Kathodische bescherming in een notedop · Wapening in beton –corrosie t.g.v. carbonatatie...

Kathodische bescherming (KB) voor de bouwsector – 23/02/2017 – 1

Kathodische bescherming in een

notedop

ir. Bram Dooms

Labo Betontechnologie


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



◘ 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-



◘ 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



◘ Wapening in beton – corrosie t.g.v. carbonatatie

Corrosie van staal



◘ 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-



◘ Wapening in beton – corrosie t.g.v. chloriden

Corrosie van staal



◘ 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



◘ Evenwicht

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

Corrosie van staal



◘ Stabiele vormen van ijzer i.f.v. pH en potentiaal

◘ Polarisatie: verlaging potentiaal

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 20e eeuw: ondergrondse metalen structuren

Hoge weerstand van grond → opgedrukte stroom

◘ Begin jaren ‘70: toepassing op beton

◘ NBN EN 12696 (2000) → (2017)



◘ 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)



Staal

Anode Kathode

Zink e-Zn2+ OH-



→ Verlaging potentiaal staal





Zinkbekleding




◘ Kathodische bescherming met opgedrukte stroom

→ Polarisatie staal: corrosie stopt (~verwaarloosbaar

traag)



Beton

Staal -

+

Stroombron

Externeanode

-- - -- -- --- - +++ +- e-

Stroom++ + ++ ++ +

Geleidendemortel



◘ Elektrolyse: vorming van OH- aan wapening: pH ↑

◘ Elektromigratie: beweging van ionen (-) en (+)

doorheen beton



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+



◘ Anode



1 – origineel beton2 – secondaire anode3 – primaire anode4 – krimpnet

1

2

3

4



◘ Kathodische bescherming

→ Gecarbonateerd beton

→ Polarisatie

→ Vorming OH-



◘ Kathodische bescherming

→ Chloridenverontreinigd beton



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]


◘ 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,…


Aandachtspunten


◘ 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…


Aandachtspunten


◘ Inbouwen referentie-elektroden

◘ Proef ter plaatse of vanop afstand

◘ Ref.-elektrode Ag/AgCl/0,5 M KCl


Evaluatie efficiëntie

Criterium 2 : depolarisatievan minstens 100 mV

Criterium 3 : depolarisatievan minstens 150 mV

Criterium 1 : potentiaal‘instant-off’ < -720 mV

Tref (24u max)


◘ 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


Conclusies


◘ Andere elektrochemische technieken:

Realkalisatie

Chloridenextractie

◘ Tijdelijke installaties

◘ Hogere stroomdichtheden


Conclusies

Kathodische bescherming in een notedop · Wapening in beton –corrosie t.g.v. carbonatatie...

Documents

Transcript of Kathodische bescherming in een notedop · Wapening in beton –corrosie t.g.v. carbonatatie...