Schnelle Instandsetzung von Brücken mittels KKS-Sheets

Dipl.-Chem. Detlef Koch M.Sc.-Chem. Majid Mahjoori

19.06.2018

• Kathodischer Korrosionsschutz - Grundlagen• Konzeption und Entwicklung des KKS-Sheet-Baukastensystems• Entwicklung von Funktionsmustern mit Kontaktierung• Optimierungen und Vorbereitung von Feldversuchen

Kathodischen Korrosionsschutz im Stahlbetonbau

- Chloridinduzierten Korrosion

- Kathodischen Korrosionsschutz

Anforderungen des Anodensystems

• benötigte Schutzstromdichte zur Verfügung stellen • kathodischen Schutzstrom zu den zu schützenden Bauteilen transportieren• Umwandlung von elektronischem Strom zu ionischem Strom (Betonkontaktfläche)• Stromverteilung zur Stahlbewehrung

Anode

Medium

Beton

Stahlbewehrung

Leitfähigkeit durch Elektronen

Leitfähigkeit durch Ionen/Elektronen

Leitfähigkeit durch Ionen

Leitfähigkeit durch Elektronen

Ziele des Vorhabens

• Leicht verleg- und montierbare Bahnen, Platten, Paneelen (Sheets) für eine örtliche Brückensanierung mittels KKS

• Besonders geringe bis gar keine Ausfallzeiten sollen gewährleistet werden

• Vermeidung von Querschnittsabtrag

• Applizierbarkeit unter dynamischen Lasten

• Einrüsten soll weitestgehend vermieden werden

• Schwer zugängliche Bereiche sollen schützbar sein

• Je nach Schutzdauer/Lage individuell wirtschaftlich einsetzbar (verschiedene Module)

• Fernwartung und Diagnose möglich

Beispiel: Platten (gilt auch für Plattenbalken)

Anbringen hauptsächlich an Unterseite und Auskragung

Auch bei schwierigen Geometrie (z.B. Bögen) applizierbar!

Beispiel: Hohlkästen

Anwendung an Innen- und Außenbereichen

Beispiel: Widerlager

KKS - Sheets - Hauptbauteile

6

Kontaktmittelherstellung (I)

Kontaktmittel (Medium)- Entwicklung

Kontaktmittelherstellung (I)

Kontaktmittel- Platten - Herstellung

Kontaktmittelherstellung (I)

Kontaktmittel (I) - leitfähige elastische Platte

Kontaktmittelherstellung (II)

Kontaktmittel (Medium)- Entwicklung

Kontaktmittelherstellung (II)

Kontaktmittel - Herstellung

Kontaktmittelherstellung (II)

Kontaktmittel (II) - leitfähige Verklebung

Untersuchung des elektrischen Widerstandes

0 2 4 6 8

0 k

1000 k

2000 k

3000 k

4000 k

5000 k

6000 k

Zeit (Tage)

603-1

603-2

603-3

221-1

221-2

221-3

0 2 4 6 8

0 k

1000 k

2000 k

3000 k

4000 k

5000 k

6000 k

Zeit (Tage)

603-1

603-2

603-3

unsere Gummi 1

unsere Gummi 2

unsere Gummi 3

0 2 4 6 8

0 k

1000 k

2000 k

3000 k

4000 k

5000 k

6000 k

Zeit (Tage)

603-1

603-2

603-3

LFG 01

LFG 02

LFG 03

Die entwickelten Kontaktmittel auf PMMA- und Silikonbasis haben nach elektrischer Modifizierung bessere elektrische Widerstände als Einbettmörtel auf Zementbasis!

0 2 4 6 8

0 k

1000 k

2000 k

3000 k

4000 k

5000 k

6000 k

Zeit (Tage)

603-1

603-2

603-3

101-1

101-2

101-3

• Hinsichtlich der Untersuchung der elektrischen Eigenschaften des Gewebes wurde die Stromverteilung innerhalb der Gewebe bei verschiedenen Gewebetypen getestet.

• Die Stromverteilung auf das Gewebe ist vor allem von der Verbindung zwischen dem Anodenanschluss und der Gewebestruktur abhängig.

120 100 80 60 40

40

60

80

100

120

cm

cm

2,500E-04

0,001625

0,003000

0,004375

0,005750

0,007125

0,008500

0,009875

0,01125

Diagonale Messung(Volt)

120 100 80 60 40

0

20

40

60

80

100

120cm

cm

2,500E-04

0,001625

0,003000

0,004375

0,005750

0,007125

0,008500

0,009875

0,01125

Horizontale Messung(Volt)

Polarisationsversuche (IBAC)

Polarisationsversuche (IBAC)

Polarisationsversuche (IBAC)

0,00001

0,0001

0,001

0,01

0,1

1

10

100

1000

10000

-600 -100 400 900 1400

Str

om

dic

hte

[m

A/m

² C

arb

on]

kompensiertes Potential vs. MnO2 [mV]

Extern_1

Extern_2

Koch

Fazit:• KKS Sheets und Carbontextilien eignen sich als Anodenmaterial für den KKS• Die Frost-Tau- sowie Temperaturwechsel-Beanspruchung hat keinen negativen

Einfluss auf das Polarisationsverhalten

• Durchleitung des Schutzstrom durch elektrischen Verbund zwischen Einspeisepunkten

und Anodenmaterial ermöglicht

• Vermeidung der ungewollten Korrosionsbildung am Übergang auf die Kupferleitung

(Kontaktkorrosion) durch Isolation

- Applikationsverfahren leitfähige elastische Platten (Anodengewebe (a), elastische Platte als Kontaktmittel (b), Deckschicht (c).

- Applikationsverfahren leitfähige Beschichtung (Anodengewebe (a), eingebettetes Anodengewebe in Kontaktmittel (b), Sanierungsoberfläche (c).

- Druckaufbau auf dem gesamten applizierten Anodensystem auf der Sanierungsoberfläche.

- Zusammenhang zwischen Druckkraft und Stromverteilung.

0 100 200 300 400 500 600 700 800

0

200

400

600

800

1000

Druck

Strom

SN I - unsere Gummi (Zeit (Sek.))

Dru

ck (

N)

0,00000

0,00005

0,00010

0,00015

0,00020

0,00025

0,00030

0,00035

Str

om

(A

)

Auf der Decke

Auf den Bodenfläche

Bild (Innensicht eines Hohlkastens): Kathodischer Korrosionsschutz bei Wasserbauwerken aus Stahlbeton (Prof. Raupach, Dipl. Ing. Bruns- 2017)

Applikationsverfahren

Testflächen für Feldversuche

Testflächen für Feldversuche

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