Mikrobiell Induzierte Korrosion (MIC) Effekte bei galvanischen Anoden Beispiel aus der Praxis: Innenbeschichtungsschaden an einem Hochwassersperrtor

Transkript

1 Aktiver und passiver Korrosionsschutz in Meer- und Brackwasser (Schadensfälle im Stahlwasserbau) HTG-Workshop Korrosionsschutz für Meerwasserbauwerke 29. Oktober 2014 in Hamburg Dipl.-Ing. (FH) Roland Baier Referat B2 Stahlbau und Korrosionsschutz Aktiver und passiver Korrosionsschutz in Meer- und Brackwasser (Schadensfälle im Stahlwasserbau) Mikrobiell Induzierte Korrosion (MIC) Effekte bei galvanischen Anoden Beispiel aus der Praxis: Innenbeschichtungsschaden an einem Hochwassersperrtor Seite 2

2 1. Mikrobiell Induzierte Korrosion an Spundwänden der Küste und auf Inseln Spundwände Wilhelmshaven und Borkum Sackungen und Unterspülungen in Nähe der Spundwand in Wilhelmshaven Probennahme im Unterwasserbereich der Fischerbalje (Insel Borkum) mit Taucher

3 Spundwandproben Wilhelmshaven und Borkum à Kern (SRB): Sulfide (Greigit, Mackinawit, Pyrit), Siderit, Schwefel, Randbereich (SOB): Schwertmannit, Akaganeit, Siderit, Na-Jarosit, Thiosulfat im Rost; daneben Lepidokrokit, Magnetit, Creedit (?) MIC-Verursachenden Bakterien: SRB : Sulfatreduzierende Bakterien, SOB : Sulfidoxidierende Bakterien Freigelegte Spundwandrückseite und Anker im Marinehafen / Wilhelmshaven

4 Bilder aus der Baugrube MIC-SRB erwiesen sich noch nach 5 jähriger Lagerung im Kühlschrank als recht robust und konnten bei der BAW Karlsruhe in modifiziertem Brackwasser auf Reineisenpulver leicht kultiviert werden. Hierbei haben sich nach einem Monat dicke schwarze Eisensulfidschichten gebildet. Es handelt sich vermutlich um Desulfovibrio desulfuricans. Seite 8

5 MIC-Korrosionsschäden an feuerverzinkten Einbauteilen (S235 + S355) im Gewässerbett (HOW-km 68,584 ) feuerverzinkter Doppel-T- Träger, WSA Eberswalde, Mai 2012) 4-5 cm Unterwasseraufnahme voluminöse geschichtete Rostklümpchen (Ø: 4-5 cm) auf der lokal, flächig angegriffenen Fraßstelle (1-3 mm Tiefe) Seite 9 BAW Karlsruhe: Einfacher MIC-Nachweis durch Baumann-Abdruck Schwärzungen des Fotopapieres weisen die sulfidischen Bereiche der MIC nach. Geeignet auch für den Vor-Ort-Nachweis. Seite 10

6 2. Effekte bei Galvanische Anoden: Einsatz zur Kompensation von Niro / Verteilung am Stahlbauteil (z. B. Rollschütz) Seite 11 Einsatz von galvanischen Magnesiumanoden bei Kanalbrücken Seite 12

7 Kathodischer Schutz durch Anbringung von Aluminiumanoden am Drehsegmenttor der Hauptschifffahrtsöffnung am Emssperrwerk Seite 13 Anwendung großer Anodenmengen im Offshorebereich Bildquelle: Seite 14

8 Anschrauben bzw. Anschweißen von galvanischen Anoden Anwendung von galvanischen Anoden: Magnesium-Mg-Anoden (2.204 Ah/kg, U H : -1,1bis -1,3 V, a 0,5) im Süßwasser, Aluminium-Al-Anoden (2.981 Ah/kg, U H : -0,95 bis -1,1 V, a 0,8) im Brackwasser, Zink-Zn-Anoden (820 Ah/kg, U H : -0,8 V, a>0,95) im Meerwasser Seite 15 Bedingt durch Nebenreaktionen an der Oberfläche der galvanischen Anode: Kann es dort zur Entwicklung von Wasserstoff- und Chlorgas kommen? Wasserstoffgas H 2 à Knallgas Wasserstoffentwicklung von Zinkstaub, Zinkgranalien, Aluminiumpulver, Stahlwolle und Magnesiumpulver in synth. Meerwasser nach 2 Monaten Seite 16

9 Deckschichtbildung und damit verbundene Inaktivierung der Anodenoberfläche: Beispiel einer Zinkanode an einer Boje (Nordsee) Messung BAW-B2 1669, , ,17 %T 3338, , , , , , ,33 987,19 Messung Uni Gießen 827,95 781,98 598, , , , ,63 987,44 783,72 597,67 à Ein unlöslicher, fest anhaftender Belag von Gordait wurde auf der Anodenoberfläche nachgewiesen, welcher unter den lokalen Bedingungen (hoher Sulfatgehalt bzw. nicht intakter Anschluß zum Stahlbauteil) aufgewachsen ist. Gordaitbildung nach: I) 4Zn + 6H 2 O à 4Zn OH - + 4H 2 II) 4Zn OH - + SO H 2 O + Na + + Cl - à Zn 4 Na(OH) 6 (SO 4 )Cl*6H 2 O Gordait 4000, ,0 cm-1 Seite 17 Versuche zum Verhalten von galvanischen Anoden in Brack- und Meerwasser: hier Aluminium Bürette mit Trichter zur Gasmessung Al-Anode Magnetrührer Stahlblech Seite 18

10 Wasserstoffgasentwicklung an einer Al-Anode in Meerwasser bei geringer Rührgeschwindigkeit (Fließgeschwindigkeit) aufgefangenes Wasserstoffgas H 2 Aluminiumoxidgel aufsteigende Wasserstoffbläschen Seite 19 Gelöstes Aluminium bewirkt eine deutliche ph-wertabsenkung von ph 7,8 auf 5,2 bei geringen Fließgeschwindigkeiten und greift dann in einer Nebenreaktion die Aluminiumanode unter Wasserstoffentwicklung an (a im Bereich von 0,90 0,65) 2Al + 6H + à 2Al H 2 Seite 20

11 Feststellung: Wasserstoffentwicklung bei niedrigen Fließgeschwindigkeiten I = f(t, n) I ~ v Seite 21 d = f(t, n) d ~ 1/v Al Seite 22

12 Magnesium entwickelt in allen Medien stark Wasserstoff (a 0,5) und bildet dabei Brucit und Aragonit. Zink überzieht sich bei einem Kurzschluß mit Gordait und wird damit weitgehend inaktiv! Seite 23 Aluminium (empfohlen eigentlich für Brackwasser) liefert bei geringen Fließgeschwindigkeiten, lokale ph-wertabsenkungen, wobei Wasserstoffgas gebildet wird. Chlorgas wird in Meerwasser unter diesen Bedingungen von keiner Galvanischen Anode gebildet! Seite 24

13 3. Korrosionsschäden im Bodenbereich der Blatt 87-Innenbeschichtung eines Hochwassersperrtores (Mai 2014) Blatt 87-Altbeschichtung: Blatt 87-Neubeschichtung: (Applikation 1973) (Applikation 2013) Zinkphosphat-EP-Grundierung Zinkstaub-EP-Grundierung 2* EP je 80µm + 1*2K-PUR 80µm sonst gleicher Systemaufbau Haftfestigkeit: 4,5-5,7 MPa 6,2-8,9 MPa Seite 25 Schadensbilder I Seite 26

14 Schadensbilder II Seite 27 Schadensbilder III Seite 28

15 Salzausblühungen (Chloride, Nitrate + Trona) am Rand des Blattrostes und der Sandablagerungen; keine Sulfide! Seite 29 Ursachenfindung à Brackwasser (salzhaltig, 3240 µs/cm), Taubenkot + immerfeuchte Sandablagerungen Seite 30

16 Sanierte Sperrtorhälfte mit Blatt 87-Beschichtung und Zinkstaubgrundierung Seite 31 Seite 32

17 Abhilfe bei der Sanierung der zweiten Sperrtorhälfte: àsteine, Flusssand und Vogelkot entfernen, àabgängige Beschichtung, Blattrost und harte Rostnester mit dem Spitzhammer abhämmern. àinnenraum großzügig mit frischem Wasser waschen, um Salzablagerungen (Trona, Chloride, Sulfate, Nitrate, Ammoniumsalze) zu entfernen. à Sa 2,5 sandstrahlen, àsalzfreiheit der entstandenen Oberfläche mit dem Bresle-Chloridtest überprüfen (siehe DIN 53779, DIN EN ISO DIN EN ISO ). (Leitfähigkeitswerte für das Pflasterwasser von <260 µs/cm) sind in Ordnung, bei >500 µs/cm sollte nochmals mit Wasser gewaschen und gestrahlt werden (siehe DIN-Fachbericht 28). à erneut Blatt 87-System diesmal mit Zinkstaub-EP-Grundierung applizieren. à In einem Intervall von einem halben Jahr wird der Innenbereich des Hochwassersperrtores durch Kehren und Kärchern von Flusssandablagerungen, Vogelkot, Geschwemmsel und Salzablagerungen befreit (hierbei auch Ablaufbohrungen überprüfen) Seite 33 Besten Dank für Ihr Interesse! Seite 34