DE19609892C2 - Behälter für eine Flüssigkeit mit Schutzelektrode - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Behälter aus zementgebundenen Werkstoffen für Trinkwasser mit einer Elektrode zum Schutz eines solchen Behälters vor einer Schä­ digung durch Stromfluß.

In den vergangenen Jahren wurden in Trinkwasserbehältern, die aus zementgebundenen Werkstoffen gefertigt sind, an den Behälterwänden inselförmige Aufweichungen beobachtet, die sich überwiegend in dem Bereich der Wände befinden, die ständig vom Trinkwasser benetzt ist. Diese inselartigen Auf­ weichungen an der Behälterinnenfläche wurden aufgrund einer Verfärbung der Schadstellen optisch sichtbar. Solche Aufwei­ chungen bzw. Schadstellen sind schon 6 Monate nach Herstel­ lung der Oberfläche, aber auch erst nach vielen Jahren auf­ getreten. Die beschädigten Stellen in der Behälterwand zeichnen sich dadurch aus, daß sie im Vergleich zur gewohn­ ten Festigkeit der Betonwandung an Festigkeit verlieren und sich mühelos mit einem stumpfen Gegenstand abkratzen lassen. Bei besonders schadhaften Stellen wurde bei Beseitigung des aufgeweichten Materials sogar die Bewehrung des Behälters freigelegt.

Dieses Phänomen beschränkt sich nicht ausschließlich auf zementgebundene Beschichtungen, sondern konnte auch an Estrichen, Putzen und Beton festgestellt werden. Ursache da­ für sind elektrische Felder, durch deren Einwirkung durch das poröse Gefüge des Betons eine Ionenmigration stattfin­ det. Das Erscheinungsbild und die Zusammensetzung des Betons verändert sich dadurch innerhalb kurzer Zeit, was zu einer Zunahme der Porosität und Permeabilität führte. Solche elek­ trische Felder werden durch unterschiedliche Stromquellen hervorgerufen, wie z. B. durch Streustrom von zu den Behäl­ tern benachbarten elektrischen Einrichtungen, durch galvani­ schen Strom zwischen der Stahlbewehrung des Behälters und höherwertigen Einbauteilen (z. B. Rohrleitungen, Drucktüren, Leitern) und durch Streuströme von Makroelementen. In Was­ serbehältern tritt diese Erscheinung besonders deutlich auf, da diese aufgrund ihrer Bauart die Schadensbildung sehr be­ günstigen: die Stahlbewehrung befindet sich im hochalkali­ schen Beton, das Wasser dient als Elektrolyt und Einbauten aus gleich- oder höherwertigen Materialien fungieren als Ka­ thode.

Die oben erwähnten Makroelemente bilden sich, wenn unter­ schiedliche Metalle durch Eintauchen in den gleichen Elek­ trolyten in elektrischem Kontakt stehen. Solche Makroele­ mente rufen Korrosionsströme hervor, die als Ionenstrom durch die Beschichtung des Behälters und den Beton der Be­ hälterwandung gehen. Durch diesen lokalen Ionenfluß wird die Ionenzusammensetzung der Porenlösung in der Beschichtung und der Wandung verändert. Diese Veränderung führt zu chemischen Umsetzungen in der Beschichtung und der Wandung, die unmit­ telbar eine Konvertierung des Zementsteines zur Folge hat. Die Behälterwandung weicht in diesen Bereichen des Strom­ flusses lokal auf, es bildet sich eine sich ständig ver­ größernde Schadstelle. Da der Ionenfluß entlang des Weges mit dem geringsten Widerstand erfolgt, ist es somit jedoch nicht vorhersagbar, an welchen Stellen der Behälterinnenflä­ che die Beschädigungen auftreten können bzw. zu erwarten sind.

In diesem Zusammenhang ist auf die Veröffentlichungen von R. Müller und F. Tanner "Betonschäden in Trinkwasserreser­ voirs", Sonderdruck Nr. 1311 aus gwa 10/93, Schweizerischer Verein des Gas- und Wasserfaches (SVGW), Zürich und von A. Gerdes und F. H. Wittmann "Beständigkeit zementgebundener Be­ schichtungen unter dem Einfluß elektrischer Felder", Inter­ nationale Zeitschrift für Bauinstandsetzen, 1. Jahrgang, Heft 1, Januar 1995, AEDIFICATIO Verlag zu verweisen. Darin werden Ursache und Wirkung der Umwandlungsprozesse detail­ liert beschrieben und als Lösungsmöglichkeit z. B. eine Fremdstromeinspeisung zur Aufhebung der störenden Makroele­ mentströme vorgeschlagen.

Aus "Handbuch des kathodischen Korrosionsschutes", 3. Auflage, VCH-Verlag, 1989; Seiten 210 bis 213 und 411 bis 424 sowie aus der US-A-5 364 511 sind Schutzmaßnahmen gegen Korrosion von Bewehrungsstahl bekannt. Der Abstrakt zu gwa 72 (1992) 5, Seite 315 bis 319 aus FIZ-Technik-Informationsdienst, Literaturschau Stahl + Eisen 04/93 betrifft einen Schutz mittels Fremdstromeinspeisung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Behälter aus zementgebundenen Werkstoffen für Trinkwasser zur Verfügung zu stellen, bei dem die oben er­ wähnten Schädigungen nicht auftreten. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche gelöst.

Bei der Lösung geht die Erfindung von dem Grundgedanken aus, die von den Makroelementen hervorgerufen Ionenströme durch die Bereitstellung mindestens eines in direktem Kontakt mit der Flüssigkeit stehenden und mit der Stahlbewehrung verbundenen Ableiters bzw. einer Elektrode eines geeigneten Materials ohne Fremdstromeinspeisung gezielt durch die Be­ hälterwand zu führen.

Bei einem solchen Behälter wird das unkontrollierte Austre­ ten von Strömen aus den Bauteilen des Bauwerkes reduziert und so die Beständigkeit zementgebundener Materialien ver­ bessert. Auftretende Ströme können gezielt auf vorbestimmten Bahnen durch die Behälterwand geleitet werden. In Verbindung mit Oberflächenschutzsystemen mit niedriger Permeabilität kann so eine erhebliche Reduzierung der Aufweichungen und Schadstellen ermöglicht werden.

Der erfindungsgemäße Behälter nutzt dazu eine vorhandene Be­ wehrung als flächigen Sammelableiter, der den Strom über ge­ eignete Ableiter durch die Bausubstanz an die Oberfläche der flüssigkeitsbenetzten Behälterwand bzw. des Behälterbodens leitet, wobei mindestens ein Ableiter in die Bausubstanz integriert ist. Der Ableiter ist einerseits mit der Bewehrung verbunden und ragt andererseits in die Flüssig­ keit, also in den Elektrolyten im Behälterinnern hinein. Die Ableiter können dazu isoliert oder unisoliert oder auch kor­ rosionsgeschützt (z. B. durch Glas- oder Porzellanummante­ lung) ausgeführt sein und im Vergleich zu dem Material der Bewehrung aus Material mit gleicher oder höherer elektri­ scher Leitfähigkeit bestehen. Der durch die Ableiter von dem Baustahl der Bewehrung an die Oberfläche der Bausubstanz ge­ führte Strom wird dort über eine geeignete Elektrode an das Wasser oder andere elektrisch leitfähige Materialien bzw. Flüssigkeiten kontrolliert abgeleitet.

Die Anzahl und Größe der Ableiter ist den vorhandenen Bedin­ gungen und Potentialen der Makroelemente geeignet anzupassen und die Ableiter können über die Innenwände des Behälters gleichmäßig, etwa in Form eines Rasters, verteilt werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform können die am Ableiter angebrachten Elektroden sowohl fest als auch auswechselbar angebracht sein.

Der Behälter kann auf seinen Innenflächen zum Schutz der Be­ hälterwandung eine zementgebundene Beschichtung geringer Po­ rosität, wie z. B. Estrich, Zementputz, Zementmörtel und/oder eine Kunststoffbeschichtung aufweisen.

Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Teilansicht des erfindungsgemäßen Behälters,

Fig. 2 eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform der An­ ordnung der Elektrode an dem Ableiter des Behälters, und

Fig. 3 eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform der An­ ordnung der Elektrode an dem Ableiter des Behälters.

Gemäß Fig. 1 weist eine erfindungsgemäße Ausführungsform des Behälters 1 für Trinkwasser 2 in der Behälterwandung 3 eine Bewehrung 6 auf. Der Behälter 1 selbst ist auf einem Fundament 11 angeordnet und besteht aus zementgebun­ denen Werkstoffen, wie etwa Beton. Auf der Behälterinnenflä­ che 12 kann eine erste Beschichtung 9 aus einem zementgebun­ denen Werkstoff aufgebracht sein. Diese hat zum Schutz der Behälterwandung eine geringere Porosität als das Material der Wandung. Zudem kann auf oder anstatt der ersten Be­ schichtung 9 eine zweite Beschichtung 10 aus Kunststoff auf­ gebracht sein.

Mit der Bewehrung 6 ist mindestens ein Ableiter 5 verbunden, der sich ausgehend von der Bewehrung 6 durch die Behälter­ wandung ins Behälterinnere erstreckt. An dem Ende des Ablei­ ters 5, das in das Behälterinnere ragt, ist eine Elektrode 4 angebracht. Diese Elektrode 4 kann sowohl fest mit dem Ab­ leiter 5 verbunden, aber auch auswechselbar sein. Weiterhin kann diese Elektrode 4 wie in Fig. 2 gezeigt, entweder von der Behälterinnenfläche 12 vorstehen oder aber, wie in Fig. 3 gezeigt, mit der Behälterinnenfläche 12 bündig abschließen (siehe auch Fig. 1). Die Elektrode selbst weist einen ersten Abschnitt 7 auf, über den die Elektrode 4 mit dem Ableiter 5 verbunden ist (z. B. über ein Schraubgewinde). Weiterhin kann die Elektrode einen zweiten Abschnitt 8 aufweisen, der zy­ linderförmig oder scheibenförmig ist. Ein derartiger schei­ benförmiger zweiter Abschnitt 8 bildet eine große Kontakt­ fläche zwischen Elektrode und Flüssigkeit, was den Stromfluß zwischen Elektrode und Flüssigkeit weiter erleichtert. Dazu weist der zweite Abschnitt 8 eine größere Oberfläche als der erste Abschnitt 7 auf.

Zwischen der Stahlbewehrung 6 und der Flüssigkeit im Behäl­ terinneren auftretende Korrosionsströme können durch diesen erfindungsgemäßen Behälter gezielt über die vorhandenen Ab­ leiter und Elektroden abgeleitet werden.

Claims (19)

1. Behälter aus zementgebundenen Werkstoffen für Trinkwasser, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Behälterwand (3) mindestens eine in direktem Kontakt mit der Flüssigkeit stehende Elektrode (4, 5) zum Ableiten von Strömen aufgrund eines Potentialunterschiedes zwischen der Flüssigkeit (2) und dem Behälter (1) ohne Fremdstromeinspeisung vorgesehen ist, wobei die Elektrode (4, 5) mit der Stahlbewehrung (6) verbunden ist.

2. Behälter nach Anspruch 1, wobei sich die Elektrode (4, 5) in das Behälterinnere erstreckt.

3. Behälter nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Elektrode (4, 5) mit der Behälterinnenfläche (12) bündig abschließt.

4. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Elektrode (4) mit einer Einrichtung zum Ableiten (5) auswechselbar ist.

5. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei Elektroden (4, 5) in der Behälterwand (3) rasterförmig angebracht sind.

6. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Flüssigkeit (2) ein Elektrolyt ist.

7. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Behälter (1) aus Beton besteht.

8. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Behälterwand (3) im Behälterinneren eine erste Beschichtung (9) aufweist.

9. Behälter nach Anspruch 8, wobei die erste Beschichtung (9) aus zementgebundenen Werkstoffen besteht.

10. Behälter nach Anspruch 8, wobei die erste Beschichtung (9) aus Kunststoff besteht.

11. Behälter nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Behälterwand (3) eine zweite Beschichtung (10) aus Kunststoff aufweist, wobei die zweite Beschichtung (10) auf der ersten Beschichtung (9) angeordnet ist.

12. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Elektrode (4, 5) eine Ummantelung aufweist.

13. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Material der Elektrode (4, 5) eine im wesentlichen gleiche elektrische Leitfähigkeit wie die Stahlbewehrung (6) aufweist.

14. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Material der Elektrode (4, 5) eine unterschiedliche elektrische Leitfähigkeit wie die Stahlbewehrung (6) aufweist.

15. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Elektrode (4, 5) glas- oder porzellanummantelt ist.

16. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Elektrode (4) einen ersten Abschnitt (7) aufweist, der mit dem Ableiter (5) lösbar in Eingriff steht.

17. Behälter nach Anspruch 16, wobei die Elektrode (4) einen zweiten Abschnitt (8) aufweist, der eine größere Oberfläche als der erste Abschnitt (7) aufweist.

18. Behälter nach Anspruch 16 oder 17, wobei der zweite Abschnitt (8) eine im wesentlichen zylindrische Form aufweist.

19. Behälter nach Anspruch 16, 17 oder 18, wobei der zweite Abschnitt (8) die Form einer Scheibe aufweist.