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Organisationseinheit der BAM
The development of a facile covalent strategy for the fabrication of organic conducting polymers (OCPs)/carbon nanotubes (CNTs) based molecular hybrid materials remains a challenge and is expected to address the detrimental intrinsic bundling issue of CNTs. In view of the pristine CNTs' ability to undergo Diels–Alder reactions with dienes, we report the synthesis of a novel poly(3-hexylthiophene) (P3HT) based organic conducting polymer (OCP) with terminal cyclopentadienyl (Cp) groups. The synthetic strategy employed is based on a combination of in situ end group functionalization via Grignard metathesis (GRIM) polymerization and a subsequent end group switching via reaction with nickelocene. Characterization data from Matrix-assisted laser desorption-ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDITOF MS) fully support the successful synthesis of monofunctional Cp-capped P3HT, which was found to be highly reactive toward dienophile end-capped polystyrene (PS). The Cp-capped P3HT was subsequently ligated to the surface of pristine single walled CNTs (SWCNTs). The resulting P3HT/SWCNTs molecular hybrid material was characterized using thermogravimetric analysis (TGA), elemental analysis (EA), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and high resolution transmission electron microscopy (HRTEM). The data from TGA, EA, and XPS were used to quantitatively deduce the grafting density. P3HT/SWCNTs prepared with Cp capped P3HT was found to contain 2 times more P3HT than the reference sample, featuring a grafting density of 0.0510 chains·nm–2 and a periodicity of 1 P3HT chain per 748 carbon atoms of the SWCNTs. HRTEM revealed individual SWCNTs wrapped with P3HT whereas in the reference sample P3HT was adsorbed on the bundles of the SWCNTs. The results presented here provide a new avenue for designing novel materials based on CNTs and OCPs.
At the Institute for Building Materials Research (ibac) in Aachen and the Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM) in Berlin a joint research project is currently running with the aim to develop a numerical model which describes cathodic protection (CP) of reinforced concrete. Special project focus is the CP of the rear reinforcement layer. The resulting model shall include the impact of chemical alterations at the steel surface and within the adjacent concrete on the polarisation behaviour of reinforcement, which are induced by long-term application of CP. The investigations presented in this paper aim to clarify open aspects on the migration of chloride ions due to small electric fields as applied in CP of steel in reinforced concrete structures. A comparatively new method, laser induced breakdown spectroscopy (LIBS), was applied in order to determine chloride concentration profiles on laboratory specimens as one of several model parameters for a mathematical description of CP of the rear reinforcement of reinforced concrete structures. The paper concerns migration tests using non-saturated specimens under laboratory conditions at constant voltage and the application of the experimental parameters on FEM-calculations. The presented results suggest the conclusion that even comparably small electric fields, as applied in CP of steel in concrete, may lead to significant and sustainable reduction in chloride concentration at the surface of the reinforcement.
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.
Während das Instandsetzungsprinzip W bei carbonatisierungsinduzierter Korrosion seit vielen Jahren als Standardverfahren etabliert ist, wird seine Anwendbarkeit bei chloridinduzierter Korrosion (W-Cl) in der Fachwelt bis heute kontrovers diskutiert. Zwar ergeben sich aus seiner Anwendung gegenüber anderen Instandsetzungsverfahren auf den ersten Blick u. U. deutliche wirtschaftliche Vorteile, allerdings besteht bei diesem Verfahren ein deutlich höheres Risiko, dass das Instandsetzungsziel nicht erreicht wird.
Im vorliegenden Beitrag werden die technischen Grundlagen des Instandsetzungsprinzips W-Cl sowie der aktuelle Kenntnisstand - sowohl für den gerissenen als auch für den ungerissenen Beton - dargestellt und baurechtliche Konsequenzen, die sich aus dem erhöhten Ausführungsrisiko ergeben, diskutiert.
Korrosionsmonitoring als Element zum Nachweis des Instandsetzungserfolgs bei Anwendung des Prinzips W-Cl wird vorgestellt.
Anhand von Anwendungsbeispielen werden sowohl die Risiken, die mit dem Verfahren verbunden sind, als auch das Potenzial bei erfolgreicher Anwendung veranschaulicht.