Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Leistungsfähigkeit von galvanischen und hybriden Anodensystemen für Stahlbetonbauwerke

Bei vielen Instandsetzungen von korrosionsgeschädigten Stahlbetonbauteilen werden nur Teilinstandsetzungen der geschädigten Bereiche vorgenommen. Häufig kommt es dann nach relativ kurzer Zeit in direkt benachbarten Zonen zur Initiierung bzw. Verstärkung von Korrosionsprozessen durch den sog. „Anodenring-Effekt“. Um diesem Effekt entgegenzuwirken, werden im Ausland vereinzelt Systeme mit diskreten galvanischen Anoden aus Zink im Umkreis der Reparaturstelle eingesetzt und mit dem Stahl elektrisch verbunden. Entsteht dadurch ein ausreichend hoher galvanischer Schutzstrom, kann der Stahl in der Umgebung der Reparaturstelle durch die kathodische Polarisation geschützt werden. Um die Wirksamkeit des Zinks über längere Zeiten sicherzustellen sind die Zinkanoden mit speziellen porösen Mörteln umgeben, die zusätzliche Aktivatoren enthalten. Neben diesen diskreten Anodensystemen gibt es auch sogenannte hybride Anodensysteme, die über kurze Zeit mit einem hohen Strom durch eine temporäre Stromquelle im Fremdstrombetrieb unterhalten werden. Der Vorteil beider Verfahren liegt in dem geringen Unterhaltungsaufwand.

In dem geplanten Forschungsvorhaben sollen diese am Markt verfügbaren Anodensysteme erstmals in systematischen, umfangreichen Untersuchungen hinsichtlich ihrer Wirksamkeit, Dauerhaftigkeit und ihren potentiellen Anwendungsmöglichkeiten bewertet werden.

Die Leistungsfähigkeit wird zum einen in Laborversuchen durch Variation der wichtigsten Parameter untersucht. Darüber hinaus sind Versuche an großformatigen Probekörpern sowie auch die Installation ausgewählter Systeme an Testflächen an einem Praxisobjekt vorgesehen. Die Ergebnisse werden abschließend in einem Modell zusammengeführt, das die erreichbaren Systemlaufzeiten und Einsatzmöglichkeiten unter Berücksichtigung aller relevanten Parameter berechnet. Damit sollen die Anwendungsgrenzen definiert beziehungsweise Angaben zur Applikation des Systems gemacht werden.

Die Ergebnisse des Vorhabens kommen allen im Bereich des KKSB tätigen Firmen zu gute. Insbesondere KMUs, wie z. B. Planer und ausführende Unternehmen, profitieren von den Ergebnissen, da sie eine Grundlage darstellen, das Leistungsprofil sowie die Leistungsgrenzen besser abschätzen zu können.

Ergebniszusammenfassung:

Die in diesem Forschungsvorhaben untersuchten Anodensysteme sind für die Anwendung als diskrete Anoden im Rahmen einer Installation unter klassischen Aspekten des KKS-B nicht zu verwenden.

Alle untersuchten Systeme unterliegen mit der Zeit einer zunehmenden anodischen Hemmung infolge der Bildung von Korrosionsprodukten. Diese erhöhen den Diffusionswiderstand im Phasengrenzbereich und haben dort einen signifikanten Einfluss auf die thermodynamischen Gleichgewichtsbedingungen, infolge derer die Eigenkorrosion über die Zeit ebenfalls abnimmt.

Die Installation der Systeme Al, A2 sowie C bei höheren Bauteilfeuchten kann zur Vermeidung des sogenannten Anodenringeffektes verwendet werden.

Eine Modellbildung für eine effektive Nutzungsdauer kann unter Hinzuziehung der ermittelten elektrochemischen Parameter nicht zielführend erfolgen. Nutzungsdauern von 1 bis 2 Jahren können grundlegend mit den Anodensystemen Al, A2 und C erreicht werden, hierzu müssen aber ausreichend hohe Bauteilfeuchten (75%) gewährleistet werden.

Die theoretischen Lebensdauern aus der numerischen Simulation der galvanischen Elemente berücksichtigen eine Änderung der anodischen Teilstromdichte über die Zeit nicht und gehen von ungehemmten, aktiv korrodierenden Anoden aus. Eine Reduktion der Korrosionsaktivität wird äquivalent durch den Anstieg des Polarisationswiderstandes gespiegelt und zeigt, dass die Systeme in ihrer Lebensdauer auf Basis einer zunehmenden, deckschichtbasierten, anodischen Hemmung limitiert sind.

Auf Basis der Ergebnisse aus den Arbeitspaketen muss festgehalten werden, dass das Ziel des Forschungsvorhabens nur teilweise erreicht wurde. Pastöse Einbettmörtel der Hersteller konnten aufgrund der schlechten Performance in Wechselwirkung mit den Anoden nicht untersucht werden.