Karydis Georgios - Galvanic Protection

1

Καθοδική Προστασία (Γαλβανική)

για την Αντιμετώπιση της Διάβρωσης

του Χαλύβδινου Οπλισμού

από Χλωριόντα

σε Ιστορικό Διατηρητέο Κτίριο Ω.Σ.

Γιώργος Καρύδης Διπλ. Πολιτικός Μηχανικός, MSc

Market Field Manager Refurbishment – Sika Hellas ABEE

2

Καθοδική Προστασία (Γαλβανική)

για την Αντιμετώπιση

της Διάβρωσης του Χαλύβδινου Οπλισμού από Χλωριόντα

σε Ιστορικό Διατηρητέο Κτίριο Ω.Σ.

3

ΥΑ/ΥΠ.ΠΟ/

ΔΙΛΑΠ/Γ/3509/58231/3-11-1995

ΦΕΚ 1022/Β/12-12-1995

Διατηρητέο Κτίριο Οπλισμένου Σκυροδέματος

4

ΔιάγνωσηΔιερεύνηση Στόχευση Επιλογή Εφαρμογή

Ολιστική Προσέγγιση

Αποκατάστασης Κατασκευών Ω.Σ.

5

3

Επίπεδα Διάβρωσης Χαλύβδινου Οπλισμού

142

6

Corrosion

0

0,5

1

Σχετική Βαθμός

Υποβάθμισης

Έναρξη Διάβρωσης

Πρώτη Ρηγμάτωση

Πρώτη Απολέπιση

Αστοχία

Χρόνος

Επίπεδο 1

Επίπεδο 2

Επίπεδα 3 & 4

Επίπεδα Διάβρωσης Χαλύβδινου Οπλισμού

Διάβρωση

Έναρξη

Απώλεια Συνάφειας

7

8

9

Μακροσκοπικός Έλεγχος Υφιστάμενης Κατάστασης

10

Μακροσκοπικός Έλεγχος Υφιστάμενης Κατάστασης

11

Μέτρηση pH

SIDE B Testing according to ASTM D4262–05

Concrete Thickness (mm)

0 10 20 30 40 50 60 70

Co

ncre

te P

h

6

7

8

9

10

11

K18

K16

K1

critical alkalility limit

Θέση οπλισμού

Εργαστηριακή Δοκιμή

Σύμφωνα με ASTM D4262 - 05

Χρωματογραφική Δοκιμή

Διάφανο: pH < 9

Χρώματος Βυσσινί =

Χωρίς Ενανθράκωση

Ρωγμή

Δοκιμή Χρωματικού Δείκτη

Φαινολοφθαλεΐνης

12

Νερό

Διοξείδιο

του

Άνθρακα

Έναρξη

οξειδώσεω

ς Ενανθρακωμένο

σκυρόδεμα

Ενανθράκωση (CO2)

(+ H20)Ca(OH)2 + CO2 Ca CO3 + H20

Υδροξείδιο Ασβεστίου Ανθρακικό Ασβέστιο(διαλυτό) (αδιάλυτο)

pH 12.5 - 13.5 pH <8,3

Γενική ή Ομοιόμορφη Διάβρωση

Παθογόνα Αίτια – Διάβρωση λόγω Ενανθράκωσης

Παράμετροι επίδρασης

• Ποιότητα και πάχος επικάλυψης

• Είδος τσιμέντου

• Συνθήκες περιβάλλοντος

13

Χημικό και Ηλεκτροχημικό Φαινόμενο

Άνοδος: Fe Fe2+ + 2e-

Κάθοδος: ½02 + H20 + 2e- 2(OH)-

Fe2+ + 2(OH)- Fe (OH)2

Fe(OH)2 + Οξυγόνο FeO ή Fe3O4 Προϊόντα Διαβρώσεως “Σκουριά”

Μηχανισμός διάβρωσης του χαλύβδινου οπλισμού

Άνοδος Κάθοδος

Υδροξείδια του σιδήρου

Βλάβη κατασκευών Ω.Σ. λόγω διάβρωσης οπλισμού

Παθογόνα Αίτια – Διάβρωση λόγω Ενανθράκωσης

14

Μέτρηση Χλωριόντων (εναέρια)

15

Μέτρηση Χλωριόντων σε Κατασκευές Ω.Σ.

Μέτρηση Χλωριόντων (σκυρόδεμα)

16

SIDE B Testing according to AASHTO T260

Concrete Thickness (mm)

0 10 20 30 40 50 60 70

Cl-

(%w

.t.

con

cre

te)

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

K18

K16

K1

critical penetration limit

Θέση Οπλισμού


Παθογόνα Αίτια – Διάβρωση λόγω Χλωριόντων

Εργαστηριακή Δοκιμή

Σύμφωνα με AASHTO T260

17

Χημικό και Ηλεκτροχημικό Φαινόμενο

Άνοδος: Fe2+ + 2Cl- FeCl2 + 2e-

Κάθοδος: ½Ο2 + H2Ο + 2e- 2(OH)-

Άνοδος:

FeCl2 + 2OH- Fe(OH)2 + 2Cl-

2Fe(OH)2 + ½Ο2 Fe2O3 + 2H2Ο

Μηχανισμός διάβρωσης του χάλυβα


Παθογόνα Αίτια – Διάβρωση λόγω Χλωριόντων

18

Μέτρηση Ρυθμού Διάβρωσης

ΕΝ 12696

19

Concrete Wenner Resistance (Kohmcm)

1510

10

1020 1525

30

3025 2015

152025

30

35

35

30

30

35

20

40

10

40

25

35

40

45

45

10

45

25

20

50

15

45

50

45

45

40

15

20

105

1510520

20

20

15105

1020

20

15105

2520

20

25

15105

1510

30

20

10

5

15

15

0

Side Length (cm)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160

He

igh

t (c

m)

100

200

300

400

500

600

700

800

900 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Μέτρηση Ηλεκτρικής Αντίστασης Σκυροδέματος

γαλβανικό μακροστοιχείογαλβανικό

μακροστοιχείο

γαλβανικό

μακροστοιχείο

20

Συντελεστής Δομικής Ακεραιότητας

Συντελεστής Εξάντλησης Υφιστάμενου - CF 1,13

Μέγ. Συντελεστής Εξάντλησης (Μετά την Ενίσχυση ) - CF 0,75

Υπολειπόμενο Ποσοστό Συνάφειας

21




22

Ανθεκτικότητα – Χρόνος Ζωής

Χρόνος λειτουργίας κατασκευής

Σχεδιασμός για αυξημένο χρόνο ανάμεσα στους κύκλους επισκευής

Συστήματα Επισκευής και Προστασίας που προσδίδουν τη σχεδιασμένη ανθεκτικότητα

Επίπεδο Απόδοσης

Χρόνος

Ελάχιστο Επιτρεπτό Όριο Ασφαλείας

Κύκλοι Επισκευής

Σύστημα Επισκευής Α

Σύστημα Επισκευής Β

23

Ευρωπαϊκό Πρότυπο ΕΛΟΤ EN 1504

1 Ιανουαρίου 2009

21 Ιουλίου 2010

20 Σεπτεμβρίου 2010

Προϊόντα και Συστήματα

για την Προστασία και Επισκευή

Κατασκευών από Ω.Σ.

24

ΔιάγνωσηΔιερεύνηση Στόχος Επιλογή Εφαρμογή

ΕΛΟΤ EN 1504 - 9

Θεμελιώδη Βήματα Διαδικασίας Αποκατάστασης

1. Αποτίμηση υφιστάμενης καταστάσεως του δομήματος

2. Προσδιορισμός αιτιών φθοράς

3. Σκοπός / Στόχος Επισκευής και Προστασίας

4. Επιλογή κατάλληλων βασικών Αρχών Επισκευής και Προστασίας

5. Επιλογή της Μεθόδου

6. Προσδιορισμός Ιδιοτήτων των Προϊόντων – Συστημάτων

7. Απαιτήσεις Συντήρησης

Ευρωπαϊκό Πρότυπο ΕΛΟΤ ΕΝ 1504

25

Υλικά / Τεχνικές Επεμβάσεων Προστασίας

Μεθοδολογία Εφαρμογής - Συστήματος Αποκατάστασης Ω.Σ.

1 2 3

4 5 6

26

EN 1504 - 9

Γενικές Αρχές και Μέθοδοι σχετιζόμενες με τη

Διάβρωση του χαλύβδινου οπλισμού

Αρ.Αρχής

Ορισμός Γενικής Αρχής Μέθοδοι Βασισμένες στις Γενικές Αρχές

Αρχή 9η Έλεγχος Καθοδικής Ζώνης

Δημιουργώντας συνθήκες στις

οποίες πιθανές καθοδικές

περιοχές του χαλύβδινου

οπλισμού δεν δίνατε να

οδηγήσουν σε ανοδικές

αντιδράσεις

1. Περιορισμός του ποσοστού

οξυγόνου (στη κάθοδο) με

εμποτισμό ή προστατευτικές

επιστρώσεις


27

EN 1504 - 2

Συστήματα επιφανειακής προστασίας σκυροδέματος


Υδροφοβικός ΕμποτισμόςΔημιουργία επιφανειακού υδροφοβισμού. Οι πόροι και οι

τριχοειδείς εμποτίζονται εσωτερικά, αλλά χωρίς την πλήρωσή

τους. Δεν σχηματίζεται υμένας στην επιφάνεια του

σκυροδέματος και δεν αλλοιώνεται η εξωτερική του εμφάνιση.

ΕμποτισμόςΚατεργασία σκυροδέματος ώστε να μειωθεί το επιφανειακό

πορώδες και να ενισχυθεί η επιφάνεια. Οι πόροι και οι

τριχοειδείς είναι μερικώς ή ολοκληρωτικά πλήρης.

Βαφές / ΕπιστρώσειςΚατεργασία ώστε να δημιουργηθεί μια συνεχής

προστατευτική στρώση στην επιφάνεια του σκυροδέματος.

28

EN 1504 - 9



Αρ.Αρχής


Αρχή 11η Έλεγχος Ανοδικής Ζώνης

Δημιουργία συνθηκών υπό τις

οποίες οι πιθανές περιοχές

ανόδου του χαλύβδινου

οπλισμού δεν μπορούν να

λάβουν μέρος στην αντίδραση

της διάβρωσης.

1. Επάλειψη του χαλύβδινου

οπλισμού με προστατευτικές

επιστρώσεις που περιέχουν

ενεργά συστατικά

2. Επάλειψη του χαλύβδινου

οπλισμού με σφραγιστικές

επιστρώσεις

3. Εφαρμογή αναστολέα

διάβρωσης στη μάζα ή στην

επιφάνεια του σκυροδέματος


29

Μετά

Πριν• Πολύ-λειτουργικός τύπος

• Εμποδίζει τη δημιουργία ηλεκτρολυτικής δράσης

• Δεσμεύει χλωριόντα

• Ενεργός αναστολέας

• Αντιδρά με την επιφάνεια του χαλύβδινου οπλισμού

(φυσικά και χημικά)

• Διεισδυτικός αναστολέας

• Δεισδύει στο σκυρόδεμα σε δύο μορφές υγρή και αέρια

• Δημιουργία στρώσης

• Δημιουργία προστατευτικής στρώσης

στην επιφάνεια του οπλισμού (ανοδική και καθοδική θέση)

Τεχνολογίες Αναστολέων Διάβρωσης

30

Μηχανισμός Λειτουργίας λόγω Άρχουσας Ανόδου

Βλάβες λόγω

Φαινομένου

Άρχουσας Ανόδου

(incipient anode)

σε κατασκευή Ω.Σ.

μετά την επισκευή…

31

Δράση γαλβανικού στοιχείου διάβρωσης

Φαινόμενα δημιουργίας ανοδικής ζώνης μετά την επισκευή

Χαλύβδινος οπλισμός δεν διαβρώνεται στην κάθοδο (-ve)

Σχηματισμός ανοδικών περιοχών σε γειτνίαση της επισκευής (+ve)

ΣΚΥΡΟΔΕΜΑ (ηλεκτρολύτης)

Διάβρωση στην άνοδο (+ve)

Σκουριά

Κάθοδος

ΣΚΥΡΟΔΕΜΑ (ηλεκτρολύτης)

Άνοδος

ΚάθοδοςΆνοδος Άνοδος

Μηχανισμός Λειτουργίας λόγω Άρχουσας Ανόδου

32

EN 1504 - 9



Αρ.Αρχής


Αρχή 10η Καθοδική Προστασία 1. Εφαρμογή ηλεκτρικού ρεύματος


33

-

Τεχνολογία Επεμβάσεων Αποκατάστασης

Καθοδική Προστασία με Συνεχές Ρεύμα

• Εγκατάσταση ανοδικού στοιχείου

(πλέγμα, ράβδοι, ελάσματα, διακριτά ανόδια, επιστρώσεις, βαφές)

• Λειτουργία εξωτερικής πηγής συνεχούς ηλεκτρικού ρεύματος

• Η άνοδος συνδέεται με το θετικό πόλο

• Ο οπλισμός συνδέεται με τον αρνητικό πόλο

34

Ebonex®

Ανόδια Τύπου 18/100

Καθοδική Προστασία με Συνεχές Ρεύμα


35

36

Εφαρμογή δυναμικού αντίθετου του δυναμικού διάβρωσης,

ώστε ο χαλύβδινος οπλισμός να γίνει κάθοδος ενός ηλεκτρολυτικού κελιού


Γαλβανική - Καθοδική Προστασία

37

Δεν απαιτείται και δεν καταναλώνεται ηλεκτρικό ρεύμα


Γαλβανική Προστασία με Θυσιαζόμενα Ανόδια

θυσιαζόμενος

ψευδαργυρικός

πυρήνας

καλώδια

σύνδεσης

ενεργό

τσιμεντοειδές

κονίαμα

εγκιβωτισμού

καλώδια

σύνδεσης

ενεργό


περίβλημα



πυρήνας

38

• Εγκιβωτιζόμενα θυσιαζόμενα ανόδια

• Δεν απαιτείται και δεν καταναλώνεται ηλεκτρικό ρεύμα


Γαλβανική Προστασία με Θυσιαζόμενα Ανόδια

Sika®

GalvaShield®

XP

καλώδια

σύνδεσης



πυρήνας

ενεργό


κονίαμα

εγκιβωτισμού

39

Κονίαμα

Εγκλεισμού

Συνεχής

Στρώση

Συνάφειας

Επισκευαστικό

Κονίαμα

Προϊόντα

διάβρωσης

ψευδαργύρου

Στρώση

Ψευδαργύρου

Καθαρή Στρώση

Ψευδαργύρου

(επιφανειακή θαμπή

στρώση έχει ξυστεί)

Σύρμα

σύνδεσης

Εύρος

πόρων που

περιέχουν

(λευκά)

προϊόντα

διάβρωσης

Διάβρωση Ανοδίων - Sika Galvashield XP

40

Σχεδιασμός Γαλβανικής Προστασίας

Μελέτη Ανθεκτικότητας – Ολιστικός Σχεδιασμός

41




42

Μεθοδολογία Τοποθέτησης Γαλβανικής Προστασίας

1

2

3

43

3

2


44


45

46

Η ροή ηλεκτρονίων δημιουργεί ηλεκτρικό πεδίο

Το δυναμικό ελαττώνεται όσο το ηλεκτρόδιο απομακρύνεται από την άνοδο

Οι διαφορές δυναμικού ανιχνεύονται στην επιφάνεια του σκυροδέματος

Διάβρωση ΠαθητικόΗλεκτρόνια, e-

Ηλεκτρόδιο Αναφοράς

Ηλεκτρικό

πεδίοΓραμμές επιρροής

Μέτρηση Δυναμικού Διάβρωσης Ημι-Στοιχείου

ASTM C876 -

TRL Guide AG9

mV

47

Μεθοδολογία Ελέγχου Γαλβανικής Προστασίας

Galvashield XP2

Radial Distance between Anodes (cm)

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

Po

ten

tia

l C

u/C

uS

o4

(-m

V)

500

520

540

560

580

600

620

640

660

680

700

720

Overlapping Region

Radial Distance

Η διαφορά δυναμικού μεταξύ δύο ανοδίων να μην υπερβαίνει το 30%

(δηλ. ομοιόμορφη διάβρωση)

Η μέγιστη τιμή να μην υπερβαίνει το σχεδιαστικό δυναμικό κλειστού

κυκλώματος (-750 mV)

Η ελάχιστη τιμή να μην είναι μεγαλύτερη από (-300mV)

Περιορισμοί

μετρήσεων μετά

από 2 ημέρες

48

DATE ORIGINAL

LATEST REVISION

SCALE

JOB NO.

REVISIONS

NO. DATE DESCRIPTION

DRAWNCHECKED

TITLE

9.8

5

2.60

38 SIKA GALVASHIELD XP2 100 gr

OUTPUT 805 Ah/Kgr

DESIGNED LIFE 30 YEARS

SAFETY FACTOR 1.21

ANODE FULL POTENTIAL <- 850mV

ANODE CORRECTED POTENTIAL -637mV

RESISTANCE GALVANIC 32%

GRID 80X80

2x Φ8/20+Φ6/20

+ (Φ12/20+Φ10/10)

0.6

2

1.3

5

2.0

9

2.2

4

Φ8/20+Φ6/20

1.1

8

1.5

8

1:50

MEMBER T13+GP1

0.4

7

1.8

5

2.5

4

Στάθμη Υπογείου

5.9

2

3.1

9

0.1

9

0.8

8

Στάθμη Iσογείου

150-2011

30/11/2011

ST

0.11

1.35

0.55

0.16

23/03/2012

MAX CR 4.0mA/cm2

Cl->0.55%wt

1.97

208

201 260

310 210

234375

329 471 210

421554

512

387

612

354

471

547

487

321421501

550561

311 398

511

287

308 417 284

352

358 381

285 241

361 322

471

605

Cu/CuSo4 + 80 days

550-1000mV

350-550mV

250-350mV

<250mV

Αξιολόγηση Λειτουργίας Γαλβανικής Δράσης

DATE ORIGINAL

LATEST REVISION

SCALE

JOB NO.

REVISIONS


DRAWNCHECKED

TITLE

9.8

5

2.60


OUTPUT 805 Ah/Kgr


SAFETY FACTOR 1.21




GRID 80X80

2x Φ8/20+Φ6/20

+ (Φ12/20+Φ10/10)

0.6

2

1.3

5

2.0

9

2.2

4

Φ8/20+Φ6/20

1.1

8

1.5

8

1:50

MEMBER T13+GP1

0.4

7

1.8

5

2.5

4


5.9

2

3.1

9

0.1

9

0.8

8


150-2011

30/11/2011

ST

0.11

1.35

0.55

0.16

29/02/2012

MAX CR 4.0mA/cm2

Cl->0.55%wt

1.97

211

255 323

482 216

278430

494 601 225

507699

653

523

1000

457

561

707

831

360629557

754755

323 457

623

315

362 512 323

452

441 401

310 256

425 485

2 MORE ANODES ARE REQUIRED

Cu/CuSo4 +48 h

9.8

0

Στάθμη Ορόφου

550-1000mV

350-550mV

250-350mV

<250mV

2 ημέρες 80 ημέρες

49

DATE ORIGINAL

LATEST REVISION

SCALE

JOB NO.

REVISIONS


DRAWNCHECKED

TITLE

9.8

5

2.60


OUTPUT 805 Ah/Kgr


SAFETY FACTOR 1.21




GRID 80X80

2x Φ8/20+Φ6/20

+ (Φ12/20+Φ10/10)

0.6

2

1.3

5

2.0

9

2.2

4

Φ8/20+Φ6/20

1.1

8

1.5

8

1:50

MEMBER T13+GP1

0.4

7

1.8

5

2.5

4


5.9

2

3.1

9

0.1

9

0.8

8


150-2011

30/11/2011

ST

0.11

1.35

0.55

0.16

22/05/2012

MAX CR 4.0mA/cm2

Cl->0.55%wt

1.97

110

115 137

132 154

124201

241 247 151

287301

401

220

361

201

347

457

354

304317447

401394

285 301

358

218

235 294 226

314

254 300

190 185

301 256

320

412

550-1000mV

350-550mV

250-350mV

<250mV

Cu/CuSO4 + 180 days

DATE ORIGINAL

LATEST REVISION

SCALE

JOB NO.

REVISIONS


DRAWNCHECKED

TITLE

9.8

5

2.60


OUTPUT 805 Ah/Kgr


SAFETY FACTOR 1.21




GRID 80X80

2x Φ8/20+Φ6/20

+ (Φ12/20+Φ10/10)

0.6

2

1.3

5

2.0

9

2.2

4

Φ8/20+Φ6/20

1.1

8

1.5

8

1:50

MEMBER T13+GP1

0.4

7

1.8

5

2.5

4


5.9

2

3.1

9

0.1

9

0.8

8


150-2011

30/11/2011

ST

0.11

1.35

0.55

0.16

23/07/2012

MAX CR 4.0mA/cm2

Cl->0.55%wt

1.97

108

96 99

127 114

101127

124 147 124

207258

306

147

302

124

247

321

301

247287325

317287

205 241

198

178

184 207 181

214

157 210

121 154

174 168

214

314

550-1000mV

350-550mV

250-350mV

<250mV

Cu/CuSO4 + 240 days

Αξιολόγηση Λειτουργίας Γαλβανικής Δράσης

180 ημέρες 240 ημέρες

50

Karydis Georgios - Galvanic Protection

Documents