DE29900169U1 - Anode element for the cathodic corrosion protection of the steel reinforcement in a structural part made of reinforced or prestressed concrete - Google Patents
Anode element for the cathodic corrosion protection of the steel reinforcement in a structural part made of reinforced or prestressed concreteInfo
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Description
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08.01.1999 M/Mr.08.01.1999 M/Mr.
Dyckerhoff & Widmann Aktiengesellschaft, 81902 MünchenDyckerhoff & Widmann Aktiengesellschaft, 81902 Munich
Anodenelement für den kathodischen Korrosionsschutz der Stahlbewehrung in einem Bauwerksteil aus Stahl- oder SpannbetonAnode element for cathodic corrosion protection of steel reinforcement in a structural component made of reinforced or prestressed concrete
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Beschreibung:Description:
Die Erfindung betrifft ein Anodenelement für den kathodischen Korrosionsschutz der Stahlbewehrung in einem Bauwerksteil aus Stahl- oder Spannbeton gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.The invention relates to an anode element for the cathodic corrosion protection of the steel reinforcement in a structural part made of reinforced or prestressed concrete according to the preamble of claim 1.
Beim kathodischen Korrosionsschutz handelt es sich um ein Korrosionsschutzverfahren, bei dem der zu schützende metallische Werkstoff einerseits und eine hinzugefügte Anode andererseits bei Anwesenheit eines Elektrolyten an eine Gleichstromquelle angeschlossen werden, wodurch der metallische Werkstoff zur Kathode wird. Dies wird beim kathodischen Korrosionsschutz von Bauwerksteilen aus Stahlbeton in der Weise praktiziert, dass die Bewehrung des Bauwerksteils an den Minuspol der Gleichstromquelle und die Anode an den Pluspol angeschlossen werden. Da Zementbeton ionenleitende Eigenschaften hat, entsteht ein Polarisationsstrom, durch den das Potential des zu schützenden Bauwerksteils in Richtung auf das Gleichgewichtspotential der Metallauflösung verschoben wird. Bei Erreichen des Gleichgewichtspotentials kommt die Korrosionsreaktion zum Stillstand.Cathodic corrosion protection is a corrosion protection process in which the metallic material to be protected on the one hand and an added anode on the other hand are connected to a direct current source in the presence of an electrolyte, whereby the metallic material becomes the cathode. This is practiced in the cathodic corrosion protection of structural parts made of reinforced concrete in such a way that the reinforcement of the structural part is connected to the negative pole of the direct current source and the anode to the positive pole. Since cement concrete has ion-conducting properties, a polarization current is created, which shifts the potential of the structural part to be protected towards the equilibrium potential of the metal dissolution. When the equilibrium potential is reached, the corrosion reaction stops.
Problematisch beispielsweise bei der Sanierung von bereits angegriffenen Bauwerksteilen aus Stahlbeton ist die Art und Weise, wie die Anode an der Oberfläche des Bauwerksteils befestigt und von dem zugehörigen Elektrolyten umgeben wird, der seinerseits in ionenleitende Verbindung mit dem Bauwerksteil selbst gebracht werden muss. In diesem Zusammenhang ist es bekannt geworden, ein Anodengitter an der Oberfläche des zu schützenden Bauwerksteils zu befestigen, dieses dann mit einem ionenleitenden Zementmörtel mit geringem elektrischem Widerstand zu umhüllen und darauf eine Schutzschicht aus einem Zementmörtel mit hohem elektrischem Widerstand anzuordnen, zum Beispiel aufzuspritzen (EP 0 239 530 A1).A problem, for example, when renovating already damaged structural parts made of reinforced concrete is the way in which the anode is attached to the surface of the structural part and surrounded by the associated electrolyte, which in turn must be brought into ion-conducting contact with the structural part itself. In this context, it has become known to attach an anode grid to the surface of the structural part to be protected, then to coat it with an ion-conducting cement mortar with low electrical resistance and to arrange a protective layer of a cement mortar with high electrical resistance on top of it, for example by spraying it on (EP 0 239 530 A1).
Bei dieser Anordnung ist es zum einen schwierig, die Anode an dem zu schützenden Bauwerksteil so zu befestigen, dass sie von dem nachträglichWith this arrangement, it is difficult to attach the anode to the part of the building to be protected in such a way that it can be seen by the subsequently
aufzubringenden ionenleitenden Material satt umhüllt wird. Wenn dies auch noch dadurch erleichtert werden könnte, dass, wie dort ebenfalls vorgeschlagen, die Anode an der dem zu schützenden Bauwerksteil zugekehrten Innenfläche eines vorgefertigten Bauteils aus einem Mörtel von hohem elektrischem Widerstand angebracht wird, so bleibt der Nachteil, dass der Elektrolyt nur aus dem Material besteht, welches das Anodengitter unmittelbar umhüllt, während die äußere Schutzschicht zum kathodischen Korrosionsschutz keinen Beitrag leistet.Even if this could be made easier by attaching the anode to the inner surface of a prefabricated component made of mortar with high electrical resistance facing the structural part to be protected, as also proposed there, the disadvantage remains that the electrolyte only consists of the material that directly surrounds the anode grid, while the outer protective layer makes no contribution to cathodic corrosion protection.
Zur Anbringung eines kathodischen Korrosionsschutzes unmittelbar bei der Herstellung von Bauwerksteilen aus Stahlbeton ist es bekannt, die eigentliche Anode als Kern in einen zementhaltigen, ionenleitenden, kurzschlusssicheren Mantel einzubetten und das Ganze als vorgefertigtes Bauteil entweder als verlorene Schalung bei der Herstellung des Bauwerksteils zu verwenden oder als Grundelement hierfür einzusetzen, beispielsweise im Zentrum des Bewehrungskorbes einer Stütze (DE 38 26 926 A1).In order to apply cathodic corrosion protection directly during the production of structural components made of reinforced concrete, it is known to embed the actual anode as a core in a cement-containing, ion-conducting, short-circuit-proof casing and to use the whole as a prefabricated component either as permanent formwork during the production of the structural component or as a basic element for this purpose, for example in the center of the reinforcement cage of a column (DE 38 26 926 A1).
Bei der Vorfertigung und Handhabung plattenartiger Bauteile besteht ein Problem darin, dass der Zementmörtel, aus dem diese Teile bestehen, nur eine geringe Zug- bzw. Biegezugfestigkeit hat, so dass diese Teile eine relativ große Wanddicke aufweisen müssen. Dies bereitet insbesondere bei der Sanierung schon von Korrosion befallenen Bauwerksteilen Probleme, weil die Abmessungen dieser Bauwerksteile durch das Aufbringen solcher vorgefertigter Anodenelemente nicht unbeträchtlich zunehmen und auch deren Eigengewicht anwächst, was oft ebenfalls bedenklich ist.One problem with the prefabrication and handling of plate-like components is that the cement mortar from which these parts are made has only a low tensile or flexural strength, so that these parts must have a relatively large wall thickness. This causes problems, especially when renovating structural parts that are already affected by corrosion, because the dimensions of these structural parts increase considerably when such prefabricated anode elements are applied, and their own weight also increases, which is often also a cause for concern.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, um kathodischen Korrosionsschutzmaßnahmen eine breitere Anwendbarkeit zu verschaffen, insbesondere der Vorfertigung zugängliche Anodenelemente leichter und vielfältiger nutzbar ausbilden zu können als bisher.Against this background, the invention is based on the object of creating a possibility to provide cathodic corrosion protection measures with a broader applicability, in particular to be able to make anode elements accessible for prefabrication easier and more versatile than before.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Anodenelement mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by an anode element having the features of claim 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous further developments arise from the subclaims.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, ein vorgefertigtes Anodenelement für den kathodischen Korrosionsschutz eines Bauwerksteils aus Stahl- oder Spannbeton, das dazu bestimmt ist, mittels eines ionenleitenden Materials, insbesondere Zementmörtel, an dem zu schützenden Bauwerksteil befestigt zu werden, aus einem faserbewehrten Verbundstoff aus zementgebundenem Mörtel und hochzugfesten Fasern auszubilden. Bauteile aus Faserbeton sind zwar grundsätzlich bekannt. Im vorliegenden Fall, in dem wegen Kurzschlussgefahr keine Stahlbewehrung vorgesehen werden kann, werden durch die nahezu gleichmäßig im Betonquerschnitt verteilten Fasern Zugspannungen auch in den Querschnittsbereichen aufgenommen, in denen sie nicht rechnerisch erfasst sind, so dass die Verwendung sehr dünner und leichter Bauelemente möglich ist. Außerdem wird ein sehr dichtes Gefüge dieses Materials erreicht, wodurch sich der Widerstand gegen das Eindringen von Gasen gegenüber Normalbeton auf das 10- bis 20-fache erhöht.The basic idea of the invention is to form a prefabricated anode element for the cathodic corrosion protection of a structural part made of reinforced or prestressed concrete, which is intended to be attached to the structural part to be protected by means of an ion-conducting material, in particular cement mortar, from a fiber-reinforced composite material made of cement-bound mortar and high-tensile fibers. Components made of fiber-reinforced concrete are known in principle. In the present case, in which steel reinforcement cannot be provided due to the risk of short circuits, the fibers distributed almost evenly in the concrete cross-section absorb tensile stresses even in the cross-sectional areas in which they are not mathematically recorded, so that the use of very thin and light structural elements is possible. In addition, a very dense structure of this material is achieved, which increases the resistance to the penetration of gases by 10 to 20 times compared to normal concrete.
Erfindungsgemäß wird das Anodennetz von dem ionenleitenden Material vollständig umhüllt, so dass während der Installation des Bauteils an dem zu schützenden Bauwerksteil (Verlegen/Befestigen und Injizieren/Kleben mit einem ionenleitenden Mörtel) kein Kurzschluss zwischen der Anode und der Bewehrung als Kathode auftreten kann. Dies erleichtert die Installation, macht sie kostengünstig und steigert die Qualität und Zuverlässigkeit der Korrosionsschutzmaßnahme.According to the invention, the anode network is completely covered by the ion-conducting material so that no short circuit can occur between the anode and the reinforcement as the cathode during installation of the component on the structural part to be protected (laying/fastening and injecting/bonding with an ion-conducting mortar). This simplifies installation, makes it cost-effective and increases the quality and reliability of the corrosion protection measure.
Zudem besteht der Vorteil, dass das das Anodennetz einhüllende Material ionenleitende Eigenschaften hat, so dass auf Materialien oder Teile, die nur rein mechanische Schutzfunktionen haben, verzichtet werden kann.Another advantage is that the material enveloping the anode network has ion-conducting properties, so that materials or parts that only have purely mechanical protective functions are not required.
Das Material für das erfindungsgemäße Anodenelement, ein zementgebundener Mörtel, in den hochzugfeste Fasern eingebettet sind, kann sowohl in Form von ebenen Platten verhältnismäßig geringer Dicke eingesetzt werden als auch in Form von räumlichen Elementen, die aus plattenartigen Elementen durch Biegen in frischem oder Zusammenkleben in erhärtetem Zustand hergestellt werden können. Diese Elemente werden in geringem Abstand von der Oberfläche des zu schützenden Bauwerksteils gehalten, zweckmäßig an diesem befestigt und der Raum zwischen der Innenfläche des Anodenelements und der Außenfläche des Bauwerksteils mit einem ebenfalls ionenleitenden Material, nämlich Zementmörtel, ausgefüllt. Für den Stromanschluss wird wenigstens ein an dem Anodengitter befestigtes Anschlusskabel aus dem Anodenelement herausgeführt.The material for the anode element according to the invention, a cement-bound mortar in which high-tensile fibers are embedded, can be used both in the form of flat plates of relatively small thickness and in the form of spatial elements that can be made from plate-like elements by bending them when fresh or gluing them together when hardened. These elements are kept at a short distance from the surface of the structural part to be protected, are appropriately attached to it and the space between the inner surface of the anode element and the outer surface of the structural part is filled with a material that is also ion-conductive, namely cement mortar. For the power connection, at least one connecting cable attached to the anode grid is led out of the anode element.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtThe invention is explained in more detail below with reference to the drawing. It shows
Fig. 1 schematisch den Aufbau eines erfindungsgemäßen Anodenelements in Verbindung mit einem zu schützenden Bauwerksteil undFig. 1 shows schematically the structure of an anode element according to the invention in connection with a structural part to be protected and
Fig. 2 ebenfalls schematisch die Ausbildung eines solchen Anodenelements als räumliches Bauteil.Fig. 2 also schematically shows the design of such an anode element as a spatial component.
In dem in Fig. 1 im Schnitt und Schrägbild dargestellten Anwendungsfall wird unterstellt, dass ein Bauwerksteil 1, in das eine Bewehrung 2, z.B. aus Stahlstäben, eingebettet ist, an der atmosphärischen Bedingungen ausgesetzten Außenseite 3 gegen Korrosion zu schützen ist.In the application case shown in Fig. 1 in section and oblique view, it is assumed that a structural part 1, in which reinforcement 2, e.g. made of steel bars, is embedded, is to be protected against corrosion on the outside 3 exposed to atmospheric conditions.
Erfindungsgemäß wird hierfür ein Bauteil 4 verwendet, das auch als Anodenelement bezeichnet werden kann. Dieses Bauteil 4 besteht aus einer Platte 5 aus einem ionenleitenden Material, in das hochzugfeste, nichtmetallische Fasern eingebettet sind, einem sogenannten Faserbeton. In die Platte 5 ist ein Anodennetz 6 aus einem oberflächenaktivierten Ventilmetall, insbesondere aus einem Titan-Streckmetallnetz, integriert. Wesentlich ist, dass das Anodennetz 6 von dem Material der Faserbetonplatte 5 vollständig umhüllt wird, um so bei derAccording to the invention, a component 4 is used for this purpose, which can also be referred to as an anode element. This component 4 consists of a plate 5 made of an ion-conducting material in which high-tensile, non-metallic fibers are embedded, a so-called fiber concrete. An anode net 6 made of a surface-activated valve metal, in particular a titanium expanded metal net, is integrated into the plate 5. It is essential that the anode net 6 is completely covered by the material of the fiber concrete plate 5 in order to
Anbringung des Bauteils 4 an dem Bauwerksteil 1 keine Kurzschlüsse befürchten zu müssen. Nicht dargestellt, aber selbstverständlich ist, dass aus dem Bauteil 4 elektrisch leitende Anschlüsse zu dem Anodennetz 6 herausgeführt sind.Attaching the component 4 to the structural part 1 means that there is no need to fear short circuits. Not shown, but it is self-evident that electrically conductive connections to the anode network 6 are led out of the component 4.
Die Verwendung von Glas- oder Kunstharz-Faserbeton für das ionenleitende erhärtende Material des Bauteils 4 hat den Vorteil, dass plattenartige Elemente erzeugt werden können, bei denen jedenfalls eines der drei geometrischen Maße gegenüber den beiden anderen sehr klein ist. Solche Bauteile lassen sich besonders vorteilhaft dadurch herstellen, dass ein zementgebundener Mörtel auf eine vorbereitete Form oder Schalung aufgespritzt wird; dabei werden während des Spritzvorgangs die Fasern beigegeben. Die Fasern können aus einem alkalibeständigen Glas oder auch aus einem Polymer bestehen, wie z.B. aus Polyester oder Polypropylen. Ein gemeinsames Spritzen von Mörtel und Fasern gewährleistet eine innige und gleichmäßige Verbindung beider Komponenten. Bei diesem Spritzvorgang wird an der entsprechenden Stelle auch das Anodennetz 6 eingelegt und satt umhüllt. Ein solches Bauteil hat eine Dicke von 10 bis 30 mm, vorzugsweise von 15 bis 25 mm.The use of glass or synthetic resin fiber concrete for the ion-conducting hardening material of component 4 has the advantage that plate-like elements can be produced in which at least one of the three geometric dimensions is very small compared to the other two. Such components can be produced particularly advantageously by spraying a cement-bound mortar onto a prepared mold or formwork; the fibers are added during the spraying process. The fibers can consist of an alkali-resistant glass or a polymer, such as polyester or polypropylene. Spraying the mortar and fibers together ensures an intimate and uniform connection between the two components. During this spraying process, the anode mesh 6 is also inserted at the appropriate point and tightly covered. Such a component has a thickness of 10 to 30 mm, preferably 15 to 25 mm.
Zur Herbeiführung eines kathodischen Korrosionsschutzes für das Bauwerksteil 1 aus Stahlbeton wird ein derartiges Anodenelement 4 in geringem Abstand von der Oberfläche 3 des Bauwerksteils 1 positioniert, zweckmäßig an diesem befestigt. Nach Abdichtung des durch den Zwischenraum gebildeten Hohlraumes nach den Seiten hin wird in diesen Hohlraum ein erhärtendes ionenleitendes Material 7 eingefüllt, zweckmäßig ein Zementmörtel, der eine einerseits feste und andererseits ionenleitende Verbindung zwischen dem Anodenelement 4 und dem Bauwerksteil 1 bzw. der Bewehrung 2 bewirkt. Werden sowohl die Bewehrung 2 als auch das Anodennetz 6 an eine Gleichstromquelle angeschlossen, dann wird hierdurch die Bewehrung 2 des Bauwerksteils 1 zur Kathode gemacht und es entsteht ein kathodischer Korrosionsschutz für die Bewehrung 2.To provide cathodic corrosion protection for the structural part 1 made of reinforced concrete, such an anode element 4 is positioned at a short distance from the surface 3 of the structural part 1, and is preferably attached to it. After sealing the cavity formed by the gap on the sides, a hardening ion-conducting material 7 is filled into this cavity, preferably a cement mortar, which creates a connection that is both solid and ion-conducting between the anode element 4 and the structural part 1 or the reinforcement 2. If both the reinforcement 2 and the anode network 6 are connected to a direct current source, then the reinforcement 2 of the structural part 1 is made into the cathode and cathodic corrosion protection is created for the reinforcement 2.
Da das Bauteil 4 vorgefertigt wird, kann einerseits gewährleistet werden, dass das Anodennetz 6 allseits vollständig von dem Material, aus dem das Bauteil besteht,Since the component 4 is prefabricated, it can be ensured that the anode network 6 is completely covered on all sides by the material from which the component is made,
umhüllt ist. Andererseits besteht hierdurch auch die Möglichkeit, entweder die innere, dem Bauwerksteil 1 zugekehrte Oberfläche 8 des Anodenelements 4 zur Herbeiführung eines besseren Verbundes zu profilieren, andererseits auch die äußere freie Oberfläche 9 ästhetisch zu gestalten, um eine gefälligere Wirkung nach außen hin zu erzielen. Die Profilierung der Innenfläche 8 kann entweder spritzrauh oder auch nachträglich aufgerauht, gegebenenfalls auch mit Rippen oder dergleichen versehen sein.is covered. On the other hand, this also makes it possible to either profile the inner surface 8 of the anode element 4 facing the structural part 1 to bring about a better bond, or to aesthetically design the outer free surface 9 in order to achieve a more pleasing effect on the outside. The profiling of the inner surface 8 can either be spray-rough or subsequently roughened, and if necessary also provided with ribs or the like.
Die durch die Verwendung von Faserbeton ermöglichte geringe Dicke des erfindungsgemäßen Anodenelements ermöglicht in Verbindung mit der durch die Verwendung von Faserbeton gegenüber unbewehrtem Beton beträchtlich gesteigerten Festigkeit auch die Gestaltung räumlicher Elemente, wie in Fig. 2 angedeutet ist. Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus einem trogförmigen Element aus zwei Seitenteilen 11a und 11b sowie einem Bodenteil 11c, die jeweils in Kanten zusammenstoßen. Ein solches räumliches Element 11 kann einerseits dadurch erzeugt werden, dass ebene, plattenförmige Elemente entlang ihrer Längskanten zum Beispiel durch Kleben miteinander verbunden werden oder auch dadurch, dass ein noch frisches plattenförmiges Element in noch nicht erhärtetem Zustand um die Längskanten 12 gebogen wird.The small thickness of the anode element according to the invention made possible by the use of fiber-reinforced concrete, in conjunction with the considerably increased strength achieved by the use of fiber-reinforced concrete compared to unreinforced concrete, also enables the design of spatial elements, as indicated in Fig. 2. Fig. 2 shows a section of a trough-shaped element made up of two side parts 11a and 11b and a base part 11c, which each meet at edges. Such a spatial element 11 can be produced on the one hand by connecting flat, plate-shaped elements along their longitudinal edges, for example by gluing, or by bending a still fresh plate-shaped element in a not yet hardened state around the longitudinal edges 12.
Ein derart trogförmiges Element kann beispielsweise die Seiten- und Bodenflächen von Balken, Trägern oder Unterzügen aus Stahlbeton umgeben und nach Ausfüllen des Zwischenraums in der anhand Fig. 1 beschriebenen Weise diese vor Korrosion schützen, wenn die aus dem Bauteil herausgeführten Anschlusskabel 13 mit einer Gleichstromquelle verbunden werden.Such a trough-shaped element can, for example, surround the side and bottom surfaces of beams, supports or joists made of reinforced concrete and, after filling the gap in the manner described in Fig. 1, protect them from corrosion when the connecting cables 13 leading out of the component are connected to a direct current source.
Claims (10)
aufgerauht, ist.(8) of the component to achieve a better bond, e.g.
roughened, is.
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-
1999
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Cited By (2)
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| DE102017119134A1 (en) * | 2017-08-22 | 2019-02-28 | Drymat-Systeme GmbH | System and method for dehumidifying and / or draining masonry |
| DE102017119134B4 (en) * | 2017-08-22 | 2020-09-24 | Drymat-Systeme GmbH | System and method for dehumidifying and / or draining masonry |
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