C7

1. Fremdstrom

2. Opferanoden

• Opferanode dient als Hilfsanode

• aufgrund des negativen Korrosionspotenzials entsteht galvantischer Stromfluss

• in der Folge Potenzialabsenkung am zu schützenden Metall

• es werden inerte Anoden eingesetzt

• Gleichstrom wird in die Anode (Gitter etc) eingespeist

• gelangt über Elektrolyten (Beton/Mörtel) zur Kathode (Bewehrung) und dann wieder zum Gleichrichter

• negative Ionen (z.B. OH- , Cl-)wandern von Kathode zur Anode

• positive Ionen (z.B. NA+ , K+) von Anode zur Kathode

• gegenseitiger Abstand und Durchmesser der Bewehrung in den einzelnen Lagen

• Abstand zwischen den Bewehrungslagen

• Abstand zwischen Anode und Bewehrung

• Betondeckung

• spez. elektrischer Betonwiderstand

• Korrosionszustand bzw. Polarisierbarkeit der Bewehrung

• Gleichstromquelle (Gleichrichter)

• Anode in Boden oder Mörtel

• zu schützende Bewehrung (=Kathode)

• Anschlüsse an Anode und Bewehrung

• Überwachungs- und Kontrollelemente

• flächige Ausdehnung der Korrosionsherde

• unterschiedliche (Spezifischen) Betonwiderständen (Chlorid- und Feuchtegehalte)

• unterschiedliche Bewehrungsdichten

• Wasserläufer im oder durch das Bauteil

• konstruktive Details (Fugen etc.)

I.d.R. -> 200 m² - 500 m² pro Speisezone

• Titananoden mit katalytisch aktiver Oberfläche

• Anodendichte: 0,15 - 0,35 m²A / m²B (m² Anode / m² Beton)

• Einbettungsmaterial: Mörtel oder Beton

• mind. 2 Anschlüsse pro Speisezone

-> Anodenanschlusspunkte und Querschnitt Speiseleitung so wählen, dass gleichmäßige Schutzstromverteilung / Schutzwirkung erzielt wird

-> Spannungsabfall innerhalb der Anode darf max. 300 mV betragen

• Zahl und Verteilung der Kathodenanschlüsse richtet sich nach Zahl und Größe der Speisezonen

• mind. 2 Anschlüsse je Speisezone

• Fläche Pro Gleichrichter: max. 500 m² Beton oder 4 Spiesezonen

• in Speiseleitungen zur Anode müssen Messwiderstände zur Messung der Schutzstromstärke eingebaut werden

• Wenn ein Gleichrichter für mehrere Speisezonen:

  • es dürfen keine nachteiligen Folgen bzgl. Wirksamkeit und Lebensdauer resultieren

  • Verschiedene Ausgänge müssen einzeln regulierbar sein

• Leistung des Gleichrichters muss 20 % Reserve haben

• Speisespannung des Gleichrichters darf 50 V nicht überschreiten

• Überwachungelemente sind: Referenzelektroden, Messproben zur Messung der Schutzstromaufnahme und Verteilung, Messproben zur Messung der Korrosionsgeschwindigkeit

• Art / Anzahl / Verteilung so wählen, dass alle Speisezonen mit einfachen Mitteln überwacht werden können

• Regelfall: pro Speisezone mind. 2 Referenzelektroden und mind. 2 Messproben zur Schutzstromverteilung

• Überwachungelemente besonders bei inhomogener Stromverteilung wichtig

  • dann Anzahl der Überwachungelemente erhöhen

• Permanente (fest eingebaute) Elemente in die Ebene der zu schützenden Bewehrungslage versetzt werden

Grenzwerte für übliche Auslegung:

• Schutzstromdichte bezogen auf Betonoberfläche: i B < 20 mA/m²B

• Anodenstromdichte iA: Grenzwerte gem. Hersteller (i.d.R. i A < 110 mA/m²

• Auslegung so zu erstellen, dass vereinbartes Potenzialanstiegskriterium (bei trockenen Beton) erfüllte wird oder Ausschaltpotenzial der Bewehrung zwischen -0,8 und -1,1 V CSE liegt (bei eher feuchtem bis nassem Beton)

• bei inhomogenen Stromverteilungen (inhomogene Chlorid- / Feuchteverteilungen) dürfen “Regel-”Grenzwerte kurzzeitig überschritten werden (z.B. einige Wochen im Sommer)

• Grenzwerte, welche auch bei inhomogenen Stromverteilungen immer und an jeder Stelle einzuhalten sind:

  • iB < 100 mA/m²B und i Fe < 100 mA/m²Fe

  • iA < 200 mA/m²A und Ausschaltpotenzial U A,Aus < +1,0 V CSE

    • Um Anodenstromdichte bzw. das Anodenpotenzial zu reduzieren, kann die Anode mehrlagen (max. 3 lagig) verlegt werden

• u.U. kann KKS an Spannstählen zu Wasserstoffversprödung führen.

• Die Gefahr der Wasserstoffversprödung ist umso größer,

  • je höhere kathod. Schutzstromdichte an Spannstahl bzw. je negativer das Ausschaltpotenzial des Stahls ist

  • je kleiner der Abstand zwischen Anode und Spannstahl (Abstand muss mind. 50 cm betragen)

  • je höher der Chloridgehalt um die Spannglieder bzw. je inhomogener die Stromdichteverteilung ist

  • je stärker die Spannglieder bzw. die Hüllrohre korrodieren

• Anwendung KKS nicht bei Bauwerken mit direktem Verbund anwendbar

• bei indirektem Verbund nur unter bestimmten Bedingungen anwendbar

• Für Anwendung von KKS bei Spannbeton müssen Hüllrohre umbedingt intakt sein

• bei KKS an Spannbeton immer unabhändiger Experte erforderlich

• Zur Vermeidung von Wasserstoffversprödung gelten verschärfte Bedingungen:

  • Stromdichte i FE < 20 mA/m²Fe (am Spannstahl)

  • Anfordergung Ausschaltpotenzial Spannstahl: U K,Aus> -0,9 V CSE -> um das sicherzustellen ist die Zahl der Überwachungselemente in kritischen Bereichen zu erhöhen

  • Bereich mit Annäherung zwischen Anode und Spannglied sind als seperater Speisebereich auszubilden

• Weitere möglichen Maßnahmen:

  • sicherstellen, dass Hüllrohre intakt sind

  • chloridhalten Beton im Bereich der Spannglieder entfernen

  • Schutzstromdichte reduzieren

  • metalische Netze oder Bleche als Abschirmung einbetonieren

  • Anoden örtlich in Mörtel / Beton mit größerem spezifien Widerstand einbetten

  • in kritischen Bereichen keine Anoden verlegen bzw. konventionell instandsetzen

• nur für KKS an Stahlbetonbauwerken und vom Hersteller geprüfte Anoden verwenden

• nach Möglichkeit Anoden auf Titanbasis, welche auf der Oberfläche einen elektrisch leitenden Oxidfilm besitzen

• Strombelastbarkeit darf Lebensdauer des KKS-System bzw. des Bauwerks nicht einschränken

• hydraulisch abbindender Zementmörtel oder Beton mit geringen spezifischen Widerstand verwenden

• spezifischer Widerstand ρ B < 500 Ωm

• Messung des spez. Widerstands mittels 4-Punkt-Widerstandsmessung (z.B. Wenner-Sonde)

  • Prüfkörper werden vor der Messung unter definierten Bedingungen gelagert

    • 28 d bei rel. Luftf. von 100 %

    • 28 d bei rel. Luftf. von 75 %

• Einbettung i.d.R. mind. C30/37

• maximale Spannung am Ausgang muss begrenzbar und stufenlos regelbar sein

• max. Gleichspannung 50 V nicht überschreiten

• Wellingkeit der am Ausgang muss < 5 % und < 100 mv sein

• Leistungsreserve des Gleichrichters von mind. 20 % erforderlich

• Weitere Anforderungen an Gleichrichter:

  • kurzschlusssicher

  • muss so gebaut sein, dass sekundäre Sicherung und Überstromunterbrecher überflüssig sind

  • Sperrelemente erforderlich, das Stromflusss zwischen Anode und Kathode bei ausgeschaltenem Schutzstrom verhindert

  • erlaubt, jede Speisezone einzeln zu regulieren

  • je ein Anzeigegerät für Ausgansspannund und Ausgangsstrom je Speisezone

  • Ein- und Ausschaltmessung muss getaktet werden können

  • Ströme aller Speiseleitungen müssen einzeln gemessen werden können

  • braucht Betriebsstundenzähler

Kathodenanschlüsse

• Kathodenanschlüsse mittels Stahllaschen -> auf Beton herausrangende Stahlteile beschichten

Anodenanschlüsse

• Anodenanschlüsse gem. Herstellerangaben asuführen

Anschlüsse / Zuleitungen zu Anoden

• freiliegende Anschlüsse / Zuleitungen, welche in in Mörtel/Beton eingebettet sind, dürfen nur auch Titankomponenten bestehen

• Über dem Mörtel/Beton liegende Leitungen müssen aus isolierten Kupfer-Litzenkabeln bestehen und mit Schutzrohren aus Kunststoff versehen sein

• Zusätzlichste Schutzmaßnahme (Schutzrohre, doppelte Isolierung) bei mechnaischer Belastung (z.B. durch Einspritzen der Anoden) erforderlich

• Verbindung zwischen Kupferkabeln und Titandrähten muss Verteilerdosen erfolgen (ggf. wasserdicht)

• Farbe der Isolation:

  • Kathodenkabel: blau

  • Anodenkabel: rot

• Anforderungen an Geräte nach relevanten Größen für KKS Messungen

Potenzialmessung

• Eingangswiderstand: > 10 MΩ

• ggf. vorhandene Störungen (durch Wechselspannungen bzw. ströme) durch Filter eliminieren

Widerstandsmessung

Wechselstromwiderstand

• Messfrequenz muss von den Grenzfrequenzen der Bahn, Elektrizitätswerken etc. abweichen, um Messfehler und Störungen zu vermeiden

Gleichstromwiderstand

• wird durch Einspeiseversuch mittels Konstantspannungsquelle (Batterie, Gleichrichter) ermittelt. Anschließend lässt sich der Widerstand mit dem Ohm’schen Gesetz berechnen

• Messung muss mit vertauschten Plus- und Minuspol wiederholt werden

Strommmessung

• i.d.R. sollen Ströme bei permanenten Einrichtungen über einen Bekannten Messwiderstand gemessenen Spannungsabfall gemessen werden

• Anwendung von einfachen Multimetern zur Strommessung nur für Kontrollzwecke zugelassen

• Inbetriebnahme frühestens 1 Monat nach Einbettung der Anoden

• Vor Inbetriebnahme Überprüfung sämtlicher Einrichtungen und KKS Komponenten

• Kenngrößen aller Überwachungselemente sowie Potenziale aller Referenzelekroden messen und protokollieren

• Anschließend Gleichrichter einschalten. Stromdichte i.d.R. auf 20 mA/m² B eingestellt

• nach 1 und nach 2 Monaten Funktionstauglichkeit und Wirksamkeit kontrollieren und ggf. nachregulieren

• Abnhamemessung frühestens 3 und spätestens 6 Monate nach Inbetriebnahme des KKS

• Abnahme im Sommerhalbjahr

• Bei Abnahme alle Ausführungspläne, Anleitungen fpr Betrieb und Überwachung an Bauherr übergeben

• Durchzuführende Messungen bei der Abnhame:

• Visuelle Inspektion bei der Abnahme: Einbettung der Anoden auf Schichttrennung und Risse sowie die Verkablung und Gleichrchter kontrollieren.

• monatliche Betriebskontrolle

  • visuelle Kontrolle der Gleichrichter und dessen Anzeigen

  • Messung der Speisespannung an allen Speisezonen

  • Messung der Ströme aller Speisezonen

• Ergebnisse der Betriebskontrolle protokollieren

• Betriebkontrolle kann durch instruierte Mitarbeiter des Eigentümers erfolgen.

• Funktionskontrolle durch Fachmann

• Funktionskontrolle in den ersten beiden Jahren halbjährlich, nach 2 Jahren jährlich durchführen (in Sommerhalbjar)

• Messungen der Funktionskontrolle:

• zudem Visuelle Inspektion

• Resultate der Messungen und Inspektion protokollieren

• Sofern Gleichrichter nachzuregulieren waren und Schutzstromflus wesentlich verändert wurde, sind frühestens nach 1 und spätestens nach 3 Monaten Nachmessungen durchzuführen

• alle 5 Jahre durch Fachmann durchzuführen

• Umfasst Messung / Inspektion die bei Funktionskontrolle

• Zusätzlich: Messung aller permanenten Referenzelektroden

• Auswertung der Protokolle der letzten Funktions- und Betriebskontrollen, ggf. Anpassung der weiteren Kontrollzyklen