Undersøkelser av ledende anodemaling ved katodisk beskyttelse av armert betong anvendt på bruer og prøvefelt.

Abstract

Katodisk beskyttelse brukes til å bekjempe armeringskorrosjon i betong, hovedsakelig forårsaket av kloridinntrengning. Kort fortalt stanses korrosjonen ved å gjøre armering til en enhetlig katode ved å montere en ekstern anode på/i betongen og påtrykke en likespenning mellom elektrodene. I denne oppgaven er det arbeidet med ledende anodemaling med strømfordelingsbånd som primæranode. I Oppgaven vurderes følgende:

• I hvilken grad evner anodesystemet å beskytte konstruksjoner med høy armeringstetthet og pågående armeringskorrosjon i varierende omfang. For å svare på dette ble et prøvefelt i et tett armert tilfluktsrom etablert. • Hvordan har det gått med kystbruene som har vært beskyttet med disse anodesystemene over 20 – 30 år? Tre bruer beskyttet med ledende maling ble inspisert, hvorav grundigere undersøkelser ble utført på Verjeskiftet bru.

Utgangspunktet under hele oppgaven har vært å identifisere kritiske faktorer og områder med forbedringspotensial. Hva kan man lære i forhold til fremtidig bruk?

Det ble funnet at anodesystemet er i stand til å polarisere høy tetthet av armering med korrosjon i varierende omfang. Samtidig ble flere områder med forbedringspotensial identifisert. Mest overraskende var hvordan et ekstra strøk anodemaling over strømfordelingsbåndene resulterte i et kraftig forbedret anodesystem både i forhold til strømfordeling i anoden og økt beskyttelsesstrøm utfra samme spenning på 2V. Erfaringen bør nyttiggjøres ved fremtidig bruk av anodesystemet.

Under forsøket ble en kritisk faktor ved anodesystemet erfart. En ståltråd forbant anode og armering, denne resulterte ikke i en kortslutning, men ga høy lekkasjestrøm i prøvefeltet før den ble oppdaget. Slike «strømsluk» er vanskelige å oppdage da KB-anlegget tilsynelatende «fungerer greit» i tiden før ståltråden ble fjernet. Anbefalinger vedrørende feilsøk er gitt.

I prøvefeltet ble det utført en dyp reparasjon med flere lag med korrodert, og tett armering. Selv om mørtelen hadde god ledningsevne, var det vanskeligere å polarisere armeringslag nr. 2 enn det øvrige felt. Det anbefales å ha fokus på effekt av KB på armering under reparasjoner.

Hovedutfordringen med bruene viste seg å være ustabilitet i styresystem og manglende oppfølging. Dette gjør det vanskelig å vurdere langtidsfunksjonaliteten. Det er ikke mulig å si noe konkret om hvor mye akkumulert strøm anoden tåler over en periode på 19 år. Med utgangspunktet man har er det ingen indikasjoner på verken anodeforbruk (grafittoksidasjon) eller forsuring av grensesjiktet anode/betong på den undersøkte brua.

På Verjeskiftet bru, ble det ikke funnet betongskader til tross for ustabil drift av KB-anlegget. Dette har trolig sammenheng med en omfattende mekanisk reparasjon på 90-tallet. Videre har polarisering over lengre tid trolig gitt et bedre miljø rundt armeringen. Anodesystemets mekaniske egenskaper er ikke forringet, heft mellom anode/maling/betong og internmotstand i anoden er den samme etter 19 år. Dette illustrerer at varig god heft forutsetter grundig forbehandling og påføring av god overflatebehandling av anoden. Lokale avflassinger er utfordringen over lengre tid, også på Verjeskiftet bru. Ved generell slitasje, må gjenbehandling vurderes.

For å øke funksjonaliteten av fremtidige KB-anlegg med ledende maling anbefales reduksjon av mulige ledd i kretsmotstanden. Her kan nevnes grundig forbehandling, anodetykkelse over strømfordelingsbånd og fjerning av eventuelle slemmemasser. Tettheten av strømfordelingsbånd tilpasses armeringstettheten. Ledende maling er et reelt alternativ på bruene til Statens Vegvesen. Ved å nyttiggjøre erfaringer i oppgaven, vil dette øke langtidsbestandigheten og -funksjonaliteten av systemet med ledende anodemaling.

Cathodic protection (CP) is used to prevent corrosion of reinforcement in concrete, mainly caused by chloride contamination. The corrosion is prevented by making the reinforcement function as a unified cathode by mounting an external anode on/in the concrete and applying a direct voltage between the electrodes. In the present thesis work has been performed with conductive anode paint with power distribution ribbons (PDR) as the primary anode. In the thesis the following items have been evaluated:

• The extent to which the anode system is able to protect constructions with high reinforcement density and different degrees of ongoing corrosion. In order to find an answer to this an experimental field was established in a shelter with high reinforcement density. • What is the experience with the coastal/marine bridges that have been protected with conductive paint over 20-30 years? Three bridges protected by conductive paint where inspected, whereby more detailed experiments were conducted on Verjeskiftet bridge.

The basis for the thesis has been to identify critical factors and the potential for possible improvements. What lessons may be learned for future use?

It was established that the anode system is able to polarize high density reinforcement with varying degrees of corrosion attack. At the same time a number of areas showing potential for improvement were identified. It was surprisingly found that an extra layer of anode paint over the PDR resulted in a significantly improved function of the anode system, both with regard to the current distribution in the anode and increased protection current based on the same voltage of 2V. This experience could advantageously be used in future anode systems.

During the experiment a critical factor of the anode system was identified. A steel wire connected anode and reinforcement, this did not result in a short circuit, however it produced a considerable leak current in the experimental field before the problem was located. Such currents are difficult to find since the CP system seems to function as expected during the time before the steel wire was located and removed. Recommendations for troubleshooting are provided.

In the experimental field a deep repair comprising multiple layers of corroded and high density reinforcement was performed. Even if the mortar displayed high conductivity, it was more difficult to polarize the second layer of reinforcement compared to the rest of the field. The recommendation is to focus on the effect of CP of the reinforcement during repairs.

The main challenge in relation to the bridges was demonstrated to be the instability of the control system and lack of follow up procedures. This makes assessment of the long-term functionality difficult. It is impossible to predict the amount of accumulated current the anode can withstand over a period of 19 years. Based on our observations there are no indications of either anode consumption (oxidation of graphite) or acidification of the junction anode/concrete on the inspected bridge.

On Verjeskiftet bridge no concrete damage was detected in spite of instable operation of the CP system. This is likely due to a comprehensive mechanical repair performed in the nineties. Also prolonged polarization has probably provided an improved environment around the reinforcement. The mechanical properties of the anode system are not degraded, adhesion between anode/paint/concrete and internal resistance remain the same after 19 years. This illustrates that a prerequisite for sustainable adhesion is a thorough pre-treatment and relevant surface treatment of the anode. Local paint peelings are the challenge over time, also on Verjeskiftet bridge. Retreatment must be considered when the bridge shows general wear.

In order to improve the functionality of future CP systems with conductive paint a reduction of possible elements in the total resistance of the circuit is recommended. In this connection thorough pre-treatment, anode thickness over PDR, removal of possible cementitious paint, may be emphasized. The density of PDR is to be adjusted according to the reinforcement density. Conductive paint is a valid option for the coastal/marine bridges. By applying the experiences in the thesis, the long-term sustainability and –functionality of the system with conductive anode paint may be improved.