Durability of polymer impregnated carbon textiles as CP anode for reinforced concrete

Aachen (2019) [Doktorarbeit]

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Kurzfassung

Schäden an Stahlbetonkonstruktionen verursachen jedes Jahr immense wirtschaftliche Verluste. Die Kosten durch den Ausfall von Bauwerken und deren Reparaturmaßnahmen sind immens. Ein Großteil dieser Schäden ist auf die korrosive Umgebung von Stahlbetonkonstruktionen zurückzuführen. Eine Möglichkeit zur Instandsetzung korrosionsgeschädigter Bauteile ist der kathodische Korrosionsschutz. Beim kathodischen Korrosionsschutz wird der Betonstahl gezwungen als Kathode zu wirken und damit die Auflösung des Betonstahls auf ein vernachlässigbare Größenordnung reduziert. Der kathodische Effekt kann beispielsweise durch die Anbringung einer eingeprägten Stromanode erreicht werden, bei der die Teiloxidationsreaktionen auf die extern angebrachten Anode verlagert werden. Weit verbreitet im kathodischen Korrosionsschutz sind Mischmetalloxid (MMO) beschichtete Titananoden. Derzeit wird der Einsatz von Anoden aus Carbon Textilien entwickelt, die aufgrund ihrer hervorragenden mechanischen Eigenschaften, ihres geringen Gewichts und ihrer Rissüberbrückungsfähigkeit von besonderem Interesse sind. Darüber hinaus ist Kohlenstofftextil elektrisch leitfähig und seine Funktionalität als KKS-Anode wurde bereits am Institut für Baustoffforschung (ibac) der RWTH Aachen validiert. Kohlenstoff ist nach dem Pourbaix-Diagramm nicht chemisch beständig und kann korrodieren. Daher waren Dauerhaftigkeitsuntersuchungen erforderlich, um die Eignung von Kohlenstoff als Langzeit-Anodenmaterial für den kathodischen Schutz von Stahl im Beton zu bestimmen. Das Ziel dieser Arbeit ist es, die Dauerhaftigkeit von Carbon Textilien unter anodischer Polarisation zu untersuchen. Die Experimente wurden mit einer simulierten Porenlösung und Mörtel durchgeführt. Der Einfluss der anodischen Polarisation auf Kohlenstofftextilien wurde untersucht. Das Verhalten von Carbon Textilien unter anodischer Polarisation in alkalischer Lösung wurde durch Stromdichte-Potentialkurven durch potentiodynamische Experimente charakterisiert. REM-Aufnahmen wurden verwendet, um die Zersetzung der Größe der Carbon Filamente zu erkennen, die auf die anodische Polarisation zurückzuführen war. Weitere Lösungsversuche und weitere REM-Aufnahmen zeigten, dass imprägnierte Carbon Textilien die Epoxid- und SBR-Imprägnierungen abbauen. Ein Abbau der Kohlenstofffasern selbst konnte für Potenziale bis zu 2200 mV vs. NHE nicht erreicht werden. Die Zersetzung der Schlicht- und Epoxidmatrix erfolgt vermutlich im Übergangsbereich ihrer aktuellen Stromdichte-Potential-Kurven bei Potentialen von etwa 900 mV vs. NHE und 1050-1150 mV vs. NHE. Die SBR-Imprägnierung wird bei Potentialen von 490 mV vs. NHE abgebaut. Nach 240 Tagen potentiostatischer Polarisation sind keine sichtbaren Schäden an den Mörtelprüfkörpern aufgetreten. Die Verbindung zwischen Kohlenstofftextilien und Mörtel sowie die Spannungsrisskorrosion von Kohlenstofftextilien unter anodischer Polarisation wurden jedoch nicht untersucht.

Autorinnen und Autoren

Autorinnen und Autoren

Asgharzadeh, Amir

Gutachterinnen und Gutachter

Raupach, Michael
Zander, Brita Daniela

Identifikationsnummern

  • REPORT NUMBER: RWTH-2019-05559

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