Corrosie en bescherming tegen corrosie van stalen damwanden

Symposium "Het aanbrengen van kathodische bescherming op de damwanden te Texel" Hotel Lindeboom, Den Burg, Texel, 20 oktober 2005

Corrosie en bescherming tegen corrosie van stalen damwanden

Door: J. Gulikers Bouwdienst Rijkswaterstaat Onderstaand de sheets zoals getoond tijdens het symposium. Ten aanzien sheet 3 is een aanvullende tekst opgenomen.

CORROSIE ENBESCHERMING TEGEN CORROSIE

VAN STALEN DAMWANDEN

Joost GulikersStafafdeling BouwspeurwerkRijkswaterstaat Bouwdienst

Voordracht Texel 20 oktober 2005; 1/38

CORROSIE

STAAL ⇒ NIET CORROSIEVAST

ZEEWATER: 19 gram chloride per liter

- VOCHTIG

- AGRESSIEVE BESTANDDELEN

EXPOSITIE-OMSTANDIGHEDEN:


1 / 15


VERLOOP AANTASTINGSSNELHEID


Toelichtende tekst op sheet 3 “Verloop aantastingssnelheid”. Op sheet 3 wordt het verloop van de (relatieve) aantastingdiepte over de hoogte van een damwand getoond. Deze figuur is ontleend aan “Uhlig’s Corrosion Handbook” (editor R. Winston Revie) In deze figuur zijn twee duidelijke pieken in aantastingsnelheid te onderscheiden, namelijk een halverwege de zogenoemde spatzone en een relatief ondiep onder gemiddeld laagwaterniveau (Mean Low Tide). De piek in de spatzone is daarbij ca. 50% groter zijn dan die in de onderwaterzone. Hieruit zou kunnen worden geconcludeerd dat de spatzone maatgevend is ten aanzien van de levensduur van damwandconstructies. Hierbij moeten echter enkele kanttekeningen worden geplaatst. De achtergronden van de betreffende figuur zijn onvoldoende bekend, zoals geografische locatie, aard van de aantasting (lokaal of gelijkmatig), coating, expositieduur en specifieke expositie-omstandigheden, etc. De vraag is dus gerechtvaardigd in hoeverre deze figuur een representatief beeld geeft van het aantastingverloop op de stalen damwanden in de Texelse havens. In het algemeen geldt dat het volledige damwandoppervlak dat zich in de spatzone van een damwand bevindt zonder al te veel problemen en op ieder gewenst moment visueel kan worden geïnspecteerd. Eventuele beschadigingen of aantastingen kunnen daarmee in een vroegtijdig stadium worden gesignaleerd en geschikte beschermingsmaatregelen kunnen dan ook snel daarna worden genomen. In het algemeen kan worden volstaan met het coaten van de waargenomen beschadigde locaties, uitgevoerd vanaf de wal of eventueel vanuit een boot.

2 / 15


De praktijkervaring op damwanden duidt er echter op dat in de onderwaterzone aantasting door corrosie van zeer lokale aard kan optreden (putcorrosie) waarbij binnen een korte tijd een aanzienlijk verlies in staaldoorsnede kan optreden. Dit heeft tot gevolg dat in deze zone gaten in de damwand zullen vallen die niet door een simpele visuele inspectie kunnen worden opgespoord. Het moge duidelijk zijn dat dergelijke gaten vaak in een laat stadium zullen worden ontdekt, meestal pas nadat aanzienlijke grondverzakkingen e.d zijn opgetreden. Het is evident dat kathodische bescherming alleen effectief kan functioneren voor staaloppervlakken in de onderwater- en de getijzone. Gezien de hierboven beschreven problematiek biedt kathodische bescherming een praktische, langdurige en betrouwbare wijze van bescherming voor een groot deel van het damwandoppervlak. Het staaloppervlak in de spatzone zal echter door regelmatig conserveren moeten worden beschermd, maar dit kan door regelmatig uitgevoerde inspecties op de meest geschikte momenten worden uitgevoerd en tegen relatief lage kosten.

3 / 15


CORROSIE

PASSIEVE BESCHERMING

⇒ COATING

ACTIEVEBESCHERMING

⇒ KATHODISCHE BESCHERMING

CORROSIEVAST MATERIAAL ⇒

ROESTVAST STAAL


CORROSIE

ELEKTROCHEMISCHE WIJZE VAN CORROSIEBESTRIJDING

ANALYSEREN VAN CORROSIEPROCES

•HOE WERKT KB? “Jomanda-gehalte”

•HOE KAN DE WERKING WORDEN BEOORDEELD?


KATHODISCHE BESCHERMING:

CORROSIEPROCES

Fe+2

Fe+2

Fe+2

e-

e-e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-e-e-

e-

e-

e-e-

e-

e-

staa

l

zeew

ater

anodische reactie

Fe → Fe+2 +2e-


4 / 15


CORROSIEPROCES

kathodische reactie

2H2O + O2 +4e- → 4OH-O2

O2

O2

e-

e-e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-e-e-

e-

e-

e-e-

e-

e-

staa

l

zeew

ater


CORROSIEPROCES

Fe+2

Fe+2

Fe+2

e-

e-e-e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-e-

e-

e-e-

e-

e-e-e-

e- staa

l

zeew

ater

2Fe → 2Fe+2 +4e-

2H2O + O2 + 4e- → 4OH-

O2

O2

2Fe + 2H2O + O2 →

ROEST


2Fe(OH)2

Fe(OH)2

CORROSIEPROCES

e-

Fe+2

OH-

elektrolyt metaal

stroomkring

elektrisch circuit

II

ionen elektronen Voordracht Texel 20 oktober 2005; 9/38

5 / 15


POTENTIAALMETING-613.4 mV

V


BEÏNVLOEDING CORROSIEPROCESELEKTRONENPOMP

e-

e-e-

e-

e-e-

e-

e-

e-

e-

e-e-

e-e-Fe+2

OH-


KATHODISCHE BESCHERMING

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e- e-e- e- e- e-e- e-

e-

e- e-e- e- e- e-e- e- e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

OH-

anod

e

kath

ode


??

6 / 15



OPOFFERINGS-ANODEN

- inerte anoden

- elektrische installatie

- onedele metalen

- direct contact


OPGEDRUKTE STROOM

OPOFFERINGS-ANODEN

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e- e-e- e- e- e-e- e-

e-

e- e-e- e- e- e-e- e- e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

OH-

anod

e

kath

ode

e-

e-e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-e-

e-

e-

e-

e-

e-

anod

e


Fe+2

Me+z

Me+z

OPOFFERINGS-ANODEN

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

OH-

anod

e

dam

wan

d

e-

e-e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-e-

e-

e-

e-

e-

e-

-529.4 mV

V

e-

e-

e-

e-

e-e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-e-

e-

e-

e-


Fe+2

7 / 15


OPOFFERINGS-ANODEN

ZINK

ALUMINIUM

hoge eigen corrosiesnelheid

relatief lage elektrochemische capaciteit 780 Ah/kg

relatief hoge elektrochemische capaciteit 2400 Ah/kg


MAGNESIUM

zinkg

OPOFFERINGS-ANODEN

ELEKTROCHEMISCHE CAPACITEIThoeveelheid (nuttige) elektrische lading

per kg metaal dat in oplossing gaat

Al → Al+3 + 3e-

1 mol Al → 3 mol e-

26.96 gram Al → 289454 Coulomb

1 kg Al → 2982 Ah

1 Coulomb = 1 A per seconde


OPOFFERINGS-ANODENgemiddelde corrosiesnelheid van 100 µm per jaar komt

overeen met een corrosiestroomdichtheid van 86 mA/m2

per m2 kaal staaloppervlak is per jaar bescherming een aluminiumgewicht van 0.30 kg ofwel 0.11 dm3 nodig

per m2 kaal staaloppervlak is per jaar bescherming een ewicht van 0.90 kg ofwel 0.125 dm3 nodig

per m2 kaal staaloppervlak is een gemiddelde beschermstroomdichtheid van 80 mA/m2 nodig


8 / 15


-300

-250

-200

-150

-100

-50

0

50

100

0 100 200 300 400 500

beschermstroomdichtheid, iprot [mA/m2]

stro

omdi

chth

eid,

i [m

A/m

2 ] anodische reactie

kathodische reactie




0

20

40

60

80

100

0 100 200 300 400 500

beschermstroomdichtheid, iprot [mA/m2]

rela

tieve

aan

tast

ings

snel

heid

,P c

orr [

%]

anodische reactie



0

20

40

60

80

100

-850 -800 -750 -700 -650 -600

beschermpotentiaal, Eprot [V vs Ag/AgCl-zeewater]

rela

tieve

aan

tast

ings

senl

heid

,P c

orr [

%] anodische reactie


9 / 15


KATHODISCHE BESCHERMING ONTWERP

spatzone

getijzoneHW

LW

zeewater

beschermstroomdichthedenVoordracht Texel 20 oktober 2005; 22/38

bodem

bodem

KATHODISCHE BESCHERMING ZONE-INDELING

spatzone

getijzoneHW

LW

zeewaterONBESCHERMD

- spatzone

- achterzijde

-600 –800 mV (Ag/Ag/Cl/zeewater)Voordracht Texel 20 oktober 2005; 23/38

bodem

HW

LW

getijzone



10 / 15




zwerfstroom

• WILLEKEURIG MEDIUM• GEEN MATERIAALVERBRUIK

• (REGELBARE) CONTROLE

• BEPERKT AANTAL• AFSTAND

• MINDER ROBUUST

KATHODISCHE BESCHERMINGKWALITATIEVE VERGELIJKING

OPOFFERINGSANODEN• TOEPASSING BEPERKT• EENVOUDIG

• LEVENSDUUR

• WERKINGSGEBIED• GEEN CONTROLE

• POLARITEIT


OPGEDRUKTE STROOM

KATHODISCHE BESCHERMINGONTWERP

• DNV RP B401 (2005)• NORSOK• SHELL DEP. 37.19.30.30-Gen.• NPR 2727• NPR 6912• NEN-EN 12473• NEN-EN 12495


11 / 15


KATHODISCHE BESCHERMINGONTWERPCRITERIA

• STROOMVERBRUIK⇒

• STROOMVERDELING⇒


ANODEMASSA

ANODEWEERSTAND


• STROOMBEHOEFTE

• MASSA ANODEMATERIAAL

I A f iz z z= ⋅ ⋅

MI t

uoac gem sl=

⋅ ⋅⋅

, 8766ε



BEGIN EINDE

Meind = 0.1×Mbegin


l eind

= 0.

9×l be

gin

12 / 15



• STROOMBEHOEFTEaanvang/gemiddeld/einde

• BESCHERMINGSCRITERIUM< -800 mV


(MIC: < -900 mV)


• STROOMBEHOEFTEINITIAL 200 mA/m2

FINAL 130 mA/m2

AVERAGE 100 mA/m2

berekening totale massa aan aluminium gedurende gewenste

ontwerplevensduurVoordracht Texel 20 oktober 2005; 32/38

STROOMOUTPUT

U = 250 mV (oa)Ra: anodeweerstand [Ohm]

I URa

a

=



13 / 15


KATHODISCHE BESCHERMINGSTROOMVERDELING

stand-offflush mounted


ANODEWEERSTANDlong, slender stand-off; L > 4r

RL

Lra=

−

ρπ2

4 1ln

RL

Lr

rL

rL

rLa= + +

+ − +

ρπ2

2 1 12 2

12

2 2

ln


short, slender stand-off; L < 4r

ALUMINIUM OPOFFERINGS-ANODEN

Voordracht Texel 20 oktober 2005; 30638

14 / 15


ALUMINIUM OPOFFERINGS-ANODEN


ANODEVERDELING HARLINGENANODEVERDELING ZIJVLEUGEL WEST


15 / 15

Corrosie en bescherming tegen corrosie van stalen damwanden

Documents

Transcript of Corrosie en bescherming tegen corrosie van stalen damwanden