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Organisationseinheit der BAM
- 7.6 Korrosion und Korrosionsschutz (351) (entfernen)
Commercially available carbon steels are suitable for compression and pipelines as long as moisture content and impurities are limited. (water 50 to 100 ppmv, SO2 and NO2 ca. 100 ppmv) Corrosion rates increase with increasing water content. (0.2 – 20 mm/a) Condensation of acids and therefore droplet formation is always possible, even at low water contents. A low SO2 content within the CO2-stream might be more important than a low water content. Cr13-steels showed a general susceptibility to shallow pitting and pitting. So, they seem to be not suitable for CCUS applications. Low alloyed steels showed better corrosion behavior (predictable uniform corrosion). For direct contact with saline aquifer fluids only high alloyed steels shall be used.
Commercially available carbon steels are suitable for compression and pipelines as long as moisture content and impurities are limited. (water 50 to 100 ppmv, SO2 and NO2 ca. 100 ppmv).
Corrosion rates increase with increasing water content.
(0.2 – 20 mm/a).
Condensation of acids and therefore droplet formation is always possible, even at low water contents.
A low SO2 content within the CO2-stream might be more important than a low water content.
Cr13-steels showed a general susceptibility to shallow pitting and pitting. So, they seem to be not suitable for CCUS applications.
Low alloyed steels showed better corrosion behavior. (predictable uniform corrosion)
For direct contact with saline aquifer fluids only high alloyed steels shall be used.
This contribution provides current findings regarding materials susceptibility for carbon capture, utilization and storage (CCUS) applications. Basing on results gathered in 2 German long-term projects (COORAL and CLUSTER) suitable materials are introduced as well as dominating impurities of the CO2-stream and corrosion mechanisms. Investigations cover the whole CCUS process chain and provide material recommendations for certain parts.
To reveal the corrosion resistance of casing steel/mortar interface in CO2 injection condition, sandwich samples were prepared and exposed up to 20 weeks in aquifer fluid under 10 MPa and 60 °C.
Cross section analysis revealed the crevice corrosion as main mechanism instead of pitting corrosion despite very high concentration of Cl in NGB.
EDS element line scan analysis of the 20-week-exposed metal/mortar coupon showed Chloride distribution, which still not reached the metal/mortar interface, explaining no pitting was observed.
It was confirmed that FeCO3 cannot protect the steel surface in CO2 saturated NGB.
To verify the protective possibility of passivation happened on casing steel/mortar interface, simulated pore solution was synthesized and used to passivate the steel for 42 days. OCP and EIS confirmed the formation of passive layer.
The 42 day passivated layer was broken during the first minute of exposure in CO2 saturated NGB.
However, due to high concentration of Ca2+, a new carbonate CaCO3 dense layer was formed, increased the corrosion resistance of steel surface.
The electrochemical behavior of UNS N08031 was investigated as a function of electrode potential in Green-Death solution at 40 °C. The UNS N08031 surface is in a stable passive state during cyclic potentiodynamic polarization without an initiation and/or propagation of localized corrosion. In potentiostatic polarization of UNS N08031 for 3600 s, passive current density increases with an increase in the passivation potential from 0.7 to 1.0 VSSE (silver/silver chloride reference electrode in saturated potassium chloride) Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and Mott-Schottky (M-S) analysis showed that a more defective n-type semiconductive passive film forms as the potential increases. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) revealed that passive film consists of mainly chromium and minor iron and nickel oxides. The mechanism of the defective passive film formation is discussed. The increase of the applied potential is considered to be a reason for the change in passive film stability.
Durch das alkalische Porenwassermilieu ist Stahl im Beton vor Korrosion geschützt. Unter ungünstigen Umgebungsbedingungen (Karbonatisierung, Chlorideintrag) kann die passive Deckschicht auf der Stahloberfläche zerstört werden. Im weiteren Verlauf können sich korrosionsbedingte Folgeschäden, wie Risse und Abplatzungen am Bauwerk ergeben. Um notwendige Sanierungsmaßnahmen sind frühzeitige und weitgehend zerstörungsfrei ermittelte Informationen über das aktuelle Korrosionsverhalten der Stahlbewehrung von großer Bedeutung. Die Potentialfeldmessung ist ein etabliertes und weit verbreitetes Verfahren zur Beurteilung des Korrosionszustandes der Bewehrung in Stahlbetonbauwerken. Mit Hilfe dieses Verfahrens können Bereiche aktiv korrodierender Bewehrung zerstörungsfrei lokalisiert werden. In der Regel kommt diese Messmethode bei der Detektion chloridinduzierter Korrosion zum Einsatz
Elektrochemische Messungen
(2022)
Elektrochemische Messungen könne, richtig angewandt, dazu dienen ein Korrosionssystem ausreichend gut zu beschreiben. Im Bauwesen, speziell bei Stahl in Beton, ist es jedoch ohne Kenntnis der korrodierenden Flächen oft nur möglich zwischen aktiv korrodierenden Bereichen und passiven, als Kathode wirksamen, Bereichen zu differenzieren.
Durch das alkalische Porenwassermilieu ist Stahl im Beton vor Korrosion geschützt. Unter ungünstigen Umgebungsbedingungen (Karbonatisierung, Chlorideintrag) kann die passive Deckschicht auf der Stahloberfläche zerstört werden. Im weiteren Verlauf können sich korrosionsbedingte Folgeschäden, wie Risse und Abplatzungen am Bauwerk ergeben. Um notwendige Sanierungsmaßnahmen sind frühzeitige und weitgehend zerstörungsfrei ermittelte Informationen über das aktuelle Korrosionsverhalten der Stahlbewehrung von großer Bedeutung. Die Potentialfeldmessung ist ein etabliertes und weit verbreitetes Verfahren zur Beurteilung des Korrosionszustandes der Bewehrung in Stahlbetonbauwerken. Mit Hilfe dieses Verfahrens können Bereiche aktiv korrodierender Bewehrung zerstörungsfrei lokalisiert werden. In der Regel kommt diese Messmethode bei der Detektion chloridinduzierter Korrosion zum Einsatz.
Die Potentialfeldmessung ist ein etabliertes und weit verbreitetes Verfahren zur Beurteilung des Korrosionszustandes der Bewehrung in Stahlbetonbauwerken. Mit Hilfe dieses Verfahrens können Bereiche aktiv korrodierender Bewehrung zerstörungsfrei lokalisiert werden. In der Regel kommt diese Messmethode bei der Detektion chloridinduzierter Korrosion zum Einsatz. Bei der Durchführung dieser Messung gibt es jedoch messtechnikspezifische Fehlerquellen und äußere Einflüsse aus dem zu untersuchenden Bauwerk die eine Interpretation der Messergebnisse signifikant beeinflussen können.
Wasserstoffinduzierte Spannungsrisskorrosion an hochfesten und hochempfindlichen Spannstählen führt an bestehenden Brückenbauwerken nach Jahren der Rissinitiierung zu Trag- und Standsicherheitsverlusten. Anhand des Beispiels der Brücke am Altstädter Bahnhof gibt es eine bauartbedingte Schadensinitiierung die über den gesamten Spannkanalquerschnitt zu Spannungsrisskorrosion führen kann.
In order to obtain a statement on the corrosion resistance of stainless steel against pitting corrosion, a well-tested measuring arrangement is required. For this purpose, the so-called ECISS test can be used to determine the critical chloride content. This makes it possible to assess the corrosion resistance of various stainless steels that have different chromium contents.
Wasserstoffinduzierte Spannungsrisskorrosion an hochfesten und hochempfindlichen Spannstählen führt an bestehenden Brückenbauwerken nach Jahren der Rissinitiierung zu Trag- und Standsicherheitsverlusten. Anhand des Beispiels der Brücke am Altstädter Bahnhof gibt es eine bauartbedingte Schadensinitiierung die über den gesamten Spannkanalquerschnitt zu Spannungsrisskorrosion führen kann.
Wasserstoffinduzierte Spannungsrisskorrosion an hochfesten und hochempfindlichen Spannstählen führt an bestehenden Brückenbauwerken nach Jahren der Rissinitiierung zu Trag- und Standsicherheitsverlusten. Anhand des Beispiels der Brücke am Altstädter Bahnhof gibt es eine bauartbedingte Schadensinitiierung die über den gesamten Spannkanalquerschnitt zu Spannungsrisskorrosion führen kann.
In the course of the deconstruction of the "Bridge of the 20th anniversary of the GDR" at the Altstädter Bahnhof in Brandenburg a. d. Havel, new information on the initiation of hydrogen-induced stress cracks was obtained. BAM was commissioned by the Brandenburg State Road Administration to participate in a corresponding joint project which is financed by the Federal Ministry for Digital and Transport. The added value of the new information gained in this project goes beyond the specific structure. It describes unexpected new damage patterns that can be transferred to other structures with concentrated tendons (tendon block method and Baur-Leonhardt method) and were previously unknown in this form. These should be made known to other developers to enable them to initiate any necessary actions.
Potential Mapping - What could we measure and what should we able to detect – guideline B03 of DGZfP
(2022)
“Electrochemical potential mapping according to guideline B3 of DGZfP (German Society for Non-Destructive Testing) is a recognized technique for the localization of corroding reinforcing steels.
Areas of corroding reinforcement steel can be located in a non-destructive manner by means of this procedure. Half‐cell potential measurements are used in order to detect chloride‐induced corrosion. However, it is not recommended in order to assess the risk of carbonation‐induced corrosion. For this purpose, determining the carbonation depth and the concrete cover appears more appropriate. The content of this specification exclusively refers to the application of mobile, local variable reference electrodes, which are only placed on the concrete surface while measuring. The technique distinguishes itself thereby from the range of corrosion monitoring systems with stationary installed reference electrodes and sensor systems, respectively, whereby it is possible to continuously track measurements within the area of the installed electrodes. However, these methods are not dealt with in this specification.”
Brückenbauwerke, die im Spannblockverfahren hergestellt wurden, können bauartbedingt wasserstoffinduzierte Spannungsrisse über den gesamten Querschnitt eines Spannkanals aufweisen. Das Risswachstum kann infolge dynamischer Beanspruchung über die Nutzungsdauer fortschreiten und zu Spanndrahtbrüchen führen.
Durch das alkalische Porenwassermilieu ist Stahl im Beton vor Korrosion geschützt. Unter ungünstigen Umgebungsbedingungen (Karbonatisierung, Chlorideintrag) kann die passive Deckschicht auf der Stahloberfläche zerstört werden. Im weiteren Verlauf können sich korrosionsbedingte Folgeschäden, wie Risse und Abplatzungen am Bauwerk ergeben. Um notwendige Sanierungsmaßnahmen sind frühzeitige und weitgehend zerstörungsfrei ermittelte Informationen über das aktuelle Korrosionsverhalten der Stahlbewehrung von großer Bedeutung. Die Potentialfeldmessung ist ein etabliertes und weit verbreitetes Verfahren zur Beurteilung des Korrosionszustandes der Bewehrung in Stahlbetonbauwerken. Mit Hilfe dieses Verfahrens können Bereiche aktiv korrodierender Bewehrung zerstörungsfrei lokalisiert werden. In der Regel kommt diese Messmethode bei der Detektion chloridinduzierter Korrosion zum Einsatz
Durch das alkalische Porenwassermilieu ist Stahl im Beton vor Korrosion geschützt. Unter ungünstigen Umgebungsbedingungen (Karbonatisierung, Chlorideintrag) kann die passive Deckschicht auf der Stahloberfläche zerstört werden. Im weiteren Verlauf können sich korrosionsbedingte Folgeschäden, wie Risse und Abplatzungen am Bauwerk ergeben. Um notwendige Sanierungsmaßnahmen sind frühzeitige und weitgehend zerstörungsfrei ermittelte Informationen über das aktuelle Korrosionsverhalten der Stahlbewehrung von großer Bedeutung. Die Potentialfeldmessung ist ein etabliertes und weit verbreitetes Verfahren zur Beurteilung des Korrosionszustandes der Bewehrung in Stahlbetonbauwerken. Mit Hilfe dieses Verfahrens können Bereiche aktiv korrodierender Bewehrung zerstörungsfrei lokalisiert werden. In der Regel kommt diese Messmethode bei der Detektion chloridinduzierter Korrosion zum Einsatz.