić zbrojenie R; średnica otworu jest tylko trochę większa od średnicy korpusu elektrody. Głębokość otworu jest

187 235 zależna od geometrii prętów zbrojeniowych w betonowej konstrukcji. Elektroda jest montowana poprzez umieszczenie zamknięć końcowych w korpusie, a następnie jest wsuwana do otworu. Po tej operacji jest ona podłączana do źródła prądu stałego. Otwór napełnia się wypełniaczem G. Gazy wydzielane w wyniku reakcji chemicznej mogą przedostać się do wnętrza cylindrycznego korpusu, a następnie wyżej, poprzez plastikową osłonę 8, do atmosfery. W ten sposób nie stykają się one z betonem i nie mają wpływu na przepływ prądu przez elektrodę. Jak pokazano, powstaje pionowy ciąg anod.

Wynalazek nie ogranicza się do przestawionych rozwiązań. Przykładowo, można pominąć zamknięcia na końcach, a sposób podłączenia przewodnika zasilającego do wewnętrznej powierzchni walca lub innej trójwymiarowej elektrody może być odmienny.

187 235

FIG. 2

FIG. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Elektroda do elektrochemicznej ochrony katodowej zbrojonego betonu, znamienna tym, że posiada cylindryczny korpus (1) z materiału porowatego o powierzchni zewnętrznej i wewnętrznej oraz przewodnik elektryczny (6) stykający się z powierzchnią wewnętrzną korpusu oraz ze źródłem prądu elektrycznego.
2. 2. Elektroda według zastrz. 1, znamienna tym, że korpus (1) jest z porowatego podtlenku tytanu o wzorze TiO_x, gdzie x wynosi od 1,55 do 1,95.
3. 3. Elektroda według zastrz. 1, znamienna tym, że posiada osłonę (8) wystającą poza każdy koniec cylindrycznego korpusu (1) do odprowadzania gazów uwalnianych w reakcji elektrochemicznej.
4. 4. Elektroda według zastrz. 1, znamienna tym, że przewodnik elektryczny (6) przechodzi przez całą elektrodę.
5. 5. Sposób elektrochemicznej ochrony katodowej zbrojonego betonu, w którym odsłania się zbrojenie i umieszcza się elektrodę w sąsiedztwie ochranianego fragmentu zbrojenia, znamienny tym, że cylindryczny korpus elektrody z materiału porowatego umieszcza się w sąsiedztwie ochranianego fragmentu zbrojenia i powierzchnię wewnętrzną korpusu łączy się ze źródłem prądu elektrycznego za pomocą przewodnika elektrycznego.
6. 6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że przewodnik elektryczny przewleka się przez cylindryczny korpus oraz przez osłonę wystającą poza każdy koniec cylindrycznego korpusu.
7. 7. Sposób według zastrz. 5 lub zastrz. 6, znamienny tym, że zbrojenie odsłania się wytwarzając w betonie otwór o rozmiarach elektrody.