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- Kathodischer Korrosionsschutz (13) (entfernen)
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Die Zielsetzung dieses Projektes war es, ein kombiniertes Schutzsystem aus Spritzverzinkung und abdichtendem Oberflächenschutzsystem für die Instandsetzung chloridbelasteter und korrosionsgeschädigter Stahlbetonbauteile zu entwickeln. Dabei soll die Spritzverzinkung der Betonoberfläche in den ersten Jahren nach der Instandsetzung einen kathodischen Korrosionsschutz der Bewehrung bewirken, bis der Beton infolge des Oberflächenschutzsystems soweit ausgetrocknet ist, dass auch ohne kathodischen Schutz praktisch keine Korrosion der Bewehrung mehr stattfinden kann.
Anhand von Untersuchungen zur Haftung zwischen Beton, Zinkschicht und verschiedenen Oberflächenschutzsystemen wurde der Aufbau des kombinierten Schutzsystems entwickelt. Es wurden verschiedene OS-11a-Systeme ein OS-13-System sowie zwei Systeme nach ZTV-ING, Teil 7 vor und nach künstlicher Bewitterung untersucht. Anhand der Ergebnisse wurde für das kombinierte System ein OS-11a-System ausgewählt und im weiteren hinsichtlich der Wirksamkeit des kathodischen Schutzes sowie hinsichtlich der Austrocknung des Betons untersucht.
Es zeigte sich sowohl an ausgelagerten Prüfköpfen sowie auf einer angelegten Versuchsfläche auf Freideck eines Parkhauses, dass ein wirksamer galvanischer kathodischer Korrosionsschutz der Bewehrung nur bei sehr hohen Chloridgehalten (4 M.-% bezogen auf den Zementgehalt) erreicht werden kann. Bei geringeren untersuchten Chloridgehalten kam es vermutlich infolge der Austrocknung der Zink/Beton-Kontaktzone nach relativ kurzer Zeit zu einer Inaktivierung des Zinks. Bei Chloridgehalten von 4 M.-% bildeten sich zwischen der Zinkschicht und dem ausgewählten OS-System gasgefüllte Blasen. Diese Problematik, sowie die Tatsache dass die Wirksamkeit des Prinzips W (Austrocknung des Betons) bei derart hohen Chloridgehalten bezweifelt werden muss, grenzt die Anwendbarkeit des Kombinationssystems mit der Zinkschicht als Opferanode deutlich ein.
An neun Jahre alten, ausgelagerten Prüfköpfen durchgeführte Untersuchungen zeigten jedoch, dass mittels Fremdstrombeaufschlagung zwischen Zinkschicht und Bewehrung ein wirksamer kathodischer Schutz auch bei geringeren Chloridgehalten erreicht werden kann. Der Einsatz des entwickelten Kombinationssystems mit Fremdstrombeaufschlagung erscheint somit durchaus durchführbar. Dabei sollte der Fremdstrom jedoch vorsichtig dosiert werden, um den Haftverbund zum Zink nicht zu sehr zu schwächen.
Das Ziel des Vorhabens wurde somit erreicht.
Zur Wirkungsweise und zum Einfluss unterschiedlicher Parameter beim Kathodischen Korrosionsschutz von Stahl in Beton wurden in der Vergangenheit bereits zahlreiche Untersuchungen durchgeführt. Über die Dauerhaftigkeit leitfähiger Beschichtung auf Karbonbasis als Fremdstromanode beim KKS von Stahlbeton liegen bislang keine umfassenden wissenschaftlichen Untersuchungen vor. Die in den einzelnen Arbeitspaketen (AP) erzielten Ergebnisse und gewonnenen Erkenntnisse tragen zum Verständnis über die Elektrodenreaktion der einzelnen Systeme bei. Die Frage der Dauerhaftigkeit konnte im Rahmen dieses Forschungsvorhabens nicht zur Gänze geklärt werden. Die Ergebnisse aus dem AP 1a liefern einen wesentlichen Beitrag zur Beantwortung der offenen Fragestellung hinsichtlich der vorherrschenden Elektrodenreaktion. In Verbindung mit dem Pourbaixdiagramm für Kohlenstoff lässt sich für die Beschichtungssysteme CBCC 1 und CBCC 2, nach 500 h andauernder Polarisation mit 10 mA/m² in ges. Calziumhydroxidlösung, die vorherrschende Elektrodenreaktion als Sauerstoffelektrode verifizieren. Im AP 1b wurde festgestellt, dass die an einem Praxisobjekt applizierten Systeme CBCC 1 und CBCC 2 in der Lage sind, die Schutzkriterien zu erfüllen. Die an diesem Objekt erforderlichen Schutzspannungen liegen jeweils zwischen 1 und 2 V. Die Anodenstromdichten betragen ca. 2,5 mA/m². Aufgrund der hohen Depolarisationsraten kann das Niveau der anliegenden Anodenstromdichten in Zukunft noch nach unten angepasst werden. Die Ergebnisse aus dem AP 1b und 1a sind erst zeitlich nach Festlegung der Prüfparameter für das AP 2a erzielt worden. Mit den ursprünglich veranschlagten Stromdichten von max. 40 mA/m² traten langfristig nachfolgende Problemstellungen auf: Bei der Stromeinleitung mittels Primärelektrode und Stromdichten größer gleich 20 mA/m² wurde festgestellt, dass die Versuche bei allen Systemen eine deutliche Entkopplung zwischen Primärelektrode und Beschichtung verursacht haben. Dies ist auf die hohen lokalen Stromdichten am Übergang Primärelektrode/leitfähige Beschichtung zurückzuführen. Eine Untersuchung der erforderlichen Kontaktfläche der Primärelektrode bezogen auf die effektive Stromdichte konnte nicht erfolgen. Weiterhin wurden die Haftzugwerte über die Dauer der Polarisation untersucht und mit unpolarisierten Proben verglichen. Eine Reduktion des Verbundes infolge Polarisation mit den angesetzten Stromdichten konnte verzeichnet werden. Es wurde jedoch auch festgestellt, dass mit zunehmenden Probenalter auch reduzierte Haftzugwerte an den geschliffenen und unpolarisierten Oberflächen der Referenzprobekörper ermittelt wurden. Die Grundlagen für die Simulation konnten in AP 3 anhand der gewonnen Ergebnisse erstellt werden und Feldverteilungen unter Berücksichtigung verschiedener Parameter berechnet werden. Eine auf den gewonnenen Erkenntnisse basierende Modellentwicklung für die Dauerhaftigkeitsprognose unter variierenden Randbedingungen, wie sie für AP 4 vorgesehen
war, konnte auf Basis der erzielten Ergebnisse nicht erfolgen. Dass die Beschichtungssysteme unter praxisüblichen Randbedingungen einsetzbar sind und bei dem Vergleich der Schutzspannung mit klassischen Systemaufbauten gleiche Schutzstromdichten erzielt werden, zeigt das AP 1b deutlich. Die zukünftigen Ergebnisse aus der Praxisanwendung (AP 1b) werden über die Projektlaufzeit hinaus ausgewertet und publiziert. Das Ziel des Vorhabens wurde teilweise erreicht.
Referat:
In Stahlbeton- und Spannbetonbauwerken wird der Korrosionsschutz des Bewehrungsstahles durch die Alkalität des Beton-Porenwassers und die sich daraus ergebende Passivierung der Stahloberfläche gewährleistet. Als Folge von Mechanismen, die die Passivschicht zerstören, wie z.B. die Karbonatisierung des Betons oder das Eindringen von Chloriden, kann es zu einer Depassivierung des Stahles kommen. In diesen Fällen sind Maßnahmen notwendig, die Korrosionsreaktionen vermeiden bzw. während der Nutzungsdauer des Bauwerkes in tolerierbaren Grenzen halten. Um die Nachteile der traditionellen Sanierungsverfahren zu umgehen, sind in letzter Zeit verschiedene elektrochemische Methoden zur Instandsetzung entwickelt und erfolgreich angewendet worden. Prinzip, Anwendungsmöglichkeiten sowie Forschungsergebnisse der folgenden Verfahren, elektrochemische Realkalisierung bei Karbonatisierung, elektrochemische Entsalzung bei Chloridkontamination und Kathodischer Korrosionsschutz mit Fremdstrom werden beschrieben und diskutiert.
Parkhaus "Am Gericht" in Frankfurt am Main - Eine Sanierung mit kathodischem Korrosionsschutz
(2007)
Parkhäuser haben nach mehreren Jahrzehnten der Nutzung häufig Sanierungsbedarf in Bezug auf die tragende Stahlbetonkonstruktion, die durch eingedrungene Chloride aus eingeschlepptem Tausalz und die hierdurch hervorgerufene Korrosion der Bewehrung in der Tragfähigkeit erheblich beeinträchtigt sein kann. Das Verfahren des kathodischen Korrosionsschutzes kann hier als elektrochemisches Instandsetzungsverfahren eine wirtschaftliche und zuverlässige Alternative zu herkömmlichen Sanierungsverfahren bieten. Voraussetzungen sind intensive Voruntersuchungen, die Kenntnis der sinnvollen Anwendungsgrenzen des Systems, eine qualitativ hochwertige bauliche Umsetzung des Systems und die Nutzung der Möglichkeiten der Überwachung des Instandsetzungserfolges durch Monitoring, was am Beispiel des Parkhauses Am Gericht in Frankfurt am Main erläutert wird.
Parking garage Am Gericht in Frankfurt am Main - a refurbishment with cathodic corrosion protection.
After several decades in use a refurbishment is often necessary for the bearing structure of reinforced concrete parking garages due to chlorides, which have been brought into concrete by road salt, and the resulting corrosion of the reinforcement, which may lead to a serious decrease of the bearing capacity. With the system of the cathodic protection of the reinforcement exists a cost-effective and reliable technique as an alternative to common solutions. An intensive investigation of the structure, the knowledge of the reasonable limits of the system, excellent design and execution of the construction work and the monitoring of the working system are nevertheless required, which is illustrated by the example of the parking garage Am Gericht in Frankfurt am Main.
Die Instandsetzung von Stahlbetonbauteilen bzw.-werken, welche durch chloridinduzierte Korrosion der Bewehrung gefährdet oder bereits geschädigt sind, hat in den letzten Jahrzehnten weltweit an Bedeutung gewonnen. Der kathodische Korrosionsschutz, als elektrochemisches Instandsetzungsverfahren, bildet in diesem Fall eine zuverlässige und oftmals kostengünstige Methode zur Instandsetzung. Am Beispiel des Parkhauses Am Gericht in Frankfurt am Main werden die Durchführung solch einer Maßnahme sowie die Besonderheiten des Verfahrens beschrieben. Es werden die theoretischen Hintergründe erläutert und die praktische Umsetzung sowie zu klärende Detailfragen beschrieben. Die Daten der ersten Depolarisationsmessungen zeigen den aktuellen Zustand der Anlage sowie des Schutzobjektes.
Die vorliegende Arbeit behandelt die Auswirkungen der sekundären Schutzmechanismen beim kathodischen Korrosionsschutz von Stahl in alkalischen Medien. Auf der Grundlage von Untersuchungen in künstlichen Betonporenlösungen wird ein Modell zur Wirkungsweise der sekundären Schutzmechanismen entwickelt. Die Ergebnisse belegen die wesentliche Bedeutung des Verhältnisses zwischen Chlorid- und Hydroxidionenkonzentration im Elektrolyten bezüglich der im System verbleibenden Korrosionsrate nach Abschalten des Schutzstroms sowie hinsichtlich der kathodischen Polarisierbarkeit des Schutzobjektes. Es konnte gezeigt werden, dass die Verringerung des Verhältnisses zwischen Chlorid- und Hydroxidionenkonzentration auf einen spezifischen Grenzwert zur nachhaltigen Verringerung der Korrosionsrate, um einen Faktor zwischen 10 und 1000, führend kann. Weiterhin belegen die Ergebnisse, dass durch den kathodischen Korrosionsschutz nur in Ausnahmefällen die Repassivierung des Schutzobjektes zu beobachten ist. Der zweite Teil der Untersuchungen befasst sich mit den messbaren Auswirkungen kathodischer Langzeitpolarisation auf das Korrosionsverhalten von Stahl in chloridhaltigen Mörtelprobekörpern. Hier konnte und praxisnahen Betriebsbedingungen gezeigt werden, dass signifikante Migrationseffekte auch bei verhältnismäßig geringer Feldstärke auftreten können. Weiterhin konnte die kathodische Polarisationskinetik als Funktion der während der Polarisation geflossenen Ladungsmenge dargestellt werden.----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
The present work discusses the impact of the secondary protection mechanisms during cathodic protection of steel in alkaline media. On the basis of investigations in artificial concrete pore solutions a model was developed concerning the effectiveness of the secondary protection mechanisms. The results support the essential significance of the ratio between chloride and hydroxide ion in the electrolyte concerning the in the system remaining corrosion rate after switching off the protection current as well as regarding the polarisability of the object to be protected. It could be shown, that reducing the ratio between chloride and hydroxide ion concentration to a specific value results in a sustaining reduction of the remaining corrosion rate, of a factor between 10 and 1000. Further on the results prove that repassivation by cathodic protection was only observable in exceptional cases. The second part of the investigations deals with the measurable effects of cathodic long term polarisation on the corrosion behaviour of steel in chloride containing mortar specimens. It was possible to show under nearly practical conditions, that significant migration effects can occur even at comparably low field strengths. Further on the cathodic polarisation kinetics could be presented as function of the charge flown during polarisation.