Post on 26-Feb-2019
Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector – 23/02/2017 – 1
Kathodische bescherming in een
notedop
ir. Bram Dooms
Labo Betontechnologie
Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector – 23/02/2017 – 2
Kathodische bescherming
◘ Ijzer komt in de natuur voor onder stabiele vorm:
metaaloxides (bv. Fe2O3)
◘ Wordt verwerkt tot metaal ijzer en staal (hoogoven):
Zuivering - raffinatie
Reductie (neemt e- op):
▪ Fe2O3 + 3 CO → 2 Fe + 3 CO2
▪ Fe3+ + 3 e- → Fe(s)
◘ Nijging van ijzer om naar zijn oorspronkelijke,
stabielere vorm terug te keren
Corrosie van staal
Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector – 23/02/2017 – 3
Kathodische bescherming
◘ Elektrochemische oxidatie van het ijzer in staal, in
aanwezigheid van vocht en zuurstof
Corrosie van staal
Fe2+
e-OH-
H2O O2
Staal
Fe(OH)22Fe2O3.H2O
Anode Kathode
Elektrochemische cel
+ - + -+ - + - + - +e-
Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector – 23/02/2017 – 4
Kathodische bescherming
◘ Wapening in beton – corrosie t.g.v. carbonatatie
◘ Uniforme corrosie
Corrosie van staal
Fe2+ OH-
Carbonatatie CO2 H2O O2
BetonFe(OH)2
pH ~ 11-13
Staal e-
Passivatie
2Fe2O3.H2OpH ~ 8
Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector – 23/02/2017 – 5
Kathodische bescherming
◘ Wapening in beton – corrosie t.g.v. carbonatatie
Corrosie van staal
Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector – 23/02/2017 – 6
Kathodische bescherming
◘ Wapening in beton – corrosie t.g.v. chloriden
◘ Putcorrosie
Corrosie van staal
Chloriden Cl- H2O O2
Beton
pH ~ 11-13
Staal
Passivatie
e-Fe2+OH-
Cl-
Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector – 23/02/2017 – 7
Kathodische bescherming
◘ Wapening in beton – corrosie t.g.v. chloriden
Corrosie van staal
Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector – 23/02/2017 – 8
Kathodische bescherming
◘ Ijzer gaat in oplossing: wordt ‘geconsumeerd’
◘ Uniforme corrosie ↔ putcorrosie
◘ Verlaging elektrische potentiaal
Meetbaar: potentiaalmetingen
◘ Gesloten stroomkring
Anode: Fe → Fe2+ + 2e-
Elektronenstroom doorheen staal
Kathode: O2 +2H2O + 4e- → 4OH-
Ionenstroom doorheen beton (elektrolyt)
→ Evenwicht
Corrosie van staal
Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector – 23/02/2017 – 9
Kathodische bescherming
◘ Evenwicht
Corrosie van staal
Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector – 23/02/2017 – 10
Kathodische bescherming
◘ 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
Corrosie van staal
Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector – 23/02/2017 – 11
Kathodische bescherming
◘ Stabiele vormen van ijzer i.f.v. pH en potentiaal
◘ Polarisatie: verlaging potentiaal
Principe van kathodische bescherming
Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector – 23/02/2017 – 12
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 20e eeuw: ondergrondse metalen structuren
Hoge weerstand van grond → opgedrukte stroom
◘ Begin jaren ‘70: toepassing op beton
◘ NBN EN 12696 (2000) → (2017)
Principe van kathodische bescherming
Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector – 23/02/2017 – 13
◘ 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)
Kathodische bescherming
Principe van kathodische bescherming
Staal
Anode Kathode
Zink e-Zn2+ OH-
Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector – 23/02/2017 – 14
◘ Kathodische bescherming met opofferingsanode
→ Verlaging potentiaal staal
Kathodische bescherming
Principe van kathodische bescherming
Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector – 23/02/2017 – 15
◘ Kathodische bescherming met opofferingsanode
Kathodische bescherming
Principe van kathodische bescherming
Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector – 23/02/2017 – 16
◘ Kathodische bescherming met opofferingsanode
Zinkbekleding
Kathodische bescherming
Principe van kathodische bescherming
Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector – 23/02/2017 – 17
◘ Kathodische bescherming met opgedrukte stroom
→ Polarisatie staal: corrosie stopt (~verwaarloosbaar
traag)
Kathodische bescherming
Principe van kathodische bescherming
Beton
Staal -
+
Stroombron
Externeanode
-- - -- -- --- - +++ +- e-
Stroom++ + ++ ++ +
Geleidendemortel
Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector – 23/02/2017 – 18
◘ Kathodische bescherming met opgedrukte stroom
◘ Elektrolyse: vorming van OH- aan wapening: pH ↑
◘ Elektromigratie: beweging van ionen (-) en (+)
doorheen beton
Kathodische bescherming
Principe van kathodische bescherming
Beton
Staal -
+
Stroombron
e-
Kathodische reacties: O2 + 2H2O + 4e- 4OH-
2e- + 2H2O H2 + 2OH-
Anodische reacties: 2H2O O2 + 4H+ + 4e-
2Cl- Cl2 + 2e-
OH-
OH-
O2
Cl-
Na+ , K+
Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector – 23/02/2017 – 19
◘ Kathodische bescherming met opgedrukte stroom
◘ Anode
Kathodische bescherming
Principe van kathodische bescherming
1 – origineel beton2 – secondaire anode3 – primaire anode4 – krimpnet
1
2
3
4
Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector – 23/02/2017 – 20
Kathodische bescherming
◘ Kathodische bescherming
→ Gecarbonateerd beton
→ Polarisatie
→ Vorming OH-
Principe van kathodische bescherming
Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector – 23/02/2017 – 21
◘ Kathodische bescherming
→ Chloridenverontreinigd beton
Kathodische bescherming
Principe van kathodische bescherming
Putcorrosie kan starten en vorderen
Putcorrosie kan nietstarten maar welvorderen
Putcorrosie kan niet startenen niet vorderen
Gevaar voor waterstofverbrossing
Gevaar voor onthechting wapening/beton
wCl (cement) [%]
PotentiaalAg/AgCl [mV]
Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector – 23/02/2017 – 22
◘ 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/m2
▪ Kathodische preventie: stroomdichtheid 0,2-2 mA/m2
▪ Indeling in zones ~ elektrische weerstand, chloridengehalte,
vochtgehalte, blootstelling,…
Kathodische bescherming
Aandachtspunten
Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector – 23/02/2017 – 23
◘ Opofferingsanodes
Eindige levensduur: vervangen
Vooral voor chloridenverontreinigd beton: resistiviteit beton
Eenvoudiger ontwerp: aantal en type i.f.v. situatie
◘ Overbescherming!
Min. -1.100 mV voor gewone wapening
Min -900 mV voor voorgespannen wapening
◘ Alcali-silica reactie…
Kathodische bescherming
Aandachtspunten
Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector – 23/02/2017 – 24
◘ Inbouwen referentie-elektroden
◘ Proef ter plaatse of vanop afstand
◘ Ref.-elektrode Ag/AgCl/0,5 M KCl
Kathodische bescherming
Evaluatie efficiëntie
Criterium 2 : depolarisatievan minstens 100 mV
Criterium 3 : depolarisatievan minstens 150 mV
Criterium 1 : potentiaal‘instant-off’ < -720 mV
Tref (24u max)
Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector – 23/02/2017 – 25
◘ 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
Conclusies
Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector – 23/02/2017 – 26
◘ Andere elektrochemische technieken:
Realkalisatie
Chloridenextractie
◘ Tijdelijke installaties
◘ Hogere stroomdichtheden
Kathodische bescherming
Conclusies
Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector – 23/02/2017 – 27