CZ295912B6 - Přípojka pro využití u katodové ochrany a způsob její výroby - Google Patents

Abstract

Sestava pro využití u katodové ochrany ocelové výztuže ve vyztuženém betonu obsahuje anodu z kovu, který má zápornější potenciál elektrody, než ocel, a která je s ní v elektrickém kontaktu, podlouhlou elektrickou přípojku, například z drátu, vyrobenou z tvárného kovu pro její navinutí kolem ocelového výztužného prvku, který má být chráněn. Anoda může být ve formě bloku, odlitého kolem části délky podlouhlé přípojky, přičemž podlouhlá přípojka s výhodou sestává z většího množství drátů stočených dohromady v části jejich délky, přičemž anoda je odlita kolem stočené části. Anoda je s výhodou ze zinku, zalitá v porézním cementovém materiálu obsahujícím elektrolyt mající pH asi 14.

Description

Přípojka pro využití u katodové ochrany a způsob její výroby

Oblast techniky

Vynález se týká katodové ochrany oceli ve vyztuženém betonu, využívající obětované anody, a zejména se týká elektrické přípojky pro připojení obětované anody k výztužné oceli, a dále způsobu instalace této anody.

Dosavadní stav techniky

Obětované anody jsou všeobecně známé. Aby byla obětovaná anoda účinná, je vyrobena z kovu, který má vyšší záporný potenciál elektrody, než ocel, která má být chráněná, takže bude korodovat více než ocel. Obětované anody jsou popsány například v patentovém spise EP 0 707 667 a nebo v patentovém spise US 5 292 411.

Aby plnila svoji funkci, musí být obětovaná anoda elektricky připojena k oceli, která má být chráněna. Pro tento účel byly dříve využívány kovové vodiče. Tyto kovové vodiče ve formě drátů byly připevněny k ocelové výztuži prostřednictvím vyvrtání otvoru, do kterého byl vložen samořezný šroub. U alternativních způsobů bylo využíváno svorek nebo úchytek k přichycení drátu ke kovové výztuži, která má být chráněna.

Nedostatky těchto způsobů spočívaly zejména v to, že vrtání otvorů a používání samořezných šroubů je časově náročné, přičemž vždy existuje riziko, že může dojít k rozpojení svorek nebo úchytek.

Podstata vynálezu

Předmět tohoto vynálezu poskytuje řešení shora uvedených problémů prostřednictvím využívání poddajné tvárné podlouhlé přípojky, která je připojena k ocelovému výztužnému prvku prostřednictvím ovinutí přípojky kolem výztužného prvku.

V souladu s předmětem tohoto vynálezu byla tedy vyvinuta sestava pro využití u katodové ochrany ocelové výztuže ve vyztuženém betonu, která obsahuje:

(i) anodu z kovu, který má zápornější potenciál elektrody, než ocel, a která je s ní v elektrickém kontaktu.

(ii) podlouhlou elektrickou přípojku, vyrobenou z tvárného kovu pro její navinutí kolem ocelového výztužného prvku, který má být chráněn.

Podlouhlá přípojka může být s výhodou provedena ve formě drátu.

Anoda může být s výhodou provedena ve formě bloku, odlitého kolem části délky podlouhlé přípojky.

Podlouhlá přípojka s výhodou obsahuje velké množství drátů, stočených dohromady kolem části jejich délky, přičemž anoda byla odlita kolem stočené části.

Dráty jsou s výhodou stočeny dohromady v poloze mezi jejich konci, takže dráty vybíhají na obou stranách odlité anody.

Anoda je s výhodou uzavřena v porézním materiálu, který byl odlit kolem anody, přičemž porézní materiál obsahuje elektrolytický roztok, jehož pH je dostatečně vysoké pro zajištění koroze

-1 CZ 295912 B6 anody a pro zabránění vytváření pasivního filmu na anodě, když je anoda galvanicky připojena k výztuži.

Anoda je s výhodou provedena ze zinku, přičemž porézním materiálem je cementová malta, obsahující elektrolytický roztok, mající pH alespoň zhruba 14.

Tato sestávaje s výhodou připojena k výztuži navinutím podlouhlé přípojky kolem výztuže.

V souladu s dalším aspektem předmětu tohoto vynálezu byl dále rovněž vyvinut způsob výroby sestavy pro využití u katodové ochrany ocelové výztuže ve vyztuženém betonu, přičemž sestava obsahuje anodu z kovu, který má zápornější potenciál elektrody, než ocel, a která je sní v elektrickém kontaktu, dále podlouhlou elektrickou přípojku, vyrobenou z tvárného kovu pro její navinutí kolem ocelového výztužného prvku, který má být chráněn.

Podstata předmětného způsobu spočívá zejména v tom, že anoda se odlévá z tekutého kovu ve formě pro vytvoření kovového bloku kolem části délky podlouhlé elektrické přípojky.

Způsob podle tohoto vynálezu dále zahrnuje krok vytvoření kolem anody pevného bloku z tekuté nebo polotekuté směsi porézního materiálu, obsahujícího elektrolytický roztok, mající pH dostatečně vysoké pro zajištění koroze anody a pro zabránění vytváření pasivního filmu na anodě při připojení k ocelové výztuži.

V souladu s ještě dalším aspektem předmětu tohoto vynálezu byl dále rovněž vyvinut způsob instalace obětované anody pro ochranu ocelové výztuže ve vyztuženém betonu, který obsahuje v jakémkoliv pořadí následující kroky (a) a (b):

(a) provádění elektrického spojení mezi obětovanou anodou a podlouhlou přípojkou, přičemž je podlouhlá přípojka vyrobena z tvárného kovu pro její navinutí kolem výztuže, a (b) provádění elektrického kontaktu mezi podlouhlou přípojkou a ocelovou výztuží prostřednictvím navíjení podlouhlé přípojky kolem ocelové výztuže.

Krok (a) s výhodou zahrnuje odlévání anody z tekutého kovu ve formě pro vytvoření kovového bloku kolem části délky podlouhlé přípojky.

Způsob podle tohoto vynálezu rovněž obsahuje další krok (c), který může být prováděn před nebo po kroku (b), a který zahrnuje odlévání kolem anody porézního materiálu, obsahujícího elektrolytický roztok, mající pH dostatečně vysoké pro zajištění koroze anody a pro zabránění vyváření pasivního filmu.

Anoda je s výhodou zinková a pH elektrického roztoku je alespoň zhruba 14.

Pro těsné utažení drátu kolem výztuže předmětný způsob dále s výhodou zahrnuje stáčení konců ohebné podlouhlé přípojky k sobě s využitím rohatkového stáčecího nástroje.

Přípojka podle tohoto vynálezu může být nainstalována v mnohem kratším čase, než tomu bylo u dříve používaných způsobů, využívajících samořezných šroubů, přiČemžje mnohem bezpečnější, než dříve používané svorky nebo úchytky.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude v dalším podrobněji objasněn na příkladech jeho konkrétního provedení, jejichž popis bude podán s přihlédnutím k přiloženým obrázkům výkresů, kde:

obr. 1 znázorňuje axonometrický pohled na jeho provedení předmětu tohoto vynálezu, kde jsou dva dráty spolu vzájemně stočeny dohromady;

-2CZ 295912 B6 obr. 2 znázorňuje axonometrický pohled v menším měřítku, než obr. 1, přičemž anoda byla odlita kolem drátů přípojky, a obr. 3 znázorňuje axonometrický pohled ve stejném měřítku, jako obr. 2, avšak na další provedení předmětu tohoto vynálezu, kde je anoda obklopena maltou, která byla kolem ní odlita.

Příklady provedení vynálezu

Anoda je s výhodou vytvořen ze zinku, přičemž však je rovněž možno použít hliníku, kadmia nebo hořčíku. Odkazy na tyto kovy zahrnují rovněž slitiny, které je obsahují.

Elektrický kontakt mezi přípojkou a anodou je s výhodou zajištěn tak, že anoda je ve formě bloku, který byl odlit (přičemž odlitím se rozumí ponechání tekutého kovu ztuhnout ve formě bloku) kolem části délky podlouhlé přípojky. Alternativně může být elektrický kontakt zajištěn tak, že se podlouhlá přípojka navine kolem anody, nebo že se přípojka připájí nebo obdobným způsobem připevní k anodě.

Podlouhlá přípojka je s výhodou ve formě drátu, přičemž však mohou být použity i další podlouhlé formy. Tento drát může být s výhodou z oceli, a to zejména z měkké oceli.

Drát je s výhodou z ušlechtilého kovu nebo z ušlechtilejšího kovu, než je ocel ve výztuži.

Přípojka může obsahovat větší počet drátů, které jsou vzájemně stočeny na části své délky, přičemž anoda může být odlita kolem této stočené části. Pod pojem stočený je nutno rovněž zahrnout pojmy ohnutý nebo přehnutý nebo zvlněný. Účelem stočené části je zvětšit povrchovou plochu drátu, vytvářejícího stykovou plochu s odlitou anodou, a tím zdokonalit elektrický kontakt. Dráty mohou být společně stočeny v poloze, která leží mezi jejich konci (například v blízkosti středu jejich délky), takže délky drátů leží na obou stranách od odlité anody.

Patentová přihláška WO 94/29496 (Evropská patentová přihláška EP 0 707 667) popisuje způsob katodové ochrany, u kterého za účelem udržování katodové ochrany po určité udržovací časové období je anoda obklopena materiálem, obsahujícím elektrolyt o vysokém pH. Za účelem zabránění pasivaci anody je doporučováno, aby v případě zinkové anody mělo pH hodnotu alespoň zhruba 14.

Vhodnými materiály, popsanými v tomto řešení, jsou cementové malty, které mohou být odlity kolem anody za účelem vytvoření jednotky. Není podstatné, aby malta byla cementová, přestože takovéto malty jsou mnohem snadněji dostupné. Malta může být připravena z cementu, který má skutečně vysoký alkalický obsah, nebo může být přídavná alkálie do malty přidána, například hydroxid sodný nebo hydroxid lithný, přičemž hydroxid lithný je doporučován.

Sestava anody a přípojky podle tohoto řešení může mít pórovitý materiál, jako je například cementová malta, odlitý kolem anody. Tímto odlitím máme na mysli vytváření pevného bloku z tekuté nebo polotekuté malty. Odlévání je s výhodou prováděno ve formě. Pórovitý materiál je takový, že s výhodou obsahuje elektrolyt o vysokém pH, jak je popsáno v Evropské patentové přihlášce EP 0 707 667, to znamená, že obsahuje roztok elektrolytu, jehož pH je dostatečně vysoké pro udržování koroze anody a pro zabránění vytváření pasivního filmu na anodě, když je anoda galvanicky připojena k ocelové výztuži. V případě cementové malty je elektrolytickým roztokem porézní roztok.

Malta má s výhodou obsah alkálie ekvivalentní alespoň jednomu procentu hydroxidu lithného, vztaženo na suchou hmotnost ingrediencí, použitých pro výrobu malty. Ekvivalentní množství hydroxidu sodného je 2 % hmotnostní. S výhodou je množství hydroxidu lithného větší, než 2 %, přičemž ekvivalentní množství hydroxidu sodného činí 4%.

-3 CZ 295912 B6

Hydroxid líthný je doporučovanou alkálií, neboť ionty lithia poskytují ochranu proti reakcím alkalické siliky či alkalického oxidu křemičitého (nebo alkalického agregátu) v betonu. Může však být použito i směsí alkálií, například směsí hydroxidu lithného a hydroxidu sodného.

Anoda, porézní materiál, například malta, a příslušné dolévání mohou být takové, jaké jsou popsány například v evropské patentové přihlášce EP 0 707 667.

V souladu s dalším aspektem předmětu tohoto vynálezu byl vyvinut způsob instalace obětované anody pro ochranu vyztužení ve vyztuženém betonu, kterýžto způsob zahrnuje následující kroky (a) a (b) v jakémkoliv pořadí:

(a) provádění elektrického spojení mezi podlouhlou přípojkou a anodou, a (b) provádění elektrického kontaktu s ocelovou výztuží prostřednictvím navíjení podlouhlé přípojky kolem ocelové výztuže.

Krk (a) může obsahovat odlévání anody kolem části délky podlouhlé přípojky.

Před krokem (b) může být prováděn další krok (c), kterýžto krok (c) obsahuje odlévání porézního materiálu kolem anody, přičemž porézní materiál obsahuje elektrolytický roztok, mající pH dostatečně vysoké pro zajištění koroze anody a pro zabránění vytváření pasivního filmu.

Anoda je s výhodou zinková, v kterémžto případě je pH elektrolytického roztoku s výhodou alespoň zhruba 14. Pokud je anoda z jiného kovu, jako je například hliník, může být pH nižší, například alespoň 13,3 nebo 13,5.

Hodnota pH může být stanovena prostřednictvím měření koncentrace hydroxylových iontů, a to s použitím následující rovnice podle Sorensera:

pH = 14 + log(OH)

Předmět tohoto vynálezu je využitelný při budování nových konstrukcí z vyztuženého betonu, ve kterých je sestava anody připojena k vyztužení prostřednictvím přípojky, přičemž je porézní materiál o vysokém pH, jako je například malta, odlit kolem anody.

Předmět tohoto vynálezu je rovněž využitelný pro účely ochrany než existujících betonových konstrukcí, přičemž v souladu s předmětným způsobem může být v betonu proveden otvor a (i) anoda se vloží do tohoto otvoru, (ii) přípojka se připojí k vyztužení, a (iii) materiál o vysokém pH se odlije kolem anody.

Jednotlivé kroky (i), (ii) a (iii) mohou být prováděny vjakémkoliv pořadí.

Na vyobrazení podle obr. 1 jsou znázorněny dva dráty, z nichž každý je vyroben z měkké oceli 16 SWG (číslo normalizované tloušťky drátu), které jsou stočeny dohromady ve stočené části 6 své délky. Délka této stočené části 6 bývá obvykle od zhruba 38 mm do 42 mm. Čtyři délky drátu ve formě ramen 2, 4, 8 a 10 vybíhají ze stočené části 6. Délka těchto ramen 2, 4, 8 a 10 bývá obvykle od zhruba 148 mm do 152 mm, přičemž na konci každého ramene 2, 4, 8 a 10 jsou vytvořeny smyčky 12, 13, 14 a 15. Každé z ramen 2, 4, 8 a 10 je ovinuto kolem výztuže. Pro zajištění dostatečného elektrického kontaktu jsou obvykle postačující jeden nebo dva kompletní závity kolem výztuže.

Průměr smyček 12,13, 14 a 15 činí obvykle od zhruba 9 mm do 11 mm. Účelem těchto smyček 12, 13, 14 a 15 je usnadnit používání nástroje takového typu, kterého se používá pro uzavírání

-4CZ 295912 B6 papírových sáčků na rajská jablíčka apod. Vhodným nástrojem je pružinou zatížený rohatkový stáčecí nástroj, známý jako Stanleyův vázací nástroj, který je možno obdržet u firmy Direct Wire Ties Limited. Prostřednictvím, tohoto nástroje mohou být ramena 2, 4, 8 a 10, která byla ovinuta kolem ocelové výztuže (na vyobrazením neznázoměno) ve vyztuženém betonu, poté stočena dohromady. Účinek tohoto opatření je těsné upevnění drátu kolem výztuže.

Na vyobrazení podle obr. 2 je znázorněn válcový zinkový blok nebo prstenec 20 o průměru zhruba 40 mm a tloušťce zhruba 7 mm, který byl odlit kolem stočených drátů. Na obr. 2 byl střed válcového bloku nebo prstencem 20 vynechán, aby bylo vidět dráty. Horní a spodní okraje bloku nebo prstence 20 byly zaobleny za účelem zabránění přetržení drátu.

Sestava, znázorněná na vyobrazení podle obr. 2, byla provedena tak, že nejprve byly dráty stočeny k sobě v blízkosti středu jejich délky, načež byla stočená část umístěna do keramické licí formy. Do této formy byl poté nalit roztavený zinek. Po ztuhnutí byl výrobek z formy vyjmut. Ramena 2, 4, 8 a 10 drátů vybíhají na obou stranách anody a umožňují, aby byla anoda připojena v případě nutnosti k více než k jednomu výztužnému prvku.

Na vyobrazení podle obr. 3 je znázorněn maltový blok 24, který byl odlit kolem zinkového bloku nebo prstencem 20 podle obr. 2, a to v tloušťce 10 mm kolem zinkového bloku nebo prstence 20.

Sestava, znázorněná na vyobrazení podle obr. 3, byla provedena tak, že sestava podle obr. 2 byla umístěna do předem vakuově vytvořené plastikové formy tak, aby byl zinkový blok nebo prstenec 20 umístěn ve středu formy. Cementová malta o vysokém pH, obsahující porézní roztoko pH vyšším, než 14, byla připravena smícháním práškového portlandského cementu (obsahujícího 2 % hmotnostní přidaného hydroxidu lithného, vztaženo na hmotnost cementového prášku) s vodou, načež byla tato směs nalita do formy, kde byla ponechána tvrdnout po dobu čtyř hodin, a poté byl hotový produkt vyjmut z formy, takže byl získán výrobek, vyobrazený na obr. 3.

Claims (15)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Sestava pro využití u katodové ochrany ocelové výztuže ve vyztuženém betonu, vyznačující se tím, že tato sestava obsahuje:

   (i) anodu z kovu, který má zápornější potenciál elektrody, než ocel, a která je s ní v elektrickém kontaktu, (ii) podlouhlou elektrickou přípojku, vyrobenou z tvárného kovu pro její navinutí kolem ocelového výztužného prvku, který má být chráněn.
2. 2. Sestava podle nároku 1, vyznačující se tím, že podlouhlá přípojka je ve formě drátu.
3. 3. Sestava podle nároku 1, vy z n a č uj í c í se tím, že anoda je ve formě bloku, odlitého kolem části délky podlouhlé přípojky.
4. 4. Sestava podle nároku 3, vyznačující se tím, že podlouhlá přípojka obsahuje velké množství drátů, stočených dohromady kolem části jejich délky, přičemž anoda je odlita kolem stočené části.
5. 5. Sestava podle nároku 4, vyznačující se tím, že dráty jsou stočeny dohromady v poloze mezi jejich konci, takže dráty vybíhají na obou stranách odlité anody.

   -5CZ 295912 B6
6. 6. Sestava podle nároku 1, vyznačující se tím, že anoda je uzavřena v porézním materiálu, který je odlit kolem anody, přičemž porézní materiál obsahuje elektrolytický roztok, jehož pH je dostatečně vysoké pro zajištění koroze anody a pro zabránění vytváření pasivního filmu na anodě, když je anoda galvanicky připojena k výztuži.
7. 7. Sestava podle nároku 6, vyznačující se tím, že anoda je provedena ze zinku, přičemž porézním materiálem je cementová malta, obsahující elektrolytický roztok, mající pH alespoň zhruba 14.
8. 8. Sestava podle nároku 1, vyznačující se tím, že tato sestávaje připojena k výztuži navinutím podlouhlé přípojky kolem výztu$.
9. 9. Způsob výroby sestavy pro využití u katodové ochrany ocelové výztuže ve vyztuženém betonu, přičemž sestava obsahuje anodu z kovu, který má zápornější potenciál elektrody, než ocel, a která je s ní v elektrickém kontaktu, dále podlouhlou elektrickou přípojku, vyrobenou z tvárného kovu pro její navinutí kolem ocelového výztužného prvku, který má být chráněn, vyznačující se tím, že anoda se odlévá z tekutého kovu ve formě pro vytvoření kovového bloku kolem části délky podlouhlé elektrické přípojky.
10. 10. Způsob podle nároku 9, vyznačující se tím, že dále zahrnuje krok vytváření kolem anody pevného bloku z tekuté nebo polotekuté směsi porézního materiálu, obsahujícího elektrolytický roztok, mající pH dostatečně vysoké pro zajištění koroze anody a pro zabránění vytváření pasivního filmu na anodě při připojení k ocelové výztuži.
11. 11. Způsob instalace obětované anody pro ochranu ocelové výztuže ve vyztuženém betonu, vyznačující se tím, že tento způsob obsahuje v jakémkoliv pořadí následující kroky (a) a (b):

    (a) provádění elektrického spojení mezi obětovanou anodou a podlouhlou přípojkou, přičemž je podlouhlá přípojka vyrobena z tvárného kovu pro její navinutí kolem výztuže, a (b) provádění elektrického kontaktu mezi podlouhlou přípojkou a ocelovou výztuží prostřednictvím navíjení podlouhlé přípojky kolem ocelové výztuže.
12. 12. Způsob podle nároku 11, vyznačující se tím, že krok (a) zahrnuje odlévání anody z tekutého kovu ve formě pro vytvoření kovového bloku kolem části délky podlouhlé přípojky.
13. 13. Způsob podle nároku 12, vyznačující se tím, že další krok (c), který může být prováděn před nebo po kroku (b), zahrnuje odlévání kolem anody porézního materiálu, obsahujícího elektrolytický roztok, mající pH dostatečně vysoké pro zajištění koroze anody a pro zabránění vytváření pasivního filmu.
14. 14. Způsob podle nároku 13, vyznačující se tím, že anoda je zinková a pH elektrického roztoku je alespoň zhruba 14.
15. 15. Způsob podle nároku 11, vyznačující se tím, že pro těsné utažení drátu kolem výztuže způsob dále zahrnuje stáčení konců ohebné podlouhlé přípojky k sobě s využitím rohatkového stáčecího nástroje.