Korrosionsschutz für Wasserbehälter aus Eisenbeton
Problematik
Die Bewehrungseisen im Innern von Wasserbehältern sind infolge von Konzentrationsunterschieden im pH-Wert zwischen den äusseren und den tiefer liegenden Zonen des Betons durch Korrosionselemente gefährdet.
Die Konzentrationsunterschiede können durch Makroelementströme oder durch den in Wasserbehältern typischen Auswascheffekt entstanden sein.
Elementströme verursachen in der Deckschicht des Mauerwerks einen Kalkabbau durch Ionenwanderung, dies führt zur Versandung und Aufweichung an den Oberflächen in den Reservoirkammern.
Zuerst werden an den Wand- und Bodenflächen Flecken sichtbar, diese sind wegen dem Kalkaustrag aufgeweicht.
Vor allem die Bewehrungseisen mit wenig Betonüberdeckung verlieren durch die partielle Reduktion der Alkalität an einzelnen Stellen den Passivierungsfilm und werden durch die negative Potentialverschiebung aktiv, also anodisch. Dies ist der Beginn des Korrosionsvorganges an den Bewehrungseisen.
Der Elementstrom verursacht an den aktiven Bewehrungseisen einen elektrolytischen Materialabtrag welcher in Form von Eisenionen (Fe2) in Lösung geht und sich als Korrosionsprodukt in der näheren Umgebung des Bewehrungseisens ablagert. Im Verlauf der Zeit wandern die Korrosionsprodukte zur Betonoberfläche und verursachen dort braunrote bis schwarze Flecken.
Im fortgeschrittenen Zustand wird dann der Beton abgesprengt wegen der Volumenvergrösserung der korrodierenden Bewehrungseisen.
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Fleckenbildung durch Kalkaustragung infolge von Makroelementströmen |
Rostfleck als Anzeichen für korrodierende Bewehrungseisen |
Diagnostik
Durch die Messung der Potentiale der Bewehrungseisen im Beton kann der Zustand der Eisenstäbe betreffend Korrosionsaktivität bestimmt werden. Die Aussagen betreffend Korrosionsschäden auf Grund der Potentialmessungen sind vor allem qualitativ, für eine quantitative Bestimmung sind lokale Sondagen notwendig.
Mit zusätzlichen Prüfverfahren werden die Betonüberdeckung der Bewehrungseisen und der Alkalitätsverlust im Beton festgestellt.
Weitere Prüfmethoden geben Aufschluss über den elektrischen Widerstand von verschiedenen Bewehrungsteilen untereinander, ein wichtiger Punkt ist auch das Erdungspotential des Bauwerks im Zusammenhang mit den Erdungspotentialen der elektrischen Anspeisung, der Steuerkabel und der Wasserleitungen welche das Reservoir erschliessen.
Schutzmassnahmen
Durch die Anwendung des kathodischen Schutzes wird jeder Korrosionsvorgang im Reservoir gestoppt, durch die gleichmässige Zufuhr von Schutzstrom werden alle Bewehrungseisen auf ein gleiches Potential gebracht.
Damit kann einerseits kein Stromaustritt mehr vom Bewehrungseisen in den Elektrolyten stattfinden, und die Alkalität im Bettungsbereich der Eisen wird durch die kathodische Polarisation wieder erhöht.
Der Schutzstrom muss möglichst gleichmässig auf die Wandflächen abgegeben werden können. Für eine gleichmässige Schutzstromverteilung werden pro Kammer mehrere vertikal angeordnete Anoden benötigt welche jede einzeln potentiostatisch reguliert werden kann.
Die von PETROPLAN AG hergestellten Anoden sind aus Titan mit einer Aktivbeschichtung aus Metalloxyd, dieses Material kann auf Grund seiner Eigenschaften unter den Bedingungen die in einem Wasserreservoir vorherrschen, weder abgenutzt noch zerstört werden.
Es ergeben sich somit für das Anodenmaterial praktisch unendliche Standzeiten.
Die potentiostatische Regulierung für jede einzelne Anode garantiert, dass immer die gleiche Anodenspannung ansteht, somit wird eine wasserstandsabhängige Schutzstromregulierung nur über den sich ändernden Wasserstand erreicht.
Potentialüberwachung
Für die Überwachung des Potentials der Bewehrungseisen im Beton werden Referenzelektroden aus einem inerten Material eingesetzt, diese sind an der geschützten Fläche in einer Kunststoff-Halterung befestigt.
Durch das passive Verhalten des im Elektrodenkörper eingebetteten Elektrodenmaterials bleibt das Referenzpotential immer konstant.
Dies ist eine wichtige Voraussetzung für eine Referenzelektrode, speziell bei Wasserkammern welche nur im leeren Zustand zugänglich sind für eine Überprüfung der Referenz mit einer Normalelektrode.
Schutzstromgerät
Der Schutzstrom wird mit einem Gleichrichter erzeugt, welcher für jede Anode einen potentiostatisch gesteuerten Stromausgang aufweist.
Für die Kontrolle des Schutzstromes sowie des Schutzpotentials sind auf der Front des Schutzstromgleichrichters je ein Digitalamperemeter und ein Digitalvoltmeter eingebaut.
Die periodische Überwachung durch den Betreiber kann nach vorgegebenen Sollwerten durch die Ablesung der Messinstrumente erfolgen, optional kann aber eine automatische Sollwertüberwachung mit potentialfreien Ausgangskontakten geliefert werden. Mit der elektronischen Überwachung des Schutzstromes und des Schutzpotentials kann die Kathodenschutzanlage ohne monatliche Funktionskontrollen betrieben werden, beim Auftreten einer Störung wird dann vom Überwachungssystem ein Signal auf die Leitwarte oder an eine zentrale Servicestelle gesendet.
Schutzstromgeräte für den kathodischen Schutz von Reservoiren
mit integrierten Kontrollinstrumenten
