BAW Merkblatt KKS Im Stahlwasserbau

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Regelwerk für Kathodischer Korrosionsschutz

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  • Merkblatt Kathodischer Korrosionsschutz

    im Stahlwasserbau MKKS

    Dezember 2007 Version 1.1 (November 2008): nderungen in Anlage 4

  • Bundesanstalt fr Wasserbau Merkblatt Kathodischer Korrosionsschutz im Stahlwasserbau - Juni 2007

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    Inhaltsverzeichnis Seite Vorbemerkung 1. Allgemeines 2 2. Geltungsbereich 3 3. Voraussetzungen 3 4. Vorgehensweise fr die Erstellung von Planungsunterlagen fr Kathodische Korrosionsschutzanlagen 4 5. Leistungsdaten 7 6. Literatur 9 Anlagenverzeichnis Anlage 1.1 Prinzip einer Fremdstromanlage Anlage 1.2 Prinzip einer galvanischen Schutzanlage Anlage 2 Entwurfsplan Fremdstromanlage Anlage 3.1 Bemessung einer galvanischen Schutzanlage Anlage 3.2 Bemessung einer Fremdstromanlage Anlage 3.3 Berechnung von Schutzschilden Anlage 4 Daten fr die Bemessung bei Kathodenschutzanlagen Anlage 5 Potentialvergleich von Mess- und Steuerelektroden

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    Anforderungen fr die Planung und Errichtung Kathodischer Korrosionsschutzanla-gen an Stahlwasserbauten Fr Planung, Ausschreibung und Bau von Kathodischen Korrosionsschutzanlagen gelten die vom Arbeitskreis 20 der Arbeitsgruppe Standardleistungsbeschreibungen im Wasserbau herausgegebenen Zustzlichen Technischen Vertragsbedingungen (ZTV-W, LB 220 (1999)) /1/ fr den Kathodischen Korrosionsschutz im Stahlwasserbau und der Standardleistungs-katalog (STKL) LB 220 Kathodischer Korrosionsschutz im Stahlwasserbau (1996) /2/. Die Einfhrung im Geschftsbereich der Wasser- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes erfolg-te durch die Erlasse BW 21/70.15.03-23/12 VA 96 vom 20.02.1996 und EW 23/70.15.03-23/128 VA 99. Die nachfolgenden Ausfhrungen sollen die Grundlage fr Untersuchungen als Basis fr die sachgerechte Erstellung des Leistungsverzeichnisses sein. 1 Allgemeines Kathodische Korrosionsschutzanlagen (KKS-Anlagen) im Sinne dieser Anforderungen sind Einrichtungen, die an Stahlwasserbauten durch einen entsprechend bemessenen Schutz-strom und ein dadurch erzeugtes Schutzpotential Korrosionsschden verhindern (siehe An-lage 1.1). Mittels eines Schutzstromgertes der Fremdstromanlage wird ein Elektronenstrom in das zu schtzende Bauteil geleitet. ber den Elektrolyten schliet ein ionischer Schutz-strom den Stromkreis. Das Prinzip einer galvanischen Schutzanlage ist mit einer Fremd-stromanlage vergleichbar, nur dass hierbei die Elektronen im direkten Kontakt mit dem zu schtzenden Bauteil unter Auflsung des (unedleren) metallischen Anodenmaterials einge-leitet werden (siehe Anlage 1.2). Stahlwasserbauten werden in der Regel nach dem STLK, LB 218 /3/ unter Beachtung der ZTV-W, LB 218 /4/, passiv durch Beschichtungen vor Korrosion geschtzt. Beschichtungen verlieren teilweise ihre Funktion durch: Mechanische Einwirkungen, z. B. durch Grundberhrungen von Schiffen und Ankern in

    Kanalbrcken und Hebewerken oder durch Eis/Treibgut an Stahlwasserbauverschlssen verdeckte Mngel bei der Oberflchenvorbereitung und Applikation Alterung. Beim Einsatz von nicht untereinander isolierten Mischkonstruktionen aus Baustahl, Gussle-gierungen, Edelstahl, Buntmetallen u. a. an Dichtungen, Pumpen, Hydraulikleitungen und Luftsprudelanlagen, besonders in aggressiven Wssern, kommt es aufgrund der unter-schiedlichen Potentiale zu Bimetallkorrosion (Kontaktkorrosion) sowie an den Fehlstellen der

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    Beschichtung zu intensiven Materialabtrgen am Stahl. Die Korrosionsgeschwindigkeit ist abhngig von der Hhe der wirksamen Potentialdifferenz dem Oberflchenverhltnis Kathode zu Anode der spezifischen Leitfhigkeit des Elektrolyten den Wasserinhaltsstoffen, u. a. Sauerstoff als geschwindigkeitsbestimmenden Faktor der

    kathodischen Korrosionsreaktion. Insbesondere chloridhaltige Wsser fhren zu Lochkorrosion bei nichtrostenden Sthlen bzw. Spaltkorrosion bei beschichteten nichtrostenden Sthlen. Mit Fremdstrom- bzw. galvanischem Schutz werden die Korrosionsstrme kompensiert. Un-ter bestimmten Bedingungen ist eine Nachrstung mit KKS-Anlagen mglich. Besonders wirtschaftlich ist der Einbau beim Neubau von Stahlwasserbauanlagen, je nach Anlagentyp sind ca. 0,5 - 5 % der Stahlwasserbaukosten erforderlich. Die Vorteile von KKS-Anlagen lassen sich folgendermaen zusammenfassen: . Verlngerung der Instandsetzungsintervalle von Stahlwasserbauten . Senkung der Sperrzeiten von Schleusen und Hebewerken durch Wegfall bzw. Verlnge-

    rung der Unterhaltungsfristen des passiven Schutzes . Verringerung von Umweltbeeinflussung durch Vermeidung von Strahl- und Beschich-

    tungsarbeiten. Die aus nur einem Schadensfall herrhrenden Instandhaltungskosten knnen durch anfal-lende Folgekosten, wie Setzen und Ziehen von Revisionsverschlssen, Lenzen und Fllen von Schleusenkammern und Kanaltrgen, Kranarbeiten fr das Wechseln von Schtzen oder Schleusentoren, Vollsperrung des Schiffsverkehrs, die Investitionskosten der Kathodi-schen Korrosionsschutzanlagen betrchtlich bersteigen. 2 Geltungsbereich Diese Anforderungen gelten fr die Planung und Errichtung von KKS-Anlagen fr feste und bewegliche Teile von Stahlwasserbauten und fr sthlerne Ausrstungsteile von Wasser-bauwerken. Die fr den Kathodischen Korrosionsschutz erforderlichen Grundlagen der Funktions- und Messtechnik sowie praktische Anwendungen sind in /5/, /6/ /7/ und /8/ be-schrieben. 3 Voraussetzungen Fr das Schutzobjekt mssen nachfolgende Voraussetzungen erfllt oder nachtrglich ge-

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    schaffen werden: 3.1 Es muss eine durchgehende metallene Leitfhigkeit haben. 3.2 Zu Anlagen und Bauwerksteilen mit niederohmigem Ausbreitungswiderstand drfen

    keine metallischen Kontakte vorhanden sein. 3.3 Es muss einen passiven Schutz mit ausreichendem Isolationswiderstand haben. 4 Vorgehensweise fr die Erstellung von Planungsunterlagen fr Kathodische Kor-

    rosionsschutzanlagen Fr die Planung sind nachfolgende Unterlagen zu erstellen: 4.1 Lageplan mit

    - Schutzobjekten - Schutzstromgerten - Messeinrichtungen - Niederspannungsanschluss - beeinflussten Fremdobjekten - Kabelverlegung

    4.2 Charakterisierung der rtlichen Bedingungen am Bauwerk 4.2.1 Festlegung zu schtzender Bauteilflche ... m (Beachte: Abwicklung bei Spundwand) 4.2.2 Oberflche unbeschichtet ... m 4.2.3 Oberflche beschichtet ... m Zustand der Beschichtung 4.2.4 Edelstahlflche unbeschichtet ... m 4.2.5 Mechanische und hydraulische Einflsse auf das Bauwerk Fehlstellenrate der Beschichtung /6/ ....% - Schiffsberhrung, Sandschliff, Eis, Treibgut, - Strmung, Turbulenzen, Wellenschlag (Fhranleger) 4.2.6 Art der zu schtzenden Konstruktion, wie z.B. - Schleusentor - Wehrverschluss

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    - Kanalbrcke, Hebewerkstrog - Spundwand, Pumpe, Turbine, Schieber ... 4.2.7 Fremdobjekte im Nahbereich - Stahl (Leitwerke) - Stahlbetonbauwerke - Rohrleitungen - Kabel - Erdungsanlagen - festliegende Schiffe 4.2.8 Aussagen zu rtlichen Bedingungen (z. B. Stromversorgung, Kabelschutzrohre vor-

    handen, Kernbohrungen, Stemmarbeiten). 4.3 Untersuchung der korrosiven Einflsse Fr die Auslegung einer Schutzanlage ist die durchschnittliche jhrliche Wasserzusammen-setzung entscheidend. Vorhandene Messergebnisse ber den kompletten Jahreszyklus aus anderen Untersuchungen (Umweltschutz), insbesondere ber die Lnge und jahreszeitliche Verteilung von Perioden der Minimalleitfhigkeit sind vor allem bei lteren, vorgeschdigten Bauwerken im Hinblick auf eine Erhhung der Anodenanzahl erforderlich. Tabelle 1: Wasseranalyse am Schutzobjekt Messung Einheit Spezifische Leitfhigkeit (20 0C) S/cm Sulfide (Gewssersohle) ... mg/l Sulfat ... mg/l Chlorid ... mg/l Calcium ... mg/l Magnesium ... mg/l Mangan ... mg/l pH-Wert Die Leitfhigkeit des Elektrolyten ist eine notwendige Vorraussetzung der Funktion einer KKS-Anlage. Mit der Temperaturabnahme im Winter wird die Leitfhigkeit und damit die Stromabgabe stark verringert. Gelste Sulfide knnen eine zustzliche Potentialabsenkung erforderlich machen. Calcium und Magnesium bewirken entscheidend, neben Chloriden und Sulfaten (korrosions-relevante Ionen), die Leitfhigkeit eines Gewssers. Zudem bauen beide Erdalkalimetalle eine Kalkschicht im kathodischen Bereich des Bauteils auf. Mangan kann als Oxid eine zustzliche, starke Kathode darstellen, bzw. kann es die Funkti-

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    onstchtigkeit einer Anode durch Ablagerungen (Mangandioxid) einschrnken. Im pH-Wert spiegelt sich die Gesamtheit aller chemisch wirksamen Sure- und Basenaktivi-tten wider. Je nach Schutzstrombedarf bzw. Stromabgabe und Gewssertyp werden die Materialien fr Galvanische Anoden ausgewhlt. Als Faustregel gilt:

    Tabelle 2: Technische Angaben galvanischer Anoden

    Anodentyp Potent.diff. zum Baustahl*

    Praktischer Strominhalt

    Gewsser

    Magnesium 450-750 mV ~ 1.100 Ah/kg Swasser Aluminium 300-370 mV ~ 2.900 Ah/kg Brackwasser Zink 250-300 mV ~ 800 Ah/kg Meerwasser

    *Treibspannung 4.4 Versuchseinspeisung mit Fremdstrom Besonders bei Mischkonstruktionen (Baustahl/Edelstahl/Stahl in Beton), komplizierten geo-metrischen Bauwerksformen, Bauwerken mit alten Beschichtungen und anderen Bedingun-gen, die Schwierigkeiten in der Stromverteilung erwarten lassen, sind Versuchseinspeisun-gen zur exakten Auslegung der erforderlichen Sc