Kathodische Bescherming met opofferingsanodes

Transcriptie

1 Kathodische Bescherming met opofferingsanodes Bert Kriekemans Fortius Diest, België

2 Kathodische Bescherming (KB) Het principe van Kathodische Bescherming is niet nieuw. Het idee was eerst geïntroduceerd door Sir Humphrey Davis in 1824 Hij had het idee om koperen wanden van oorlogsschepen te beschermen door KB. De eerste KB systemen voor betonnen structuren waren geïnstalleerd in de 1970 s

3 Oorzaak van Corrosie Chlorides Carbonatie Verschillende metalen Resulteert in de vernietiging van de passieve beschermlaag of de passiveringslaag op het wapeningsstaal

4 Corrosie door chlorides De Chlorides breken de passiveringslaag op het staal af. Bron van Chlorides: Maritieme omgeving Strooi zouten (NaCl, CaCl2) Chemische fabrieken/omgeving Chlorides als versneller gebruikt en aanwezig in het beton of aanwezig in de grondstoffen. Vicieuze cirkel: Chlorides worden niet opgeconsumeerd.

5 Beton Testen en Analyse Visual Inspectie Delaminatie onderzoek Chloride onderzoek en analyse Beton dekking onderzoek ph en chemische testen (Carbonatie) Corrosie Potentiaal en Corrosie Grade

6 Visuele Inspectie Identificeren van corrosie zones Roest vlekken aan het oppervlak Scheuren Delaminatie Blootliggende wapening Noteren van de problemen en hun locatie

7 Delaminatie onderzoek Locale zones waar beton is losgekomen van de wapening. Ook Sounding Hamer test Ketting overgaan

8 Chloride analyse Chloride hoeveelheid bepalen op verschillende locaties in het beton Chloride concentraties kunnen bepaald worden met kernboring of op beton poeder

9 Chloride concentraties Chloride hoeveelheid (% cement) Risico voor corrosie < 0.4 Te negeren mogelijk hoogstwaarschijnlijk > 2.0 zeker Zie ook de leidraad van FEREB : Behandeling van chlorideschade

10 Diepte van dekking Bepaal de gemiddelde dekking van het beton over de wapening Vergelijk de dekking met de resultaten van het chloride gehalte en carbonatie gehalte Bepaald met een pachometer

11 ph Testen Hoofdzakelijk om de carbonatatie te bepalen Kan ook gebruikt worden om sommige chemische vervuiling te meten 1% phenolphthalein in alcohol Normaal voor ph > 9.5

12 Half Cel Potentiaal meting Geeft een indicatie van mogelijke corrosie activiteit waar geen betonschade zichtbaar is Bepallt de zones waar eventueel chloridegehalte bepaalt wordt. In kaart brengen van hotspots

13

14 Corrosie Potentiaal Resultaten Copper Sulphaat Electrode Corrosie conditie > -200 mv Laag 10% risico op corrosie tot 350 mv Gemiddeld corrosie risico 1 < -350 mv Hoog- <90% risico of corrosie 2 < -500 mv Zware corrosie 3 A B C D E

15 Corrosie Preventie Systemen Electrochemische behandeling Stopt corrosie door de omgeving rond de wapening te veranderen. Opgelegde stroom (Ebonex systeem) Permanente stroom vloeit van de anode naar de wapening (kathode) Opofferings anodes ( Galvashield ) Opofferingsanode corrodeert ipv wapening Aan de oppervlakte geinstalleerd Intern geinstalleerd

16 Corrosie cel in Beton Fe Fe e - Fe Cl - FeCl 2 Anode FeCl 2 + 2OH - Fe(OH) 2 + 2Cl - 2Fe(OH) / 2 O 2 Fe 2 O 3 + 2H 2 O 2OH - 1 / 2 O 2 + H 2 O + 2e - 2OH - Cathode 2e - Fe 3 O 4 γfe 2 O 3 Fe 3 O 4 γfe 2 O 3

17 Typische put corrosie door chlorides aantasting

18 De leidraad van FEREB zegt : Vrijmaken van gans te omtrek rond de wapeningsstaven Roest of andere bijproducten verwijderen van de staven. Groter volume beton verwijderen dan origineel aangetast.

19 Galvanische anodes types Ingebedde anodes Ingeboorde anodes Strip anodes

20 Typische beton reparatie Contact vlak Reparatie mortel Betonnen Structuur Reparatie mortel moet compatibel zijn met het bestaande beton

21 Ringanode effect :Reparatie versnelt corrosie Chloride vervuilde beton 2OH - Chloride vrije reparatie mortel 1 / 2 O 2 + H 2 O + 2e - 2OH - Anode Fe Fe e - Fe Cl - FeCl 2 2e - Kathode FeCl 2 + 2OH - Fe(OH) 2 + 2Cl - 2Fe(OH) / 2 O 2 Fe 2 O 3 + 2H 2 O

22 Ringanode effect: Reparatie versnelde corrosie Chloride vervuilde beton Anode Fe Fe e - Fe Cl - FeCl 2 FeCl 2 + 2OH - Fe(OH) 2 + 2Cl - 2Fe(OH) / 2 O 2 Fe 2 O 3 + 2H 2 O Chloride vrije reparatie -350 mv 2OH mv 2e - 1 / 2 O 2 + H 2 O + 2e - 2OH - Kathode -200 mv

23 Halo Effect Ringanode effect :Reparatie versnelde corrosie

24

25 Geinstalleerde Galvanische Anode Chloride vervuilde beton Anode beschermt galvanisch de omliggende wapeningstaven

26 Galvanische Anode effect Chloride vervuilde beton Chloride vrije reparatie -350 mv -200 mv GalvanischeAnode beschermt de wapening mv

27 Opofferingsanode met een zinkkern, mortelmantel met alkali-activator en bevestigingsdraden

28 Galvanische Anodes Galvashield XP Galvashield XPT Galvashield N

29 Anode Installatie Aangetaste beton verwijderen

30 Installatie van de anodes

31 Anode Installatie Installatie van de anodes rond de omtrek van de te repareren zone

32 Anode Installatie Meten of de anode goed contact geeft met de wapening

33 Anode Installatie Aanbrengen van reparatie mortel

34 Viaduct van Vilvoorde, Brussel Het viaduct is gebouwd van 1974 tot En is verschillende malen gerepareerd. De uitzetvoegen zijn in 1990 vervangen. Levensduur is 20 jaren. Het was dus tijd om de voegen te vervangen en andere werk te doen (vervangen vangrails, waterdichting, etc)

35 Viaduct van Vilvoorde Verwijderen van de vangrails en betonrot Putcorrosie werd vastgesteld

36 Viaduct van Vilvoorde Installatie van Galvashield XP 2

37 Controle van installatie met multimeter

38 Aanbrengen van reparatiemortel

39 Viaduct van Vilvoorde Aannemer : Aswebo NV Opdrachtgever: Agentschap van Wegen en Verkeer Studiebureel corrosie: ABG Consulting 500 Galvashield XP2 geïnstalleerd in Juli 2011

40 Ingeboorde opofferingsanodes

41

42 Ingeboorde anodes voor bescherming van gezond beton (met chloride vervuiling!) Geinstalleerd in voorgeboorde gaten Beschermt beton dat aangetast is. Corrosiebescherming van Hot Spots

43 Installatie van inboor anodes Corrosie activiteit is terug gedrongen De Anode beschermt de omliggende wapening

44 Afmetingen inboor anodes CC 65 CC 100 CC 135

45 Installatie van de ingeboorde galvanische anodes in kelder wanden aan kust

46 Corrosie control van wapening in ondergrondse constructie Probleem en diagnose Gebouw in omgeving van zee 3 verdiepen hoog. Water lekkage in kelder. Hoog grondwater niveau Systematische diagnose Visuele inspectie, Lekkage controle Laboratorium en site onderzoek Water samenstelling, chloride gehalte, sulphate gehalte, carbonatatie van beton, half cel potentiaal test, beton dekking & staal densiteit, kernboringen.

47 Analyse Water test :aanwezigheid van chemicaliën Half cel potentiaal meting van -350 mv, wat een hoge corrosie activiteit aangeeft Chloride test gaf aanwezigheid van chloride in beton aan

48 Conclusie Hoog risico voor verdere corrosie van de wapening door de chlorides in het water en in het beton. Resulterend in mogelijke structurele problemen van de wanden in de kelder.

49 Aanbeveling Corrosie Controle door de installatie van de ingeboorde galvanische anodes

50 STAP 1 Localiseren van de wapening

51 STAP 2 Kern boring, sleuven slijpen & reinigen

52 STAP 3 Aanbrengen van geleidende mortel

53 STAP 3 Installatie van de ingeboorde anodes

54 STAP 3 Installatie van de verbindingsdraden

55 STAP 3 Installatie van de verbinding met de wapening

56 STAP 4 Verbindingen nameten

57 Corrosie bescherming van brug over autostrade, LE TOUVET, Frankrijk

58 Locatie : Le TOUVET, Frankrijk (in de Alpen, regio Grenoble) Probleem : aantasting van wapening door dooizouten Behandelen van zones met chloride gehalte van 0,8 to 1,5 % Gebruik van ingeboorde galvanische anodes Behandelen van beschadigde zones ( chloride gehalte > 1,5 %) Gebruik van opofferingsanodes

59 Contractor s application

64

65

66 Effect in de tijd Na 10 jaar installatie

67 Na 10 jaar :onderzoek op dwarsbalken van een brug Geinstalleerd in 1999 Gemeten over 10 jaren

68 In situ analyse na 10 jaren Extent of pores containing white corrosion products Encasing Mortar Zinckcorrosie product Bright Zinc substrate (top darker layer scraped off) Coherent interface Zinc substrate Repair mortar Uncorroded tie wires (a) (b)

69 In situ resultaat van, XP anode Zinc core Verandering van Zink in Zink oxide Reparatie mortel Poriën gevuld met zink oxide/zink hydroxide corrosie producten Anode mortel

70 Galvanische Anodes in nieuwbouw Als algemene bescherming Of lokale bescherming Zones met hoog corrosiepotentiaal Kritische structurele delen Voegen

71 Ferry terminal aan de zee Ingebedde Galvanische Anodes voor kathodische bescherming van : Balken Kolommen Meer dan 15,000 anodes gebruikt

72 Galvanische bescherming aangebracht samen met versterking met gelijmde wapening met koolstofvezels

73 Punt Anodes vs. Strip Anodes

74 Punt anodes bescherming Beton reparatie Punt Anodes Invloed gebied Chloride vervuilde beton

75 Strip anodes bescherming Beton reparatie strip Anodes Beton Invloed gebied

76 Strip galvanische anodes Strip anodes zijn geprefabiceerd Zink rond een stalen kern Integraal verbonden Anode afmetingen en positionering: gebaseerd op staal-tot-beton oppervlakte ratio en levensduur

77 Voor bruggen Betonplaten/dek zijn in goede conditie Aantasting van landhoofd

78

79 Typische brug/landhoofd Aanloop dek Brug dek Aangetaste zone

80

81 Verwijderen van aangetaste beton Verwijderen tot 15 cm Als er meer dan 15 cm weggenomen wordt, moet er structurele versterking komen Tijdelijke schoring kan nodig zijn

82 Detail landhoofd reparatie met galvanische bescherming Vervangen van voeg Aanloop dek brug dek ± 15 cm beton (zelf verdichtend) Galvanische Strip Anodes 16 mm 20 cm 16 mm deuvels

83

84 Vooraanzicht

85 Innovative Concrete Pumping Technique

86 landhoofd na herstelling

87 Samengevat Grote keuze van corrosie preventie mogelijkheden en type anodes Lokale of algemene behandeling Systeemkeuze, gebaseerd op: Bestaande conditie, blootstelling in toekomst, duur van bescherming, onderhoud mogelijkheden, budget,..

88 Kathodische bescherming Dank u voor uw aandacht Bert Kriekemans