Avrostning spontstöden för Sundsvallsbron. Karsten Pedersen (micans) Bertil Sandberg (swerea-kimab)

Transkript

1 Avrostning spontstöden för Sundsvallsbron Karsten Pedersen (micans) Bertil Sandberg (swerea-kimab)

2 Sundsvallsbron

3 Grundläggning

4 Vatten Sediment och lösa lerlager Sand och morän Berg

5 Spont i världshaven Skvalpzon HMV Vattenlinjekorrosion Tidvattenzon Lågvattenzon ALWC Undervattenzon Botten MIC, Erosion Bottensediment Ursprunglig godstjocklek

6 Spont i Östersjön och sjöar Skvalpzon LMV Vattenlinjekorrosion Undervattenzon Botten MIC Bottensediment

7 300µm/år 36 mm/120 år 35µm/år Eurocode Rostmån 4,2 mm 100µm/år Pålkommissionen Rostmån 12,0 mm Åtgärder måste vidtas i vattenlinjen. Duger inte med rostmån för 120 år.

8 TASK FORCE GROUP Ca 60 µm/år Spont Sundsvall rostmån behövs 7,2 mm 8

9 Spontens mått Slagen spontens tjocklek var något i underkant Det beslutades att mäta korrosionshastigheten över tiden Det beslutates att undersöka risken för Mikrobiellt inducerad korrosion (MIK) i botten 9

10 Mikrobiellt inducerad korrosion (MIK) på Sundsvallsbrons underbyggnad Hur och varför? Karsten Pedersen Karsten Pedersen

11 Bakterier på ytor Bakterier sätter sig gärna på ytor. Där bildar bakterierna kolonier. Efterhand växer kolonierna ihop till biofilmer. Om ytmaterialet är nedbrytbart konsumerar biofilmerna det efterhand. Biofilmernas ämnesomsättning kan korrodera metallytor koncentrationsceller och/eller bildning av syror samt sulfidjoner som båda korroderar metaller.

12 Inte bara bron konstruktioner under jord drabbas också av MIK Enning, D. & J. Garrelfs, Corrosion of iron by sulfate-reducing bacteria: new views of an old problem. Appl Environ Microbiol 80(4):

13 MIK skapar gropar Karsten Pedersen Karsten Pedersen

14 Mikrobiellt inducerad korrosion (MIK) i miljöer med syrgas Mikroorganismer andas här med syrgas, O 2 Anod-reaktion: metallen löses upp Fe Fe e - Katod-reaktion: vatten reagerar ½O 2 + H 2 O + 2e - 2OH - eller 2H + + 2e - H 2 (dominerar om ph < 3)

15 SRB Elektrisk MIC (EMIC) i syrgasfri miljö SRB = sulfatreducerande bakterier Iron MIC E-MIC H 2 S SO 4 2- Fe 0 e - FeS H 2 H 2 SRB CO 2 SO 4 2- (CH 2 O) H 2 H 2 S HCO - 3 FeS, FeCO 3 e - Fe 2+ Fe 0 2H + EMIC = electric microbially induced corrosion Karsten Pedersen

16 MIK i sedimenten runt brons underbyggnad Karsten Pedersen

17 Svavelföreningar i sedimenten Djup (cm) H 2 S (mg/l) H 2 S juni H 2 S sept Djup (cm) SO 4 2- (mg/l) SO 4 juni SO 4 sept

18 Förhöjd risk för (E-)MIC i sediment Syrefritt Tillgång på sulfat Tillgång på näring All Groups Scatterplot of Djup (cm) against Glödförlust (vikts %) Djup (cm) Glödförlust (vikts %)

19 Spont i sediment i laboratoriet sedimentyta järnsulfid Karsten Pedersen 15 cm

20 Sundsvallsbron - MIK på spont Karsten Pedersen

21 Vi ser närmare på korrosionsprodukterna Karsten Pedersen

22 Ännu närmare ser vi Gallionella ferruginea Karsten Pedersen Karsten Pedersen Karsten Pedersen

23 SRB FeS, EMIC i syrgasrikt vatten under järnoxiderande bakterier (JOB) (FeOOH = rost) Biofilm med järn hydroxid Stål FeOOH Biofilm med Järnhydroxid SO FeOOH SO 4 2- H 2 S Fe 0 Fe 2+ 2 e - H 2 O O 2 5 Fe 2+ 5 Fe 0 H 2 O ½ O H + ½ O H + Karsten Pedersen

24 Gropfrätning är typisk för EMIC Skala: cirka 10 cm 2 år 13 år Karsten Pedersen Karsten Pedersen

25 I vattenlinjen blir groparna djupa Skala: cirka 10 cm år Karsten Pedersen

26 Accelerated low water corrosion (ALWC) Sulfidjon + luft = svavelsyra Karsten Pedersen Karsten Pedersen

27 Krav på riskanalys för MIK! Den bästa metoden för att förebygga (E-)MIC är att göra riskanalyser med förebyggande åtgärder INNAN byggnation och tillverkning. Om MIC redan pågår kan man analysera de kemiska, biologiska och fysiska förutsättningarna i miljön, och därefter utarbeta metoder för att minimera mikroorganismernas aktivitet.

28 Inventering av korrosionsskyddande åtgärder Förändring av metallen. Förändring av korrosionsmediet. Förändring av elektrodpotentialen metall/korrosionsmedium. Separera metall och korrosionsmedium med en ytbeläggning. 2 8

29 Möjliga åtgärder Påtryckt ström med trådar placerade i varje inåtgående planka. Påtryckt ström med anodmattor placerade på botten. Inkapsling med plast. Inkapsling med stålplåt. Spontning och målning i torrhet. Spontning och betonggjutning i torrhet. Spontning och betonggjutning under vatten. Utvändig betong prefab och gjutning under vatten. De 4 första metoderna provas i fält på Sundsvallsbron och de 4 sista utreds av tekniska konsulter. 2 9

30 Inkapsling med plåt eller plast Plåt:2 delar som sammanfogas på plats. Utvändigt HDPE. Plast:Fackverk av rostfritt, successiv montering av plastskivor 30

31 3 1 Försök med huv av metall

32 Försök med inkapsling av spont 32

33 Katodiskt skydd Offeranoder eller påtryckt ström Anoder på botten eller på sponten A och låg salthalt (svårt få jämn strömspridning och stora spänningar i vattnet) Aldrig installerats skydd av spont norr om Stockholm

34 Salthalt viktig för ett effektivt katodiskt skydd 3 4

35 Trådanoder i varje inåtgående planka Anod (MMO belagd titanstång) Stöd för anoden

36 Anodmattor på botten

37 Miljökonsekvenser Ingrepp i omgivning Risk ökad korrosion andra konstruktioner Elektriska fält risk för människor och fisk Magnetfält risk störa laxvandring Utsläpp metalljoner eller gaser

38 Spont 14, stöd 9 norra sidan Rengjord Växt efter 2 månader arsten Pedersen Karsten Pedersen

39 Rengjorda ytor: Viktdata 65 och 133 dagar efter rengöring av sponten Ingen åtgärd Påtryckt ström Fe (µm) spont 10 spont 11 spont 12 spont 13 spont 14 spont 15 spont 16 spont 17 Testyta 1n Testyta 1u Testyta 2n Testyta 2u Testyta 3n Testyta 3u Anod 1n Anod 1u Anod 2n Anod 2u Anod 3n Anod 3u

40 Ej rengjorda ytor Fe (µm) alla ( st; per månad) maj juli augusti

41 Innestängningar Huv vid stöd 5: Huv 3 djup Innestängning av spont på stöd 9: Inne 3 djup Insida av stöd 9: Porvatten 9 m djup, 6 positioner

42 12 10 O 2 Huv Innestängning 8 8 O 2 (mg/l) 6 O 2 (mg/l) Maj Juli Augusti Huv uppe Huv mitten Huv nere 0 Maj Juli Augusti Inne uppe Inne mitten Inne nere Stöd Öppet hav 8 8 O 2 (mg/l) 6 O 2 (mg/l) Juli O 2 (mg/l) Augusti Porvatten 1 Porvatten 2 Porvatten 3 Porvatten 4 Porvatten 5 Porvatten 6 0 Juli Augusti Hav 2m Hav 4m Hav 6m Hav 8m

43 DNA-teknik: Antal Gallionella dagar 133 dagar Gallionella på rengjorda ytor (celler/cm 2 ) TS1 TS2 TS3 Anod1 Anod2 Anod3 Kontroll Kontroll TS1 TS2 TS3 Anod1 Anod2 Anod3 Kontroll

44 DNA-teknik: Antal sulfidbildande bakterier 65 dagar 133 dagar SRB på rengjord yta (celler/cm 2 ) TS1 TS2 TS3 Anod1 Anod2 Anod3 Kontroll TS1 TS2 TS3 Anod1 Anod2 Anod3 Kontroll Kontroll

45 Åtgärdernas effekt De första 133 dagarna har påtryck ström hållit MIC borta, men sulfatreducerande bakterier ser ut att börja växa igen efter 133 dagar fördröjning av ström? Påtryck ström har ännu ingen mätbar effekt på befintliga biofilmer experiment-tiden är för kort för utvärdering. Innestängningar begränsar snabbt syrgashalten, syrgasen förbrukas. Tiden (133 dagar) är för kort för att se någon effekt på sulfat från innestängningar.

46 Frågor?