DE3690002C1 - Korrosionsschutzverfahren für in einem Schutzmantel eingebettete Metallteile sowie Vorrichtung dazu - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Unterbin­ den der Korrosion von Metallteilen, die über ihren Längsverlauf in einen Schutzmantel eingebettet und unterschiedlichen pH-Werten ausgesetzt sind, mit einer am negativen und einer am positiven elektrischen Potential einer als aktive Korrosionsschutzanlage verwendeten Gleichspannungsquelle anliegenden Elektrode.

Es sind bereits elektrische Korrosionsschutzanlagen für in Schutzmäntel eingebettete Metallteile bzw. Konstruktionsteile gemäß Ing. Taschenbuch Hütte 28. Auflage, IV, B, Seite 1482 bis 1487 bekannt. Bei diesem Verfahren, wird der Minuspol einer Gleichstromquelle mit einer im Erdboden verlegten Rohrleitung verbunden. Im Abstand von der Rohrleitung werden im Erdboden sogenannte Schutzanoden, beispielsweise Eisenschutzanoden mit Koksumhüllung, angeordnet, die mit dem Pluspol der Gleichstromquelle verbunden sind. Es konnte durch derartige Korrosionsschutzanlagen die Korrosion an Rohrleitungen verringert, jedoch in vielen Fällen nicht unterbunden werden.

Aus der GB-A-2 140 456, EP-A-0 085 582 und der EP-A-0 147 977 ist eine Korrosionsschutzanlage bekannt, die für Bauwerke wie Brücken und dgl. Verwendung finden kann. Um das Durchrosten der im Beton eingebetteten, metallischen Verstärkungen zu verhindern, wird zwischen der Ober­ fläche des Betonkörpers, der einen Schutzmantel für die Bewehrungsstäbe bildet und den Bewehrungsstäben ein elektrisches Feld aufgebaut. Der Minuspol der zum Feldaufbau benutzten Gleichspannungsquelle wird an den metallischen Bewehrungsstäben angelegt. Zwischen der Oberfläche des Bauwerks und den Metallbewehrungen wird ein elektrisches Feld aufge­ baut, welches den durch Lokalelemente entstehenden elektrischen Feldern ein entsprechendes gegengerichtetes Feld überlagert. Dadurch, daß die me­ tallischen Bewehrungsstäbe am negativen Potential anliegen, kann sich zwischen distanzierten Bereichen derselben kein elektrisches Feld aufbauen, das zu einem Eisenabbau führen könnte. Nachteilig ist jedoch, daß die Feuchtigkeit im elektrischen Feld immer in Richtung des Minuspols strömt, also in den negativen Bereich des elektrischen Feldes, so kommt es bei einer derartigen Korrosionsschutzanlage zu einer Durchfeuchtung des Schutzmantels, also des Betons im Bereich der negativen geladenen metallischen Bewehrungsstäbe.

Aus der EP-A-0 100 845 ist eine Vorrichtung für die Entfeuchtung von Bauwerken und zugleich zum Schutz gegen aufsteigende Erdfeuchtigkeit bekannt. Bei dieser Entfeuchtungseinrichtung und den damit durchgeführten Verfahren werden an Bauwerkswänden Elektroden in Form von Netzgeflechten angeordnet und anschließend ein über dem Bodenniveau angeordnetes Netzgeflecht mit dem Pluspol und ein unter dem Bodenniveau ange­ ordnetes Netzgeflecht mit dem Minuspol einer Gleichspannungsquelle verbunden. In dem damit aufzubauenden elektrischen Feld kommt es zu einem Feuchtigkeitstransport in Richtung des Minuspols und damit zu einer Ableitung der im Mauerwerk vorhandenen Feuchtigkeit in den Boden bzw. bildet das Feld eine Barriere gegen das Aufsteigen der Bodenfeuchtigkeit.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in Schutzmäntel eingebettete Metallteile vor Korrosion, insbesondere durch Konzentrations­ elemente, also galvanische Elemente mit Elektroden aus gleichartigen Metallen in verschiedenartigen Elektrolyten, zu schützen.

Diese Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß die am positiven Potential anliegende Elektrode über eine große Fläche mit der Oberfläche des die Metallteile umhüllenden Schutzmantels kontaktiert wird und der am negativen Potential anliegende Ausgang der Gleichspannungsquelle ge­ erdet wird. Bevorzugt wird der am negativen Potential anliegende Ausgang der Gleichspannungsquelle mit den Metallteilen verbunden.

Der überraschende Vorteil dieser Lösung liegt darin, daß durch die Anordnung der am positiven Potential anliegenden Elektrode (Anode) ein genau definiertes elektrisches Feld zwischen den im Schutzmantel bzw. Bauwerk eingebetteten Metallteilen und der Oberfläche des Schutzmantels bzw. des Bauwerkes gebildet wird. Dazu kommt, daß durch die Ausdehnung der am positiven Potential anliegenden Elektrode über eine größere Oberfläche des Schutzmantels bzw. des Bauwer­ kes ein intensiver großflächiger Feldaufbau erreicht wird, dessen ihm zugrundeliegende Kennwerte ziemlich genau erfaßbar sind, da das Material, die Zusammensetzung, die Leitfähigkeit bzw. der spezifische Widerstand des Materials des Schutzmantels bzw. des Bauwerkes und die Distanz zwischen der am positiven Potential anliegenden Elektrode und den Metallteilen meist genau bekannt ist. Ein weiterer überrschender Vorteil dieser erfindungsgemäßen Lösung liegt noch darin, daß die Kationen der Salze, wie Chloride, zur Anode wandern und durch Ausblühungen im Bereich der Anode ausgeschieden werden. Dadurch können diese im Bereich der Metallteile den Korrosionsvorgang nicht mehr nachträglich beeinflussen. Durch das intensive elektrische Feld, das zwischen der am positiven Potential anliegende Elektrode und den Metallteilen gebildet wird, können Konzentrationselemente aufgrund ihrer geringeren Ströme keine galvanischen Elemente bilden und die Korrosion durch derartige Konzentrationselemente ist damit unterbunden. Darüberhinaus liegt ein überraschender Vorteil darin, wenn das negative Potential bzw. die am negativen Potential anliegende Elektrode, nämlich Kathode, im Fundamentbereich - bei Brücken bevorzugt im Bereich der Fundamentpunkte der Auflager - angeordnet wird. Dadurch kommt es zu einem großflächigen Feldaufbau zwischen der am positiven Potential anliegenden Anode und dem die Fundamente aufnehmenden Erdboden, wodurch entsprechend den elektroosmotischen Grundgesetzen ein Transport der Wassermoleküle und somit ein Feuchtigkeitstransport in Richtung des im Bereich der Fundamente angeordneten Erdbodens erfolgt. Damit kann auch das durch das strömende Wasser und dem dadurch gebildeten Strömungsstrom aufgebaute elektrische Feld, welches beispielsweise im Mittelbereich einer Brücke ein negatives Poten­ tial aufbaut, durch den Schutzstrom überlagert und somit wirkungslos gemacht werden, wodurch gleichzeitig auch das Hochsteigen von Feuchtigkeit und Flüssigkeit aus dem Fundamentbereich in den Mittelbereich derartiger Bauwerke verhindert bzw. diese Bewegung umgekehrt wird. Damit können aber auch die Bauwerksteile trocken gehalten werden und es ist somit im Bauwerk weniger Elektrolyt vorhanden, wodurch die Korrosionsgefahr noch zusätzlich vermindert wird.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß auf die Oberfläche der Schutzumhüllung eine Schicht eines leitfähigen, insbesondere klebefähigen Kunststoffes, aufgebracht wird, der eine Porengröße aufweist, die eine Wasserdampfdiffusion ermöglicht. Bevorzugt wird auf die Schicht eine durchbrochene oder netzförmige Elektrode aufgelegt und diese mit einer weiteren Schicht eines leitfähigen Kunststoffes überstrichen wird, wobei die Schichten im Bereich der Durchbrüche oder Netz­ öffnungen der Elektrode miteinander und mit der Elektrode verbunden werden. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Elektrode wird ein intensiver und gleichmäßig verteilter Stromfluß über die gesamte Fläche erreicht, so daß auch beim Verwenden höherer Korrosionsschutz­ spannungen eine Elektrolyse des in der Schutzumhüllung bzw. dem Bauwerk enthaltenen Wassers und somit das Entstehen von aggressiven Stoffen oder Verbindungen verhindert sowie trotzdem ein relativ starkes elektrisches Feld aufgebaut werden kann.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, daß die am positiven Potential anliegende Elektrode am Brückentragwerk auf die vom Fahrbahnbelag abgewendete Oberfläche der Schutzumhüllung aufgebracht wird, wobei bei Stahlbetonbrücken die Elektrode mittig zwischen zwei Auflagerpunkten angeordnet wird und das negative Potential an Erde angelegt wird, bevorzugt im Bereich der Fundamente und/oder Auflagerstellen und gegebenenfalls an die Metallteile. Durch diese Anordnung der Elektrode weisen insbesondere die im Schutzmantel enthaltenen Metallteile ausschließlich negatives Potential auf, wobei durch die in Richtung der Kathode wandernden Kationen der Schutzmantel der Metallteile aufrecht erhalten und eine Korrosion vermieden wird. Dadurch wird auch der Feldaufbau durch den Strömungsstrom des Wassers, welchen das aufgedrückte elektrische Feld zwischen der am positiven Potential anliegenden Elektrode und der am negativen Potential anliegenden, im Bereich der Fundamente angeordneten Elektrode entgegenwirkt, aufgehoben. Damit ist es möglich, die Stahlbetonteile, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden, trocken zu halten, wodurch insbesondere Einbauten in derartigen Stahlbeton, wie Kammern zum Aufbewahren entsprechender Vorräte, ebenfalls trocken bleiben.

Die Erfindung umfaßt auch eine Vorrichtung zum Unterbinden der Korrosion von Metallteilen, die über ihren Längsverlauf in einen Schutzmantel eingebettet und unterschiedlichen pH-Werten ausgesetzt sind, mit einer Gleichspannungsquelle und einer jeweils am positiven und negativen elektrischen Potential dieser Gleichspannungsquelle anliegenden Elektrode zur Durchführung des Verfahrens, nach Anspruch 3.

Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode durch eine Schicht aus leitendem Kunststoff gebildet ist und diese leitende Schicht auf einen Teil des Schutzmantels aufge­ bracht und mit dem am positiven Potential der Gleichspannungsquelle anliegenden Ausgang verbunden ist. Durch die Verwendung einer großflächigen Kunststoffschicht als Elektrode zum Aufbau eines Feldes zwischen dieser und den im Schutzmantel enthaltenen Metallteilen ist die Elektrode gegenüber im Schutzmantel vorkommenden Schwingungen unempfindlich und es wird über die gesamte Fläche ein einheitliches Feld aufgebaut. Gleichzeitig ist es durch diese Kunststoffschicht möglich, daß die in Richtung Anode wandernden Anionen, wie beispielsweise Salze, durch Ausblühen an der Elektrode aus dem Schutzmantel entfernt werden und somit weder den Schutzmantel noch die Metallteile nachteilig beeinflussen können.

Erfindungsgemäß ist es weiters auch möglich, daß die am positiven Potential anliegende Elektrode einen in die leitende Schicht eingebetteten, mit Durchbrüchen versehenen Flächenleiter, z. B. ein Netz aufweist, wodurch zwischen den Dehnungen des Bauwerkes und einer Elektrode eine zuverlässige Übertragung der Spannungen und ein Stromübergang erzielt wird, um einen einwandfreien Feldaufbau zu ermöglichen. Durch die Durchbrüche im Flächenleiter wird eine satte Anlage und gute Kontaktierung der Elektrode mit dem Schutzmantel erreicht.

Weiters ist es auch möglich, daß der mit Durchbrüchen versehene Flächenleiter als Sandwichelement aufgebaut ist, welches zwischen zwei Isolationsschichten eine leitende Folie aufweist und die leitende Folie im Bereich der Durchbrüche mit dem Innenraum der Durchbrüche direkt verbunden ist. Dadurch wird gegen mechanische Beanspruchung ein sehr widerstandsfähiger Flächenleiter gebildet, der über die vielen Verbindungsstellen im Bereich der Durchbrüche des Flächenleiters eine Kontaktierung der leitenden Kunststoffschicht und somit der Oberfläche des Schutzmantels ermöglicht.

Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die am positiven Potential anliegende Elektrode bei einem sich zwischen zwei mit dem Erdboden verbundenen Widerlagern erstreckenden Bauwerk etwa mittig zwischen Auflagerpunkten und die am negativen Potential anliegende Elektrode im Bereich der Fundamente angeordnet und/oder geerdet ist, wodurch erreicht wird, daß sich von der Mitte in Richtung der Auflager bzw. des Erdbodens nach beiden Seiten ein gleich starkes elektrisches Feld aufbaut und somit sichergestellt ist, daß das das Bauwerk überdeckende elektrische Feld eine Feuchtigkeits- oder Flüssigkeitsbewegung in Richtung der Fundamente bewirkt, wobei gleichzeitig die Metallteile in jedem Fall negatives Potential (Kathode) aufweisen.

Von Vorteil ist es aber auch, wenn die mit dem positiven Potential verbundene Elektrode bei einem auf einem zentralen Fundament abgestützten und sich von diesem senkrecht zur Erdoberfläche nach oben erstreckenden Bauwerk im Bereich des oberen vom Erdboden abgewendeten Endes angeordnet ist, da in diesem Fall der Feuchtigkeitsbewegung im Schutzmantel eine eindeutige Richtung aufgeprägt wird und eine unerwünschte Durchfeuchtung desselben angehalten wird.

Weiters ist es erfindungsgemäß auch möglich, daß die mit dem positiven Potential verbundene Elektrode bei einer Staumauer auf der vom aufgestauten Wasser abgewandten Seite bis zur Höhe des Maximalfüllstandes angeordnet ist. Durch die Anordnung der Elektrode in der erfindungsgemäßen Lage wird sichergestellt, daß die Oberflächen der Staumauern, die nicht mit dem Wasser in Berührung stehen, zumindest bis in den Be­ reich des Taupunktes innerhalb der Staumauer eine geringe Feuchtigkeit aufweisen udn es werden dadurch Frostaufbrüche in der Oberfläche der Staumauer verhindert.

Schließlich ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, daß die Isolationsschichten und die Stirnseiten der Durchbrüche der als Sandwichelement ausgebildeten flächenförmigen Elektrode mit einem elektrisch leitenden Kunststoff beschichtet sind und diese über den elektrisch leitenden Kunststoff mit dem Bauwerk bzw. dem Schutzmantel verbunden und die Stirnseiten der leitenden Folie im Bereich der Durchbrüche mit dem am Bauwerk bzw. dem Schutzmantel aufgebrachten elektrisch leitenden Kunststoff kontaktiert sind. Der Vorteil dieser Lösung liegt darin, daß ein mechanisch widerstandsfähiges Element mit einer Vielzahl von Kontaktierungspunkten durch das Aufbringen einer zusätzlichen elastischen leitenden Kunststoffschicht über die gesamte Oberfläche leitend ausgebildet wird und dadurch die Spannungs­ unterschiede in der Spannungsreihe chemischer Elemente nur geringfügig unterschiedlich sind, so daß es zwischen den einzelnen Schichten der Folie bzw. der Elektrode und dem Schutzmantel zu keinen Korrosionserscheinungen kommen kann.

Von besonderem Vorteil ist es auch, wenn die Materialien der einzelnen Schichten des Sandwichelementes sowie der leitenden Schichten aus Kunststoff einen geringeren Potentialabstand in der elektrochemischen Spannungsreihe der Metalle aufweisen und vor­ zugsweise die leitende Schicht des Sandwichelements durch Aluminium und die Kunststoffschichten aus einem im wesentlichen ionenfreien mit Kohlenstoff und/oder Graphit versetzten Duroplast, z. B. mit makromolekularem Aufbau, gebildet ist. Der überraschende Vorteil der Verwendung derartig ausgebildeter Elektroden bzw. Schichten aus Kunststoff liegt darin, daß der Aufbau von elektrochemischen bzw. galvanischen Elementen zwischen den einzelnen Schichten der Elektrode ausgeschaltet und somit die Standzeit der Elektroden erhöht werden kann.

Weiter ist es auch möglich, daß der Kunststoff der leitenden Schicht im wesentlichen ionenfrei ist und vorzugsweise in Art eines Styroplastes mit einem makromolekularen Aufbau, z. B. einem Acrylat mit mindestens zum Teil vernetzten Polymeren ausgebildet ist, wodurch das Kunststoffmaterial auch bei der Verwendung als Elektrode nicht altert, da die Kunststoffstruktur durch die Ionenwanderung nicht beeinflußt oder zerstört wird.

Nach einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, daß der leitende Kunststoff Kunstharzlösungen oder Kunstharze mit Metall- oder Halbmetallverbindungen oder deren Lösungen in einer Menge versetzt enthält, so daß auf ein Kunstharzmolekül annähernd ein Metall- oder Halbmetallatom kommt und er nach dem Mischen unter Zugabe von Reduktionsmittel in geringem Überschuß oder durch an sich bekannte thermische Zersetzung Metall- oder Halbmetallatome enthält und bei dem gebildete oder noch vorhandene Ionen ausgewaschen und die Dispersionen, Lösungen oder Granulate mit Graphit oder Ruß versetzt weiter verarbeitet sind, wobei vorzugsweise dem leitenden Kunststoff Graphitpulver zugesetzt ist, wodurch ein Halbleitermaterial gebildet ist, welches gegenüber den äußeren Umwelteinflüssen widerstandsfähig und zum Aufbau eines großflächigen elektrischen Feldes gut geeignet ist.

Schließlich ist es auch möglich, daß der Kunststoff wasserab­ weisend ist und Poren mit einer Porengröße aufweist, die den Durchtritt von Wasserdampf durch die Schicht ermöglichen, wodurch auch bei geschlossenen großflächigen Beschichtungen mit dem leitenden Kunststoff als Elektrode eine Wasserdampfdiffusion und somit ein Ausblühen von Salzen möglich ist und eine einwandfreie Haftung zwischen der Elektrode und der Oberfäche des Schutzmantels über lange Zeit aufrecht erhalten werden kann.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese im folgenden anhand den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert:

Es zeigt

Fig. 1 eine Brücke in Seitenansicht, bei der die durch die Bewehrung gebildeten Metallteile in einem aus Beton gebildeten Schutzmantel angeordnet sind sowie die diesen zugeordnete erfindungsgemäße Vorrichtung zum Unterbinden der Korrosion der Bewehrung in vereinfachter schematischer Darstellung;

Fig. 2 die Brücke in Stirnansicht geschnitten gemäß den Linien II-II in Fig. 1;

Fig. 3 einen Teil eines Schutzmantels mit darin angeordneten Metallteilen im Bereich einer auf dessen Oberfläche aufgebrachten Elektrode in schaubildlicher Darstellung teilweise geschnitten;

Fig. 4 einen Schnitt durch den Schutzmantel mit der darauf angeordneten Elektrode gemäß den Linien IV-IV in Fig. 3;

Fig. 5 einen Schutzmantel mit darin angeordneten Metallteilen und einer anderen Ausführungsform einer Elektrode ebenfalls in schaubildlicher Darstellung teilweise geschnitten;

Fig. 6 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Unterbinden der Korrosion von metallischen Bauteilen an einer Staumauer in vereinfachter schematischer Darstellung.

In Fig. 1 ist eine Brücke 1 dargestellt, die aus einer Spannbe­ tonkonstruktion besteht. Der Beton 2 bildet einen Schutzmantel 3 für die im Beton enthaltenen, durch Metallteile 4 gebildete Bewehrungen 5. Zum Schutz der Metallteile 4 vor Korrosion durch in verschiedenen Längsbereichen derselben ablaufende anodische und kathodische Teilreaktionen aufgrund von galvanischen Elementen, die sich zwischen anodischen und kathodischen Bereichen der Metallteile in dem als Elektrolyt dienenden feuchten Beton, ist eine Vorrichtung 6 vorgesehen. Die Vorrichtung 6 zum Unter­ binden der Korrosion und der Metallteile umfaßt eine Gleich­ spannungsquelle 7, deren positives Potential an einem Ausgang 8 und deren negatives Potential an einem Ausgang 9 anliegt. Der Ausgang 8 ist mit einer im wesentlichen mittig zwischen Auf­ lagerpunkten 10 der Brücke 1 angeordneten Elektrode 11 verbunden. Der mit dem Minuspotential der Gleichspannungsquelle verbundene Ausgang 9 ist geerdet bzw. über eine Leitung 12 mit der Bewehrung 5 bzw. einem Metallteil 4 derselben kontaktiert.

Wie besser aus Fig. 2 ersichtlich, ist auf einer Oberfläche 13 der Brücke 1, insbesondere auf einer einer Fahrbahn 14 gegen­ überliegenden Unterseite bzw. den Seitenwänden des Tragkörpers der Brücke eine als Anode dienende Elektrode 11 angeordnet. Diese Elektrode 11 besteht aus einer Schicht 15 eines leit­ fähigen Kunststoffes 16, beispielsweise einem ionenfreien Duroplast mit makromolekularem Aufbau, welcher zur Erhöhung der Leitfähigkeit mit Graphit versetzt ist. Derartige leitfähige Kunststoffe sind beispielsweise aus der AT-PS 313 588 eines der beiden Anmelder bekannt. Der wesentliche Vorteil bei der Verwendung derartiger leitender Kunststoffe für die leitende Schicht 15 liegt darin, daß sie auch bei Einwirkung von elektrischen Strömen eine hohe Alterungsbeständigkeit besitzen. Vor allem bei Feuchtigkeitseinwirkung kann keine Ionenleitung eintreten und es wird somit eine Zerstörung des Kunststoffes verhindert.

Wie weiters aus Fig. 2 zu ersehen ist, sind die die Bewehrung 5 bildenden Metallteile 4 in den Beton 2 eingebettet. Beim Abbinden und Erhärten des Portlandzements entsteht Kaliumhydroxid, Ca(OH₂) und es bildet sich im Porenwasser des Betons eine stark alkalische Lösung mit pH-Werten die größer als 12,5 sind. In dieser Umgebung sind Metallteile, insbesondere aus Stahl, durch eine dünne oxidische Deckschicht (Massivschicht) vor Korrosion geschützt. Der Beton 2 bildet einen Schutzmantel 3, also einen sekundären mechanischen Schutz gegen Verletzungen dieser Massivschicht und verhindert gleichzeitig auch - zumindest bei dichtem Beton - das Eindringen von aggressiven Stoffen bis zur Bewehrung 5.

Kommt es jetzt beispielsweise durch Carbonisierung des Betons, u. a. durch die Einwirkung von Kohlendioxid aus der Luft, so sinkt der pH-Wert im Bereich der Bewehrung 5. Dringen durch die carbonisierte Oberfläche zusätzlich aggressive Stoffe, wie beispielsweise Chloride durch die Salzstreuung, ein, so wird die oxidische Deckschicht des Stahls aufgelöst und es kommt zwischen jenen Bereichen in der Bewehrung 5 bzw. der Metallteile 4, in welchen diese oxidische Deckschicht aufgelöst ist und jenen, wo die oxidische Deckschicht aufgrund der stark alkalischen Lösung einen noch hohen pH-Wert aufweist, zur Bildung eines galvanischen Elementes, wobei die Feuchtigkeit im Beton den Elektrolyten bildet.

Diese Korrosion des Armierungsstahls durch das galvanische Element erfolgt durch eine getrennte Oxidation im Bereich der unbeschädigten im alkalischen Bereich liegenden Metallteile und einer Reduktion im Bereich jener Teile der Metallteile, in welchen die oxidische Deckschicht durch die Einwirkung von außen zerstört ist.

Dadurch, daß nun mit der Vorrichtung 6 zum Unterbinden der Korrosion die Oberfläche des Schutzmantels 3 positiv bzw. die gesamten übrigen Bereiche demgegenüber negativ gehalten werden, kann sich nunmehr auch aufgrund des elektrischen Feldes zwischen der am positiven Potential der Gleichspannungsquelle anliegenden Anode und der am negativen Potential anliegenden Bewehrung 5 kein Oxidationsvorgang eingestellten und somit kommt es zu einer Neutralisierung der galvanischen Elemente, da die Metallteile jeweils eindeutig am negativen Potential anliegen und zwischen unterschiedlichen Bereichen dieser Metalle daher keine Potentialdifferenz mehr entstehen kann. Diese Art der galvanischen Elemente aus gleichartigen Metallen in verschiedenen Elektrolyten - die an sich durch den gleichen Elektrolyten, nämlich Feuchtigkeit im Beton, jedoch mit unterschiedlichem pH-Wert gebildet werden - entstehen nicht durch die Potential­ differenz verschiedener Metalle nach der Spannungsreihe, sondern durch heterogene Zusammensetzung der Elektrolyten, im wesentlichen infolge von Konzentrationsunterschieden, die eben bei gleichartigen Elektrolyten auftreten können. Diese Elemente werden üblicherweise als Konzentrationselemente bezeichnet. Durch das Aufbringen eines gerichteten elektrischen Feldes mit genau definierten positiven und negativen Potentialen wird der Korrosionsstrom, der durch galvanische Elemente entsteht, über­ lagert und dadurch wirkungslos bzw. kompensiert. Das durch die Vorrichtung 6 zum Unterbinden der Korrosion aufgebaute Feld bzw. die in diesem Feld fließenden Ströme sollen meist höher sein, als die durch die Konzentrationselemente entstehenden Korrosionsströme. Der im elektrischen Feld 17 - welches schematisch durch Feldlinien 18 angedeutet ist - fließende Strom - der auch als Schutzstrom bezeichnet wird - ist im vorliegenden Fall relativ gering, da bei einer großen Leitfähigkeit des durch die Feuchtigkeit im Beton gebildeten Elektrolyten eine kathodisch kontrollierte Korrosion vorliegt. Durch den geringen Elektrolytwiderstand ergibt sich damit ein Schutzstrombedarf, der nur in etwa gleich dem Korrosionsstrom der bei nicht vor­ handenem elektrischem Feld wirkenden galvanischen Elemente sein kann.

Ein weiterer Vorteil, der durch den Aufbau eines gerichteten elektrischen Feldes erzielt wird, liegt darin, daß die negativen Ionen der eindringenden Chloride bzw. Salze durch das elektrische Feld in Richtung der am positiven Potential anliegenden Elektrode 11, also der Anode, wandern und dort ausblühen. Um diesen negativen Chloridionen ein Ausblühen zu ermöglichen und um zu verhindern, daß durch dieses Ausblühen der Salze die Elektrode 11 vom Schutzmantel 3 abgesprengt wird, weist der leitfähige Kunststoff 16 Poren auf, deren Porengröße ausreicht, um eine Wasserdampfdiffusion und damit ein Ausblühen der negativen Ionen, also der Salze, zu ermöglichen. Dabei handelt es sich um die Anionen und Hydroxidionen, wie z. B. Cl^-, NO₃-, PO₄³^-, SO₄²^-, HCO₃-, COO^-, OH^- sowie CH₃-. Die Kationen, also die positiven Metallionen, wie z. B. K⁺, Na⁺, Ca²⁺ wandern dagegen zu den negativ geladenen Metallteilen bzw. zu der am negativen Potential anliegenden Elektrode im Bereich der Fundamente bzw. des die Fundamente umgebenden Erdbodens. Diese Bewegung der Flüssigkeit beruht darauf, daß im allgemeinen an der Berührungsfläche zweier verschiedener Substanzen ein elektrischer Potentialsprung auftritt. Es treten Elektronen von einem Medium ins andere über. Dies erklärt sich aus der verschiedenen elektrischen Anziehungskraft der Atome auf die Elektronen. Nach dem Coehnschen Ladungsgesetz lädt sich der Körper mit der kleineren Dielektrizitätskonstante negativ auf. Die Folge ist die Bildung einer Ionenschicht an der einen Grenzfläche, der ein entgegengesetzt gleich großer Ladungsüberschuß im anderen Stoff gegenüberliegt. Nach außen bleibt dieses elektrische Phänomen aber neutral, da sich die beiden Ionen­ schichten in ihrer Wirkung aufheben. Im konkreten Fall des feuchten Bodens hat man eine positive Ionenschicht in den Wasser­ partikeln und einen Anionenüberschuß an den Bodenkornober­ flächen.

Die Bodenpartikel kann man als festgehalten ansehen, während die Wassermoleküle sich frei bewegen können. Legt man im was­ sererfüllten Erdreich ein äußeres elektrisches Feld an, so verschieben sich die positiven Ladungsträger des Wassers entlang der Feldlinien und wandern zur Kathode. Das bedeutet einen elektrischen Strom und gleichzeitig eine Flüssigkeitsströmung. Durch das aufgebaute elektrische Feld wird der vorstehend beschriebene Effekt dazu benutzt, um die Feuchtigkeit bzw. Flüssigkeit aus dem Stahlbetonbau in den Erdboden bzw. Fundament abzuführen. Dadurch kann das Bauwerk neben dem erzielten Korrosionsschutz für die Bewehrungsteile auch trocken gehalten werden. Die Feldeinrichtung im elektrischen Feld verhindert dabei nämlich auch die Bildung von Lokalelementen zwischen dem Elektrolyt und den Bewehrungselementen, da die Differenzspannung zwischen den Bewehrungsmaterialien und der am negativen Potential anliegenden Elektrode nicht ausreicht, um eine Korrosion an den Bewehrungselementen entstehen zu lassen.

Wie weiters in Fig. 1 angedeutet, kann das elektrische Feld durch Verwendung einer Gleichspannungsquelle 7 aufgebaut werden. Anstelle eines Netzgerätes, mit dem von einer Hochspan­ nungsversorgung die entsprechende Niederspannung erzeugt wird, ist es auch möglich, Sonnenkollektoren oder Magnesiumanoden zu verwenden, um die Elektrode 11 an positives Potential anzulegen, so daß diese als Anode wirkt.

In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform einer Elektrode 19, die am positiven Potential einer Gleichspannungsquelle 7 anliegt, dargestellt. Diese besteht aus einer auf die Oberfläche 13 eines Schutzmantels 3 aufgebrachten Schicht 20 und aus einem elektrisch leitenden Kunststoff 21. Auf diese Schicht 20 wird ein Flächenleiter 22 aufgebracht, der als Sandwichelement aufgebaut ist und eine leitende Folie 23 umfaßt, die zwischen zwei Isolationsschichten 24 angeordnet ist. In dem Flächenleiter 22 sind Durchbrüche 25 vorgesehen, in welchen die leitende Folie 23 mit dem Innenraum der Durchbrüche direkt verbunden ist, d. h., also durch die Isolationsschichten 24 nicht abgedeckt wird.

Der Flächenleiter 22 wird dann seinerseits mit einer weiteren Schicht 26 eines elektrisch leitenden Kunststoffes 21 - wobei es sich bei diesem um denselben leitenden Kunststoff wie bei der Schicht 20 handeln kann - abgedeckt, wobei auch die Stirnseiten der Durchbrüche 25 mit dem Kunststoff 21 abgedeckt und der Kunststoff 21 der Schicht 26 mit dem der Schicht 20 kontaktiert wird. Damit wird über eine Vielzahl von Kontaktierungs­ punkten der elektrisch leitende Kunststoff 21 mit dem positiven Potential der Gleichspannungsquelle 7 verbunden und es entsteht eine großflächige Elektrode, die auch bei Schwingungen bzw. Unterbrechungen von einzelnen Leitungsverbindungen eine flächenhafte Spannungsversorgung und somit das Auftreten von Strom- und Spannungsspitzen im Bereich der Elektrode bzw. des durch die Elektrode aufgebauten elektrischen Feldes 17, welches wieder durch Feldlinien 18 schematisch angedeutet ist, vermeidet.

In Fig. 4 ist anhand des Schnittes durch die Elektrode 19 in Fig. 3 die Abdeckung der Stirnseiten der Durchbrüche 25 durch den elektrisch leitenden Kunststoff 21 der Schicht 26 besser ersichtlich. Durch diese Schicht 26 erfolgt auch die Kontaktierung bzw. Spannungs- und Stromeinspeisung an die Schicht 20.

In Fig. 5 ist eine andere Ausführungsvariante einer Elektrode 27 gezeigt, die ebenfalls auf eine Oberfläche 13 eines Schutzmantels 3 eines Baukörpers aufgebracht ist. Bei dieser Ausfüh­ rungsform wird der Flächenleiter 22 zur Spannungs- bzw. Strom­ einspeisung in eine auf der Oberfläche 13 aufgebrachten Schicht 28 aus leitendem Kunststoff durch ein Netz 29 aus elektrisch leitenden Materialien gebildet. Dieses Netz kann beispielsweise aus Kunststoff bzw. Kohle- oder Metallfasern gebildet sein, deren Spannungsabstand in der elektrochemischen Spannungsreihe zum Kohlenstoff des diesen umgebenden Kunststoffes gering ist.

Zweckmäßig ist es hierbei möglich, das in der EP-OS 100 845 eines der beiden Anmelder beschriebene Verstärkungs- bzw. Tragelement als Elektrode zu verwenden. Dieses Netz 29 wird in die Schicht 28 aus elektrisch leitendem Kunststoff eingebettet bzw. wird, wie dies anhand der Fig. 3 und 4 beschrieben, eine weitere Schicht 26 aus elektrisch leitendem Kunststoff aufgebracht, um eine ausreichende Kontaktierung zwischen der Oberfläche des leitend ausgebildeten Netzes 29 und der auf der Oberfläche 13 des Schutzmantels 3 angeordneten leitenden Schicht 28 zu erzielen.

Selbstverständlich ist es im Rahmen der Erfindung möglich, an einem Schutzmantel eines Bauwerkes, beispielsweise einer Brücke mehrere solche Elektroden, die an das positive Potential einer Gleichspannungsquelle angeschlossen sind, zu verwenden. So ist es vorteilhaft, die Elektrode 11, 19 und 27 im vom Fundament am weitesten entfernten Bereich eines Bauwerkes anzuordnen, um so­ mit ein gegen das Fundament gerichtetes klar definiertes elektrisches Feld zu erhalten, in dem das negative Potential im Be­ reich des Erdbodens liegt.

In Fig. 6 ist eine Staumauer 30 gezeigt, die zum Aufstauen von Wasser 31 dient. Auf einer vom Wasser 31 abgewendeten Ober­ fläche 32 der Staumauer ist eine erfindungsgemäße Elektrode 33 angeordnet, die am positiven Potential einer Gleichspannungsquelle 7 angeschlossen ist und als Anode dient. Das negative Potential der Gleichspannungsquelle 7 wird geerdet, so daß Metallteile 34, die die Bewehrung der Staumauer 30 bilden, negatives Potential annehmen.

Darüberhinaus wandert die Feuchtigkeit in Richtung der negativ geladenen Bereiche, also der mit dem Wasser 31 besetzten Oberfläche der Staumauer 30, so daß in der Staumauer 30 eine durch Schraffur ersichtlich gemachte Zone 35 geschaffen wird, die durch die Wirkung des elektrischen Feldes trocken gehalten ist, so daß insbesondere bei Umgebungstemperaturen im Bereich der Staumauer 30 die unterhalb dem Gefrierpunkt liegen, Frostschäden in der Oberfläche 32 der Staumauer 30 verhindert sind. Durch das elektrische Feld, welches mittels der Elektrode 33 gebildet wird, wird somit ein Korrosionsschutz und gleichzeitig ein Oberflächenschutz derartiger Staumauern 30 erzielt.

Claims (13)

1. Verfahren zum Unterbinden der Korrosion von Metallbewehrungen in Stahl­ betonbrücken und Staumauern, die über ihren Längsverlauf in einen Schutzmantel eingebettet und unterschiedlichen pH-Werten ausgesetzt sind, mit jeweils einer am negativen und einer am positiven elektrischen Potential einer als aktive Korrosionsschutzanlage verwendeten Gleichspannungsquelle anliegenden Elektrode, bei dem die am positiven Potential anliegende Elektrode über eine große Fläche mit der Oberfläche des die Metallteile umhüllenden Schutzmantels kontaktiert wird, wozu auf die Oberfläche des Schutzmantels eine Schicht eines leitfähigen, insbesondere klebefähigen Kunststoffes, aufgebracht wird, der eine Porengröße aufweist, die eine Wasserdampfdiffusion ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß die am positiven Potential anliegende Elektrode am Brückentragwerk auf die vom Fahrbahnbelag abgewendete Oberfläche der Schutzumhüllung aufgebracht wird, wobei die Elektrode mittig zwischen zwei Auflagerpunkten der Stahlbetonbrücke angeordnet und der am negativen Potential anliegende Ausgang der Gleichspannungsquelle geerdet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der am negativen Potential anliegende Ausgang der Gleichspannungsquelle mit den Metallteilen verbunden wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrtens nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die am positiven Potential anliegende Elektrode am Brückentragwerk auf die vom Fahrbahnbelag abgewendete Oberfläche mittig zwischen zwei Auflagerpunkten der Stahlbetonbrücke angeordnet und der am negativen Potential anliegende Ausgang (9) über eine Elektrode mit einem den Schutzmantel (3) abstützenden und/oder aufnehmenden Erdboden verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die am positiven Potential anliegende Elektrode (11, 19, 27, 33) einen in die leitende Schicht (15, 20, 28) eingebetteten, mit Durchbrüchen versehenen Flächenleiter (22), z. B. ein Netz (29) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Durchbrüchen versehene Flächenleiter (22) als Sandwichelement aufgebaut ist, welches zwischen zwei Isolationsschichten (24) eine leitende Folie (23) aufweist und die leitende Folie (23) im Bereich der Durchbrüche (25) mit dem Innenraum der Durchbrüche (25) direkt verbunden ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die am positiven Potential anliegende Elektrode (11, 19, 27, 33) bei einem sich zwischen zwei mit dem Erdboden verbundenen Widerlagern erstreckenden Bauwerk etwa mittig zwischen Auflagerpunkten (10) und die am negativen Potential anliegende Elektrode im Bereich der Fundamente angeordnet und/oder geerdet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem positiven Potential verbundene Elektrode (11, 19, 27, 33) bei einem auf einem zentralen Fundament abgestützten und sich von diesem senkrecht zur Erdoberfläche nach oben erstreckenden Bauwerk im Bereich des oberen vom Erdboden abgewendeten Endes angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem positiven Potential verbundene Elektrode (33) bei einer Staumauer (30) auf der vom aufgestauten Wasser (31) abgewandten Seite bis zur Höhe des Maximalfüllstandes angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschichten (24) und die Stirnseiten der Durchbrüche (25) der als Sandwichelement ausgebildeten flächenförmigen Elektrode (19) mit einem elektrisch leitenden Kunststoff beschichtet sind und diese über den elektrisch leitenden Kunststoff mit dem Bauwerk bzw. dem Schutzmantel (3) verbunden und die Stirnseiten der leitenden Folie (23) im Bereich der Durchbrüche (25) mit dem am Bauwerk und/oder dem Schutzmantel (3) aufgebrachten elektrisch leitenden Kunststoff (21) kontaktiert sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialien der einzelnen Schichten des Sandwichelementes sowie der leitenden Schichten aus Kunststoff einen geringen Potentialabstand in der elektrochemischen Spannungsreihe der Metalle aufweisen und vorzugsweise die leitende Schicht des Sandwichelementes durch Aluminium und die Kunststoffschichten aus einem im wesentlichen ionenfreien mit Kohlenstoff und/oder Graphit versetzten Duroplast, z. B. mit makromole­ kularem Aufbau, gebildet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff der leitenden Schicht (15, 20, 28) im wesentlichen ionenfrei ist und vorzugsweise in Art eines Styroplastes mit einem makromolekularen Aufbau, z. B. einem Acrylat mit mindestens zum Teil vernetzten Polymeren ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der leitende Kunststoff (16, 21) Kunstharzlösungen oder Kunstharze mit Metall- oder Halbmetallverbindungen oder deren Lösungen in einer Menge versetzt enthält, so daß auf ein Kunstharzmolekül annähernd ein Metall- oder Halbmetallatom kommt und er nach dem Mischen unter Zugabe von Reduktionsmittel in geringem Über­ schuß oder durch an sich bekannte thermische Zersetzung Metall- oder Halbmetallatome enthält und bei dem gebildete oder noch vorhandene Ionen ausgewaschen und die Dispersionen, Lösungen oder Granulate mit Graphit oder Ruß versetzt weiter verarbeitet sind, wobei vorzugsweise dem leitenden Kunststoff Graphitpulver zugesetzt ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff (16, 21) wasserabweisend ist und Poren mit einer Porengröße aufweist, die den Durchtritt von Wasserdampf durch die Schicht (15, 20, 28) ermöglichen.