Kathodische bescherming in een notedop

Transcriptie

1 in een notedop ir. Bram Dooms Labo Betontechnologie Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector 23/02/2017 1

2 Corrosie van staal Ijzer komt in de natuur voor onder stabiele vorm: metaaloxides (bv. Fe 2 O 3 ) Wordt verwerkt tot metaal ijzer en staal (hoogoven): Zuivering - raffinatie Reductie (neemt e - op): Fe 2 O CO 2 Fe + 3 CO 2 Fe e - Fe (s) Nijging van ijzer om naar zijn oorspronkelijke, stabielere vorm terug te keren Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector 23/02/2017 2

3 Corrosie van staal Elektrochemische oxidatie van het ijzer in staal, in aanwezigheid van vocht en zuurstof H 2 O O 2 Staal 2Fe(OH) 2+ 2 O 3.H 22 O e - OH e Anode Kathode Elektrochemische cel Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector 23/02/2017 3

4 Corrosie van staal Wapening in beton corrosie t.g.v. carbonatatie Carbonatatie CO 2 H 2 O O 2 Beton ph ~ 8 2Fe(OH) 2+ OH - 2 O 3.H 22 O Staal e - ph ~ Passivatie Uniforme corrosie Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector 23/02/2017 4

5 Corrosie van staal Wapening in beton corrosie t.g.v. carbonatatie Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector 23/02/2017 5

6 Corrosie van staal Wapening in beton corrosie t.g.v. chloriden Chloriden Cl - H 2 O O 2 Beton Staal ph ~ Cl - OH - Fe 2+ e - Passivatie Putcorrosie Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector 23/02/2017 6

7 Corrosie van staal Wapening in beton corrosie t.g.v. chloriden Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector 23/02/2017 7

8 Corrosie van staal Ijzer gaat in oplossing: wordt geconsumeerd Uniforme corrosie putcorrosie Verlaging elektrische potentiaal Meetbaar: potentiaalmetingen Gesloten stroomkring Anode: Fe Fe e - Elektronenstroom doorheen staal Kathode: O 2 +2H 2 O + 4e - 4OH - Ionenstroom doorheen beton (elektrolyt) Evenwicht Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector 23/02/2017 8

9 Corrosie van staal Evenwicht Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector 23/02/2017 9

10 Corrosie van staal Corrosie van staal in beton voorkomen: Kathodische zones aanpakken: zuurstofgehalte beperken in beton door bv. verzadiging of oppervlaktebekleding Ionenstroom door beton aanpakken: elektrische weerstand beton verhogen door bv. (hydrofobe) impregnering Anodische zone aanpakken: (Actieve) beschermingsbekleding op wapening Kathodische bescherming Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector 23/02/

11 Principe van kathodische bescherming Stabiele vormen van ijzer i.f.v. ph en potentiaal Polarisatie: verlaging potentiaal Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector 23/02/

12 Principe van kathodische bescherming 1824 sir Humphrey Davy Ijzeren pastille verbonden aan koperen omhulling van scheepsromp Ijzer gaat verloren i.p.v. koper: galvanische corrosie Kathodische bescherming met opofferingsanode Corrosie, maar mariene aangroei Begin 20 e eeuw: ondergrondse metalen structuren Hoge weerstand van grond opgedrukte stroom Begin jaren 70: toepassing op beton NBN EN (2000) (2017) Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector 23/02/

13 Principe van kathodische bescherming Kathodische bescherming met opofferingsanode Contact tussen verschillende metalen met verschillende potentiaal in een elektrolyt (bv. zink en staal in zeewater) Minst edele metaal (zink) gaat in oplossing en gaat versneld corroderen (~ elektrodepotentiaalverschil) Zn 2+ OH - Zink e - Staal Anode Kathode Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector 23/02/

14 Principe van kathodische bescherming Kathodische bescherming met opofferingsanode Verlaging potentiaal staal Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector 23/02/

15 Principe van kathodische bescherming Kathodische bescherming met opofferingsanode Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector 23/02/

16 Principe van kathodische bescherming Kathodische bescherming met opofferingsanode Zinkbekleding Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector 23/02/

17 Principe van kathodische bescherming Kathodische bescherming met opgedrukte stroom Externe anode eleidende mortel Beton Stroom Staal e - + Stroombron - Polarisatie staal: corrosie stopt (~verwaarloosbaar traag) Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector 23/02/

18 Principe van kathodische bescherming Kathodische bescherming met opgedrukte stroom Cl - Beton Staal Anodische reacties: 2H 2 O O 2 + 4H + + 4e - O 2 2Cl - Cl 2 + 2e - Na +, K + OH - Kathodische reacties: O 2 + 2H 2 O + 4e - 4OH - OH - 2e - + 2H 2 O H 2 + 2OH - + Stroombron e - - Elektrolyse: vorming van OH - aan wapening: ph Elektromigratie: beweging van ionen (-) en (+) doorheen beton Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector 23/02/

19 Principe van kathodische bescherming Kathodische bescherming met opgedrukte stroom Anode origineel beton 2 secondaire anode 3 primaire anode 4 krimpnet Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector 23/02/

20 Principe van kathodische bescherming Kathodische bescherming Gecarbonateerd beton Polarisatie Vorming OH - Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector 23/02/

21 Principe van kathodische bescherming Kathodische bescherming Chloridenverontreinigd beton Potentiaal Ag/AgCl [mv] Putcorrosie kan starten en vorderen w Cl (cement) [%] Putcorrosie kan niet starten maar wel vorderen Putcorrosie kan niet starten en niet vorderen Gevaar voor waterstofverbrossing Gevaar voor onthechting wapening/beton Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector 23/02/

22 Aandachtspunten Voorafgaande betonherstelling Enkel loszittende delen/grote scheuren Herstelmortel met gelijkaardige geleidbaarheid Minimaal 10 mm afstand tussen wapening en anode Continuïteit wapening! Opgedrukte stroom Permanente opstelling Ontwerp: Kathodische bescherming: stroomdichtheid 2-20 ma/m 2 Kathodische preventie: stroomdichtheid 0,2-2 ma/m 2 Indeling in zones ~ elektrische weerstand, chloridengehalte, vochtgehalte, blootstelling, Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector 23/02/

23 Aandachtspunten Opofferingsanodes Eindige levensduur: vervangen Vooral voor chloridenverontreinigd beton: resistiviteit beton Eenvoudiger ontwerp: aantal en type i.f.v. situatie Overbescherming! Min mv voor gewone wapening Min -900 mv voor voorgespannen wapening Alcali-silica reactie Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector 23/02/

24 Evaluatie efficiëntie Inbouwen referentie-elektroden Proef ter plaatse of vanop afstand Ref.-elektrode Ag/AgCl/0,5 M KCl T ref (24u max) Criterium 2 : depolarisatie van minstens 100 mv Criterium 3 : depolarisatie van minstens 150 mv Criterium 1 : potentiaal instant-off < -720 mv Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector 23/02/

25 Conclusies Efficiënte corrosiebestrijding i.g.v. carbonatatie/chloridenverontreinigd beton Opgedrukte stroom/opofferingsanodes Continue monitoring/evaluatie efficiëntie Permanente opstelling Bescherming Wapening in beton Stalen profielen in metselwerk Ondergrondse metalen elementen Metalen elementen in zee Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector 23/02/

26 Conclusies Andere elektrochemische technieken: Realkalisatie Chloridenextractie Tijdelijke installaties Hogere stroomdichtheden Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector 23/02/

27 (KB) voor de bouwsector 23/02/