Korrosion och korrosionsskydd av stål i betong

Transkript

1 Korrosion och korrosionsskydd av stål i betong Bror Sederholm Swerea KIMAB bror.sederholm@swerea.se

2 Detta är Swerea KIMAB Korrosions- och metallforskningsinstitut 239 medlemsföretag 600 kunder per år 172 anställda Lab på Kista, Stockholm Dotterbolag Frankrike (ca 40 personer)

3 Industriell produktframtagning, textil, polymerer, keramer Materialanvändning, materialoch processutveckling, korrosion Processmetallurgi, värmning, bearbetning Näringsdepartementet 100% Ägarföreningar RISE 500 företag 47% 53% Kompositmaterial, process- och produktutveckling Gjutna metaller produkt, material, process och miljöutveckling

4 Vanliga korrosionsorsaker i betong Inträngning av kloridjoner till armeringen Karbonatisering av betongen

5 Kloridinitierad korrosion

6 Karbonatisering av betong Kalken i betongens bindemedel (cementet) reagerar med luftens koldioxid och omvandlas till kalciumkarbonat Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO 3 + H 2 O ph-värdet i betongen sjunker mot lägre värden ph 12,5 ph 9

7 Faktorer som främjar korrosion i betong Sprickor i betongen Frostskador i betongen Saltfrostskador i betongen Tunna täckskikt Luftfickor mellan armering och betong

8 Katodiskt skydd Fördelar Skyddet: Kan upphäva pågående armeringskorrosion i befintlig konstruktion Kan motverka framtida armeringskorrosion i nyuppförd konstruktion

9 Användningsområden i betong Bropelare Kantbalksarmering i broar Armering i tunnlar Kylvattenvägar Betongkajer Parkeringsgarage

10 Skyddets funktion Elektrokemisk skyddsmetod: Likström matas kontinuerligt från en strömmatad elektrod (anoden) genom betongen till stålarmeringen (katoden)

11 Två typer av katodiskt skydd Elektrolytiskt skydd = skydd med påtryckt ström (vanligast i betong) Galvaniskt skydd = skydd med offeranoder

12 Katodiskt skydd med påtryckt ström Strömelektrod (anod) Likströmsaggregat + - Katodisk skyddsström Betong Stålarmering

13 Katodiskt skydd med offeranod Anslutningskabel Betongyta Skyddsobjekt (armering etc.) Skyddsström Offeranod (vanligen zink)

14 Katodiskt skydd med påtryck ström, Fredhällstunneln, Stockholm

15 Katodiskt skydd av kantbalk med påtryckt ström, Ölandsbron

16 Parkeringsgarage Vägg Golv Pelare Golv

17 Anodsystem (instickselektroder) Titan belagd med ädelmetallskikt (MMO) Titandioxid med ledande keram Duranod 3 Ebonex plus12

18 Installation av instickselektrod

19 Katodiskt skydd av kantbalksarmering med offeranod (zink) Smält zink flamsprutas på betongytan Sprutpistol Påsprutat zinkskikt = Offeranod

20 Ljusbågssprutning Flamsprutning

21 Katodiskt skydd av undersida brolåda med offeranoder (zink) Ljusbågsprutning av undersida vägbro med zink, Göteborg

22 Katodiskt skydd av kantbalk till stödmur. Ljusbågssprutad offeranod av zink. Tabell 1 Korrosionspotential 1. Kontrollmätning uppmätt av med skyddseffektivitet en referenselektrod av titan belagt med MMO Elektriskt kontakt via blottlagd armering Uppskattad zinkåtgång vid sprutning: 3 kg/m 2 Total sprutad yta: ca 400 m 2 Totalmängd zink: 1200 kg Beräknad zinktjocklek i µm (teoretiskt): 470 µm Referns nr Korrosionspotential rel. titan Tillslagspotential Frånslagspotential (0 timmar, mv) Frånslagspotential (10 timmar mv) ΔE (10 tim) (mv) (mv) mv

23 Undersökning av skyddsförmågan hos olika anodsystem år 2000 Ölandsbron

24 Resultat efter två års provning av olika anodsystem - Ölandsbron Oskyddade Ti-stavanod (påtryckt ström) Ti-trådanod (påtryckt ström) Grafitdukanod (påtryckt ström) Termiskt sprutad zinkanod (galvaniskt)

25 Kolstålets jämna avfrätning i m Resultat efter två års provning med olika anodsystem - Provstänger av kolstål ingjutna i kloridhaltiga betongblock - Ölandsbron ,4 ± 11, ,9 ± 4, ,8 ± 2,1 6,4 ± 1,7 9,3 ± 2,2 Utan katodiskt skydd Titantrådanod Titanstavanod Grafitdukanod Sprutad zinkanod (galvaniskt)

26 Uttagning av betongkärnor med termisk sprutat zinkskikt, Ölandsbron, 2011

27 Vidhäftning: Efter 11 år med katodiskt skydd av kantbalk med termiskt sprutad zinkanod, Ölandsbron Tabell 1. Resultat vidhäftningsmätning kantbalken Ölandsbron Z1 3,35 MPa Z2 2,60 MPa Z3 3,05 MPa

28 Resultat Okulär inspektion av uttagna borrkärnor med zinkskikt från Forsmark efter 8 års exponering Ovanför vattenyta Skvalpzon Under vattenyta

29 Vidhäftning Termiskt sprutat zink - Forsmark Vidhäftning, 1,65 MPa Vidhäftning, 1,40 MPa Över vattenyta (2 meter över normalvattenyta) Vid normalvattenyta Vidhäftning, - Under vattenyta( +99,5 m, 0,5 m under normalvattenyta)

30 FoU-projekt vid Swerea KIMAB inom korrosion och korrosionsskydd av stål i betong Katodiskt skydd av parkeringsgarage diskreta anodsystem (Swerea KIMAB, CBI Betonginstitutet) Utveckling av tekniska råd för funktionskrav vid underjordsanläggningar med avseende på den kemiska miljön (Swerea KIMAB, Chalmers, CBI Betonginstitutet) Korrosionsskydd av bergbultar (Swerea KIMAB) Glödskalets inverkan på korrosionshärdigheten hos armeringsstål i betong (Doktorandprojekt, Swerea KIMAB och Chalmers) Rostfri armering- ett alternativ till kolstålsarmering (Swerea KIMAB) Korrosion och korrosionsskydd i trafiktunnlar

31 Korrosion är dyrt Kostnaden uppskattades 2008 till: cirka 100 miljarder svenska kronor (~4 % av BNP) Kostnader: Kostnader för korrosionsskydd Reparationer till följd av korrosion Följdverkningar på grund av korrosion som miljöförstöring, driftsstopp med produktionsbortfall och olyckshändelser

32 Vi arbetar på vetenskaplig grund för att skapa industrinytta.