Varmförzinkat stål i kombination med rostfritt stål i infrastrukturen Bror Sederholm
2009-10-13 Presentation av Swerea KIMAB 2
FoU-projekt: Rostfria ståls galvaniska inverkan på varmförzinkade ståldetaljer i olika miljöer Bakgrund Ökad användning av rostfritt stål och rostfritt stål tillsammans med varmförzinkat stål. Risk för galvanisk korrosion. Saknas riktlinjer hur rostfritt stål och varmförzinkat stål bör användas tillsammans. 2009-10-13 Presentation av Swerea KIMAB 3
Rostfritt stål ihopkopplat med varmförzinkat stål 2009-10-13 Presentation av Swerea KIMAB 4
Risk för galvanisk korrosion Stor skillnad i elektrokemisk potential i den aktuella elektrolyten hos de metaller som skall kopplas ihop. Areaförhållandet mellan anod- (oädel metallyta) och katodyta (ädel metallyta). Elektrolytens ledningsförmåga. De ingående metallernas polariserbarhet 2009-10-13 Presentation av Swerea KIMAB 5
Elektrokemisk potential rel. Cu/CuSO 4 -elektrod för zink och rostfritt stål i olika miljöer (mv) Rostfritt stål (sötvatten): -100 - +150 Rostfritt stål (saltvatten): -200 - +100 Zink (i ej härdad betong): < -1150 Zink (i härdad betong): -500 - -250 Zink (i luftad kloridlösning): -1100 - -800 1volt 2009-10-13 Presentation av Swerea KIMAB 6
Korrosivitetsklasser och korrosionshastigheter för zink enligt SS-ISO 9223 Korrosivitetsklass Typiska miljöexempel Korrosionshastighet för zink, µm/år C1 Inomhus i uppvärmda lokaler. Utomhus i öknar, arktiska områden 0,1 C2 C3 C4 C5 Inomhus i ej uppvärmda lokaler. Utomhus i områden med låga mängder luftföroreningar och torra områden. Inomhus i fuktiga produktionslokaler med måttlig mängd luft föroreningar. Kustområden med låg saltdeposition. Måttligt förorenat stads- och industriatmosfär Kemiska produktionslokaler, simhallar. Förorenad stads- och industriatmosfär. Kustområden med måttlig saltdeposition Industriatmosfär med hög föroreningsgrad och hög fuktighet. Kust- och offshoreområden med hög saltdeposition > 0,1 till 0,7 > 0,7 till 2,1 > 2,1 till 4,2 > 4,2 till 8,4 2009-10-13 Presentation av Swerea KIMAB 7
Provplatser, korrosivitetsklasser och korrosionshastigheter för zink i olika miljöer uppmätt år 2006 Riksväg 40 (Borås), C5, 5,9 µm/år Tunnel under Öresund, C4, 3,6 µm/år Högakustenbron, C4, 3,4 µm/år Öresundsbron, järnvägsbro, C3, 0,9 µm/år Svinstall utanför Kristianstad, C3, 0,8 µm/år Vägbro över Svartnorasundet, C2, 0,4 µm/år 2009-10-13 Presentation av Swerea KIMAB 8
Fästelement: A4 = EN 1.4401 (SS 2347) Sexkantskruv: Beteckning A4-M6S-H Sexkantlåsmutter: Beteckning A4-LM Stor rundbricka: Beteckning A4-RBS Vridmoment: 20 Nm Provram med provplåtar Zinkplåtar (150x50x1 mm) Kemisk sammansättning, mass-% Pb Cd Al Cu Fe Zn 0,010 0,001 0,001 0,002 0,009 rest. 2009-10-13 Presentation av Swerea KIMAB 9
1 års utomhusexponering av zinkplåtar (nedersta provnivån) Öresundsbron Tunnel under Riksväg 40, Svinstall utanför Högakustenbron (järnvägsbro) Öresund Borås Kristianstad Bro över Svartnorasundet 2009-10-13 Presentation av Swerea KIMAB 10
2 års utomhusexponering av zinkplåtar (nedersta provnivån) Öresundsbron Vägtunnel under Riksväg 40, Svinstall utanför Högakustenbron Bro över (järnvägsbro) Öresund Borås Kristianstad Svartnorasundet 2009-10-13 Presentation av Swerea KIMAB 11
Utseendet hos rostfria fästelement efter 2 års utomhusexponering Riksväg 40, Borås Högakustenbron Vägtunnel under Öresund Bro över Svartnorasundet Öresundsbron (järnvägsbro) Svinstall, Kristianstad 2009-10-13 Presentation av Swerea KIMAB 12
Tunnel under Öresund Korrosionshastighet (µm/år) 16 14 12 10 8 6 4 Okopplad zinkplåt, 1 år Zinkplåt ihopkopplad med rostfritt stål, 1 år Okopplad zinkplåt, 2 år Zinkplåt ihopkopplad med rostfritt stål, 2 år 2 0 300 mm 390 mm 480 mm 580 mm Provhöjd över körbana 2009-10-13 Presentation av Swerea KIMAB 13
Bro över Svartnorasundet Korrosionshastighet (µm/år) 16 14 12 10 8 6 4 2 Okopplad zinkplåt, 1 år Zinkplåt ihopkopplade med rostfritt stål, 1 år Okopplad zinkplåt, 2 år Zinkplåt ihopkopplad med rostfritt stål, 2 år 0 20 mm 110 mm 200 mm 300 mm Provhöjd över körbana 2009-10-13 Presentation av Swerea KIMAB 14
Tunnel under Öresund Korrosionshastighet (µm/år) 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 140 139 Okopplade zinkplåtar jämn korrosionshastighet, 1 år Ihopkopplade zinkplåtar, maximal korrosionshastighet, 1 år Okopplade zinkplåtar, jämn korrosionshastighet, 2 år Ihopkopplade zinkplåtar, maximal korrosionshastighet, 2 år 135 135 80 78 76 74 3,6 2,9 3,5 2,7 3,2 2,6 3,1 2,5 300 mm 390 mm 480 mm 580 mm Provhöjd över körbana 2009-10-13 Presentation av Swerea KIMAB 15
Bro över Svartnorasundet 160 140 Okopplade zinkplåtar jämn korrosionshastighet, 1 år Ihopkopplade zinkplåtar, maximal korrosionshastighet, 1 år Okopplade zinkplåtar, jämn korrosionshastighet, 2 år Ihopkopplade zinkplåtar, maximal korrosionshastighet, 2 år Korrosionshastighet (µm/år) 120 100 80 60 40 45 34 39 29 35 35 25 24 20 0 0,4 0,4 0,4 0,12 0,3 0,06 0,3 0,04 80 mm 170 mm 260 mm 370 mm Provhöjd över körbana 2009-10-13 Presentation av Swerea KIMAB 16
FUD-projekt initierat av Vägverket Inventering av korrosionstillståndet hos varmförzinkade räckesståndare på fotplatta, med undergjutning, fastskruvade på uppstickande fastgjutna skruvar av rostfritt stål. KI Rapport 2002:2 - Vägledning för kontrollmätning av förekomst av elledande kontakter (gäller för varmförzinkade räckesståndare delvis ingjutna i betong) 2009-10-13 Presentation av Swerea KIMAB 17
Förekomst av elledande kontakter mellan fastgjuten rostfria skruv och armering Varje enskild fastgjuten skruv skall kontrolleras före montering av räckesståndare/räcke. Idag mäts likspänningsskillnaden mellan rostfria skruv och armering Svårtolkade resultat. 2009-10-13 Presentation av Swerea KIMAB 18
Bakgrund till FUD-projektet Vanligt med likspänningsvärden mellan 1 och 100 mv vid kontaktmätningar mellan Vfz-räckesståndare på fotplatta med rostfria skruvar och armering. Inga riktlinjer hur likspänningsvärden mellan 1 och 100 mv ska tolkas. 2009-10-13 Presentation av Swerea KIMAB 19
2009-10-13 Presentation av Swerea KIMAB 20
Utförande Totalt 21 vägbroar valdes ut för undersökningar. 12 broar är placerade längs med E6:an, 7 broar korsar över E6:an, 2 broar korsar över riksväg 40 vid Borås. Broarna vid E6:an ligger mellan Håby och Småröd samt mellan Ske och Hogdal i norra Bohuslän. 2009-10-13 Presentation av Swerea KIMAB 21
Vitrost och begynnande rödrost Vatten 2009-10-13 Presentation av Swerea KIMAB 22
Vatten Zinkskikt Vitrost 2009-10-13 Presentation av Swerea KIMAB 23
Tolkning av mätvärden vid likspänningsmätning Elledande kontakt: <1 mv Stor risk för galvanisk korrosion Ej elledande kontakt: 100 mv Ej risk för galvanisk korrosion Vid mätvärden mellan 1 och 100 mv finns för närvarande inga riktlinjer för hur mätvärdena ska tolkas. 2009-10-13 Presentation av Swerea KIMAB 24
Mätmetoder för kontaktmätning Likspänningsmätning RRA-mätning (ResistansRäckeArmering-mätning) EKP-mätning 2009-10-13 Presentation av Swerea KIMAB 25
Resultat från kontaktmätningar utförda på vägbroar utefter E6:an mellan Ske och Hogdal Brobeteckning Namn O-1728 Bro på E6 (räcke östra sidan) Bro på E6 (räcke västra sidan) Bro på E6 (mitträcke öster) Bro på E6 (mitträcke väster) O-1729 Bro på E6 (räcke östra sidan) Bro på E6 (räcke västra sidan) Bro på E6 (mitträcke öster) Bro på E6 (mitträcke väster) O-1727 Bro över E6 (räcke norra sidan) Bro över E6 (räcke södra sidan) O-1726 Bro på E6 (räcke östra sidan) Bro på E6 (räcke västra sidan) O-1724 Bro över E6 (räcke norra sidan) Bro över E6 (räcke södra sidan) O-1795 Bro över E6 (räcke norra sidan) Bro över E6 (räcke södra sidan) O-1723 Bro på E6 (räcke östra sidan) Bro på E6 (räcke västra sidan) O-1793 Bro på E6 (räcke östra sidan) Bro på E6 (räcke västra sidan) O-1791 Bro på E6 (räcke östra sidan) Bro på E6 (räcke västra sidan) O-1794 Bro på lokal väg vid E6(räcke östra sidan) Bro på lokal väg vid E6 (räcke västra sidan) Absolutbelopp av uppmätt likspänning mellan rostfri skruv och armering mv 49 88 140 92 60 60 40 73 75 80 75 45 335 74 Uppmätt resistans mellan rostfri skruv och armering Ω 61000 80000 135000 92000 60000 60000 125 73000 75000 80000 75000 45000 334000 74000 Uppmätt elektrokemisk potential hos armering mv (Cu/CuSO 4 ) -64 +73-16 -25-2 -41 +25-42 -37 +49 +31-42 13 +51-43 -7-19 +32 +42-51 +21 +35 +9-27 Uppmätt elektrokemisk potential hos delvis ingjuten rostfri skruv mv (Cu/CuSO 4 ) -64 +73-65 -25 +86 +99 +25-42 -37-43 -29-102 -27 +51-115 -7-19 +32-33 -131-55 -10-327 -100 2009-10-13 Presentation av Swerea KIMAB 26
Likspänningsmätning Enkel att använda, svårt att förstå. Ej lämplig pga liten skillnad i elektrokemisk potential mellan rostfritt stål och stål i betong. Uppmätta mätvärden hamnar ofta mellan 10 och 100 mv. Olika tolkningar av mätresultat beroende av material. ej bra!!! 2009-10-13 Presentation av Swerea KIMAB 27
EKP-mätning Relativt komplicerad. Kräver skötsel av referenselektroder. Mätningar bör göras av specialist. 2009-10-13 Presentation av Swerea KIMAB 28
RRA-mätning = ResistansRäckeArmeringsmätning Enkel att utföra, lättbegriplig. Enkelt att tolka mätvärden. Tolkning av mätvärde är oberoende av material. 2009-10-13 Presentation av Swerea KIMAB 29
Rekommendation Vid mätning av förekomst av elledande kontakt mellan vfz-räckeståndare/rostfria skruvar och armering använd alltid RRA-metoden 2009-10-13 Presentation av Swerea KIMAB 30
Tolkning av mätvärden enligt RRAmetoden Vid resistansväden > 100 Ω, ej elektrisk kontakt Ej risk för galvanisk korrosion. Vid resistansvärden Ω, elledande kontakt Stor risk för galvanisk korrosion 2009-10-13 Presentation av Swerea KIMAB 31
Bro över elektrifierad järnväg Krav Potentialutjämning, dvs ihopkoppling av räcke och armering, för att inte utsättas höga beröringsspänningar i räcket vid en nedfallen kontaktledning. Idag används massiva rostfria räckesståndare för broräcken över elektrifierad järnväg för att undvika galvanisk korrosion. 2009-10-13 Presentation av Swerea KIMAB 32
2009-10-13 Presentation av Swerea KIMAB 33
Rekommendation Bro över elektrifierad järnväg Använd varmförzinkade räckesståndare på fotplatta, utan undergjutning, fastskruvade med fastgjutna rostfria skruvar. 2009-10-13 Presentation av Swerea KIMAB 34