WO2018091534A1 - Method and arrangement for assessing the corrosion and passivation of the reinforcement while taking into account the moisture in reinforced concrete - Google Patents

Method and arrangement for assessing the corrosion and passivation of the reinforcement while taking into account the moisture in reinforced concrete Download PDF

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WO2018091534A1
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measuring
corrosion
measurement
moisture
signal
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PCT/EP2017/079329
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Ralf W. Arndt
Hans-Peter Gatz
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Fachhochschule Erfurt
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Definitions

  • the invention relates to a method and an arrangement for assessing reinforced steel concrete components with respect to the corrosion and passivation of the reinforcement, taking into account the moisture.
  • Metal and especially steel corrosion is a common problem that causes widespread damage and causes indirect and direct costs in all industrial sectors. This applies in particular to the field of reinforcement corrosion in reinforced concrete construction.
  • the reinforcing steel is usually protected or passivated by a surrounding passivation layer against corrosion.
  • This passivation layer is formed by the high alkalinity of the pore solution as a very thin but virtually non-porous layer around the rebar.
  • the passivation layer prevents or inhibits the penetration of oxidizing ions down to the rebar.
  • the passivation of this passivation layer is reduced and the passivation layer finally destroyed. As a result, the corrosion protection for the reinforcing steel is lost.
  • electrochemical methods such as the electrochemical potential measuring method, in which an electrical voltage is measured between a contacted internal reinforcing steel and the outside surface of a steel-weighted concrete component, which in the present corrosion typically has more negative values than if passivation of the contacted reinforcing steel, but with a large gray area and significant uncertainty.
  • the document US 2012/0012470 A1 describes an arrangement with a probe, which is provided for scanning a surface of a concrete component.
  • the arrangement includes a function generator for feeding a current into the concrete component via the probe.
  • the function generator is designed as a reference for a potential measurement on a reinforcing steel in the concrete component.
  • the arrangement may further comprise a current measuring device for measuring the current through the probe.
  • Document CH 708 249 A2 describes a method for determining the passivating properties of a metal surface in an electrolyte. The method is based on the rectification of an alternating current which passes through the metal surface into the electrolyte. The sign as well as the magnitude of the change in the DC voltage and the DC current between the metal surface and an electrode allow a conclusion on the presence of passivating conditions and thus on the corrosion behavior.
  • the document GB 2 224 852 A describes an apparatus and a method for monitoring the corrosion rate in a concrete component with an enclosed reinforcement material.
  • the reinforcement material and the concrete form a corrosion half-cell.
  • the reinforcing material is connected via a current measuring device to a probe having a first annular surface which communicates with a water-absorbing material, such as a
  • Sponge is related.
  • the sponge is moistened and moved over the surface of the concrete component, with the current being measured by the probe continuously or at discrete intervals.
  • the voltage difference between see one of the first annular surface oppositely disposed second annular surface, which is also related to a water-absorbing material, and the reinforcing material is determined.
  • the disclosure DE000002335419 AI describes a method and an apparatus for measuring the corrosion or corrosion of steel reinforcements in concrete parts such as walls, ceilings and the like, wherein in a measuring range between the steel reinforcement and the surface of the concrete part by means of a patch on the surface of the concrete part, as Cathode serving electrode and a power supply connected directly to the Stahlarm ist a galvanic cell is constructed and loaded with a constant DC current, wherein the Stahlarm réelle is connected as an anode, and the potential profile of the steel reinforcement is registered relative to a reference electrode over a short time before the start of the current period ,
  • the document WO 97/09603 describes an electrode assembly for determining the corrosion rate in reinforced concrete by means of galvanostatic pulses, comprising an active, current density-controlled counter electrode and an associated feedback electrode. On the outer surface of an enclosing adjusting electrode is arranged with associated feedback. By means of a circuit, the current fed into the electrodes is controlled so that the same current density acts on the counter electrode and on the adjusting electrode.
  • the document AT 71 224 B describes a method for continuous or discrete-time monitoring of the effectiveness of repairs on reinforced concrete components, which have been damaged by corrosion of the reinforcement material.
  • a series of spot measurements of the electrical potential of the reinforcement material relative to a first reference electrode is detected by moving the first reference electrode on the surface of the concrete component.
  • a second reference electrode of lead is implanted in the concrete mass below a surface zone. It is the electric potential of the second Re- determined reference electrode against the reinforcing material and observed the time course.
  • the invention is based on the object to provide a method for assessing the corrosion and the passivation capacity of a passivation layer on the reinforcement in reinforced concrete, with a reliable detection of active corrosion, passive corrosion in insufficient moisture or incipient corrosion at sufficient humidity and characterization current and future passivation behavior of the reinforcement.
  • the invention is further based on the object of specifying a method for assessing the moisture content of a steel-reinforced concrete component in order to assess the actual progress of ions.
  • the invention is based on the object to provide an arrangement for carrying out such methods.
  • an inert measuring electrode is arranged on the surface of the reinforced concrete component.
  • an electrically conductive connection to the reinforcing steel is produced, via which an electrical test voltage is fed.
  • the reinforcement connection may be introduced through a contact opening in the outer concrete layer between the reinforcing steel and the surface of the reinforced concrete component. It is possible to have such a contact opening by drilling, whipping or other known from the prior art Abtrags vide in the reinforced concrete component contribute.
  • reinforced concrete components can be produced, in which such a contact opening is already provided.
  • a corrosion measurement signal is measured as the voltage between the measuring electrode and the rebar connection contacting the reinforcing steel.
  • the corrosion measurement signal is determined by the charges which can break through the passivation layer.
  • the number of charges transported through the passivation layer of ions is a measure of the passivation capacity of the passivation layer around the reinforcing steel.
  • the passivation layer has a number of imperfections or voids that are permeable to ions. Thereby, a large number of charges corresponding to the number of ions, for example, iron ions passing through the passivation layer are measured. With sufficient passivation capacity, however, this number of charges is very low to low.
  • a negative cathode protection voltage is applied to the measuring electrode via an ohmic series resistor, which voltage is generated by a cathode protection voltage source designed as a loadable constant voltage source. If the measuring electrode is placed on the reinforced concrete component, then a negative cathode protection current is fed in via the ohmic series resistor. As a result, the course of the corrosion measurement signal, which is generated by the charge pressure or the pressure of freely movable ions in the passivation layer around the reinforcing steel, is stabilized.
  • the cathode protection current fed into the measuring electrode via the ohmic series resistor counteracts the pressure of the freely mobile ions, in particular the iron ions dissolved from the reinforcing steel by the anodic partial process of corrosion.
  • the cathode protection current fed into the measuring electrode is thus an essential basis for the detection tion of the corrosion measurement signal as well as all other parameters of the method.
  • an asymptotically decaying corrosion measurement signal is measured, which has a maximum initial value at the beginning of the feed-in of the cathode protection current.
  • the reinforcing steel with the surrounding passivation layer acts like an electrode of an electrolytic capacitor.
  • the asymptotically evanescent corrosion measurement signal is caused by the charging process on this electrolytic capacitor under the influence of the injected cathodic protection current, the maximum initial value being determined by the properties of the electrolytic capacitor electrode and the dielectric material around the reinforcing steel.
  • the initial value of the corrosion measurement signal may be compared to at least one predetermined limit to determine the passivation capability of the passivation layer.
  • an initial value of the corrosion measurement signal above a predetermined threshold may be evaluated as sufficient passivation capability.
  • gradations can be made in the evaluation of the passivation capacity.
  • a predetermined threshold of zero millivolts is used. If the initial value of the corrosion measurement signal is above this preferred limit, the corrosion state is determined as active corrosion and / or defective passivation. If the initial value of the corrosion measurement signal is below this preferred limit, no active corrosion and / or sufficient passivation is determined.
  • the magnitude of the drop in the corrosion measurement signal is determined by the passivation capability of the passivation layer.
  • a measure of the steepness of the drop of the corrosion measurement signal for example the drop or the negative rise of a straight line by the initial value and a second value of the corrosive onsmesssignals at a predetermined time interval from the initial value or the time constant of a fitted exponential decay, are used for the evaluation of Passivitationshacks the passivation layer.
  • the asymptotic drop of the corrosion measurement signal is determined by the ohmic series resistor, via which the cathode protection current is fed into the electrode.
  • This series resistor can be chosen differently depending on the measurement task.
  • a moisture measurement signal is measured which determines the moisture in the passivation layer. Only in the case of sufficient moisture in the passivation layer are differences in the passivation capability detectable by the corrosion measurement signal. In particular, too little moisture prevents the transport of ions through the passivation layer, regardless of the actual passivation capability. As a result, such a measurement can erroneously simulate a passivation that is actually absent as a pseudopassivation measurement.
  • the corrosion measurement signal is compared with at least one predetermined limit value if the moisture measurement signal indicates at least one minimum measurement moisture detected as sufficient for a reliable measurement. In this way, a faulty determination and / or interpretation of the passivation state of the passivation layer is avoided in the case of an insufficient moisture of the passivation layer for the measurement.
  • an inadequate passivation state can be determined by the corrosion measurement signal assuming a positive maximum initial value when the cathode protection current is switched on and / or when the measurement electrode is placed on it, and then decaying in the manner of a decaying exponential function.
  • An insufficient passivation state or the presence of corrosion of the reinforcing steel can alternatively or supportively also be determined by evaluating the time course of the corrosion measurement signal. examples For example, the time period during which the corrosion measurement signal is positive can be determined, and / or the time constant of the decaying exponential function can be estimated and / or the rise or fall of the corrosion measurement signal can be determined.
  • a more accurate and reliable measurement of the corrosion state, the passivation state and the expected course of corrosion in a reinforced concrete component is thus possible.
  • the cathode protection current fed into the measuring electrode is measured as a protective current measuring signal.
  • This cathode protection current is a measure of the external electron input required to prevent the partial processes of corrosion of the reinforcing steel.
  • the required current intensity for a cathode protection current can be determined in an advantageous manner, which continuously improves or maintains the passivation state of a reinforced concrete component affected or threatened by corrosion. It can also be determined whether a cathodic protection current can still be used meaningfully or whether other measures such. B. Repair are needed.
  • the cathode protection current is taken from a loadable voltage source via a selectable or variable ohmic resistor, which outputs a cathode protection voltage of minus 400 millivolts.
  • a selectable or variable ohmic resistor which outputs a cathode protection voltage of minus 400 millivolts.
  • the test voltage is formed as a square wave signal having an upper voltage value of 400 millivolts during the active or high phase, a lower voltage value of 0 millivolts during the inactive or low phase and a period length of 0.1 second.
  • the charge pressure or the ion pressure which acts on the iron ions dissolved from the reinforcing steel, conditioned.
  • the passivation layer causes a change in the test voltage, in particular a reduction in the amplitude, from the viewpoint of moisture.
  • the reduced by the passage through the passivation layer amplitude of the test voltage is also detected as a test signal. The higher the humidity of the passivation layer, the less the
  • a perfectly dry passivation layer can be considered approximately insulating and alters the test signal. High humidity results in a test signal that is at or slightly above 400 millivolts.
  • a water-proof passivation layer can be considered as a good electrolytic conductor, thus minimizing the amplitude of the test voltage, finding a test signal that is at or slightly below the upper amplitude value of the test voltage of 400 millivolts.
  • a passivation layer with a sufficient moisture for the readability of the corrosion measurement signal has a
  • Test signal that is above 385 millivolts and at or below 400 millivolts. By comparing the test signal with a predetermined test signal limit of 385 millivolts, it is thus possible to check whether a valid, evaluable corrosion measurement signal can be measured. Analogously, other predetermined test signal threshold values for other upper voltage values of legal be determined corner-shaped test voltages. It should be noted that above a maximum test voltage, an electrical breakdown of the passivation layer can occur comparable to the electrical breakdown at a reverse-biased diode.
  • An arrangement for carrying out a method for determining a corrosion state on a reinforced concrete component comprises an inert measuring electrode with coupling fluid provided for the arrangement on the surface of a reinforced concrete component, a reinforcement connection intended for the electrical connection to a reinforcing steel in the reinforced concrete component, one for the generation and feeding of a Test signal provided in the reinforcement connection test signal source, a provided for the supply of a cathode protection current in the measuring electrode cathode protection current source, a measuring device and an evaluation unit.
  • the measuring device is designed to determine a corrosion measurement signal which measures charges of ions which are released from the reinforcing steel and pass through an outer steel cement interface and are collected at the measuring electrode.
  • Devices for measuring charges of ions are known in the art, for example from devices for determining a pH above an electrochemical potential.
  • the measuring device is further designed such that a value of a moisture measurement signal is determined simultaneously with the value of the corrosion measurement signal.
  • the corrosion measurement signal is determined by the capacitance of a measuring field between the measuring electrode and a section of the reinforcing steel opposite the measuring electrode.
  • the measuring field comprises the passivation layer and the outer concrete layer surrounding the reinforcing steel.
  • the capacitance of this measurement field can be modeled as a capacitance of an electrolytic capacitor, wherein an electrolytic capacitor electrode is formed by the reinforcing steel surrounded by the passivation layer. Since this electrolytic capacitor does not have any moisture protection, the moisture changes in the region of the passivation Layer the dielectric and thus also the capacity of the electrolytic capacitor. Thus conclusions on the moisture in the region of the passivation layer are possible from the measurement of the capacitance of the electrolytic capacitor.
  • Devices and methods for measuring the capacitance of electrolytic capacitors are known from the prior art, for example from commercially available digital multimeters.
  • the corrosion measurement signal describes the different states of the passivation layer, which depending on the passivation capability can be described as an insulator or as an insulator with defects or as an active voltage-generating iron oxidation process.
  • the measuring device is further configured such that a protection current measuring signal is simultaneously determined for the corrosion measurement signal and the moisture measurement signal, which measures the cathode protection current fed by the cathode protection current source into the measurement electrode.
  • a protection current measuring signal is simultaneously determined for the corrosion measurement signal and the moisture measurement signal, which measures the cathode protection current fed by the cathode protection current source into the measurement electrode.
  • Devices for measuring a current are known from the prior art, for example from commercially available digital multimeters.
  • the evaluation unit can be connected to the measuring device and designed so that the corrosion measurement signal, the moisture measurement signal and the protective current measurement signal can be evaluated and optionally graphically displayed.
  • the corrosion state on a reinforced concrete component can be determined reliably, quickly and with little effort.
  • a stable measured value can be obtained for different degrees of moisture of a tested reinforced concrete component, since a reduced ion mobility resulting from a lack of moisture is determined and taken into account in the evaluation of the corrosion measurement signal.
  • the measuring electrode is made of an inert material, e.g. As graphite, manufactured. Measuring electrodes made of graphite are chemically so resistant that they can be regarded as inert with good approximation, and have a very good conductivity. They are also inexpensive to produce.
  • the measuring device comprises at least one analog-to-digital converter and outputs digital measuring signals.
  • Digital measuring signals are particularly easy to evaluate.
  • digital measurement signals are transmitted via a telecommunications protocol to at least one mobile telephone.
  • a telecommunications protocol for example, an e-mail or a short message service such as the short message service (SMS) can be used as the telecommunications protocol.
  • SMS short message service
  • a test engineer can be informed of measurements even when he is not on site.
  • the test signal source and / or the cathode protection current source are / is battery powered.
  • this eliminates the problem of an external reference or reference ground and the problem of a protective conductor or grounding.
  • such an embodiment is transportable and independently used outdoors or on construction sites.
  • the battery supply of the test signal source and / or the cathode protection current source takes place by means of high-capacity accumulators.
  • a sufficiently long service life of the arrangement can thereby be achieved with a low weight and thus good transportability of the arrangement.
  • the evaluation unit is designed as a notebook or as a netbook.
  • notebooks or netbooks for example, compared to a digital signal processor, programs for evaluating measuring signals can be developed with little effort or available commercially available programs can be adapted.
  • notebooks or netbooks are easily transportable and can be operated for a sufficiently long period for a measurement independent of the electrical network.
  • notebooks have standardized outputs, for example universal serial bus (USB) outputs, with which electrical measuring devices, for example constant voltage sources or measuring devices in the form of digital multimeters, can be fed without significantly impairing the operating life of a notebook.
  • USB universal serial bus
  • the arrangement comprises a display device which is provided for the display of digital measurement signals.
  • a display device can be formed by a display and a computer on which runs a commercially available computer program for displaying measured values.
  • the computer program RealView from ABACOM-Ingenieurgesellschaft GbR is known from the prior art for the representation of measured values.
  • the arrangement comprises a data memory which is provided for the storage of digital measurement signals.
  • Data memories for digital measurement signals are known from the prior art, for example as magnetic hard disks or as solid-state disk (SSD) designated semiconductor memory.
  • the arrangement comprises a transmission device, which is provided for the transmission of digital measurement signals by means of a telecommunications protocol to at least one mobile telephone.
  • a transmission device which is provided for the transmission of digital measurement signals by means of a telecommunications protocol to at least one mobile telephone.
  • Such transmission devices are known in the art, for example as modems for the transmission of mobile radio protocols such as Long Term Evolution (LTE) or Long Term Evolution Advanced (LTE Advanced) known.
  • LTE Long Term Evolution
  • LTE Advanced Long Term Evolution Advanced
  • the detected corrosion measurement signal and the detected moisture measurement signal can thus be transmitted and evaluated independently of the measurement location.
  • Figure 1 schematically a reinforced concrete component with contacted
  • FIG. 2 schematically shows the structure of a test signal source
  • Figure 3 and Figure 4 schematically shows the structure of a Kathodenschutzstrom- source
  • FIG. 5 schematically shows a measurement record with the time course of a
  • Corrosion measurement signal a humidity measurement signal and a protection current measurement signal.
  • FIG. 1 schematically shows a reinforced concrete component 1, in which a reinforcing steel 2 is enclosed, which extends along a longitudinal direction of the reinforced concrete component 1.
  • an inert measuring electrode 3 is arranged on the outer surface of the reinforced concrete component 1.
  • the measuring electrode 3 may be made of graphite, for example.
  • the measuring electrode 3 may be stationary, for example as a rod electrode, or may be designed to be movable, for example as a wheel electrode.
  • At the interface between the reinforcing steel 2 and the outer concrete layer 1.1 is compared to the outer concrete layer 1.1 very thin, but with good passivation virtually pore-free passivation layer 2.1 is formed.
  • An intact Passivi mecanicstik 2.1 with good passivation effect corrosion protection for the reinforcing steel 2 by preventing the diffusion of ions and thus the anodic and cathodic sub-process of corrosion or greatly reduced.
  • a contact opening 4 is introduced, in which an outer concrete layer 1.1 is removed so far that the reinforcing steel 2 is accessible.
  • a contact opening 4 can be manufactured destructive and small diameter, for example by drilling or localized impact of the outer concrete layer 1.1.
  • electrically conductive reinforcement connection 5 of the reinforcing steel 2 is electrically coupled.
  • the reinforced concrete component 1 may have an outwardly guided contact access, which is electrically connected to the inner reinforcing steel 2, to which the reinforcement connection 5 is coupled.
  • a measuring device 6 is electrically connected between the reinforcement connection 5 on the one hand and the measuring electrode 3 on the other hand.
  • the measuring device 6 determines measurement signals S1, S2, S3, S1 ', S2 ⁇ S3' in a manner which will be described in more detail below.
  • the measuring device 6 is connected to an evaluation unit 7 such that the measurement signals S1, S2, S3, S1 ', S2', S3 'provided by the measuring device 6 are available on the evaluation unit 7 as digital, ie time-sampled and amplitude-discretized values.
  • the measured values can also be sent by the measuring device 6 via a telecommunications protocol, for example by e-mail or short message, to a mobile telephone.
  • the evaluation unit 7 can be embodied as a computer, as a notebook or as a netbook, to which an analog-to-digital converter is connected via a universal serial bus (USB) connection.
  • USB universal serial bus
  • an analog measurement value of a measurement signal S 1, S 2, S 3, S 1 ', S 2', S 3 'provided by the measuring device 6 can be converted into a digital signal which is generated by an evaluation program the evaluation unit 7 is evaluated.
  • an evaluation program for example, the commercially available program "Realview" from Abacom can be used as an evaluation program for an evaluation unit 7 embodied as a computer, notebook or netbook, but other programs or software products with which digital signals are recorded can also be used as an evaluation program represented and such digital signals can be stored.
  • test signal source 8 which feeds an electrical test signal into the reinforcing steel 2, is electrically connected to the reinforcement connection 5.
  • the construction of the test signal source 8 will be explained in more detail below with reference to FIG.
  • the test signal source 8 comprises a first constant voltage source 8.1, an electronically switchable switch 8.2, a square wave signal generator 8.3, a pull-down resistor 8.4 and an operational amplifier 8.5.
  • the first constant voltage source 8.1 outputs a constant voltage U p of preferably 400 millivolts and is connected via the electronically switchable switch 8.2 to the non-inverting input of an operational amplifier 8.5.
  • the electronically switchable switch 8.2 is actuated via a square-wave signal, which is generated by the square wave signal source 8.3.
  • the square-wave signal preferably has a frequency of 10 hertz, that is to say a period of 100 milliseconds.
  • the output of the operational amplifier 8.5 is fed back to the inverting input, so that the operational amplifier 8.5 operates as an impedance converter. This ensures that the test signal at the output 8.6 of the test signal source 8 regardless of load set at the first constant voltage source 8.1 Test voltage U p outputs. To achieve larger test voltages U p and / or a greater load capacity with an output current, the output of the operational amplifier can be supplied to a low-power amplifier. Small power amplifiers are known from the prior art.
  • the non-inverting input of the operational amplifier 8.5 is grounded via a pull-down resistor 8.4.
  • the pull-down resistor 8.4 has a pull-down resistance R PD of 1 megohm.
  • the pull-down resistor 8.4 causes the non-inverting input and thus also the output of the operational amplifier 8.5 to be safely at ground potential when the electronically switchable switch 8.2 is open.
  • the test signal source 8 generates at output 8.6 a square-wave test signal with a maximum value of 400 millivolts independent of load and a minimum value of 0 millivolts and a frequency of 10 hertz.
  • This test signal traverses the boundary layer or passivation layer 2.1 between the reinforcing steel 2 and the concrete of the outer concrete layer 1.1 of the reinforced concrete component 1 in a characteristic manner up to the measuring electrode 3 on the surface of the reinforced concrete component 1.
  • a cathode protection current source 9 which feeds a cathode protection current into the measurement electrode 3, is electrically connected to the measurement electrode 3.
  • the construction of the cathode protection current source 9 will be explained in more detail below with reference to FIG.
  • the cathode protection current source 9 comprises a second constant voltage source 9.1, which is connected to a respective first end of at least two series resistors 9.2 having different resistance values.
  • the second constant voltage source 9.1 outputs a constant voltage U K of preferably minus 400 millivolts.
  • the cathode protection current source 9 further comprises a selection switch 9.3, the output 9.4 selectable with the second end exactly one Series resistor 9.2 connects.
  • the output 9.4 of the cathode protection current source 9 can be connected to the second constant voltage source 9.1 with a selectable ohmic resistance.
  • this output 9.4 is connected to the measuring electrode 3 on a reinforced concrete component 1 which has sufficient moisture for an ion transport, a current strength driven by the measuring electrode 3 can be set by means of the selectable series resistor 9.2.
  • the cathode protection current source 9 thus acts approximately as a current source with an adjustable current through the resistor 9.2 current.
  • FIG. 4 shows an embodiment of a cathode protection current source 9, in which the constant voltage source 9.1 is preceded by a series resistor 9.2, which results from the series connection of a potentiometer 9.2 'with a fixed series resistor 9.2.
  • a total series resistor is continuously adjustable over a range of resistance values.
  • the cathode protection current I K which is fed into the measuring electrode 3 by the cathode protective current source 9 and which can be adjusted by selecting the series resistor 9. 2, actively intervenes in the corrosion process and thus influences the corrosion measuring signal, if the external one Concrete layer 1.1 has a sufficient for this purpose minimum measurement humidity and thus conductivity.
  • the cathode protection current I K influences the mobility of the ions, in particular the iron ions and the iron hydroxide ions, in the region of the passivation layer 2.1 in the same way as a reduction of the moisture in the passivation layer 2.1.
  • the method according to the invention is therefore suitable for compensating different degrees of humidity of investigated reinforced concrete components 1 and thus for detecting comparable measured values regardless of moisture, as long as a certain minimum conductivity of the outer Clay layer 1.1 and the passivation layer 2.1 indispensable minimum measurement moisture is given.
  • Such a minimum moisture can always be achieved by a known from the prior art humidification of the surface of the reinforced concrete component 1, so that the method is in principle universally applicable.
  • the cathode protection current I K delivered by the cathode protection current source 9 is adjusted to achieve a predetermined ion mobility corresponding to a predetermined nominal reference humidity range.
  • the achieved ion mobility can be read from the measurement signal S2, which is obtained from the measuring device 6.
  • the cathode protection current I K necessary for setting the predetermined ion mobility is then at the same time a measure of the actual moisture content of the reinforced concrete component 1.
  • the measuring record 11 represents along a time axis t a first measuring duration T with measuring signals S1, S2 and S3 and a second measuring duration with measuring signals S1 ', S2' and S3 '.
  • the first measuring duration T corresponds to a measurement on a reinforced concrete component 1 with present corrosion, So with insufficient passivation.
  • the second measurement period T "corresponds to a measurement on a reinforced concrete component 1 without corrosion, ie with sufficient passivation.
  • the passivation state can also be evaluated on the time profile of the corrosion measurement signal S1, S1 ', for example at the rise or fall of the corrosion measurement signal S1, S1'.
  • a good passivation represents a barrier to the passage of iron ions.
  • the corrosion measurement signal Sl, Sl ' the electrical charges of iron ions which pass through the passivation layer 2.1 are detected by the measuring device 6. These charges form an associated size with the iron ions. If many iron ions pass through the passivation layer 2.1 and then through the outer concrete layer 1.1, then many charges are released.
  • the measurement of the charges is carried out according to the known from the prior art principle of measuring a pH indirectly by measuring a voltage at the inert measuring electrode 3.
  • the corrosion measurement signal Sl, Sl ' indicates the measured voltage, which is a measure of the number of Charges and thus for the number of iron ions that pass through the passivation layer 2.1 and the outer concrete layer 1.1 and are collected by the measuring electrode 3.
  • the measurement record 11 also represents the moisture measurement signal S2, S2 '.
  • the interface of the passivation layer 2.1 to the concrete layer 1.1 also acts as a dielectric between a first electrode, which is formed by the inert measuring electrode 3, and a second electrode, which is formed by the reinforcing steel 2 ,
  • the entirety of the measuring electrode 3, the passivation layer 2.1, the outer concrete layer 1.1 and the reinforcing steel 2 contacted via the reinforcement connection 5 can be modeled as an electrolytic capacitor whose capacity depends on the moisture in the concrete layer 1.1, in particular on the moisture in the passivation layer around the reinforcing steel 2, depends.
  • the moisture measurement signal S2, S2 ' corresponds to the measurement of the capacitance of an electrolytic capacitor, as known from the prior art and used for example in commercially available digital multimeters.
  • the moisture measurement signal S2, S2 ' indicates whether the moisture in the concrete layer 1.1 for a reliable measurement of the corrosion or passivation state of the reinforced concrete component 1 is sufficient.
  • a humidity sufficient for the evaluation of the corrosion measurement signal can be assumed if a moisture measurement signal S2, S2 'of at least +385 millivolts is measured at a test voltage of +400 millivolts output from the first constant voltage source 8.1 of the test signal source 8.
  • a moisture sufficient for the evaluation of the corrosion measurement signal is assumed when a moisture measurement signal S2, S2 'of at least + 390 millivolts is measured.
  • the reinforced concrete component 1 moistened, for example, be sprayed with water. After a short waiting time, the externally applied water has penetrated into the outer concrete layer 1.1 and further into the passivation layer 2.1 and a new measurement can be carried out. If necessary, this procedure is repeated until a reliable measurement with sufficient humidity can be made.
  • the measurement record 11 represents the protection current measurement signal S3, S3 ', which indicates the cathode protection current I K fed by the cathode protection current source 9.
  • the protective current measuring signal S3, S3 ' indicates which external electron supply is needed to prevent the anodic and cathodic sub-processes of corrosion and thus to promote the passivation.
  • a building can be protected against progressive corrosion by feeding in a cathode protection current I K corresponding to the external electron demand.

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Abstract

The invention relates to a method for determining a state of corrosion and passivation on a steel concrete component (1), in which an inert measuring electrode (3) is arranged on the surface, an electrically conductive connection to a reinforcing steel (2) is established, into which an electrical test signal is fed. A negative cathode protection current (/fc) is fed into the measuring electrode (3). On the measuring electrode (3), a corrosion measurement signal (Sl, Sl') for determining the charges, which are transported by iron ions through the outer concrete layer (1.1), and a moisture measurement signal (S2, S2') for determining the moisture of the outer concrete layer (1.1) are simultaneously measured. The corrosion measurement signal (Sl, Sl ') is compared to a predetermined limit value, when the moisture measurement signal (S2, S2 ') indicates at least one minimum measurement moisture. The invention further relates to an arrangement for carrying out the method.

Description

Verfahren und Anordnung zur Beurteilung der Korrosion und Passivierung der Bewehrung unter Berücksichtigung der Feuchte in bewehrtem Beton  Method and arrangement for assessing the corrosion and passivation of the reinforcement taking into account the moisture in reinforced concrete
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Beurteilung stahlbewehrter Betonbauteile hinsichtlich der Korrosion und Passivierung der Bewehrung unter Berücksichtigung der Feuchte. The invention relates to a method and an arrangement for assessing reinforced steel concrete components with respect to the corrosion and passivation of the reinforcement, taking into account the moisture.
Die Metall- und hier insbesondere die Stahlkorrosion ist ein häufig zu beobachtendes Problem, das weitreichende Schäden hervorruft und indirekte und direkte Kosten in allen Industriebereichen verursacht. Dies gilt insbesondere auch für den Bereich der Bewehrungskorrosion im Stahlbetonbau. Metal and especially steel corrosion is a common problem that causes widespread damage and causes indirect and direct costs in all industrial sectors. This applies in particular to the field of reinforcement corrosion in reinforced concrete construction.
Bei Neubauten ist der Betonstahl in der Regel durch eine umgebende Passivie- rungsschicht vor Korrosion geschützt oder passiviert. Diese Passivierungsschicht wird durch die hohe Alkalität der Porenlösung als eine sehr dünne aber praktisch porenfreie Schicht um den Betonstahl gebildet. Die Passivierungsschicht verhindert oder hemmt das Vordringen oxidierender Ionen bis zum Bewehrungsstahl. Durch die Verringerung des pH- Wertes, z. B. durch Karbonatisierung oder insbesondere durch das Eindringen von Chloriden, wird das Passivierungsvermögen dieser Passivierungsschicht vermindert und die Passivierungsschicht schließlich zerstört. Dadurch geht der Korrosionsschutz für den Betonstahl verloren. Zum Auffinden korrodierter und korrodierender Bewehrung in Stahlbeton, von Korrosionsfolgeschäden und der Korrosionsneigung von Stahlbeton stehen verschiedene zerstörungsfreie und zerstörungsarme Verfahren mit begrenzter Aussagekraft zur Verfügung, beispielsweise das Ultraschall-Echo-Verfahren, das Impakt-Echo- Verfahren, Verfahren mittels Mikrowellen, induktiv und/oder kapazitiv messende Verfahren, thermografische Verfahren sowie radiografische Verfahren. In new buildings, the reinforcing steel is usually protected or passivated by a surrounding passivation layer against corrosion. This passivation layer is formed by the high alkalinity of the pore solution as a very thin but virtually non-porous layer around the rebar. The passivation layer prevents or inhibits the penetration of oxidizing ions down to the rebar. By reducing the pH, z. B. by carbonation or in particular by the penetration of chlorides, the passivation of this passivation layer is reduced and the passivation layer finally destroyed. As a result, the corrosion protection for the reinforcing steel is lost. For the detection of corroded and corroding reinforcement in reinforced concrete, corrosion consequential damage and the corrosion tendency of reinforced concrete, various non-destructive and non-destructive methods with limited validity are available, for example the ultrasonic echo method, the impact echo method, microwave method, inductive and / or or capacitive measuring methods, thermographic methods and radiographic methods.
Aus dem Stand der Technik ferner bekannt sind elektrochemische Verfahren wie das elektrochemische Potentialmessverfahren, bei dem eine elektrische Spannung zwischen einem kontaktierten innenliegenden Bewehrungsstahl und der Außenfläche eines stahlbewerten Betonbauteils gemessen wird, welche bei vorliegender Korrosion typischerweise stärker negative Werte aufweist als bei vorliegender Passivierung des kontaktierten Bewehrungsstahls, aber mit großer Grauzone und nennenswerter Unsicherheit. Also known from the prior art are electrochemical methods, such as the electrochemical potential measuring method, in which an electrical voltage is measured between a contacted internal reinforcing steel and the outside surface of a steel-weighted concrete component, which in the present corrosion typically has more negative values than if passivation of the contacted reinforcing steel, but with a large gray area and significant uncertainty.
Das Dokument US 2012/0012470 AI beschreibt eine Anordnung mit einem Tast- kopf, der zur Abtastung einer Oberfläche eines Betonbauteils vorgesehen ist. Die Anordnung umfasst einen Funktionsgenerator zur Einspeisung eines Stroms in das Betonbauteil über den Tastkopf. Der Funktionsgenerator ist als Referenz für eine Potentialmessung an einem Bewehrungsstahl in dem Betonbauteil ausgebildet. Die Anordnung kann ferner eine Strommessvorrichtung zur Messung des Stroms durch den Tastkopf umfassen. The document US 2012/0012470 A1 describes an arrangement with a probe, which is provided for scanning a surface of a concrete component. The arrangement includes a function generator for feeding a current into the concrete component via the probe. The function generator is designed as a reference for a potential measurement on a reinforcing steel in the concrete component. The arrangement may further comprise a current measuring device for measuring the current through the probe.
Das Dokument CH 708 249 A2 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung der passivierenden Eigenschaften einer Metalloberfläche in einem Elektrolyten. Das Verfahren basiert auf der Gleichrichtung eines Wechselstroms, welcher durch die Metalloberfläche in den Elektrolyten übertritt. Das Vorzeichen sowie die Größe der Veränderung der Gleichspannung sowie des Gleichstroms zwischen der Metalloberfläche und einer Elektrode ermöglichen einen Rückschluss auf das Vorhandensein von passivierenden Bedingungen und damit auf das Korrosionsverhalten. Document CH 708 249 A2 describes a method for determining the passivating properties of a metal surface in an electrolyte. The method is based on the rectification of an alternating current which passes through the metal surface into the electrolyte. The sign as well as the magnitude of the change in the DC voltage and the DC current between the metal surface and an electrode allow a conclusion on the presence of passivating conditions and thus on the corrosion behavior.
Das Dokument GB 2 224 852 A beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Überwachung der Korrosionsrate in einem Betonbauteil mit einem eingeschlossenen Bewehrungsmaterial. Das Bewehrungsmaterial und der Beton bilden eine Korrosionshalbzelle. Das Bewehrungsmaterial ist über ein Strommessgerät mit einem Tastkopf verbunden, der eine erste ringförmige Oberfläche aufweist, welche mit einem Wasser aufnehmendem Material, beispielsweise einem The document GB 2 224 852 A describes an apparatus and a method for monitoring the corrosion rate in a concrete component with an enclosed reinforcement material. The reinforcement material and the concrete form a corrosion half-cell. The reinforcing material is connected via a current measuring device to a probe having a first annular surface which communicates with a water-absorbing material, such as a
Schwamm, bezogen ist. Der Schwamm wird angefeuchtet und über die Oberfläche des Betonbauteils bewegt, wobei der Strom durch den Tastkopf kontinuierlich oder in diskreten Zeitabständen gemessen wird. Der Spannungsunterschied zwi- sehen einer der ersten ringförmigen Oberfläche gegenüberliegend angeordneten zweiten ringförmigen Oberfläche, welche ebenfalls mit einem Wasser aufnehmendem Material bezogen ist, und dem Bewehrungsmaterial wird ermittelt. Sponge, is related. The sponge is moistened and moved over the surface of the concrete component, with the current being measured by the probe continuously or at discrete intervals. The voltage difference between see one of the first annular surface oppositely disposed second annular surface, which is also related to a water-absorbing material, and the reinforcing material is determined.
Die Offenlegungsschrift DE000002335419 AI beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Korrosion oder Korrosionsgefährdung von Stahlarmierungen in Betonteilen wie Wänden, Decken und dergleichen, wobei in einem Messbereich zwischen der Stahlarmierung und der Oberfläche des Betonteils mit Hilfe einer auf die Oberfläche des Betonteils aufgesetzten, als Kathode dienenden Elektrode und einer direkt an die Stahlarmierung angeschlossene Stromzuführung eine galvanische Zelle aufgebaut und mit einem konstanten Gleichstrom belastet wird, wobei die Stahlarmierung als Anode geschaltet ist, und der Potentialverlauf der Stahlarmierung gegenüber einer Bezugselektrode über einen kurz vor Einschalten des Stroms beginnenden Zeitabschnitt registriert wird. The disclosure DE000002335419 AI describes a method and an apparatus for measuring the corrosion or corrosion of steel reinforcements in concrete parts such as walls, ceilings and the like, wherein in a measuring range between the steel reinforcement and the surface of the concrete part by means of a patch on the surface of the concrete part, as Cathode serving electrode and a power supply connected directly to the Stahlarmierung a galvanic cell is constructed and loaded with a constant DC current, wherein the Stahlarmierung is connected as an anode, and the potential profile of the steel reinforcement is registered relative to a reference electrode over a short time before the start of the current period ,
Das Dokument WO 97/09603 beschreibt eine Elektrodenanordnung zur Bestimmung der Korrosionsrate in bewehrtem Beton mittels galvanostatischer Pulse, umfassend eine aktive, stromdichte-gesteuerte Gegenelektrode und eine zugeordnete Rückkopplungselektrode. Auf der Außenfläche ist eine umschließende Justierelektrode mit zugeordneter Rückkopplung angeordnet. Mittels einer Schaltung wird der in die Elektroden eingespeiste Strom so gesteuert, dass an der Gegenelektrode und an der Justierelektrode die gleiche Stromdichte wirkt. The document WO 97/09603 describes an electrode assembly for determining the corrosion rate in reinforced concrete by means of galvanostatic pulses, comprising an active, current density-controlled counter electrode and an associated feedback electrode. On the outer surface of an enclosing adjusting electrode is arranged with associated feedback. By means of a circuit, the current fed into the electrodes is controlled so that the same current density acts on the counter electrode and on the adjusting electrode.
Das Dokument AT 71 224 B beschreibt ein Verfahren zur kontinuierlichen oder zeitdiskreten Überwachung der Wirksamkeit von Reparaturen an bewehrten Betonbauteilen, welche durch Korrosion des Bewehrungsmaterials beschädigt wurden. Es wird eine Serie punktueller Messungen des elektrischen Potentials des Bewehrungsmaterials gegenüber einer ersten Referenzelektrode erfasst, indem auf der Oberfläche des Betonbauteils die erste Referenzelektrode verschoben wird. Ferner wird in die Betonmasse unter einer Oberflächenzone eine zweite Referenzelektrode aus Blei implantiert. Es wird das elektrische Potenzial der zweiten Re- ferenzelektrode gegenüber dem Bewehrungsmaterial ermittelt und dessen zeitlicher Verlauf beobachtet. The document AT 71 224 B describes a method for continuous or discrete-time monitoring of the effectiveness of repairs on reinforced concrete components, which have been damaged by corrosion of the reinforcement material. A series of spot measurements of the electrical potential of the reinforcement material relative to a first reference electrode is detected by moving the first reference electrode on the surface of the concrete component. Further, a second reference electrode of lead is implanted in the concrete mass below a surface zone. It is the electric potential of the second Re- determined reference electrode against the reinforcing material and observed the time course.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Beurteilung der Korrosion und des Passivierungsvermögens einer Passivierungsschicht an der Bewehrung in bewehrtem Beton anzugeben, mit dem eine zuverlässige Ortung von aktiver Korrosion, passiver Korrosion bei ungenügender Feuchte oder beginnender Korrosion bei ausreichender Feuchte sowie eine Charakterisierung gegenwärtigen und künftigen Passivierungsverhaltens der Bewehrung ermöglicht wird. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Beurteilung der Feuchte eines stahlbewehrten Betonbauteils anzugeben, um das real ablaufende Ionengeschehen zu beurteilen. The invention is based on the object to provide a method for assessing the corrosion and the passivation capacity of a passivation layer on the reinforcement in reinforced concrete, with a reliable detection of active corrosion, passive corrosion in insufficient moisture or incipient corrosion at sufficient humidity and characterization current and future passivation behavior of the reinforcement. The invention is further based on the object of specifying a method for assessing the moisture content of a steel-reinforced concrete component in order to assess the actual progress of ions.
Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Anordnung zur Durchführung solcher Verfahren anzugeben. Furthermore, the invention is based on the object to provide an arrangement for carrying out such methods.
Die Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Hinsichtlich der Anordnung wird die Erfindung durch die im Anspruch 5 angegebenen Merkmale gelöst. The object is achieved in terms of the method according to the invention by the features specified in claim 1. With regard to the arrangement, the invention is achieved by the features specified in claim 5.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Bei einem Verfahren zur Beurteilung des Korrosionszustands und zur Bestimmung des Passivierungsvermögens einer Passivierungsschicht einer Stahlbewehrung eines Stahlbetonbauteils wird eine inerte Messelektrode auf der Oberfläche des Stahlbetonbauteils angeordnet. Mittels eines Bewehrungsanschlusses wird eine elektrisch leitende Verbindung zu dem Bewehrungsstahl hergestellt, über die eine elektrische Prüfspannung eingespeist wird. Der Bewehrungsanschluss kann durch eine Kontaktöffnung in der äußeren Betonschicht zwischen dem Bewehrungsstahl und der Oberfläche des Stahlbetonbauteils eingebracht werden. Es ist möglich, eine solche Kontaktöffnung durch Aufbohren, Aufschlagen oder andere aus dem Stand der Technik bekannte Abtragsverfahren in das Stahlbetonbauteil einzubringen. Ferner sind Stahlbetonbauteile herstellbar, bei denen eine solche Kontaktöffnung bereits vorgesehen ist. In a method for evaluating the corrosion state and for determining the passivation capability of a passivation layer of a steel reinforcement of a reinforced concrete component, an inert measuring electrode is arranged on the surface of the reinforced concrete component. By means of a rebar connection, an electrically conductive connection to the reinforcing steel is produced, via which an electrical test voltage is fed. The reinforcement connection may be introduced through a contact opening in the outer concrete layer between the reinforcing steel and the surface of the reinforced concrete component. It is possible to have such a contact opening by drilling, whipping or other known from the prior art Abtragsverfahren in the reinforced concrete component contribute. Furthermore, reinforced concrete components can be produced, in which such a contact opening is already provided.
An der Messelektrode wird ein Korrosionsmesssignal als Spannung zwischen der Messelektrode und dem den Bewehrungsstahl kontaktierenden Bewehrungsan- schluss gemessen. Das Korrosionsmesssignal wird durch die Ladungen bestimmt, welche die Passivierungsschicht durchbrechen können. Die Zahl der durch die Passivierungsschicht von Ionen transportierten Ladungen ist ein Maß für das Pas- sivierungsvermögen der Passivierungsschicht um den Bewehrungsstahl. Bei vermindertem Passivierungsvermögen weist die Passivierungsschicht eine Zahl von Imperfektionen oder Fehlstellen auf, welche für Ionen durchlässig sind. Dadurch wird eine große Zahl von Ladungen, korrespondierend zur Zahl von Ionen, beispielsweise Eisenionen, die durch die Passivierungsschicht hindurchtreten, gemessen. Bei ausreichendem Passivierungsvermögen ist dagegen diese Zahl von Ladungen sehr gering bis gering. At the measuring electrode, a corrosion measurement signal is measured as the voltage between the measuring electrode and the rebar connection contacting the reinforcing steel. The corrosion measurement signal is determined by the charges which can break through the passivation layer. The number of charges transported through the passivation layer of ions is a measure of the passivation capacity of the passivation layer around the reinforcing steel. With reduced passivation capability, the passivation layer has a number of imperfections or voids that are permeable to ions. Thereby, a large number of charges corresponding to the number of ions, for example, iron ions passing through the passivation layer are measured. With sufficient passivation capacity, however, this number of charges is very low to low.
An der Messelektrode wird über einen Ohmschen Vorwiderstand eine negative Kathodenschutzspannung angelegt, die von einer als belastbare Konstantspan- nungsquelle ausgebildeten Kathodenschutzspannungsquelle erzeugt wird. Wird die Messelektrode auf das Stahlbetonbauteil aufgesetzt, so wird über den Ohmschen Vorwiderstand ein negativer Kathodenschutzstrom eingespeist. Dadurch wird der Verlauf des Korrosionsmesssignals, das durch den Ladungsdruck beziehungsweise den Druck frei beweglicher Ionen in der Passivierungsschicht um den Bewehrungsstahl generiert wird, stabilisiert. Der über den Ohmschen Vorwiderstand in die Messelektrode eingespeiste Kathodenschutzstrom wirkt dem Druck der frei beweglichen Ionen, insbesondere der aus dem Bewehrungsstahl durch den anodischen Teilprozess der Korrosion gelösten Eisenionen, entgegen. Dadurch wird eine geringe Belastung der Passivierungsschicht erzeugt, die einen festen Arbeitspunkt für die Messung der frei beweglichen Ionen definiert. Somit wird Driften oder Schwimmen von Messwerten des Korrosionsmesssignals vermieden und die Zuverlässigkeit der Messung verbessert. Der in die Messelektrode eingespeiste Kathodenschutzstrom ist somit eine wesentliche Grundlage für die Erfas- sung des Korrosionsmesssignals wie auch aller übrigen Messgrößen des Verfahrens. A negative cathode protection voltage is applied to the measuring electrode via an ohmic series resistor, which voltage is generated by a cathode protection voltage source designed as a loadable constant voltage source. If the measuring electrode is placed on the reinforced concrete component, then a negative cathode protection current is fed in via the ohmic series resistor. As a result, the course of the corrosion measurement signal, which is generated by the charge pressure or the pressure of freely movable ions in the passivation layer around the reinforcing steel, is stabilized. The cathode protection current fed into the measuring electrode via the ohmic series resistor counteracts the pressure of the freely mobile ions, in particular the iron ions dissolved from the reinforcing steel by the anodic partial process of corrosion. This creates a small stress on the passivation layer, which defines a fixed operating point for the measurement of freely mobile ions. Thus, drifting or floating of measured values of the corrosion measurement signal is avoided and the reliability of the measurement is improved. The cathode protection current fed into the measuring electrode is thus an essential basis for the detection tion of the corrosion measurement signal as well as all other parameters of the method.
Unter dem Einfluss des eingespeisten Kathodenschutzstroms wird ein asymptotisch abklingendes Korrosionsmesssignal gemessen, das einen maximalen Anfangswert am Beginn der Einspeisung des Kathodenschutzstroms aufweist. Dabei wirkt der Bewehrungsstahl mit der umgebenden Passivierungsschicht wie eine Elektrode eines Elektrolytkondensators. Das asymptotisch abklingende Korrosionsmesssignal wird durch den Aufladevorgang an diesem Elektrolytkondensator unter dem Einfluss des eingespeisten Kathodenschutzstroms bewirkt, wobei der maximale Anfangswert durch die Eigenschaften der Elektrolytkondensatorelektrode und des als Dielektrikum wirkenden Materials um den Bewehrungsstahl bestimmt wird. Somit kann der Anfangswert des Korrosionsmesssignals mit mindestens einem vorbestimmten Grenzwert verglichen werden, um das Passivierungs- vermögen der Passivierungsschicht zu bestimmen. Beispielsweise kann ein Anfangswert des Korrosionsmesssignals oberhalb eines vorbestimmten Grenzwerts als ausreichendes Passivierungsvermögen bewertet werden. Durch Vergleich mit mehreren vorbestimmten Grenzwerten können entsprechend Abstufungen in der Bewertung des Passivierungsvermögens vorgenommen werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird ein vorbestimmter Grenzwert von null Millivolt verwendet. Liegt der Anfangswert des Korrosionsmesssignals oberhalb dieses bevorzugten Grenzwerts, wird der Korrosionszustand als aktive Korrosion und/oder fehlerhafte Passivierung bestimmt. Liegt der Anfangswert des Korrosionsmesssignals unterhalb dieses bevorzugten Grenzwerts, so wird keine aktive Korrosion und/oder ausreichende Passivierung ermittelt. Under the influence of the injected cathode protection current, an asymptotically decaying corrosion measurement signal is measured, which has a maximum initial value at the beginning of the feed-in of the cathode protection current. In this case, the reinforcing steel with the surrounding passivation layer acts like an electrode of an electrolytic capacitor. The asymptotically evanescent corrosion measurement signal is caused by the charging process on this electrolytic capacitor under the influence of the injected cathodic protection current, the maximum initial value being determined by the properties of the electrolytic capacitor electrode and the dielectric material around the reinforcing steel. Thus, the initial value of the corrosion measurement signal may be compared to at least one predetermined limit to determine the passivation capability of the passivation layer. For example, an initial value of the corrosion measurement signal above a predetermined threshold may be evaluated as sufficient passivation capability. By comparison with a plurality of predetermined limit values, gradations can be made in the evaluation of the passivation capacity. In a preferred embodiment of the method, a predetermined threshold of zero millivolts is used. If the initial value of the corrosion measurement signal is above this preferred limit, the corrosion state is determined as active corrosion and / or defective passivation. If the initial value of the corrosion measurement signal is below this preferred limit, no active corrosion and / or sufficient passivation is determined.
Die Stärke des Abfalls des Korrosionsmesssignals wird durch das Passivierungsvermögen der Passivierungsschicht bestimmt. Je steiler das Korrosionsmesssignal abfällt, desto weniger Fehlstellen oder Imperfektionen weist die Passivierungsschicht auf. Somit kann zusätzlich ein Maß für die Steilheit des Abfalls des Korrosionsmesssignals, beispielsweise der Abfall beziehungsweise der negative Anstieg einer Geraden durch den Anfangswert und einen zweiten Wert des Korrosi- onsmesssignals in einem vorbestimmten Zeitabstand vom Anfangswert oder die Zeitkonstante eines angefitteten exponentiellen Abfalls, für die Bewertung des Passivierungsvermögens der Passivierungsschicht herangezogen werden. The magnitude of the drop in the corrosion measurement signal is determined by the passivation capability of the passivation layer. The steeper the corrosion measurement signal drops, the fewer defects or imperfections the passivation layer has. Thus, in addition, a measure of the steepness of the drop of the corrosion measurement signal, for example the drop or the negative rise of a straight line by the initial value and a second value of the corrosive onsmesssignals at a predetermined time interval from the initial value or the time constant of a fitted exponential decay, are used for the evaluation of Passivierungsvermögens the passivation layer.
Der asymptotische Abfall des Korrosionsmesssignals wird von dem Ohmschen Vorwiderstand mitbestimmt, über den der Kathodenschutzstrom in die Elektrode eingespeist wird. Dieser Vorwiderstand kann in Abhängigkeit von der Messaufgabe unterschiedlich gewählt werden. The asymptotic drop of the corrosion measurement signal is determined by the ohmic series resistor, via which the cathode protection current is fed into the electrode. This series resistor can be chosen differently depending on the measurement task.
Simultan zum Korrosionsmesssignal wird ein Feuchtemesssignal gemessen, das die Feuchte in der Passivierungsschicht bestimmt. Nur bei ausreichender Feuchte in der Passivierungsschicht sind durch das Korrosionsmesssignal Unterschiede im Passivierungsvermögen erfassbar. Insbesondere verhindert eine zu geringe Feuchte den Transport von Ionen durch die Passivierungsschicht unabhängig vom tatsächlichen Passivierungsvermögen. Infolgedessen kann durch eine solche Messung fehlerhaft eine tatsächlich nicht vorhandene Passivierung als Pseudopassivie- rungsmessung vorgetäuscht werden. Simultaneously with the corrosion measurement signal, a moisture measurement signal is measured which determines the moisture in the passivation layer. Only in the case of sufficient moisture in the passivation layer are differences in the passivation capability detectable by the corrosion measurement signal. In particular, too little moisture prevents the transport of ions through the passivation layer, regardless of the actual passivation capability. As a result, such a measurement can erroneously simulate a passivation that is actually absent as a pseudopassivation measurement.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Korrosionsmesssignal mit mindestens einem vorbestimmten Grenzwert verglichen, wenn das Feuchtemesssignal mindestens eine für eine zuverlässige Messung als ausreichend erkannte minimale Messfeuchte anzeigt. Auf diese Weise wird eine fehlerhafte Bestimmung und/oder Interpretation des Passivierungszustands der Passivierungsschicht bei einer für die Messung unzureichenden Feuchte der Passivierungsschicht vermieden. In the method according to the invention, the corrosion measurement signal is compared with at least one predetermined limit value if the moisture measurement signal indicates at least one minimum measurement moisture detected as sufficient for a reliable measurement. In this way, a faulty determination and / or interpretation of the passivation state of the passivation layer is avoided in the case of an insufficient moisture of the passivation layer for the measurement.
Beispielsweise kann ein unzureichender Passivierungszustand dadurch ermittelt werden, dass das Korrosionsmesssignal beim Einschalten des Kathodenschutz- stroms und/oder beim Aufsetzen der Messelektrode einen positiven maximalen Anfangswert annimmt und dann in der Art einer abklingenden Exponentialfunktion abklingt. Ein unzureichender Passivierungszustand oder das Vorliegen von Korrosion des Bewehrungsstahls kann alternativ oder unterstützend auch durch Auswertung des Zeitverlaufs des Korrosionsmesssignals ermittelt werden. Bei- spielsweise kann die Zeitdauer, während der das Korrosionsmesssignal positiv ist, bestimmt werden, und/oder die Zeitkonstante der abklingenden Exponentialfunktion geschätzt werden und/oder der Anstieg beziehungsweise Abfall des Korrosionsmesssignals bestimmt werden. In vorteilhafter Weise ist damit eine genauere und zuverlässigere Messung des Korrosionszustands, des Passivierungszustands und des zu erwartenden Korrosionsverlaufs bei einem Stahlbetonbauteil möglich. Ferner ist es möglich, aus dem Amplitudenwert und dem asymptotischen Abklingen, das heißt dem Verlauf der Differenz zwischen Spitzenwert und der Asymptote, unter Berücksichtigung des eingespeisten Schutzstroms eine Aussage über den Passivierungszustand abzuleiten. For example, an inadequate passivation state can be determined by the corrosion measurement signal assuming a positive maximum initial value when the cathode protection current is switched on and / or when the measurement electrode is placed on it, and then decaying in the manner of a decaying exponential function. An insufficient passivation state or the presence of corrosion of the reinforcing steel can alternatively or supportively also be determined by evaluating the time course of the corrosion measurement signal. examples For example, the time period during which the corrosion measurement signal is positive can be determined, and / or the time constant of the decaying exponential function can be estimated and / or the rise or fall of the corrosion measurement signal can be determined. Advantageously, a more accurate and reliable measurement of the corrosion state, the passivation state and the expected course of corrosion in a reinforced concrete component is thus possible. Furthermore, it is possible to derive a statement about the passivation state from the amplitude value and the asymptotic decay, that is to say the profile of the difference between the peak value and the asymptote, taking into account the injected protective current.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird der in die Messelektrode eingespeiste Kathodenschutzstrom als Schutzstrommesssignal gemessen. Dieser Ka- thodenschutzstrom ist ein Maß für die Fremdelektronenzufuhr, die zur Verhinderung der Teilprozesse der Korrosion des Bewehrungsstahls erforderlich ist. In one embodiment of the method, the cathode protection current fed into the measuring electrode is measured as a protective current measuring signal. This cathode protection current is a measure of the external electron input required to prevent the partial processes of corrosion of the reinforcing steel.
Dadurch lässt sich in vorteilhafter Weise die erforderliche Stromstärke für einen Kathodenschutzstrom ermitteln, der den Passivierungszustand eines von Korrosion betroffenen oder bedrohten Stahlbetonbauteils fortwährend verbessert oder erhält. Auch lässt sich feststellen, ob ein kathodischer Schutzstrom noch sinnvoll eingesetzt werden kann oder ob andere Maßnahmen wie z. B. Reparatur nötig sind. As a result, the required current intensity for a cathode protection current can be determined in an advantageous manner, which continuously improves or maintains the passivation state of a reinforced concrete component affected or threatened by corrosion. It can also be determined whether a cathodic protection current can still be used meaningfully or whether other measures such. B. Repair are needed.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Kathodenschutzstrom über einen auswählbaren oder veränderbaren Ohmschen Vorwiderstand von einer belastbaren Spannungsquelle entnommen, die eine Kathodenschutzspannung von minus 400 Millivolt abgibt. Durch Veränderung dieses Ohmschen Vorwiderstands kann der eingespeiste Kathodenschutzstrom verändert werden, wobei eine Erhöhung der Stromstärke des negativen eingespeisten Kathodenschutzstroms in einer Verringerung des Korrosionsmesssignals resultiert. Somit lässt sich zu jedem Wert des Korrosionsmesssignals, der unterhalb eines vorbestimmten Grenzwerts liegt, beispielsweise zu jedem negativen Wert des Korrosionsmesssignals, eine Stromstärke des negativen eingespeisten Kathodenschutzstroms zuordnen. Je ge- ringer diese Stromstärke ist, umso besser ist das Passivierungsvermögen der Pas- sivierungsschicht ausgebildet. Somit lässt sich in vorteilhafter Weise aus der Messung des Kathodenschutzstroms eine weitere Aussage über die Qualität der Passi- vierungsschicht gewinnen. Beispielsweise lässt sich daraus die Porosität bzw. die innere Bindung der Passivierungsschicht, also die Durchsetzung mit Imperfektio- nen oder Fehlstellen, die für Ionen durchlässig sind, bestimmen. In one embodiment of the method, the cathode protection current is taken from a loadable voltage source via a selectable or variable ohmic resistor, which outputs a cathode protection voltage of minus 400 millivolts. By changing this ohmic bias resistor, the injected cathode protection current can be changed, with an increase in the current intensity of the negative injected cathode protection current resulting in a reduction of the corrosion measurement signal. Thus, for each value of the corrosion measurement signal which is below a predetermined limit value, for example for each negative value of the corrosion measurement signal, a current intensity of the negative injected cathode protection current can be assigned. Each the higher the passivating power of the passivation layer, the better. Thus, it is advantageously possible to obtain a further statement about the quality of the passivation layer from the measurement of the cathode protection current. For example, from this it is possible to determine the porosity or the inner bond of the passivation layer, ie the enforcement with imperfections or imperfections which are permeable to ions.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist die Prüfspannung als ein Rechtecksignal mit einem oberen Spannungswert von 400 Millivolt während der aktiven oder High-Phase, einem unteren Spannungswert von 0 Millivolt während der inaktiven oder Low-Phase und einer Periodenlänge von 0,1 Sekunde ausgebildet. Mittels einer solchen rechteckförmigen Prüfspannung wird der Ladungsdruck beziehungsweise der Ionendruck, der auf die aus dem Bewehrungsstahl gelösten Eisenionen wirkt, konditioniert. Die Passivierungsschicht bewirkt eine Veränderung der Prüfspannung, insbesondere eine Verringerung der Amplitude, unter dem Gesichtspunkt der Feuchte. Die durch den Durchtritt durch die Passivierungsschicht verminderte Amplitude der Prüfspannung wird auch als Prüfsignal erfasst. Je höher die Feuchte der Passivierungsschicht ist, umso weniger wird die In one embodiment of the method, the test voltage is formed as a square wave signal having an upper voltage value of 400 millivolts during the active or high phase, a lower voltage value of 0 millivolts during the inactive or low phase and a period length of 0.1 second. By means of such a rectangular test voltage, the charge pressure or the ion pressure, which acts on the iron ions dissolved from the reinforcing steel, conditioned. The passivation layer causes a change in the test voltage, in particular a reduction in the amplitude, from the viewpoint of moisture. The reduced by the passage through the passivation layer amplitude of the test voltage is also detected as a test signal. The higher the humidity of the passivation layer, the less the
Amplitude der Prüfspannung durch die Passivierungsschicht vermindert. Eine vollkommen trockene Passivierungsschicht kann näherungsweise als isolierend angesehen werden und verändert das Prüfsignal. Bei hoher Feuchte resultiert ein Prüfsignal, das bei oder geringfügig über 400 Millivolt liegt. Eine wassersatte Passivierungsschicht kann als guter elektrolytischer Leiter angesehen werden, vermindert die Amplitude der Prüfspannung somit nur gering, gefunden wird ein Prüfsignal, das bei oder geringfügig unter dem oberen Amplitudenwert der Prüfspannung von 400 Millivolt liegt. Eine Passivierungsschicht mit einer für die Auswertbarkeit des Korrosionsmesssignals ausreichenden Feuchte hat ein Amplitude of the test voltage reduced by the passivation layer. A perfectly dry passivation layer can be considered approximately insulating and alters the test signal. High humidity results in a test signal that is at or slightly above 400 millivolts. A water-proof passivation layer can be considered as a good electrolytic conductor, thus minimizing the amplitude of the test voltage, finding a test signal that is at or slightly below the upper amplitude value of the test voltage of 400 millivolts. A passivation layer with a sufficient moisture for the readability of the corrosion measurement signal has a
Prüfsignal, das oberhalb von 385 Millivolt und bei oder unterhalb von 400 Millivolt liegt. Durch Vergleich des Prüfsignals mit einem vorbestimmten Prüfsignalgrenzwert von 385 Millivolt lässt sich somit prüfen, ob eine valides auswertbares Korrosionsmesssignal gemessen werden kann. In analoger Weise können andere vorbestimmte Prüfsignalgrenzwerte für andere obere Spannungswerte von recht- eckförmigen Prüfspannungen ermittelt werden. Zu beachten ist, dass oberhalb einer maximalen Prüfspannung ein elektrischer Durchbruch der Passivierungs- schicht vergleichbar mit dem elektrischen Durchbruch an einer in Sperrrichtung betriebenen Diode auftreten kann. Test signal that is above 385 millivolts and at or below 400 millivolts. By comparing the test signal with a predetermined test signal limit of 385 millivolts, it is thus possible to check whether a valid, evaluable corrosion measurement signal can be measured. Analogously, other predetermined test signal threshold values for other upper voltage values of legal be determined corner-shaped test voltages. It should be noted that above a maximum test voltage, an electrical breakdown of the passivation layer can occur comparable to the electrical breakdown at a reverse-biased diode.
Eine Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens zur Bestimmung eines Korrosionszustands an einem Stahlbetonbauteil umfasst eine für die Anordnung auf der Oberfläche eines Stahlbetonbauteils vorgesehene inerte Messelektrode mit Koppelflüssigkeit, eine für die elektrische Verbindung mit einem Bewehrungsstahl in dem Stahlbetonbauteil vorgesehenen Bewehrungsanschluss, eine für die Erzeugung und Einspeisung eines Prüfsignals in den Bewehrungsanschluss vorgesehene Prüfsignalquelle, eine für die Einspeisung eines Kathodenschutzstroms in die Messelektrode vorgesehene Kathodenschutzstromquelle, eine Messvorrichtung sowie eine Auswerteeinheit. An arrangement for carrying out a method for determining a corrosion state on a reinforced concrete component comprises an inert measuring electrode with coupling fluid provided for the arrangement on the surface of a reinforced concrete component, a reinforcement connection intended for the electrical connection to a reinforcing steel in the reinforced concrete component, one for the generation and feeding of a Test signal provided in the reinforcement connection test signal source, a provided for the supply of a cathode protection current in the measuring electrode cathode protection current source, a measuring device and an evaluation unit.
Die Messvorrichtung ist so ausgebildet, dass ein Korrosionsmesssignal bestimmt wird, welches Ladungen von Ionen misst, die aus dem Bewehrungsstahl gelöst werden und durch eine äußere Stahl-Zementsteingrenzfläche treten und an der Messelektrode aufgesammelt werden. Vorrichtungen zur Messung von Ladungen von Ionen sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus Vorrichtungen zur Bestimmung eines pH - Werts über ein elektrochemisches Potenzial. The measuring device is designed to determine a corrosion measurement signal which measures charges of ions which are released from the reinforcing steel and pass through an outer steel cement interface and are collected at the measuring electrode. Devices for measuring charges of ions are known in the art, for example from devices for determining a pH above an electrochemical potential.
Die Messvorrichtung ist ferner so ausgebildet, dass simultan zum Wert des Korrosionsmesssignals ein Wert eines Feuchtemesssignals bestimmt wird. Das Korrosionsmesssignal wird durch die Kapazität eines Messfelds zwischen der Messelektrode und einem der Messelektrode gegenüberliegenden Abschnitt des Bewehrungsstahls bestimmt. Das Messfeld umfasst die Passivierungsschicht und die äußere Betonschicht, die den Bewehrungsstahl umgeben. Die Kapazität dieses Messfeldes lässt sich als Kapazität eines Elektrolytkondensators modellieren, wobei eine Elektrolytkondensatorelektrode durch den von der Passivierungsschicht umgebenen Bewehrungsstahl gebildet wird. Da dieser Elektrolytkondensator keinen Feuchteschutz aufweist, verändert die Feuchte im Bereich der Passivierungs- Schicht das Dielektrikum und somit auch die Kapazität des Elektrolytkondensators. Somit sind aus der Messung der Kapazität des Elektrolytkondensators Rückschlüsse auf die Feuchte im Bereich der Passivierungsschicht möglich. Vorrichtungen und Verfahren zur Messung der Kapazität von Elektrolytkondensatoren sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus handelsüblichen Digitalmultimetern. The measuring device is further designed such that a value of a moisture measurement signal is determined simultaneously with the value of the corrosion measurement signal. The corrosion measurement signal is determined by the capacitance of a measuring field between the measuring electrode and a section of the reinforcing steel opposite the measuring electrode. The measuring field comprises the passivation layer and the outer concrete layer surrounding the reinforcing steel. The capacitance of this measurement field can be modeled as a capacitance of an electrolytic capacitor, wherein an electrolytic capacitor electrode is formed by the reinforcing steel surrounded by the passivation layer. Since this electrolytic capacitor does not have any moisture protection, the moisture changes in the region of the passivation Layer the dielectric and thus also the capacity of the electrolytic capacitor. Thus conclusions on the moisture in the region of the passivation layer are possible from the measurement of the capacitance of the electrolytic capacitor. Devices and methods for measuring the capacitance of electrolytic capacitors are known from the prior art, for example from commercially available digital multimeters.
Das Korrosionsmesssignal beschreibt die unterschiedlichen Zustände der Passivierungsschicht, die sich abhängig vom Passivierungsvermögen als Isolator oder als Isolator mit Fehlstellen oder als aktiver spannungserzeugender Eisenoxidati- onsvorgang beschreiben lässt. The corrosion measurement signal describes the different states of the passivation layer, which depending on the passivation capability can be described as an insulator or as an insulator with defects or as an active voltage-generating iron oxidation process.
Die Messvorrichtung ist ferner so ausgebildet, dass simultan zum Korrosionsmesssignal und zum Feuchtemesssignal ein Schutzstrommesssignal bestimmt wird, welches den von der Kathodenschutzstromquelle in die Messelektrode eingespeisten Kathodenschutzstrom misst. Vorrichtungen zur Messung eines Stroms sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus handelsüblichen Digitalmultimetern. The measuring device is further configured such that a protection current measuring signal is simultaneously determined for the corrosion measurement signal and the moisture measurement signal, which measures the cathode protection current fed by the cathode protection current source into the measurement electrode. Devices for measuring a current are known from the prior art, for example from commercially available digital multimeters.
Die Auswerteeinheit ist mit der Messvorrichtung verbindbar und so ausgebildet, dass das Korrosionsmesssignal, das Feuchtemesssignal und das Schutzstrommesssignal auswertbar und optional grafisch darstellbar sind. The evaluation unit can be connected to the measuring device and designed so that the corrosion measurement signal, the moisture measurement signal and the protective current measurement signal can be evaluated and optionally graphically displayed.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung kann der Korrosionszustand an einem Stahlbetonbauteil zuverlässig, schnell und mit geringem Aufwand ermittelt werden. Insbesondere kann mittels einer einzigen Anordnung ein stabiler Messwert bei unterschiedlichen Feuchtegraden eines untersuchten Stahlbetonbauteils gewonnen werden, da eine aus einem Mangel an Feuchtigkeit resultierende verminderte Ionenbeweglichkeit bestimmt und in der Auswertung des Korrosionsmesssignals berücksichtigt wird. Bei einer Ausführungsform der Anordnung ist die Messelektrode aus einem inerten Material, z. B. Graphit, gefertigt. Aus Graphit gefertigte Messelektroden sind chemisch so widerstandsfähig, dass sie mit guter Näherung als inert betrachtet werden können, und weisen eine sehr gute Leitfähigkeit auf. Sie sind zudem kostengünstig herstellbar. With the arrangement according to the invention, the corrosion state on a reinforced concrete component can be determined reliably, quickly and with little effort. In particular, by means of a single arrangement, a stable measured value can be obtained for different degrees of moisture of a tested reinforced concrete component, since a reduced ion mobility resulting from a lack of moisture is determined and taken into account in the evaluation of the corrosion measurement signal. In one embodiment of the arrangement, the measuring electrode is made of an inert material, e.g. As graphite, manufactured. Measuring electrodes made of graphite are chemically so resistant that they can be regarded as inert with good approximation, and have a very good conductivity. They are also inexpensive to produce.
Bei einer Ausführungsform der Anordnung umfasst die Messvorrichtung mindestens einen Analog-Digital- Wandler und gibt digitale Messsignale aus. Digitale Messsignale sind besonders einfach auswertbar. In one embodiment of the arrangement, the measuring device comprises at least one analog-to-digital converter and outputs digital measuring signals. Digital measuring signals are particularly easy to evaluate.
Bei einer Ausführungsform der Anordnung werden digitale Messsignale über ein Fernmeldeprotokoll an mindestens ein Mobiltelefon übertragen. Als Fernmeldeprotokoll kann beispielsweise eine E-Mail oder ein Kurznachrichtendienst wie der short message Service (SMS) verwendet werden. In vorteilhafter Weise kann damit ein Prüfingenieur auch dann über Messungen informiert werden, wenn er nicht vor Ort ist. In one embodiment of the arrangement, digital measurement signals are transmitted via a telecommunications protocol to at least one mobile telephone. For example, an e-mail or a short message service such as the short message service (SMS) can be used as the telecommunications protocol. Advantageously, a test engineer can be informed of measurements even when he is not on site.
Bei einer Ausführungsform der Anordnung sind/ist die Prüfsignalquelle und/oder die Kathodenschutzstromquelle batteriegespeist. In vorteilhafter Weise entfallen damit das Problem einer externen Referenz oder Bezugsmasse sowie das Problem eines Schutzleiters oder einer Erdung. Zudem ist eine solche Ausführungsform transportabel und unabhängig auch im Außenbereich oder auf Baustellen einsetzbar. In one embodiment of the arrangement, the test signal source and / or the cathode protection current source are / is battery powered. Advantageously, this eliminates the problem of an external reference or reference ground and the problem of a protective conductor or grounding. In addition, such an embodiment is transportable and independently used outdoors or on construction sites.
Bei einer Ausführungsform der Anordnung erfolgt die Batteriespeisung der Prüfsignalquelle und/oder der Kathodenschutzstromquelle mittels hochkapazitärer Akkumulatoren. In vorteilhafter Weise lässt sich dadurch bei geringem Gewicht und somit guter Transportierbarkeit der Anordnung eine ausreichend lange Betriebsdauer der Anordnung erzielen. Beispielsweise sind mit Akkumulatoren auf Lithiumbasis über 100 Betriebsstunden erzielbar. Bei einer Ausführungsform der Anordnung ist die Auswerteeinheit als Notebook oder als Netbook ausgebildet. Für Notebooks oder Netbooks lassen sich im Vergleich beispielsweise zu einem Digitalen Signalprozessor mit geringem Aufwand Programme zur Auswertung von Messsignalen entwickeln oder verfügbare, handelsübliche Programme anpassen. Zudem sind Notebooks oder Netbooks leicht transportierbar und können über einen für eine Messung ausreichend langen Zeitraum unabhängig vom elektrischen Netz betrieben werden. Ferner weisen Notebooks standardisierte Ausgänge, beispielsweise Universal Serial Bus (USB) Ausgänge, auf, mit denen elektrische Messvorrichtungen, beispielsweise Konstant- spannungsquellen oder Messvorrichtungen in der Art von Digitalmultimetern, ohne nennenswerte Beeinträchtigung der Betriebsdauer eines Notebooks gespeist werden können. In one embodiment of the arrangement, the battery supply of the test signal source and / or the cathode protection current source takes place by means of high-capacity accumulators. Advantageously, a sufficiently long service life of the arrangement can thereby be achieved with a low weight and thus good transportability of the arrangement. For example, can be achieved with lithium-based batteries over 100 hours of operation. In one embodiment of the arrangement, the evaluation unit is designed as a notebook or as a netbook. For notebooks or netbooks, for example, compared to a digital signal processor, programs for evaluating measuring signals can be developed with little effort or available commercially available programs can be adapted. In addition, notebooks or netbooks are easily transportable and can be operated for a sufficiently long period for a measurement independent of the electrical network. Furthermore, notebooks have standardized outputs, for example universal serial bus (USB) outputs, with which electrical measuring devices, for example constant voltage sources or measuring devices in the form of digital multimeters, can be fed without significantly impairing the operating life of a notebook.
Bei einer Ausführungsform umfasst die Anordnung eine Anzeigevorrichtung, die für die Anzeige digitaler Messsignale vorgesehen ist. Eine solche Anzeigevorrichtung kann durch ein Display und einen Computer gebildet sein, auf dem ein handelsübliches Computerprogramm zur Darstellung von Messwerten abläuft. Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise das Computerprogramm RealView der Firma ABACOM-lngenieurgesellschaft GbR für die Darstellung von Messwerten bekannt. In one embodiment, the arrangement comprises a display device which is provided for the display of digital measurement signals. Such a display device can be formed by a display and a computer on which runs a commercially available computer program for displaying measured values. For example, the computer program RealView from ABACOM-Ingenieurgesellschaft GbR is known from the prior art for the representation of measured values.
Bei einer Ausführungsform umfasst die Anordnung einen Datenspeicher, der für die Speicherung digitaler Messsignale vorgesehen ist. Datenspeicher für digitale Messsignale sind aus dem Stand der Technik beispielsweise als magnetische Festplatten oder als als Solid-State-Disk (SSD) bezeichnete Halbleiterspeicher bekannt. In one embodiment, the arrangement comprises a data memory which is provided for the storage of digital measurement signals. Data memories for digital measurement signals are known from the prior art, for example as magnetic hard disks or as solid-state disk (SSD) designated semiconductor memory.
Bei einer Ausführungsform umfasst die Anordnung eine Übertragungsvorrichtung, die für die Übertragung digitaler Messsignale mittels eines Fernmeldeprotokolls an mindestens ein Mobiltelefon vorgesehen ist. Solche Übertragungsvorrichtungen sind aus dem Stand der Technik beispielsweise als Modems für die Übertragung von Mobilfunkprotokollen wie Long Term Evolution (LTE) oder Long Term Evolution Advanced (LTE Advanced) bekannt. In vorteilhafter Weise können damit das erfasste Korrosionsmesssignal und das erfasste Feuchtemesssignal unabhängig vom Messort übertragen und ausgewertet werden. In one embodiment, the arrangement comprises a transmission device, which is provided for the transmission of digital measurement signals by means of a telecommunications protocol to at least one mobile telephone. Such transmission devices are known in the art, for example as modems for the transmission of mobile radio protocols such as Long Term Evolution (LTE) or Long Term Evolution Advanced (LTE Advanced) known. Advantageously, the detected corrosion measurement signal and the detected moisture measurement signal can thus be transmitted and evaluated independently of the measurement location.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.
Darin zeigen: Show:
Figur 1 schematisch ein Stahlbetonbauteil mit kontaktiertem Figure 1 schematically a reinforced concrete component with contacted
Bewehrungsstahl und Messelektrode,  Rebar and measuring electrode,
Figur 2 schematisch den Aufbau einer Prüfsignalquelle, FIG. 2 schematically shows the structure of a test signal source,
Figur 3 und Figur 4 schematisch den Aufbau einer Kathodenschutzstrom- quelle sowie Figure 3 and Figure 4 schematically shows the structure of a Kathodenschutzstrom- source and
Figur 5 schematisch einen Messschrieb mit Zeitverlauf eines FIG. 5 schematically shows a measurement record with the time course of a
Korrosionsmesssignals, eines Feuchtemesssignals und eines Schutzstrommesssignals.  Corrosion measurement signal, a humidity measurement signal and a protection current measurement signal.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.
Figur 1 zeigt schematisch ein Stahlbetonbauteil 1, in welchem ein Bewehrungsstahl 2 umschlossen ist, der sich entlang einer Längsrichtung des Stahlbetonbauteils 1 erstreckt. Auf der äußeren Oberfläche des Stahlbetonbauteils 1 ist eine inerte Messelektrode 3 angeordnet. Die Messelektrode 3 kann beispielsweise aus Graphit gefertigt sein. Die Messelektrode 3 kann ortsfest, beispielsweise als Stabelektrode, oder auch ortsbeweglich, beispielsweise als Radelektrode, ausgebildet sein. An der Grenzfläche zwischen dem Bewehrungsstahl 2 und der äußeren Betonschicht 1.1 ist eine im Vergleich zur äußeren Betonschicht 1.1 sehr dünne, aber bei gutem Passivierungsvermögen praktisch porenfreie Passivierungsschicht 2.1 ausgebildet. Eine intakte Passivierungsschicht 2.1 mit gutem Passivierungsvermögen bewirkt den Korrosionsschutz für den Bewehrungsstahl 2, indem sie die Diffusion von Ionen und somit den anodischen und kathodischen Teilprozess der Korrosion verhindert oder stark mindert. FIG. 1 schematically shows a reinforced concrete component 1, in which a reinforcing steel 2 is enclosed, which extends along a longitudinal direction of the reinforced concrete component 1. On the outer surface of the reinforced concrete component 1, an inert measuring electrode 3 is arranged. The measuring electrode 3 may be made of graphite, for example. The measuring electrode 3 may be stationary, for example as a rod electrode, or may be designed to be movable, for example as a wheel electrode. At the interface between the reinforcing steel 2 and the outer concrete layer 1.1 is compared to the outer concrete layer 1.1 very thin, but with good passivation virtually pore-free passivation layer 2.1 is formed. An intact Passivierungsschicht 2.1 with good passivation effect corrosion protection for the reinforcing steel 2 by preventing the diffusion of ions and thus the anodic and cathodic sub-process of corrosion or greatly reduced.
In Längsrichtung des Stahlbetonbauteils 1 und zur Messelektrode 3 beabstandet ist in das Stahlbetonbauteil 1 eine Kontaktöffnung 4 eingebracht, in der eine äußere Betonschicht 1.1 so weit abgetragen ist, dass der Bewehrungsstahl 2 zugänglich ist. Eine Kontaktöffnung 4 kann zerstörungsarm und mit geringem Durchmesser beispielsweise durch Aufbohren oder örtlich begrenztes Aufschlagen der äußeren Betonschicht 1.1 hergestellt werden. Mittels eines in der Kontaktöffnung 4 angeordneten elektrisch leitfähigen Bewehrungsanschluss 5 ist der Bewehrungsstahl 2 elektrisch angekoppelt. Alternativ zum Einbringen einer Kontaktöffnung 4 kann das Stahlbetonbauteil 1 einen nach außen geführten, elektrisch mit dem innenliegenden Bewehrungsstahl 2 verbundenen Kontaktzugang aufweisen, an welchem der Bewehrungsanschluss 5 angekoppelt wird. Spaced in the longitudinal direction of the reinforced concrete component 1 and the measuring electrode 3 is in the reinforced concrete component 1, a contact opening 4 is introduced, in which an outer concrete layer 1.1 is removed so far that the reinforcing steel 2 is accessible. A contact opening 4 can be manufactured destructive and small diameter, for example by drilling or localized impact of the outer concrete layer 1.1. By means of an arranged in the contact opening 4 electrically conductive reinforcement connection 5 of the reinforcing steel 2 is electrically coupled. As an alternative to introducing a contact opening 4, the reinforced concrete component 1 may have an outwardly guided contact access, which is electrically connected to the inner reinforcing steel 2, to which the reinforcement connection 5 is coupled.
Eine Messvorrichtung 6 ist elektrisch zwischen dem Bewehrungsanschluss 5 einerseits und der Messelektrode 3 andererseits angeschlossen. Die Messvorrichtung 6 ermittelt in einer nachfolgend noch genauer beschriebenen Weise Messsignale Sl, S2, S3, Sl ', S2\ S3'. A measuring device 6 is electrically connected between the reinforcement connection 5 on the one hand and the measuring electrode 3 on the other hand. The measuring device 6 determines measurement signals S1, S2, S3, S1 ', S2 \ S3' in a manner which will be described in more detail below.
Die Messvorrichtung 6 ist mit einer Auswerteeinheit 7 so verbunden, dass die von der Messvorrichtung 6 bereitgestellten Messsignale Sl, S2, S3, Sl ', S2', S3' auf der Auswerteeinheit 7 als digitale, also zeitabgetastete und amplitudendiskretisier- te Werte verfügbar sind. Alternativ können die Messwerte auch von der Messvorrichtung 6 über ein Fernmeldeprotokoll, beispielsweise per E-Mail oder Kurznachricht, an ein Mobiltelefon versendet werden. Beispielsweise kann die Auswerteeinheit 7 als Rechner, als Notebook oder als Netbook ausgebildet sein, an welchem über einen Universal Serial Bus (USB) Anschluss ein Analog - Digital - Wandler angeschlossen ist. Mittels eines solchen Analog - Digital - Wandlers kann ein analoger Messwert eines Messsignals S 1 , S2, S3, Sl ', S2', S3', der von der Messvorrichtung 6 bereitgestellt wird, in ein digitales Signal umgewandelt werden, das von einem Auswerteprogramm auf der Auswerteeinheit 7 auswertbar ist. Als Auswerteprogramm kann für eine als Rechner, Notebook oder Netbook ausgebildete Auswerteeinheit 7 beispielsweise das kommerziell erhältliche Programm„Realview" der Firma Abacom verwendet werden. Als Auswerteprogramm sind aber auch andere Programme oder Software-Produkte verwendbar, mit denen digitale Signale erfasst, deren Zeitverlauf grafisch dargestellt und solche digitalen Signale gespeichert werden können. The measuring device 6 is connected to an evaluation unit 7 such that the measurement signals S1, S2, S3, S1 ', S2', S3 'provided by the measuring device 6 are available on the evaluation unit 7 as digital, ie time-sampled and amplitude-discretized values. Alternatively, the measured values can also be sent by the measuring device 6 via a telecommunications protocol, for example by e-mail or short message, to a mobile telephone. For example, the evaluation unit 7 can be embodied as a computer, as a notebook or as a netbook, to which an analog-to-digital converter is connected via a universal serial bus (USB) connection. By means of such an analog-to-digital converter, an analog measurement value of a measurement signal S 1, S 2, S 3, S 1 ', S 2', S 3 'provided by the measuring device 6 can be converted into a digital signal which is generated by an evaluation program the evaluation unit 7 is evaluated. For example, the commercially available program "Realview" from Abacom can be used as an evaluation program for an evaluation unit 7 embodied as a computer, notebook or netbook, but other programs or software products with which digital signals are recorded can also be used as an evaluation program represented and such digital signals can be stored.
Mit dem Bewehrungsanschluss 5 ist ferner eine Prüfsignalquelle 8 elektrisch verbunden, die ein elektrisches Prüfsignal in den Bewehrungsstahl 2 einspeist. Der Aufbau der Prüfsignalquelle 8 wird nachfolgend anhand der Figur 2 genauer erläutert. Furthermore, a test signal source 8, which feeds an electrical test signal into the reinforcing steel 2, is electrically connected to the reinforcement connection 5. The construction of the test signal source 8 will be explained in more detail below with reference to FIG.
Die Prüfsignalquelle 8 umfasst eine erste Konstantspannungsquelle 8.1, einen elektronisch schaltbaren Schalter 8.2, einen Rechtecksignalgenerator 8.3, einen Pull-Down- Widerstand 8.4 und einen Operationsverstärker 8.5. Die erste Konstantspannungsquelle 8.1 gibt eine konstante Spannung Up von vorzugsweise 400 Millivolt ab und ist über den elektronisch schaltbaren Schalter 8.2 mit dem nicht- invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 8.5 verbunden. Der elektronisch schaltbare Schalter 8.2 wird über ein Rechteck-Signal betätigt, das von der Rechtecksignalquelle 8.3 generiert wird. Vorzugsweise weist das Rechtecksignal eine Frequenz von 10 Hertz, also eine Periodenlänge von 100 Millisekunden, auf. The test signal source 8 comprises a first constant voltage source 8.1, an electronically switchable switch 8.2, a square wave signal generator 8.3, a pull-down resistor 8.4 and an operational amplifier 8.5. The first constant voltage source 8.1 outputs a constant voltage U p of preferably 400 millivolts and is connected via the electronically switchable switch 8.2 to the non-inverting input of an operational amplifier 8.5. The electronically switchable switch 8.2 is actuated via a square-wave signal, which is generated by the square wave signal source 8.3. The square-wave signal preferably has a frequency of 10 hertz, that is to say a period of 100 milliseconds.
Der Ausgang des Operationsverstärkers 8.5 ist auf den invertierenden Eingang zurückgeführt, so dass der Operationsverstärker 8.5 als Impedanzwandler arbeitet. Damit wird erreicht, dass das Prüfsignal am Ausgang 8.6 der Prüfsignalquelle 8 belastungsunabhängig die an der ersten Konstantspannungsquelle 8.1 eingestellte Prüfspannung Up abgibt. Zur Erzielung größerer Prüfspannungen Up und/oder einer größeren Belastbarkeit mit einem Ausgangsstrom kann der Ausgang des Operationsverstärkers einem Kleinleistungsverstärker zugeführt werden. Klein- leistungsverstärker sind aus dem Stand der Technik bekannt. The output of the operational amplifier 8.5 is fed back to the inverting input, so that the operational amplifier 8.5 operates as an impedance converter. This ensures that the test signal at the output 8.6 of the test signal source 8 regardless of load set at the first constant voltage source 8.1 Test voltage U p outputs. To achieve larger test voltages U p and / or a greater load capacity with an output current, the output of the operational amplifier can be supplied to a low-power amplifier. Small power amplifiers are known from the prior art.
Der nicht-invertierende Eingang des Operationsverstärkers 8.5 ist über einen Pull- Down- Widerstand 8.4 auf Masse gelegt. Vorzugsweise hat der Pull-Down- Widerstand 8.4 einen Pull-Down- Widerstandswert RPD von 1 Megaohm. Der Pull-Down- Widerstand 8.4 bewirkt, dass der nicht-invertierende Eingang und somit auch der Ausgang des Operationsverstärkers 8.5 sicher auf Massepotential liegen, wenn der elektronisch schaltbare Schalter 8.2 geöffnet ist. The non-inverting input of the operational amplifier 8.5 is grounded via a pull-down resistor 8.4. Preferably, the pull-down resistor 8.4 has a pull-down resistance R PD of 1 megohm. The pull-down resistor 8.4 causes the non-inverting input and thus also the output of the operational amplifier 8.5 to be safely at ground potential when the electronically switchable switch 8.2 is open.
Somit erzeugt die Prüfsignalquelle 8 am Ausgang 8.6 ein Rechteck-Prüfsignal mit einem Maximalwert von belastungsunabhängig 400 Millivolt und einem Minimalwert von 0 Millivolt und einer Frequenz von 10 Hertz. Dieses Prüfsignal durchquert die Grenz- beziehungsweise Passivierungsschicht 2.1 zwischen dem Bewehrungsstahl 2 und dem Beton der äußeren Betonschicht 1.1 des Stahlbetonbauteils 1 in charakteristischer Weise bis zur Messelektrode 3 auf der Oberfläche des Stahlbetonbauteils 1. Thus, the test signal source 8 generates at output 8.6 a square-wave test signal with a maximum value of 400 millivolts independent of load and a minimum value of 0 millivolts and a frequency of 10 hertz. This test signal traverses the boundary layer or passivation layer 2.1 between the reinforcing steel 2 and the concrete of the outer concrete layer 1.1 of the reinforced concrete component 1 in a characteristic manner up to the measuring electrode 3 on the surface of the reinforced concrete component 1.
Mit der Messelektrode 3 ist ferner eine Kathodenschutzstromquelle 9 elektrisch verbunden, die einen Kathodenschutzstrom in die Messelektrode 3 einspeist. Der Aufbau der Kathodenschutzstromquelle 9 wird nachfolgend anhand der Figur 3 genauer erklärt. Furthermore, a cathode protection current source 9, which feeds a cathode protection current into the measurement electrode 3, is electrically connected to the measurement electrode 3. The construction of the cathode protection current source 9 will be explained in more detail below with reference to FIG.
Die Kathodenschutzstromquelle 9 umfasst eine zweite Konstantspannungsquel- le 9.1 , die mit jeweils einem ersten Ende von mindestens zwei Vorwiderständen 9.2 mit unterschiedlichen Widerstandswerten verbunden ist. Die zweite Kon- stantspannungsquelle 9.1 gibt eine Konstantspannung UK von vorzugsweise minus 400 Millivolt ab. Die Kathodenschutzstromquelle 9 umfasst ferner einen Auswahlschalter 9.3, der den Ausgang 9.4 wählbar mit dem zweiten Ende genau eines Vorwiderstandes 9.2 verbindet. Somit ist der Ausgang 9.4 der Kathodenschutz - stromquelle 9 mit einem wählbaren Ohmschen Widerstand mit der zweiten Kon- stantspannungsquelle 9.1 verbindbar. Wird dieser Ausgang 9.4 mit der Messelektrode 3 auf einem Stahlbetonbauteil 1 verbunden, das eine ausreichende Feuchtigkeit für einen Ionentransport aufweist, so kann mittels des wählbaren Vorwiderstands 9.2 eine durch die Messelektrode 3 getriebene Stromstärke eingestellt werden. Die Kathodenschutzstromquelle 9 wirkt somit näherungsweise als Stromquelle mit einer über den Vorwiderstand 9.2 einstellbaren Stromstärke. The cathode protection current source 9 comprises a second constant voltage source 9.1, which is connected to a respective first end of at least two series resistors 9.2 having different resistance values. The second constant voltage source 9.1 outputs a constant voltage U K of preferably minus 400 millivolts. The cathode protection current source 9 further comprises a selection switch 9.3, the output 9.4 selectable with the second end exactly one Series resistor 9.2 connects. Thus, the output 9.4 of the cathode protection current source 9 can be connected to the second constant voltage source 9.1 with a selectable ohmic resistance. If this output 9.4 is connected to the measuring electrode 3 on a reinforced concrete component 1 which has sufficient moisture for an ion transport, a current strength driven by the measuring electrode 3 can be set by means of the selectable series resistor 9.2. The cathode protection current source 9 thus acts approximately as a current source with an adjustable current through the resistor 9.2 current.
Figur 4 zeigt eine Ausführungsform einer Kathodenschutzstromquelle 9, bei der der Konstantspannungsquelle 9.1 ein Vorwiderstand 9.2 vorgeschaltet wird, der sich aus der Reihenschaltung eines Potentiometers 9.2' mit einem festen Vorwiderstand 9.2 ergibt. Somit ist bei dieser Ausführungsform ein Gesamt- Vorwiderstand über einem Bereich von Widerstandswerten kontinuierlich einstellbar. FIG. 4 shows an embodiment of a cathode protection current source 9, in which the constant voltage source 9.1 is preceded by a series resistor 9.2, which results from the series connection of a potentiometer 9.2 'with a fixed series resistor 9.2. Thus, in this embodiment, a total series resistor is continuously adjustable over a range of resistance values.
Ist die Messelektrode 3 oberhalb einer aktiven Korrosionsstelle 10 am Bewehrungsstahl 2 angeordnet, so greift der von der Kathodenschutzsstromquelle 9 in die Messelektrode 3 eingespeiste, durch Wahl des Vorwiderstands 9.2 einstellbare Kathodenschutzstrom IK aktiv in den Korrosionsvorgang ein und beeinflusst somit das Korrosionsmesssignal, sofern die äußere Betonschicht 1.1 eine hierfür ausreichende minimale Messfeuchtigkeit und somit Leitfähigkeit aufweist. Der Kathodenschutzstrom IK beeinflusst dabei die Beweglichkeit der Ionen, insbesondere der Eisenionen sowie der Eisenhydroxidionen, im Bereich der Passivierungs- schicht 2.1 in gleicher Weise wie eine Verringerung der Feuchtigkeit in der Passi- vierungsschicht 2.1. If the measuring electrode 3 is arranged above an active corrosion point 10 on the reinforcing steel 2, then the cathode protection current I K , which is fed into the measuring electrode 3 by the cathode protective current source 9 and which can be adjusted by selecting the series resistor 9. 2, actively intervenes in the corrosion process and thus influences the corrosion measuring signal, if the external one Concrete layer 1.1 has a sufficient for this purpose minimum measurement humidity and thus conductivity. The cathode protection current I K influences the mobility of the ions, in particular the iron ions and the iron hydroxide ions, in the region of the passivation layer 2.1 in the same way as a reduction of the moisture in the passivation layer 2.1.
Durch Verstellung des Kathodenschutzstroms IK, der von der Kathodenschutzstromquelle 9 abgegeben wird, ist das erfindungsgemäße Verfahren daher geeignet, unterschiedliche Feuchtigkeitsgrade von untersuchten Stahlbetonbauteilen 1 zu kompensieren und somit feuchtigkeitsunabhängig vergleichbare Messwerte zu erfassen, solange eine gewisse, für eine minimale Leitfähigkeit der äußeren Be- tonschicht 1.1 und der Passivierungsschicht 2.1 unabdingbare minimale Messfeuchtigkeit gegeben ist. Eine solche Mindestfeuchtigkeit lässt sich durch eine aus dem Stand der Technik bekannte Befeuchtung der Oberfläche des Stahlbetonbauteils 1 stets erzielen, so dass das Verfahren im Prinzip universell einsetzbar ist. By adjusting the cathode protection current I K , which is emitted by the cathode protection current source 9, the method according to the invention is therefore suitable for compensating different degrees of humidity of investigated reinforced concrete components 1 and thus for detecting comparable measured values regardless of moisture, as long as a certain minimum conductivity of the outer Clay layer 1.1 and the passivation layer 2.1 indispensable minimum measurement moisture is given. Such a minimum moisture can always be achieved by a known from the prior art humidification of the surface of the reinforced concrete component 1, so that the method is in principle universally applicable.
Bei Anwendung an einem Stahlbetonbauteil 1 mit unbekannter Feuchte wird der von der Kathodenschutzstromquelle 9 abgegebene Kathodenschutzstrom IK so eingestellt, dass eine vorbestimmte Ionenbeweglichkeit erzielt wird, die einem vorbestimmten nominalen Referenzfeuchtigkeitsbereich entspricht. Die erzielte Ionenbeweglichkeit kann aus dem Messsignal S2 abgelesen werden, welches von der Messvorrichtung 6 gewonnen wird. Der für die Einstellung der vorbestimmten Ionenbeweglichkeit notwendige Kathodenschutzstrom IK ist dann zugleich ein Maß für die tatsächlich vorliegende Feuchte des Stahlbetonbauteils 1. When applied to a reinforced concrete structure 1 of unknown humidity, the cathode protection current I K delivered by the cathode protection current source 9 is adjusted to achieve a predetermined ion mobility corresponding to a predetermined nominal reference humidity range. The achieved ion mobility can be read from the measurement signal S2, which is obtained from the measuring device 6. The cathode protection current I K necessary for setting the predetermined ion mobility is then at the same time a measure of the actual moisture content of the reinforced concrete component 1.
Nachfolgend wird anhand eines in Figur 5 schematisch dargestellten Messschriebs 11 die Gewinnung der Messsignale S 1 , S2 und S3 genauer erklärt. Der Messschrieb 11 stellt entlang einer Zeitachse t eine erste Messdauer T mit Messsignalen Sl, S2 und S3 sowie eine zweite Messdauer mit Messsignalen Sl ', S2' und S3' dar. Die erste Messdauer T entspricht einer Messung an einem Stahlbetonbauteil 1 mit vorliegender Korrosion, also mit unzureichender Passivierung. Die zweite Messdauer T" entspricht einer Messung an einem Stahlbetonbauteil 1 ohne Korrosion, also mit ausreichender Passivierung. Subsequently, the extraction of the measurement signals S 1, S 2 and S 3 is explained in more detail on the basis of a measurement record 11 shown schematically in FIG. The measuring record 11 represents along a time axis t a first measuring duration T with measuring signals S1, S2 and S3 and a second measuring duration with measuring signals S1 ', S2' and S3 '. The first measuring duration T corresponds to a measurement on a reinforced concrete component 1 with present corrosion, So with insufficient passivation. The second measurement period T "corresponds to a measurement on a reinforced concrete component 1 without corrosion, ie with sufficient passivation.
Das Korrosionsmesssignal S 1 , S 1 ' bewertet den Korrosions- beziehungsweise Passivierungszustand des unterhalb der Messelektrode 3 befindlichen Bewehrungsstahls 2 anhand einer gemessenen Ladung. Liegt ein Abschnitt des Korrosionsmesssignals Sl, Sl ' zu Beginn einer Messdauer T, T' im positiven Spannungsbereich, so liegt Korrosion beziehungsweise unzureichende Passivierung vor. Dies ist beim Korrosionsmesssignal Sl im Bereich der ersten Messdauer T der Fall. Liegt ein Abschnitt des Korrosionsmesssignals Sl, Sl ' zu Beginn einer Messdauer T, T' im negativen Spannungsbereich, so liegt ausreichende Passivierung vor. Dies ist beim Korrosionsmesssignal S 1 ' im Bereich der zweiten Mess- dauer T' der Fall. Der Passivierungszustand lässt sich ferner am zeitlichen Verlauf des Korrosionsmesssignals Sl, Sl ', beispielsweise am Anstieg beziehungsweise am Abfall des Korrosionsmesssignals Sl, Sl ', bewerten. The corrosion measurement signal S 1, S 1 'evaluates the corrosion or passivation state of the reinforcing steel 2 below the measuring electrode 3 on the basis of a measured charge. If a portion of the corrosion measurement signal Sl, Sl 'at the beginning of a measurement period T, T' in the positive voltage range, so there is corrosion or insufficient passivation. This is the case with the corrosion measurement signal S1 in the region of the first measurement duration T. If a portion of the corrosion measurement signal Sl, Sl 'at the beginning of a measurement period T, T' in the negative voltage range, so there is sufficient passivation. This is the case with the corrosion measurement signal S 1 'in the region of the second measurement T 'is the case. The passivation state can also be evaluated on the time profile of the corrosion measurement signal S1, S1 ', for example at the rise or fall of the corrosion measurement signal S1, S1'.
Eine gute Passivierung stellt eine Barriere für den Durchtritt von Eisenionen dar. Bei der Erfassung des Korrosionsmesssignals Sl, Sl ' werden mittels der Messvorrichtung 6 die elektrischen Ladungen von Eisenionen erfasst, die die Passivierungsschicht 2.1 durchtreten. Diese Ladungen bilden eine vergesellschaftete Größe mit den Eisenionen. Treten viele Eisenionen durch die Passivierungsschicht 2.1 und anschließend durch die äußere Betonschicht 1.1, so werden auch viele Ladungen frei. Die Messung der Ladungen erfolgt nach dem aus dem Stand der Technik bekannten Prinzip der Messung eines pH- Wertes indirekt durch Messung einer Spannung an der inerten Messelektrode 3. Das Korrosionsmesssignal Sl, Sl ' gibt die gemessene Spannung an, die ein Maß für die Zahl der Ladungen und somit für die Zahl der Eisenionen ist, die die Passivierungsschicht 2.1 und die äußere Betonschicht 1.1 durchtreten und von der Messelektrode 3 aufgesammelt werden. A good passivation represents a barrier to the passage of iron ions. Upon detection of the corrosion measurement signal Sl, Sl ', the electrical charges of iron ions which pass through the passivation layer 2.1 are detected by the measuring device 6. These charges form an associated size with the iron ions. If many iron ions pass through the passivation layer 2.1 and then through the outer concrete layer 1.1, then many charges are released. The measurement of the charges is carried out according to the known from the prior art principle of measuring a pH indirectly by measuring a voltage at the inert measuring electrode 3. The corrosion measurement signal Sl, Sl 'indicates the measured voltage, which is a measure of the number of Charges and thus for the number of iron ions that pass through the passivation layer 2.1 and the outer concrete layer 1.1 and are collected by the measuring electrode 3.
Der Messschrieb 11 stellt ferner das Feuchtemesssignal S2, S2' dar. Die Grenzfläche der Passivierungsschicht 2.1 zur Betonschicht 1.1 wirkt auch als Dielektrikum zwischen einer ersten Elektrode, die von der inerten Messelektrode 3 gebildet wird, und einer zweiten Elektrode, die vom Bewehrungsstahl 2 gebildet wird. Somit lässt sich die Gesamtheit aus der Messelektrode 3, der Passivierungsschicht 2.1, der äußeren Betonschicht 1.1 sowie dem über den Bewehrungsan- schluss 5 kontaktierten Bewehrungsstahl 2 als Elektrolytkondensator modellieren, dessen Kapazität von der Feuchte in der Betonschicht 1.1, insbesondere von der Feuchte in der Passivierungsschicht um den Bewehrungsstahl 2, abhängt. Das Feuchtemesssignal S2, S2' entspricht der Messung der Kapazität eines Elektrolytkondensators, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist und beispielsweise in handelsüblichen Digitalmultimetern angewendet wird. Das Feuchtemesssignal S2, S2' gibt an, ob die Feuchte in der Betonschicht 1.1 für eine zuverlässige Messung des Korrosions- beziehungsweise Passivierungszustands des Stahlbeton- bauteils 1 ausreicht. Beispielsweise kann eine für die Bewertung des Korrosionsmesssignals ausreichende Feuchte dann angenommen werden, wenn bei einer von der ersten Konstantspannungsquelle 8.1 der Prüfsignalquelle 8 abgegebenen Prüfspannung von +400 Millivolt ein Feuchtemesssignal S2, S2' von mindestens +385 Millivolt gemessen wird. Besonders bevorzugt wird eine für die Bewertung des Korrosionsmesssignals ausreichende Feuchte dann angenommen, wenn ein Feuchtemesssignal S2, S2' von mindestens + 390 Millivolt gemessen wird. Somit kann bei unzureichender Feuchte das Stahlbetonbauteil 1 befeuchtet, beispielsweise mit Wasser besprüht werden. Nach einer kurzen Wartezeit ist das äußerlich aufgebrachte Wasser in die äußere Betonschicht 1.1 und weiter bis in die Passivie- rungsschicht 2.1 eingedrungen und es kann eine erneute Messung durchgeführt werden. Dieser Vorgang wird, falls erforderlich, wiederholt, bis eine zuverlässige Messung mit ausreichender Feuchte durchgeführt werden kann. The measurement record 11 also represents the moisture measurement signal S2, S2 '. The interface of the passivation layer 2.1 to the concrete layer 1.1 also acts as a dielectric between a first electrode, which is formed by the inert measuring electrode 3, and a second electrode, which is formed by the reinforcing steel 2 , Thus, the entirety of the measuring electrode 3, the passivation layer 2.1, the outer concrete layer 1.1 and the reinforcing steel 2 contacted via the reinforcement connection 5 can be modeled as an electrolytic capacitor whose capacity depends on the moisture in the concrete layer 1.1, in particular on the moisture in the passivation layer around the reinforcing steel 2, depends. The moisture measurement signal S2, S2 'corresponds to the measurement of the capacitance of an electrolytic capacitor, as known from the prior art and used for example in commercially available digital multimeters. The moisture measurement signal S2, S2 'indicates whether the moisture in the concrete layer 1.1 for a reliable measurement of the corrosion or passivation state of the reinforced concrete component 1 is sufficient. For example, a humidity sufficient for the evaluation of the corrosion measurement signal can be assumed if a moisture measurement signal S2, S2 'of at least +385 millivolts is measured at a test voltage of +400 millivolts output from the first constant voltage source 8.1 of the test signal source 8. Particularly preferably, a moisture sufficient for the evaluation of the corrosion measurement signal is assumed when a moisture measurement signal S2, S2 'of at least + 390 millivolts is measured. Thus, with insufficient moisture, the reinforced concrete component 1 moistened, for example, be sprayed with water. After a short waiting time, the externally applied water has penetrated into the outer concrete layer 1.1 and further into the passivation layer 2.1 and a new measurement can be carried out. If necessary, this procedure is repeated until a reliable measurement with sufficient humidity can be made.
Ferner stellt der Messschrieb 11 das Schutzstrommesssignal S3, S3' dar, das den von der Kathodenschutzstromquelle 9 eingespeisten Kathodenschutzstrom IK angibt. Verfahren zur Strommessung sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden beispielsweise in handelsüblichen Digitalmultimetern eingesetzt. Das Schutzstrommesssignal S3, S3' gibt an, welche Fremdelektronenzufuhr zur Verhinderung der anodischen und kathodischen Teilprozesse der Korrosion und somit zur Förderung der Passivierung benötigt wird. Somit kann ein Bauwerk durch Einspeisung eines dem Fremdelektronenbedarf entsprechenden Kathodenschutz - stroms IK gegen fortschreitende Korrosion geschützt werden. Furthermore, the measurement record 11 represents the protection current measurement signal S3, S3 ', which indicates the cathode protection current I K fed by the cathode protection current source 9. Methods for current measurement are known from the prior art and are used, for example, in commercially available digital multimeters. The protective current measuring signal S3, S3 'indicates which external electron supply is needed to prevent the anodic and cathodic sub-processes of corrosion and thus to promote the passivation. Thus, a building can be protected against progressive corrosion by feeding in a cathode protection current I K corresponding to the external electron demand.
BEZUGSZEICHENLISTE LIST OF REFERENCE NUMBERS
Stahlbetonbauteil Reinforced concrete component
.1 äußere Betonschicht  .1 outer concrete layer
Bewehrungsstahl rebar
.1 Passivierungsschicht  .1 passivation layer
Messelektrode  measuring electrode
Kontaktöffnung  contact opening
Bewehrungsanschluss  rebar connection
Messvorrichtung  measuring device
Auswerteeinheit  evaluation
Prüfsignalquelle test signal source
.1 erste Konstantspannungsquelle .1 first constant voltage source
.2 elektronisch schaltbarer Schalter .2 electronically switchable switch
.3 Rechtecksignalgenerator .3 square wave signal generator
.4 Pull-Down- Widerstand .4 pull-down resistor
.5 Operationsverstärker .5 operational amplifier
.6 Ausgang  .6 output
Kathodenschutzstromquelle Cathodic protection current source
.1 zweite Konstantspannungsquelle .1 second constant voltage source
.2 Vorwiderstände  .2 series resistors
9.2' Potentiometer 9.2 'Potentiometer
9.3 Auswahlschalter  9.3 Selection switch
9.4 Ausgang  9.4 output
10 aktive Korrosionsstelle  10 active corrosion site
11 Messschrieb  11 measurement record
Up Prüfspannung U p test voltage
UK Konstantspannung Kathodenschutzstrom U K constant voltage Cathodic protection current
Pull-Down- Widerstandswert si, sr Korrosionsmesssignal, Messsignal Pull-down resistance si, sr Corrosion measurement signal, measurement signal
S2, S2' Feuchtemesssignal, MesssignalS2, S2 'Humidity measurement signal, measurement signal
S3, S3' Schutzstrommesssignal, MesssignalS3, S3 'Protective current measuring signal, measuring signal
T erste Messdauer T first measurement duration
T' zweite Messdauer  T 'second measurement period
t Zeitachse t Timeline

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E PATENT APPLICATIONS
1. Verfahren zur Beurteilung des Korrosionszustands und zur Bestimmung des Passivierungsvermögens einer Passivierungsschicht (2.1) um einen Bewehrungsstahl (2) eines Stahlbetonbauteils (1), 1. A method for assessing the corrosion state and for determining the passivation capacity of a passivation layer (2.1) around a reinforcing steel (2) of a reinforced concrete component (1),
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
eine inerte Messelektrode (3) auf der Oberfläche des Stahlbetonbauteils (1) angeordnet wird,  an inert measuring electrode (3) is arranged on the surface of the reinforced concrete component (1),
- mittels eines Bewehrungsanschlusses (5) eine elektrisch leitende Verbindung zu einem von dem Stahlbetonbauteil (1) umschlossenen Bewehrungsstahl (2) hergestellt wird,  an electrically conductive connection to a reinforcing steel (2) surrounded by the reinforced concrete component (1) is produced by means of a reinforcement connection (5),
ein elektrisches Prüfsignal mittels einer Prüfsignalquelle (8) umfassend eine erste Konstantspannungsquelle (8.1) und eine Schaltvorrichtung (8.2) in den kontaktierten Bewehrungsstahl (2) eingespeist wird,  an electrical test signal is fed into the contacted reinforcing steel (2) by means of a test signal source (8) comprising a first constant voltage source (8.1) and a switching device (8.2),
in die Messelektrode (3) aus einer zweiten Konstantspannungsquelle (9.1) mit einer konstanten Kathodenschutzspannung (UK ) über einen Ohmschen Vorwiderstand (9.2, 9.2') ein negativer Kathodenschutzstrom (IK) eingespeist wird, a negative cathode protection current (I K ) is fed into the measuring electrode (3) from a second constant voltage source (9.1) with a constant cathode protection voltage (U K ) via an ohmic series resistor (9.2, 9.2 '),
an der Messelektrode (3) simultan  at the measuring electrode (3) simultaneously
ein Korrosionsmesssignal (S 1 , S 1 ') zur Bestimmung der Ladungen, die von Eisenionen durch die äußere Betonschicht (1.1) transportiert werden, und  a corrosion measurement signal (S 1, S 1 ') for determining the charges that are transported by iron ions through the outer concrete layer (1.1), and
ein Feuchtemesssignal (S2, S2') zur Bestimmung der Feuchte der äußeren Betonschicht (1.1)  a moisture measurement signal (S2, S2 ') for determining the moisture content of the outer concrete layer (1.1)
gemessen werden und  be measured and
das Korrosionsmesssignal (S 1 , S 1 ') mit mindestens einem vorbestimmten Grenzwert verglichen wird, wenn das Feuchtemesssignal (S2, S2') mindestens eine minimale Messfeuchte anzeigt.  the corrosion measurement signal (S 1, S 1 ') is compared with at least one predetermined limit value if the moisture measurement signal (S2, S2') indicates at least a minimum measurement humidity.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , 2. The method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der in die Messelektrode (3) eingespeiste Ka- thodenschutzstrom (IK) als Schutzstrommesssignal (S3, S3') gemessen wird und daraus die benötigte Fremdelektronenzufuhr zur Verhinderung der anodischen und kathodischen Teilprozesse der Korrosion des Bewehrungsstahls (2) ermittelt wird. characterized in that the cable fed into the measuring electrode (3) is Thodenschutzstrom (I K ) is measured as a protective current measuring signal (S3, S3 ') and from the required external electron supply to prevent the anodic and cathodic sub-processes of corrosion of the reinforcing steel (2) is determined.
3. Verfahren nach Anspruch 2, 3. The method according to claim 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die von der zweiten Konstantspannungsquel- le (9.1) zur Einspeisung des Kathodenschutzstroms (IK) abgegebene konstante Kathodenschutzspannung (UK ) minus 400 Millivolt beträgt. characterized in that the le from the second Konstantspannungsquel- (9.1) (U K) for feeding in the cathodic protection current (I K) given constant cathodic protection voltage minus 400 millivolts.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 4. The method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfsignal ein Rechtecksignal mit einem oberen Spannungswert von 400 Millivolt, einem unteren Spannungswert von 0 Millivolt und einer Periodenlänge von 0,1 Sekunde ist.  characterized in that the test signal is a square wave signal having an upper voltage value of 400 millivolts, a lower voltage value of 0 millivolts and a period length of 0.1 second.
5. Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend 5. Arrangement for carrying out a method according to one of the preceding claims, comprising
eine für die Anordnung auf der Oberfläche eines Stahlbetonbauteils (1) vorgesehene inerte Messelektrode (3),  an inert measuring electrode (3) provided for the arrangement on the surface of a reinforced concrete component (1),
eine für die elektrische Verbindung mit einem Bewehrungsstahl (2) in dem Stahlbetonbauteil (1) vorgesehenen Bewehrungsanschluss (5), eine für die Erzeugung und Einspeisung eines Prüfsignals in den Bewehrungsanschluss (5) vorgesehene Prüfsignalquelle (8),  a reinforcement connection (5) provided for the electrical connection to a reinforcing steel (2) in the reinforced concrete component (1), a test signal source (8) provided for the generation and feeding of a test signal into the reinforcement connection (5),
eine für die Erzeugung und Einspeisung eines Kathodenschutzstroms (IK) in die Messelektrode (3) vorgesehene Kathodenschutzstromquelle (9) umfassend die zweite Konstantspannungsquelle (9.1) und mindestens einen mit der zweiten Konstantspannungsquelle (9.1) verbindbaren Ohmschen Vorwiderstand (9.2, 9.2'), a cathode protection current source (9) provided for generating and supplying a cathode protection current (I K ) into the measurement electrode (3) comprising the second constant voltage source (9.1) and at least one ohmic series resistor (9.2, 9.2 ') connectable to the second constant voltage source (9.1),
eine Messvorrichtung (6) zur simultanen Erfassung von  a measuring device (6) for the simultaneous detection of
einem Korrosionsmesssignal (S 1 , S 1 ') zur Messung von Ladungen von Ionen, die an der Messelektrode (3) aufgesammelt werden, einem Feuchtemesssignal (S2, S2') zur Messung einer Kapazität eines aus der Messelektrode (3), einem der Messelektrode (3) gegenüberliegenden Abschnitt des Bewehrungsstahls (2), der diesen Abschnitt umgebenden Passivierungsschicht (2.1) und äußeren Betonschicht (1.1) gebildeten Messfelds und a corrosion measurement signal (S 1, S 1 ') for measuring charges of ions collected at the measurement electrode (3), a moisture measuring signal (S2, S2 ') for measuring a capacitance of a measuring field formed by the measuring electrode (3), a section of the reinforcing steel (2) opposite the measuring electrode (3), the passivation layer (2.1) surrounding the section and the outer concrete layer (1.1) and
einem in die Messelektrode (3) von der Kathodenschutzstromquelle (9) eingespeisten Kathodenschutzstrom (IK) a cathode protection current (I K ) fed into the measuring electrode (3) from the cathode protection current source (9)
- und eine Auswerteeinheit (7) zur Auswertung der mit der Messvorrichtung (6) erfassten Messsignale (Sl, S2, S3, Sl ', S2', S3').  - And an evaluation unit (7) for evaluating the measurement with the measuring device (6) detected measuring signals (Sl, S2, S3, Sl ', S2', S3 ').
6. Anordnung nach Anspruch 5, 6. Arrangement according to claim 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kathodenschutzstromquelle (9) als Reihenschaltung einer belastbaren Konstantspannungsquelle und eines wählbaren Vorwiderstands (9.2) oder Potentiometers (9.2') ausgebildet ist.  characterized in that the cathode protection current source (9) as a series circuit of a loadable constant voltage source and a selectable series resistor (9.2) or potentiometer (9.2 ') is formed.
7. Anordnung nach Anspruch 5, 7. Arrangement according to claim 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die inerte Messelektrode (3) aus Graphit gefertigt ist.  characterized in that the inert measuring electrode (3) is made of graphite.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, 8. Arrangement according to one of claims 5 to 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (6) mindestens einen Analog-Digital- Wandler umfasst und digitale Messsignale (Sl, S2, S3, Sl ', S2', S3') ausgibt.  characterized in that the measuring device (6) comprises at least one analog-to-digital converter and digital measurement signals (Sl, S2, S3, Sl ', S2', S3 ') outputs.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, 9. Arrangement according to one of claims 5 to 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfsignalquelle (8) und/oder die Kathodenschutzstromquelle (9) batteriegespeist sind/ist.  characterized in that the test signal source (8) and / or the cathode protection current source (9) are battery-powered / is.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, 10. Arrangement according to one of claims 8 to 11,
dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine für die Anzeige digitaler Messsignale (Sl, S2, S3, Sl ', S2', S3') vorgesehene Anzeigevorrichtung, einen für die Speicherung digitaler Messsignale (Sl, S2, S3, Sl ', S2', S3') vor- gesehenen Datenspeicher sowie eine für die Übertragung digitaler Messsignale (Sl, S2, S3, Sl ', S2', S3') mittels eines Fernmeldeprotokolls vorgesehene Übertragungsvorrichtung umfasst. characterized in that the arrangement comprises a display device provided for the display of digital measuring signals (S1, S2, S3, S1 ', S2', S3 '), one for the storage of digital measuring signals (S1, S2, S3, S1', S2 ', S3 ') seen data storage and a for the transmission of digital measurement signals (Sl, S2, S3, Sl ', S2', S3 ') provided by means of a telecommunications protocol transmission device comprises.
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