Korrosion von Stahl in Beton

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1 Korrosionsschutz für Meerwasserbauwerke Workshop Hamburg Kathodischer Korrosionsschutz von Stahlbeton ein Überblick Dipl.-Ing. M. Bruns Alle Rechte vorbehalten 1 Korrosion von Stahl in Beton - Der hohe ph-wert des Betons bewirkt i.d.r eine Passivschicht auf der Bewehrungsoberfläche, die diese vor Korrosion schützt. - Karbonatisierung des Betons oder Eindringen von Chlorid bis zur Stahloberfläche können einen lokalen Verlust der Passivität bewirken. à Bei ausreichender Feuchte und Sauerstoffverfügbarkeit kommt es dann zur Korrosion der Bewehrung mit der Ausbildung von Korrosionselementen. Alle Rechte vorbehalten 2 1

2 Grundlagen Korrosionselemente (1) Beton H 2O O2 Stahl passiv Stahl passiv freies Korrosionspotential (passiv) Potential [-mv] Alle Rechte vorbehalten 3 Grundlagen Korrosionselemente (2) Beton Cl - HO 2 O2 Cl - Cl - Cl - Stahl passiv Stahl aktiv freies Korrosionspotential passiv Potential [-mv] freies Korrosionspotential aktiv Nur Eigenkorrosion auf aktivem Stahl, wenn passiver und aktiver Stahl nicht verbunden. Alle Rechte vorbehalten 4 2

3 Grundlagen Korrosionselemente (3) Beton 2H 2 O + O 2 4OH - 2Fe(OH) 2 +4e - 2Fe 2+ Stahl passiv 4e - Stahl aktiv freies Korrosionspotential passiv Potential [-mv] Potential (Stahloberfläche) kathodische Polarisation anodische Polarisation freies Korrosionspotential aktiv Aktive und passive Bewehrung sind in der Regel verbunden à Ausbildung eines Korrosionselementes Alle Rechte vorbehalten 5 Polarisation der Bewehrung durch KKS Beton KKS Anode + - Stahl passiv Stahl aktiv e - Potential [-mv] z.b. 4OH - à 2H 2 O+O 2 +4e - 2H 2 O+O 2 +4e - à 4OH - KKS Anode Korrosionspotential KKS-Anode + Gleichrichterspannung [mv] Alle Rechte vorbehalten 6 3

4 Schutzeffekte beim KKS-B primäre Schutzeffekte: Kathodische Polarisation der Bewehrung à direkte Behinderung der anodischen Eisenauflösung Potentialangleichung aktiver und passiver Bewehrung à treibende Kraft wird aus dem Korrosionsprozess genommen sekundäre Schutzeffekte: Bildung von OH - Ionen in kathodischer Reaktion à langfristig Anhebung des ph-wertes an der Stahloberfläche Migration von Cl - Ionen in Richtung der Anode à langfristig Absenkung des Chloridgehaltes an der Stahloberfläche Alle Rechte vorbehalten 7 Komponenten einer KKS Anlage Controler + Datenaufzeichung Schutzstromgerät Strom + - Sense (+) (-) Mess. Ref. Alle Rechte vorbehalten 8 4

5 Gebräuchliche Fremdstrom-Anodensysteme Anoden aus aktiviertem Titan (auch MMO-Anoden oder Titanmischoxid-Anoden) Netz- oder Streifenanoden in Einbettmörtelschicht Netz aus aktiviertem Titan Streifenanoden in Schlitzen eingebettet Draht- oder Bandanode Kernanoden in Bohrlöchern Alle Rechte vorbehalten 9 Netz- oder Streifenanoden in Einbettmörtelschicht Vorteile: gleichmäßige Stromverteilung hohe Stromdichten möglich hohe Lebensdauer gute Langzeiterfahrungen befahrbar Randbedingungen: ausreichende Oberflächenzugfestigkeit des Betons zusätzliche Auflast aus Einbettmörtel muss möglich sein Alle Rechte vorbehalten 10 5

6 Streifenanoden in Schlitzen Vorteile: keine zusätzlichen Lasten hohe Stromdichten möglich hohe Lebensdauer gute Langzeiterfahrungen befahrbar Randbedingungen: ausreichende Betondeckung (15 mm + Schlitztiefe) Alle Rechte vorbehalten 11 Netz- oder Streifenanoden in Einbettmörtelschicht Vorteile: Schutz schwer zugänglicher Bereiche keine zusätzlichen Lasten hohe Stromdichten möglich hohe Lebensdauer gute Langzeiterfahrungen keine Anforderungen an Oberflächenzugfestigkeit Randbedingungen: keine zu eng liegende Bewehrung teuer bei Applikation in der Fläche Alle Rechte vorbehalten 12 6

7 Leitfähige Beschichtungen leitfähige organische oder mineralische Beschichtungen mit Graphitfüllung (spritzbar, rollbar, streichbar) metallische Primäranode i.d.r mit Deckbeschichtungen je nach Anwendungsfall versehen Testverfahren für Dauerhaftigkeit: NACE TM ,5 ma/m 2 über 120 Tage Treibspannung < 20 V Beschichtungslängswiderstand < 20 Ω Haftzugfestigkeit > 1,0 N/mm 2 sichtbare Schäden Wasserdampfdiffusionswiderstand Alle Rechte vorbehalten 13 Leitfähige Beschichtungen Vorteile: keine zusätzlichen Lasten Stromdichten bis 20 ma/m 2 leicht applizierbar teilweise Langzeiterfahrungen vorhanden geringe Installationskosten Erforderliche Randbedingungen: ausreichende Oberflächenzugfestigkeit des Betons nicht dauernd nass Vorsicht bei Rissen im Beton anliegende Spannung auf ca. 2 V begrenzt Alle Rechte vorbehalten 14 7

8 Galvanische Anoden (Opferanoden) I.d.R. Anoden auf Basis von Zink oder Zink-Legierungen kein Gleichrichter, keine aufwendige Kabelführung erforderlich bei Einsatz als Opferanode Lebensdauer durch Zinkauflösung und Abfall der Stromdichte begrenzt sehr differenzierte Erfahrungen zur Wirksamkeit und Dauerhaftigkeit Alle Rechte vorbehalten 15 Weitere Anodentypen Leitfähige Mörtel mit nickelbeschichteten Graphitfasern Kohlefasernetz zur Einbettung in Mörtel Aufgesetzte GFK-Schalen mit Zink, MMO, oder Graphitelektroden, die mit Ankopplungsmaterialien verfüllt werden Ständige Entwicklung weiterer neuer Anoden-Systeme Alle Rechte vorbehalten 16 8

9 Kriterien zur Auswahl des Anodensystems Erforderliche Schutzstromdichte? Zusätzliche Lasten aus Einbettmörtel möglich? Ausreichende Oberflächenzugfestigkeiten des Betons vorhanden? Betondeckung? Mechanische Beanspruchung der Oberfläche? Größe der zu schützenden Bereiche? Zu schützende Bewehrung von der Oberfläche her erreichbar? Bewehrungsgehalte, Bewehrungsanordnung, Feuchte? Material- und Installationskosten? Angestrebte Nutzungsdauer? Vorhandene Langzeiterfahrungen? Alle Rechte vorbehalten 17 Praxisbeispiel KKS an Brückentafel mit eingeschlitzten MMO-Bandanoden (1) Alle Rechte vorbehalten 18 9

10 Praxisbeispiel KKS an Brückentafel mit eingeschlitzten MMO-Bandanoden (2) Alle Rechte vorbehalten 19 Praxisbeispiel KKS-Testinstallation an einer Anlegerbrücke mit eingeschlitzten MMO-Bandanoden (1) Alle Rechte vorbehalten 20 10

11 Praxisbeispiel KKS-Testinstallation an einer Anlegerbrücke mit eingeschlitzten MMO-Bandanoden (2) Alle Rechte vorbehalten 21 Praxisbeispiel KKS Barriere an den Pfeilern des Eidersperrwerks Einschaltpotential Bewehrung vs. Ag/AgCl in mv Vor Inbetriebnahme der KKS Barriere Ref1-PZ-Barriere Ref2-PZ-Barriere Ref3-PZ-Barriere Ref4-HOZ Ref5-HOZ Ref6-HOZ KKS Barriere in Betrieb(1,5 Volt) Alle Rechte vorbehalten 22 11

12 Praxisbeispiel Einsatz von Bohrlochanoden im Hohlkasten einer Brücke Alle Rechte vorbehalten 23 Vielen Dank!!! Alle Rechte vorbehalten 24 12

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