| 1. | Verfahren zum Unterbinden der Korrosion von Metallteilen, die über ihren Längsverlauf in einen Schutzmantel eingebettet und unterschiedlichen pHWerten ausgesetzt sind, mit einer am nega 5 tiven und einer am positiven elektrischen Potential einer als aktive Korrosionsschutzanlage verwendeten Gleichspannungsquelle anliegenden Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß die am posi¬ tiven Potential anliegende Elektrode über eine große Fläche mit der Oberfläche des die Metallteile umhüllenden Schutzmantels •10 kontaktiert wird und der am negativen Potential anliegende Aus¬ gang der Gleichspannungsquelle mit den Metallteilen verbunden und bzw. oder geerdet wird. |
| 2. | Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oberfläche der Schutzumhüllung eine Schicht eines leitfähigen, 15 insbesondere klebefähigen Kunststoffes, aufgebracht wird, worauf auf diese Schicht eine durchbrochene bzw. netzförmige Elektrode aufgelegt und diese mit einer weiteren Schicht eines leitfähigen Kunststoffes überstrichen wird, wobei die Schichten im Bereich der Durchbrüche bzw. Netzöffnungen der Elektrode 20 miteinander und mit der Elektrode verbunden werden und der leitfähige Kunststoff eine Porengröße aufweist, die eine Wasserdampfdiffusion ermöglicht. |
| 3. | Verfahren zum Unterbinden der Korrosion von Metallbewehrungen in Stahlbetonkonstruktionen, insbesondere Brücken, nach einem 25 der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die am positiven Potential anliegende Elektrode am Brückentragwerk auf die vorzugsweise vom Fahrbahnbelag abgewendete Oberfläche der Schutzumhüllung aufgebracht wird, wobei bei Stahlbetonbrücken die Elektrode vorzugsweise etwa mittig zwischen zwei Auflagerpunkten angeordnet wird und das negative Potential im Bereich der Fundamente und bzw. oder Auflagerstellen an Erde und gegebenenfalls an die Metallteile angelegt wird. |
| 4. | Vorrichtung zum Unterbinden der Korrosion von Metallteilen, die über ihren Längsverlauf in einen Schutzmantel eingebettet und unterschiedlichen pHWerten ausgesetzt sind, mit einer Gleich¬ spannungsquelle und einer jeweils am positiven und negativen elektrischen Potential dieser Gleichspannungsquelle anliegenden Elektrode zur Durchführung des Verfahrens nach einem der An¬ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (11,19,27,33) durch eine Schicht (15,20,28) aus leitendem Kunststoff (16) gebildet"ist und diese leitende Schicht (15,20,28) auf einen Teil des Schutzmantels (3) aufgebracht und mit dem am positiven Potential der Gleichspannungsquelle (7) anliegenden Ausgang verbunden ist. |
| 5. | Vorrichtung nach Anspruch 4, 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. |
| 6. | Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Durchbrüchen versehene Flächenleiter (22) als Sandwich¬ element „aufgebaut ist, welches zwischen zwei Isolationsschich¬ ten (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. |
| 7. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekenn¬ zeichnet, 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 zwi sehen Auflagerpunkten (10) und die am negativen Potential an¬ liegende Elektrode im Bereich der Fundamente angeordnet bzw. geerdet ist. |
| 8. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die mit dem positiven Potential verbundene Elek¬ trode (11,19,27,33) bei einem auf einem zentralen Fundament ab¬ gestützten und sich von diesem senkrecht zur Erdoberfläche nach oben erstreckenden Bauwerk im Bereich des oberen vom Erdboden abgewendeten Endes angeordnet ist. |
| 9. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die mit dem positiven Potential verbundene Elek¬ trode (33) bei ξiner Staumauer (30) auf der vom aufgestauten Wasser (31) abgewendten Seite insbesondere bis zur Höhe des MaximalfüllStandes angeordnet ist. |
| 10. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekenn¬ zeichnet, 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 lei tenden Kunststoff mit dem Bauwerk bzw. dem Schutzmantel (3) verbunden und die Stirnseiten der leitenden Folie (23) im Be¬ reich der Durchbrüche (25) mit dem am Bauwerk bzw. dem Schutz¬ mantel (3) aufgebrachten elektrisch leitenden Kunststoff (21) kontaktiert sind. |
| 11. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Materialien der einzelnen Schichten des Sand¬ wichelementes sowie der leitenden Schichten aus Kunststoff einen geringen Potentialabstand in der elektrochemischen Span¬ nungsreihe der Metalle aufweisen und vorzugsweise die leitende Schicht des Sandwichelementes durch Aluminium und die Kunst stoffschichten aus einem im wesentlichen ionenfreien mit Koh¬ lenstoff bzw. Graphit versetzten Duroplast, z.B. mit makromole¬ kularem Aufbau, gebildet ist. |
| 12. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekenn 5 zeichnet, daß der Kunststoff der leitenden Schicht (15,20,28) im wesentlichen ioneπfrei ist und vorzugsweise in Art eines Styroplastes mit einem makromolekularem Aufbau, z.B. einem Acrylat mit mindestens zum Teil vernetzten Polymeren ausgebil¬ det ist. |
| 13. | 10 13. |
| 14. | Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der leitende Kunststoff (16,21) Kunstharzlösungen oder Kunstharze mit Metall oder HaibmetallVerbindungen oder deren Lösungen in einer Menge versetzt enthält, sodaß auf ein Kunstharzmolekül annähernd ein Metall oder Haibmetallatom kommt und der nach 15 dem Mischen unter Zugabe von Reduktionsmittel in geringem Über¬ schuß oder durch an sich bekannte thermische Zersetzung Metall oder Haibmetallatome enthält und bei dem gebildete oder noch vorhandene Ionen ausgewaschen und die Dispersionen, Lösungen oder Granulate mit Graphit oder Ruß versetzt weiter verarbeitet 20 sind, wobei vorzugsweise dem leitenden Kunststoff Graphitpulver zugesetzt ist. |
| 15. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Kunststoff (16,21) wasserabweisend ist und Poren mit einer Porengröße aufweist, die den Durchtritt von 25 Wasserdampf durch die Schicht (15,20,28) ermöglichen. |
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Unterbinden der Korrosion von Metallteilen, die über ihren Längsverlauf in einen Schutzmantel eingebettet und unterschied¬ lichen pH-Werten ausgesetzt sind, mit einer am negativen und einer am positiven elektrischen Potential einer als aktive Kor¬ rosionsschutzanlage verwendeten Gleichspannungsquelle anliegen¬ den Elektrode.
Es sind bereits elektrische Korrosionsschutzanlagen für in
Schutzmäntel eingebettete Metallteile bzw. Konstruktionsteile - gemäß Ing. Tascherrbuch Hütte 28. Auflage, IV, B, Seite 1482 bis 1487 - bekannt. Bei diesem Verfahren wird der Minuspol einer
Gleichstro quelle 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 Gleichstrom¬ quelle verbunden sind. Es konnte durch derartige Korrosions¬ schutzanlagen die Korrosion an Rohrleitungen verringert, jedoch in vielen Fällen nicht unterbunden werden.
Eine weitere bekannte elektrisch betriebene (aktive) Korrosionsschutzanlage - gemäß GB-OS 2140456 - weist eine Gleichspannungsquelle auf, deren positives Potential an einer dünnen dauerhaften nicht korrodierbaren Anode aus Streifen, Stangen, Drähten oder Netzen anliegt. Diese Anoden sind mit einem Epoxy-Kleber auf der Betonoberfläche fixiert und dann mit einer leitenden Farbe beschichtet. Das negative Potential der Gleichspannungsquelle liegt an der durch Metallteile gebildeten Bewehrung an. Durch das zwischen der Anode und der Kathode ge- bildete elektrische Feld soll mit dem im Feld fließenden
Schutzstrom eine Korrosion der Metallteile, d.h. der Bewehrung, beispielsweise in Brücken, verhindert werden. Darüberhinaus sind nach dieser Vorrichtung im Bereich der Bewehrung angeord¬ nete Elektroden vorgesehen, mit welchen dje Spannung im elek- trischen Feld im Bereich der Bewehrung überwacht wird, um über eine an diese Elektroden angeschlossene Steuervorrichtung den Stromfluß im elektrischen Feld automatisch zu überwachen. Mit dieser bekannten Vorrichtung ist es somit möglich, die Korro- sionsanfälligkeit von Bewehrungen, insbesondere Metallteilen in Stahlbetonbauteilen zu verringern. Eine zufriedenstellende
Lösung der Korrosionsprobleme bei Stahlbetonbauteilen ist je¬ doch auch mit dieser Vorrichtung nicht möglich.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in Schutzmäntel eingebettete Metallteile vor Korrosion, insbeson- dere durch Konzentrationselemente also galvanische Elemente mit Elektroden aus gleichartigen Metallen in verschiedenartigen Elektrolyten, zu schützen.
Diese Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß die am po¬ sitiven Potential anliegende Elektrode über eine große Fläche mit der Oberfläche des die Metallteile umhüllenden Schutzman¬ tels kontaktiert wird und der am negativen Potential anliegende Ausgang der Gleichspannungsquelle mit den Metallteilen verbun-
den und bzw. oder geerdet wird. Der überraschende Vorteil die¬ ser Lösung liegt darin, daß durch die Anordnung der am positi¬ ven Potential anliegenden Elektrode (Anode) ein genau definier¬ tes 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, des- sen ihm zugrundeliegende Kennwerte ziemlich genau erfaßbar sind, da das Material, die Zusammensetzung, die Leitfähigkeit bzw. der spezifische Widerstand des Materiales des Schutzman- tels bzw. des Bauwerkes und die Distanz zwischen der am posi¬ tiven Potential anliegenden Elektrode und den Metallteilen meist genau bekannt ist. Ein weiterer überraschender Vorteil dieser erfindungsgemäßen Lösung liegt noch darin, daß die Ka¬ tionen der Salze, wie Chloride und dg!., zur Anode wandern und durch Ausblühungen im Bereich der Anode ausgeschieden werden. Dadurch können diese im Bereich der Metallteile den Korrosions- Vorgang nicht mehr nachträglich beeinflussen. Durch das inten¬ sive elektrische Feld, das zwischen der am positiven Potential anliegenden Elektrode und den Metallteilen gebildet wird, kön¬ nen Konzentrationselemente aufgrund ihrer geringeren Ströme keine galvanischen Elemente bilden und die Korrosion durch der- artige Konzentrationselemente ist damit unterbunden. Darüber- hinaus liegt ein überraschender Vorteil darin, wenn das nega¬ tive Potential bzw. die am negativen Potential anliegende Elek¬ trode, nämlich Kathode, im Fundamentbereich - bei Brücken be¬ vorzugt im Bereich der Fundamentpunkte der Auflager - angeord- net wird. Dadurch kommt es zu einem großfl chigen Feldaufbau zwischen der am positiven Potential anliegenden Anode und dem die Fundamente aufnehmenden Erdboden, wodurch entsprechend den elektroosmotisehen Grundgesetzen ein Transport der Wassermole¬ küle 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 gebil¬ deten Strömungsstrom aufgebaute elektrische Feld, welches bei¬ spielsweise im Mittelbereich einer Brücke ein negatives Poten- tial aufbaut, durch den Schutzstrom überlagert und somit wir¬ kungslos gemacht werden, wodurch gleichzeitig auch das Hoch¬ steigen von Feuchtigkeit und Flüssigkeit aus dem Fundamentbe¬ reich in den Mittelbereich derartiger Bauwerke verhindert bzw. diese Bewegung umgekehrt wird. Damit können aber auch die Bau- werksteile trocken gehalten werden und es ist somit im Bauwerk weniger Elektrolyt vorhanden, wodurch die Korrosionsgefahr noch zusätzlich vermindert wird.
Gemäß einer weiteren sehr wesentlichen Maßnahme der Erfindung ist vorgesehen, daß auf die Oberfl che der Schutzumhüllung eine Schicht eines leitfähigen, insbesondere klebefähigen Kunststof¬ fes, aufgebracht wird, worauf auf diese Schicht eine durchbro¬ chene bzw. netzförmige Elektrode aufgelegt und diese mit einer weiteren Schicht eines leitfähigen Kunststoffes überstrichen wird, wobei die Schichten im Bereich der Durchbrüche bzw. Netz- Öffnungen der Elektrode miteinander und mit der Elektrode ver¬ bunden werden und der leitfähige Kunststoff eine Porengröße aufweist, die eine Wasserdampfdiffusion ermöglicht. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Elektrode wird ein intensiver und gleichmäßig verteilter Stromfluß über die gesamte Fläche erreicht, sodaß auch beim Verwenden höherer Korrosionsschutz¬ spannungen eine Elektrolyse des in der Schutzumhüllung bzw. dem Bauwerk enthaltenen Wassers und somit das Entstehen von aggres¬ siven Stoffen bzw. Verbindungen verhindert sowie trotzdem ein relativ starkes elektrisches Feld aufgebaut werden kann.
Nach einer weiteren Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß die am positiven Potential an¬ liegende Elektrode am Brückentragwerk auf die vorzugsweise vom
Fahrbahnbelag abgewendete Oberfläche der Schutzumhüllung aufge¬ bracht wird, wobei bei Stahlbetonbrücken die Elektrode vorzugs¬ weise etwa mittig zwischen zwei Auflagerpunkten angeordnet wird und das negative Potential im Bereich der Fundamente und bzw. oder Auflagerstellen an Erde und gegebenenfalls an die Metall¬ teile angelegt wird. Durch diese Anordnung der Elektrode weisen insbesondere die im Schutzmantel enthaltenen Metallteile aus¬ schließlich negatives Potential auf, wobei durch die in Rich¬ tung der Kathode wandernden Kationen der Schutzmantel der Me- tallteile 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 nega¬ tiven Potential.anliegenden, im Bereich der Fundamente angeord- neten Elektrode entgegenwirkt, aufgehoben. Damit ist es mög¬ lich, die Stahlbetonteile, die nach dem erfindungsgemäßen Ver¬ fahren behandelt werden, trocken zu halten, wodurch insbeson¬ dere Einbauten in derartige Stahlbeton, wie Kammern zum Aufbe¬ wahren entsprechender Vorräte oder dg!., 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 je- weils am positiven und negativen elektrischen Potential dieser Gleichspannungsquelle anliegenden Elektrode zur Durchführung des Verfahrens.
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 Gleichspannungs¬ quelle anliegenden Ausgang verbunden ist. Durch die Verwendung
einer großflächigen KunststoffSchicht als Elektrode zum Aufbau eines Feldes zwischen dieser und den im Schutzmantel enthal¬ tenen 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 Rich¬ tung Anode wandernden Anionen, wie beispielsweise Salze oder dg!., durch Ausblühen an der Elektrode aus dem Schutzmantel entfernt werden und somit weder den Schutzmantel noch die Me- tallteile nachteilig beeinflussen können.
Erfindungsgemäß ist es weiters auch möglich, daß die am posi¬ tiven Potential anliegende Elektrode einen in die leitende Schicht eingebetteten, mit Durchbrüchen versehenen ' Fl chenlei¬ ter, z.B. ein Netz aufweist, wodurch zwischen den Dehnungen des Bauwerkes und einer Elektrode eine zuverl ssige Übertragung der Spannungen bzw. ein Stromübergang erzielt wird, um einen ein¬ wandfreien 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 Flächen!eiter als Sandwichelement aufgebaut ist, welches zwi¬ schen 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 echa- nische 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 vorge¬ sehen, daß die am positiven Potential anliegende Elektrode bei einem sich zwischen zwei mit dem Erdboden verbundenen Widerla¬ gern erstreckenden Bauwerk etwa mittig zwischen Auflagerpunkten und die am negativen Potential anliegende Elektrode im Bereich der Fundamente angeordnet bzw. 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- bzw. Flüssig¬ keitsbewegung in Richtung der Fundamente bewirkt, wobei gleich¬ zeitig die Metallteile in jedem Fall negatives Potential (Kathode) aufweisen.
» Von Vorteil ist es aber auch, wenn die mit dem positiven Poten- tial verbundene Elektrode bei einem auf einem zentralen Funda¬ ment abgestützten und sich von diesem senkrecht zur Erdober¬ fläche 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 abgewendten Seite insbesondere bis zur Höhe des Maxi alfüllStandes 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 und 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 die- se über den elektrisch leitenden Kunststoff mit dem Bauwerk bzw. dem Schutzmantel verbunden und die Stirnseiten der leiten¬ den 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 zusätz¬ lichen elastischen leitenden Kunststoffschicht über die gesamte Oberfläche leitend ausgebildet wird und dadurch die Spannungs- " unterschiede in der Spannungsreihe chemischer Elemente nur ge- ringfügig unterschiedlich sind, sodaß 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 geringen Potentialabstand in der elektrochemischen Spannungsreihe der Metalle aufweisen und vor¬ zugsweise die leitende Schicht des Sandwichelementes durch Alu¬ minium und die Kunststoffschichten aus einem im wesentlichen ionenfreien mit Kohlenstoff bzw. Graphit versetzten Duroplast, z.B. mit makromolekularem Aufbau, gebildet ist. Der überra¬ schende Vorteil der Verwendung derartig ausgebildeter Elektro¬ den 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.
Weiters ist es auch möglich, daß der Kunststoff der leitenden Schicht im wesentlichen ionenfrei ist und vorzugsweise in Art eines Styroplastes mit einem makromolekularem Aufbau, z.B. ei¬ nem Acrylat mit mindestens zum Teil vernetzten Polymeren aus- gebildet ist, wodurch das Kunststoffmaterial auch bei der Ver¬ wendung als Elektrode nicht altert, da die KunststoffStruktur durch die Ionenwanderung nicht beeinflußt bzw. zerstört wird.
Nach einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung ist vorge¬ sehen, daß der leitende Kunststoff Kunstharzlösungen o9er Kunstharze mit Metall- oder HaibmetallVerbindungen oder deren Lösungen in einer Menge versetzt enthält, sodaß auf ein Kunst¬ harzmolekül annähernd ein Metall- oder Haibmetallato kommt und der nach dem Mischen unter Zugabe von Reduktionsmittel in ge¬ ringem Überschuß oder durch an sich bekannte thermische Zer- setzung Metall- oder Halbmetallatome enthält und bei dem gebil¬ dete oder noch vorhandene Ionen ausgewaschen und die Disper¬ sionen, Lösungen oder Granulate mit Graphit oder Ruß versetzt weiter verarbeitet sind, wobei vorzugsweise dem leitenden Kunststoff Graphitpulver zugesetzt ist, wodurch ein Halbleiter- material gebildet ist, welches gegenüber den äußeren Umweltein¬ flüssen 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, wo¬ durch auch bei geschlossenen großfl chigen Beschichtungen mit dem leitenden Kunststoff als Elektrode eine Wasserdampfdiffu- sion und somit ein Ausblühen von Salzen möglich ist und eine einwandfreie Haftung zwischen der Elektrode und der Oberfläche des Schutzmantels über lange Zeit aufrecht erhalten werden kann.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese im folgenden anhand den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbei¬ spiele näher erläutert:
Es zeigen:
Fig. 1 eine Brücke in Seitenansicht, bei der die durch die Bewehrung gebildeten Metallteile in einem aus Beton gebildeten Schutzmantel angeordnet sind sowie die die¬ sen zugeordnete erfindungsgemäße Vorrichtung zum Unterbinden der Korrosion der Bewehrung in vereinfach- ter sche atischer Darstellung;
Fig. 2 die Brücke in Stirnansicht geschnitten gemäß den Linien II - II in Fig.l;
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 Sj:hu±zmantel mit der darauf angeordneten Elektrode gemäß den Linien IV - IV in Fig.3;
Fig. 5 einen Schutzmantel mit darin angeordneten Metajlteilen und einer anderen Ausführungsform einer Elektrode ebenfalls in schaubi1dlicher Darstellung teilweise ge¬ schnitten;
Fig. 6 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Unterbinden der Korrosion von metallischen Bauteilen an einer Stau¬ mauer in vereinfachter schematischer Darstellung.
n
In Fig.l 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 Ele¬ menten, 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 verbun- den. Der mit dem Minuspotential der Gleichspannungsquelle ver¬ bundene 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 Oberfl che 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 Duro¬ plast 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 Ver¬ wendung derartiger leitender Kunststoffe für die leitende Schicht 15 liegt darin, daß sie auch bei Einwirkung von elek- trischen Strömen eine hohe Alterungsbeständigkeit besitzen. Vor allem bei Feuchtigkeitseinwirkung kann keine Ionenleitung ein¬ treten und es wird somit eine Zerstörung des Kunststoffes ver¬ hindert.
Wie weiters aus Fig.2 zu ersehen ist, sind die die Bewehrung 5 bildenden Metallteile 4 in den Beton 2 eingebettet. Beim Abbin¬ den und Erhärten des Portiandzementes entsteht Kaliumhydroxyd, Ca (OH) 2 und es bildet sich im Porenwasser des Betones 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 Kor¬ rosion 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 Betones, u.a. durch die Einwirkung-von Kohlendioxyd aus der Luft, so sinkt der pH-Wert im Bereich der Bewehrung 5. Dringen durch die carbonisierte Oberfläche zusätzlich aggressive Stoffe, wie bei¬ spielsweise Chloride durch die Salzstreuung oder dgl. ein, so wird die oxydische Deckschicht des Stahles aufgelöst und es kommt zwischen jenen Bereichen in der Bewehrung 5 bzw. der Me- tallteile 4, in welchen diese oxydische Deckschicht aufgelöst ist und jenen, wo die oxydische Deckschicht aufgrund der stark alkalischen Lösung einen noch hohen pH-Wert aufweist, zur Bil¬ dung eines galvanischen Elementes, wobei die Feuchtigkeit im Beton den Elektrolyten bildet.
Diese Korrosion des Armierungsstahles durch das galvanische Element erfolgt durch eine getrennte Oxydation im Bereich der unbeschädigten im alkalischen Bereich liegenden Metallteile und zu einer Reduktion im Bereich jener Teile der Metallteile, in welchen die oxydische Deckschicht durch die Einwirkung von außen zerstört ist.
Dadurch, daß nun mit der Vorrichtung 6 zum Unterbinden der Kor¬ rosion die Oberfläche des Schutzmantels 3 positiv bzw. die ge¬ samten übrigen Bereiche demgegenüber negativ gehalten werden, kann sich nunmehr auch aufgrund des elektrischen Feldes zwi- sehen der am positiven Potential der Gleichspannungsquelle an¬ liegenden Anode und der am negativen Potential anliegenden Be¬ wehrung 5 kein Oxydationsvorgang einstellen und somit kommt es zu einer Neutralisierung der galvanischen Elemente, da die Me¬ tallteile jeweils eindeutig am negativen Potential anliegen und zwischen unterschiedlichen Bereichen dieser Metalle daher keine Potentialdifferenz mehr entstehen kann. Diese Art der galvani¬ schen 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, son¬ dern durch heterogene Zusammensetzung der Elektrolyten, im wesentlichen infolge von Konzentrationsunterschieden, die eben bei gleichartigen Elektrolyten auftreten können. Diese Elemente werden über!icherweise 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 schema¬ tisch 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 negati¬ ven Ionen der eindringenden Chloryde bzw. Salze durch das elek¬ trische Feld in Richtung der am positiven Potential anliegenden Elektrode 11, also der Anode, wandern und dort ausblühen. Um diesen negativen Chlorydionen 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 nega¬ tiven Ionen, also der Salze und dgl., zu ermöglichen. Dabei handelt es sich um die Anionen und Hydroxydionen, wie z.B.
Cl " ,N0 3 -, P0 4 3-, S0.2-, HC0 3 -, C00 " , 0H~ sowie CH**- . Die Katio¬ nen, also die positiven Metallionen, wie z.B. K + , Na + , Ca wandern dagegen zu den negativ geladenen Metallteilen bzw. zu der am negeativen Potential anliegenden Elektrode im Bereich der Fundamente bzw. des die Fundamente umgebenden Erdbodens. Diese Bewegung der Flüssigkeit berührt darauf, daß im allge¬ meinen 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 Dielektrizitätskonstanten negativ auf. Die Folge ist die Bildung einer Ionenschicht an der einen Grenzfläche, der ein entgegengesetzt gleich großer Ladungsüber- schuß 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 Was¬ serpartikeln und einer 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 ver¬ schieben 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 bzw. Bauwerk in den Erdboden bzw. Fundament abzuführen. Dadurch kann das ' Bauwerk neben dem erzielten Korrosionsschutz für die Bewehrungsteile auch trocken gehalten werden. Die Feldrichtung im elektrischen Feld ver¬ hindert dabei nämlich auch die Bildung von Lokalele enten zwischen dem Elektrolyt und den Bewehrungselementen, da die Differenzspannung zwischen den Bewehrungsmaterialien und der am negativen Potential anliegenden Elektrode nich ausreicht, um eine Korrosion an den Bewehrungselementen entstehen zu lassen.
Wie weiters in Fig.! angedeutet, kann das elektrische Feld durch Verwendung einer Gleichspannungsquelle 7 aufgebaut wer¬ den. Anstelle eines Netzgerätes, mit dem von einer Hochspan¬ nungsversorgung die entsprechende Niederspannung erzeugt wird, ist es auch möglich, Sonnenkollektoren bzw. Magnesiumanoden zu verwenden, um die Elektrode 11 an positives Potential anzu¬ legen, sodaß diese als Anode wirkt. Wird dabei als leitfähiger Kunststoff einer verwendet, wie er in der AT-PS 313588 be¬ schrieben ist, so kann auf einen Anschluß an eine Gleichspan- nungsquelle bzw. an ein positives Potential verzichtet werden, da durch die Halbleitereigenschaften dieses Materials die Elek¬ trode 11 positives Potential annimmt.
In Fig.3 ist eine andere Ausführungsform einer Elektrode 19, die am positiven Potential einer Gleichspannungsquelle 7 an¬ liegt, 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 auf¬ gebaut 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.
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Der Flächenleiter 22 wird ^ dann seinerseits mit einer weiteren Schicht 26 eines elektrisch leitenden Kunststoffes 21 - wobei es sich bei diesem um den selben leitenden Kunststoff wie bei der Schicht 20 handeln kann - abgedeckt, wobei auch die Stirn¬ seiten der Durchbrüche 25 mit dem Kunststoff 21 abgedeckt und der Kunststoff 21 der Schicht 26 mit dem der Schicht 20 kontak¬ tiert 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, ver¬ meidet.
In Fig. 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 Koπtaktie- rung 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 Schutzman¬ tels 3 eines Baukörpers aufgebracht ist. Bei dieser Ausfüh¬ rungsform wird der Flächenleiter 22 zur Spannungs- bzw. Strom- einspeisung in eine auf der Oberfläche 13 aufgebrachte 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 100845 eines der beiden Anmelder beschriebene Verstärkungs- bzw. Trag¬ element 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 ausgeb ldeten Netzes 29 und der auf der Oberfläche 13 des Schutzmantels 3 angeordneten leitenden Schicht 28 zu er- zielen.
Selbstverständlich ist es im Rahmen der Erfindung möglich, an einem Schutzmantel eines Bauwerkes, beispielsweise einer Brücke oder eines Hochbaues oder eines Tiefbauwerkes, mehrere solche Elektroden, die an das positive Potential einer Gleichspan- nungsquelle angeschlossen sind, zu verwenden. So ist es vor¬ teilhaft, 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 elek¬ trisches 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 Gleichspannungs¬ quelle 7 angeschlossen ist und als Anode dient. Das negative Potential der Gleichspannungsquelle 7 wird geerdet, sodaß Me¬ tallteile 34, die die Bewehrung der Staumauer 30 bilden, nega¬ tives Potential annehmen.
Darüberhinaus wandert die Feuchtigkeit in Richtung der negativ geladenen Bereiche, also der mit dem Wasser 31 benetzten Ober- fläche der Staumauer 30, sodaß in der Staumauer 30 eine durch Schraffur ersichtlich gemachte Zone 35 geschaffen wird, die durch die Wirkung des elektrischen Feldes trocken gehalten ist, sodaß insbesondere bei Umgebungstemperaturen im Bereich der Staumauer 30 die unterhalb dem Gefrierpunkt liegen, Frostschä- den 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. Die An¬ wendung des Verfahrens bzw. der Einsatz einer derartigen Schutzvorrichtung ist natürlich nicht auf Staumauern be¬ schränkt, sondern kann beispielsweise auch für jedwede andere Bauwerke, die auf einer Seite mit dem Wasser und auf der ande¬ ren Seite mit Luft in Berührung kommen, Anwendung finden.
Darüberhinaus ist es selbstverständlich möglich, die Ausbildung der Elektrode vielfach abzuwandeln. Wesentlich ist lediglich, daß die am positiven Potential anliegende Elektrode großflächig
mit einer Oberfläche des Bauwerkes verbunden ist. Desweiteren ist es entsprechend den örtlichen Gegebenheiten wahlweise mög¬ lich, den am negativen Potential anliegenden Ausgang der Gleichspannungsquelle lediglich zu erden oder mit den zu schützenden Metallteilen bzw. Bewehrungen direkt zu verbinden.
Weiters ist es auch möglich, anstelle des leitenden bzw. halb¬ leitenden Kunststoffes leitende Silikate oder ähnliche leitende Materialien für die leitenden Schichten bzw. Elektroden zu ve¬ rwenden.