Korrosions- und Oberflächenschutz

Thema: KKS-Textilbeton – der direkt befahrbare KKS-Parkhausbelag

allgemein anerkannte Regeln der Technik, Forschung und Ausblick

(D. Koch, M. Mahjoori)Dipl.- Chem. Detlef Koch, MSc. Bauchemie Majid Mahjoori

Koch GmbH

Hagener Str. 87

D- 57223 Kreuztal

koch@betonbeschichtung.net

mahjoori@betonbeschichtung.net

www.betonbeschichtung.net

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Innovation in der Instandhaltung + 50. Aachener Baustofftag19. - 20.November 2015 RWTH Aachen

In Kooperation mit:

Korrosions- und Oberflächenschutz

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Historischer Hintergrund der Anoden

Einsturz der Silver-Brücke Ohio (1967) durch Korrosion und Materialermüdung

Jahr Anodentyp Beschreibung1824 Eisen Opferanode HMS Samarang Royal Navy1840 Zink Opferanode Edmund Davy1902 KKS mit Fremdstrom Edison und k. Cohen1924 Aluminium Fremdstrom H. Guldager1926 Künstliche Graphitanoden Nippon Carbon Co1956 platinierte Titananoden Fremdstrom England und Holland

Mitte 1970 KKS für Beton/ MMO-Ti Fremdstrom1990 Aluminium Opferanode1998 Leitfähige Beschichtung Fremdstrom Protector2001 Cassette Fremdstrom Protector2003 Carbon-Netz Fremdstrom Maxit-Carbocath2014 Klebbare Anodensysteme Koch GmbH2015 Textilbeton - Anoden Koch GmbH2015 Multifilament - Anoden Koch GmbH

Korrodierte Stahlbewehrung in einem Parkhaus in Siegen

Korrosions- und Oberflächenschutz

¨ Das Anodensystem im KKSB muss:Ø die benötigte Schutzstromdichte dauerhaft liefern können,

Ø den kathodischen Schutzstrom zu den zu schützenden Bauteilen transportieren,

Ø die Umwandlung von elektronischem Strom zu ionischem Strom an der Betonkontaktfläche ermöglichen

Ø die Stromverteilung zur Oberfläche des eingebetteten Stahls gewährleisten

Ø zusammengefasst: Strom verlustarm transportieren und in Leiter anderer Ordnung einleiten

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Rolle und Eigenschaften des Anodensystems beim kathodischen Korrosionsschutz von Stahl in Beton (KKSB)

Korrosions- und Oberflächenschutz

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Textilbeton als Anodensystem für KKSB - Zielsetzung

• dauerhaft• monolithisch• schnell verarbeitbar / Fließbeschichtung• rissüberbrückend/ vielfache Rissverteilung• Schutz vor Korrosion• statische Verstärkung• direktbefahrbar / hohe Abrasionsfestigkeit• rutschhemmend• möglichst dünnschichtig • Anwendbarkeit bei Neubauten und

geschädigten Bauwerken• ökologischer als herkömmliche Systeme

KKS-Textilbeton -die “eierlegende Wollmilchsau“?

Korrosions- und Oberflächenschutz

Entwicklung eines neuartigen Mörtels für den Einsatz im KKSB- Textilbeton:

¨ Nach Auswahl einer geeigneten Standartmörtelmischung wurde diese zur Verbesserung der elektrischen undmechanischen Kenngrößen sowie der Frischmörteleigenschaften durch Variation folgender Komponenten undMethoden modifiziert und weiterentwickelt:

• w/z Wert

• Gesteinskörnungen• unterschiedliche Zusatzmittel wie Fließmittel, Erstarrungsbeschleuniger, Schwindreduzierer, Verzögerer,

Quellmittel• klimatische Bedingungen und Nachbehandlungsarten

• Mischenergie

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Verwirklichung des Vorhabens - Mörtelentwicklung

Korrosions- und Oberflächenschutz

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Labortests - KKS-Textilbeton

Schwindverhalten

Biegezugtest

Untersuchung der möglichen Systeme für den Einsatz als Einspeisepunkt

Polarisationsverhalten

Korrosions- und Oberflächenschutz

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Labortests - KKS-Textilbeton

Untersuchung der möglichen Systeme für die mechanische Fixierung von zwei Gewebelagen miteinander und auf dem Untergrund

Messung des Gewichts und des spezifischen Widerstands der verschiedenen Mörtelmischungen

757,77

276,37

516,37

904,10

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

-60,00%-50,00%-40,00%-30,00%-20,00%-10,00%0,00%

spez

ifisc

he W

ider

stand

(kΩ

.cm)

Wasserverlust

Vergussmörtel 1-0,13Vergussmörtel 2-0,16PCC Mörtel 1-0,14PCC Mörtel 2-0,08PCC Mörtel 3-0,12PCC Mörtel 4-0,15PCC Mörtel 5-0,17PCC I- 0,16

Korrosions- und Oberflächenschutz

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Untersuchung der verschiedenen Parameter auf die elektrischen Eigenschaften

143,67

310,80

150,60 155,80

0

50

100

150

200

250

300

350

spez

ifis

che

Wid

erst

and

(kΩ.

cm) V2:Vergussmörtel2

V2HS1:Vergussmörtel2+Hartstoff1ZM5:nitrathaltigeErstarrungsbeschleunigerZM6:QuellmittelZM7:VerzögererZM8:Fließmittel

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Druck- und BiegezugfestigkeitDruck- und Biegezugfestigkeit

Schwindverhalten bei verschiedenen QuellmittelmengenSchwindverhalten bei verschiedenen Quellmittelmengen

Untersuchung der mechanischen Eigenschaften

0,000

0,100

0,200

0,300

0,400

0,500

0,600

0,700

0,800

0,900

Versc

hlei

ß-w

ider

stand

in [g

/cm²]

Verschleißwiderstand

8 8,9 9,3 10,3 8,22

5567 72

96

60,4

0

20

40

60

80

100

120

Biegezugfestigkeit-28 Tage [N/mm²]

Druckfestigkeit- 28 Tage[N/mm²]

V2:Vergussmörtel2V2HS1:Vergussmörtel2+Hartstoff1ZM5:nitrathaltigeErstarrungsbeschleunigerZM6:QuellmittelZM7:VerzögererZM8:Fließmittel

Korrosions- und Oberflächenschutz*es wurde mittels ImageJ und Axiovision ausgewertet.

Rissmessung- Rissverteilung

Rissnummer Breite (µm) Länge (cm)1 37,82 1,622 36,85 3,113 52,51 4,74 44,28 4,25 54,42 1,776 57,97 1,497 48,39 2,758 55,41 2,29 30,34 3,62

10 29,2 3,4311 32,62 3,2912 52,8 3,3213 34,5 3,2714 32,68 3,9715 32,51 3,4716 34,18 6,0217 35,87 4,9418 37,14 3,4119 52,42 2,98

Korrosions- und Oberflächenschutz

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Ausschaltpotential; Verhalten der Probekörper

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Die vollständige Benetzung der Gewebelagen sowie die mechanische und elektrische Kontaktierung mehrerer Gewebelagen miteinander und auf dem Untergrund sind essentiell für den KKS-Textilbeton.

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Verwirklichung des Vorhabens – elektrische und mechanische Fixierung

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Verwirklichung des Vorhabens - Gewebeauswahl

Untersuchung der Stromverteilung innerhalb des Gewebes

• Abhängigkeit der Stromverteilung auf der Gewebefläche hinsichtlich der Einspeiseart und -richtung für unterschiedliche Gewebestrukturen

Simulation der Stromverteilung

Messung der Stromverteilung

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Spezifischer Widerstand des Betons 1000 kohm.cm

Kontaktwiderstand Gewebe/Mörtel 100 ohm.m²

Kontaktwiderstand Beton/Mörtel 100 ohm.m²

Kontaktwiderstand Beton/Mörtel 100 ohm.m²

Spezifischer Widerstand der Mörtel 600 kohm.cm

Spannung 2 V

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Simulation der Stromverteilung für den KKS-Textilbeton auf Beton

Korrosions- und Oberflächenschutz

¨ JA!!

¨ Die Kombination aus entwickeltem Mörtel und Gewebe kann als Anodensystem für den KKSB eingesetzt werden, weil

• Mörtel, Gewebe und Kontaktierungen ausreichend Strom liefern können

• die Summe der mechanischen Eigenschaften des Mörtels, Schwindverhalten und Verarbeitbarkeit in ausreichenden bis guten Bereichen liegen

• das Rissverhalten des Textilbetons bei sorgfältiger Nachbehandlung akzeptabel ist

• die Langzeitmessergebnisse (Labor und Baustelle) für den KKS-Textilbetons als Anodensystem bis jetzt sehr gute Werte liefern

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Ist der entwickelte Textilbeton geeignet für den Einsatz im KKSB?Ist der direkt befahrbare KKS- Parkhausbelag machbar?

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KKS-Textilbeton als Anodensystem- zweilagiger Gewebeaufbau

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