SK4962003A3 - Double protected reinforcing elements in concrete - Google Patents

Double protected reinforcing elements in concrete Download PDF

Info

Publication number
SK4962003A3
SK4962003A3 SK496-2003A SK4962003A SK4962003A3 SK 4962003 A3 SK4962003 A3 SK 4962003A3 SK 4962003 A SK4962003 A SK 4962003A SK 4962003 A3 SK4962003 A3 SK 4962003A3
Authority
SK
Slovakia
Prior art keywords
potential
range
aluminum
corrosion
reinforcement
Prior art date
Application number
SK496-2003A
Other languages
Slovak (sk)
Inventor
Efim Ya Lyublinski
Original Assignee
Cor Sci Llc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US09/663,958 external-priority patent/US6358397B1/en
Application filed by Cor Sci Llc filed Critical Cor Sci Llc
Publication of SK4962003A3 publication Critical patent/SK4962003A3/en

Links

Landscapes

  • Prevention Of Electric Corrosion (AREA)

Abstract

Betónová štruktúra je vystužená rebierkovou tyčovou výstužou obalenou vrstvou v podstate čistého hliníka v rozmedzí od približne 0,25 mm do 2 mm hrúbky, na hliníkovom povlaku je vrstva oxidov hliníka v rozmedzí od 0,1 pm do 100 μηι. Táto vrstva oxidu hlinitého a/alebo hydratovaného oxidu hlinitého sa označuje ako kombinovaná vrstva oxidov hliníka a je v priamom kontakte s betónom. Hliníkom obalená rebierková tyčová výstuž môže byť chránená v galvanickom okruhu použitím horčíka alebo iného kovu bázickejšieho ako hliník, ako galvanizačná anóda, ale s väčšou výhodou je rebierková tyčová výstuž katodicky chránená priloženým katodickým prúdom, ktorého prúdová hustota je odvodená na základe snímania korózneho potenciálu na senzore z v podstate čistého hliníka zabudovaného do betónu alebo do betónu mimo zóny bezprostredne obkolesujúcej rebierkovú tyčovú výstuž, pričom sa meria korózny potenciál na senzore proti referenčnej elektróde, kým sa hodnota nestabilizuje na nameranom stabilnom potenciáli; potom sa poskytne priložený prúd pri potenciáli v rozmedzí od približne 150 mV do menej ako 300 mV nižší ako korózny potenciál senzora.The concrete structure is reinforced with ribbed bar reinforcement coated with a layer of substantially pure aluminum ranging from approximately 0.25 mm to 2 mm thick, on the aluminum coating is a layer of aluminum oxides ranging from 0.1 pm to 100 μηι. This layer of aluminum oxide and/or hydrated aluminum oxide is referred to as a combined aluminum oxide layer and is in direct contact with the concrete. The aluminum-coated rebar may be protected in a galvanic circuit by using magnesium or another metal more basic than aluminum as the galvanic anode, but more preferably the rebar is cathodically protected by an applied cathodic current, the current density of which is derived from sensing the corrosion potential at a sensor of substantially pure aluminum embedded in the concrete or in the concrete outside the zone immediately surrounding the rebar, the corrosion potential at the sensor being measured against a reference electrode until the value stabilizes at the measured stable potential; then the applied current is provided at a potential ranging from about 150 mV to less than 300 mV below the corrosion potential of the sensor.

Description

Doterajší stav technikyState of the art

Táto prihláška sa týka systému na katodickú ochranu vystužovacích prvkov označovaných ako rebierková tyčová výstuž v konvenčné vystužených betónových štruktúrach. Taká rebierková tyčová výstuž sa vyrába z mäkkej ocele (označovanej ako „čierna oceľ“), ktorá má menej ako 1 % uhlíka a menej ako 2 % legovacích prvkov spolu. Konkrétnejšie sa vynález týka spôsobu zabezpečenia katodickej ochrany, ktorá sa okamžite začína na novozabudovanej rebierkovej tyčovej výstuži vo vystužených a/alebo predpätých betónových stavbách, teda stavbách ako mosty, budovy vrátane elektrární, morských stavieb ako doky, a novobudovaných ciest.This application relates to a system for the cathodic protection of reinforcing elements referred to as ribbed bar reinforcement in conventionally reinforced concrete structures. Such ribbed bar reinforcement is manufactured from mild steel (referred to as "black steel") having less than 1% carbon and less than 2% alloying elements combined. More particularly, the invention relates to a method of providing cathodic protection which is immediately initiated on newly installed ribbed bar reinforcement in reinforced and/or prestressed concrete structures, i.e. structures such as bridges, buildings including power plants, marine structures such as docks, and newly constructed roads.

Pri aplikáciách, kde sú náklady na korózne chránené rebierkové tyčové výstuže opodstatnené, sa tieto pokrývajú syntetickou živicovou vrstvou, väčšinou epoxidovou živicou, ktorá slúži ako bariéra proti akejkoľvek kvapaline, čím bráni vytvoreniu elektrochemického článku na povrchu rebierkovej tyčovej výstuže. Taká ochrana sa označuje ako „bariérová ochrana“ a niekedy sa získava aj natieraním rebierkovej tyčovej výstuže širokým radom náterov. Alternatívne sa tyčová rebierková výstuž galvanický chránila pokovovaním ponorením do zinku. Ďalšou alternatívou je poskytnúť rebierkovú tyčovú výstuž s galvanickou ochranou aj bariérovou ochranou. Napríklad niektoré nátery obsahujú vysokú koncentráciu vodivého kovu, napríklad zinkový prášok, alebo kovových solí, napríklad chróman zinočnatý.In applications where the cost of corrosion-protected rebar is justified, these are coated with a synthetic resin layer, usually epoxy resin, which acts as a barrier to any liquid, thereby preventing the formation of an electrochemical cell on the surface of the rebar. Such protection is referred to as “barrier protection” and is sometimes obtained by coating the rebar with a wide range of coatings. Alternatively, the rebar has been galvanically protected by zinc plating. Another alternative is to provide the rebar with both galvanic protection and barrier protection. For example, some coatings contain a high concentration of a conductive metal, such as zinc powder, or metal salts, such as zinc chromate.

Galvanizované a aluminizované oceľové produkty sú bežné, rovnako ako použitie hliníka ako anodického kovu. Je známe, že tenký hliníkový film s hrúbkou do 0,2 mm samotný má obmedzenú ochrannú funkciu ako galvanizačná anóda, pretože množstvo hliníka je nedostatočné na galvanizáciu v priebehu dlhého časového obdobia od 20 do 50 rokov. Rovnako sa uznáva, že hrubší povlak hliníka v rozmedzí od 0,2 mm do približne 1 mm poskytne účinnú ochranu ako galvanizačná anóda za predpokladu, že hliník samotný nebude zničený korozívnymi silami prostredia. Také korozívne sily existujú v čerstvo liatom betóne, ktorý má pH od 9 až do 13, ktoré pH ostáva nad 9 niekoľko rokov, kým betón tvrdne, väčšinou až do 5 rokov, načo karbonizácia betónu a okysľovanie v dôsledku oxidu sírového, kyslej vody a iných faktorov začne znižovať pH betónu.Galvanized and aluminized steel products are common, as is the use of aluminum as an anodic metal. It is known that a thin aluminum film of up to 0.2 mm thickness alone has limited protective function as a galvanizing anode, since the amount of aluminum is insufficient to galvanize over a long period of time of 20 to 50 years. It is also recognized that a thicker aluminum coating in the range of 0.2 mm to about 1 mm will provide effective protection as a galvanizing anode, provided that the aluminum itself is not destroyed by the corrosive forces of the environment. Such corrosive forces exist in freshly poured concrete, which has a pH of 9 to 13, which pH remains above 9 for several years while the concrete hardens, usually up to 5 years, after which carbonation of the concrete and acidification due to sulfur trioxide, acidic water and other factors begin to lower the pH of the concrete.

Patent USA č. 5,100,738, ktorého držiteľom je Graf, publikuje obaľovanie rebierkovej tyčovej výstuže z „oceľovej zliatiny zvyčajnej pri vystužovaní ocele“ (stĺpec 1, riadky 58 - 59) okamžite po valcovaní, vrstvou hliníka alebo hliníkovej zliatiny (spolu označované ako „Al vrstva), potom obalenie už raz obalenej rebierkovej tyčovej výstuže vrstvou syntetickej živice („prvá vrstva“). Uvedeným účelom Al vrstvy je, že „zabezpečuje spoľahlivú koróznu ochranu, najmä dokonca v prípadoch, kedy sa pri použití v prvej vrstve objavia trhliny, t.j. najmä pri ohýbaní výstužovej ocele. V takých trhlinách je druhá vrstva hliníka alebo hliníkovej zliatiny exponovaná tak, že kým betón betónovej štruktúrnej časti, v ktorej je zabudovaná výstužová oceľ, tvrdne, táto vrstva potom reaguje s voľným vápnom betónu cementu s pomocou kyslíka za vzniku hlinitanu vápenatého, ktorý zabezpečuje osobitne pevnú a tesnú fúziu svýstužovou oceľou, takže medzi výstužovóu oceľou a betónom nevzniknú alebo neostanú žiadne trhliny atď., do ktorých by mohla preniknúť vlhkosť. Prvá vrstva chráni druhú vrstvu proti vonkajším stresom chemickej a/alebo mechanickej povahy.“ (pozrite stĺpec 1, riadky 21 - 36). Tento výrok o tom, ako funguje Grafov výstužný prvok, je opakovaný v stĺpci 2, riadky 27 - 48).U.S. Patent No. 5,100,738, issued to Graf, discloses coating a ribbed bar reinforcement of "a steel alloy commonly used in reinforcing steel" (column 1, lines 58-59) immediately after rolling with a layer of aluminum or aluminum alloy (collectively referred to as the "Al layer"), then coating the once coated ribbed bar reinforcement with a layer of synthetic resin ("first layer"). The stated purpose of the Al layer is that it "provides reliable corrosion protection, especially even in cases where cracks appear in the first layer during use, i.e. in particular when bending the reinforcing steel. In such cracks, the second layer of aluminum or aluminum alloy is exposed so that, while the concrete of the concrete structural part in which the reinforcing steel is embedded hardens, this layer then reacts with the free lime of the cement concrete with the help of oxygen to form calcium aluminate, which ensures a particularly strong and tight fusion with the reinforcing steel, so that no cracks, etc., are formed or remain between the reinforcing steel and the concrete into which moisture could penetrate. The first layer protects the second layer against external stresses of a chemical and/or mechanical nature." (see column 1, lines 21-36). This statement about how Graf's reinforcement element works is repeated in column 2, lines 27-48).

Keďže funkciou Al vrstvy je poskytnúť kovový reaktant pre voľné vápno, aby vznikal hlinitan vápenatý, nie je tu potreba hrubšej vrstvy kovového Al, ako je potrebné pre chemickú reakciu. Preto Graf uvádza, že Al vrstva „je pod 200 μηι (mikrometrov)“, s výhodou „rádovo približne 20 až 25 μπι“. Pri reakcii hliník dáva hlinitan vápenatý, ktorý „zabezpečuje osobitne pevnú a tesnú fúziu s výstužovou oceľou“ a betónom.Since the function of the Al layer is to provide a metallic reactant for the free lime to form calcium aluminate, there is no need for a thicker layer of Al metal than is required for the chemical reaction. Therefore, Graf states that the Al layer "is below 200 μηι (micrometers)", preferably "on the order of about 20 to 25 μπι". Upon reaction, the aluminum gives calcium aluminate, which "provides a particularly strong and tight fusion with the reinforcing steel" and concrete.

Avšak požadovaná reakcia za vzniku hlinitanu vápenatého nie je jedinou funkciou Al povlaku, pretože Graf uvádza, že Al vrstva „obsahuje zinok, zatiaľ čo percento hliníka je väčšie ako 50 % a s výhodou medzi približne 55 % a 70 %“ a že „percento zinku je menšie ako 50 % a s výhodou medzi približne 28 % a 43 %.“ (pozrite stĺpec 1, riadky 44 49).However, the desired reaction to form calcium aluminate is not the only function of the Al coating, as Graf states that the Al layer “contains zinc, while the percentage of aluminum is greater than 50% and preferably between about 55% and 70%” and that “the percentage of zinc is less than 50% and preferably between about 28% and 43%.” (see column 1, lines 44-49).

Graf neuvádza, ako sa aplikuje požadovaná Al vrstva. Je však známe, že vrstva Al tenšia ako 200 μΐη konvenčné aplikovaná na rebierkovú tyčovú výstuž nemôže byť neporézna a vzhľadom na to aj Graf používa svoju Al vrstvu Al zliatiny ako galvanizačnú anódu.Graf does not state how the required Al layer is applied. However, it is known that an Al layer thinner than 200 μΐη conventionally applied to ribbed bar reinforcement cannot be non-porous and in view of this, Graf also uses its Al layer of Al alloy as a galvanizing anode.

Nie je tu žiadna indikácia, či sa funkcia tenkej vrstvy ako galvanizačnej anódy skončí pred tým, ako sa uskutoční chemická reakcia tvoriaca hlinitan vápenatý, pretože je zrejmé, že ak by sa hlinitan vápenatý vytvoril prvý, nebola by tu žiadna ochrana galvanizačnej anódy. Preto bude odborníkovi zrejmé, že v závislosti od hrúbky kovovej vrstvy bude táto poskytovať aspoň určitú katodickú ochranu rebierkovej tyčovej výstuže vďaka fungovaniu kovovej vrstvy ako galvanizačnej anódy. Teda vzhľadom na to, že Grafova rebierková tyčová výstuž je chránená vrstvou hliníka fungujúceho ako reaktant aj ako galvanizačná anóda, je jasné, že tu nie je dôvod použiť takú anodicky chránenú rebierkovú tyčovú výstuž ako katódu. Nieje tu žiadna indikácia, či sa funkcia tenkej vrstvy ako galvanizačnej anódy skončí pred tým, ako sa uskutoční chemická reakcia tvoriaca hlinitan vápenatý, pretože je zrejmé, že ak by sa hlinitan vápenatý vytvoril prvý, nebola by tu žiadna ochrana galvanizačnej anódy. Preto bude odborníkovi zrejmé, že v závislosti od hrúbky kovovej vrstvy bude táto poskytovať aspoň určitú katodickú ochranu rebierkovej tyčovej výstuže vďaka fungovaniu kovovej vrstvy ako galvanizačnej anódy. Teda vzhľadom na to, že Grafova rebierková tyčová výstuž je chránená vrstvou hliníka fungujúceho ako reaktant aj ako galvanizačná anóda, je jasné, že tu nie je dôvod použiť takú anodicky chránenú rebierkovú tyčovú výstuž ako katódu.There is no indication that the function of the thin layer as a galvanic anode is terminated before the chemical reaction forming the calcium aluminate takes place, since it is clear that if the calcium aluminate were formed first, there would be no galvanic anode protection. Therefore, it will be clear to the skilled person that depending on the thickness of the metal layer, this will provide at least some cathodic protection of the ribbed bar reinforcement due to the metal layer functioning as a galvanic anode. Thus, given that the Graf ribbed bar reinforcement is protected by a layer of aluminum functioning as both a reactant and a galvanic anode, it is clear that there is no reason to use such an anodically protected ribbed bar reinforcement as a cathode. There is no indication that the function of the thin layer as a galvanic anode is terminated before the chemical reaction forming the calcium aluminate takes place, since it is clear that if the calcium aluminate were formed first, there would be no galvanic anode protection. Therefore, it will be clear to the skilled person that depending on the thickness of the metal layer, this will provide at least some cathodic protection of the ribbed bar reinforcement due to the metal layer functioning as a galvanic anode. Thus, given that the Graf ribbed bar reinforcement is protected by a layer of aluminum functioning as both a reactant and a galvanic anode, it is clear that there is no reason to use such anodically protected ribbed bar reinforcement as a cathode.

Keby veľmi tenkú Al vrstvu na rebierkovej tyčovej výstuži nepokrývala syntetická živicová vrstva, potom po zabudovaní rebierkovej tyčovej výstuže do čerstvo liateho betónu by sa jej celý povrch transformoval na veľmi tenkú vrstvu hlinitanu vápenatého, ktorého korózia by sa pravdepodobne nepredpokladala. Keďže hlinitan vápenatý poskytuje bariérovú ochranu a neexistuje dôvod domnievať sa, že vrstva hlinitanu vápenatého poskytuje akúkoľvek galvanickú ochranu, je evidentné, že Graf nepredpokladal, že taká rebierková tyčová výstuž by sa dala použiť s priloženým prúdom. Navyše keďže Graf úmyselne pokryl Al vrstvu epoxidovou živicou (uvedené len v nároku 8), o ktorej je známe, že je elektricky nevodivá, nebolo by rozumné použiť takú rebierkovú tyčovú výstuž s priloženým katódovým prúdom praktickej veľkosti.If the very thin Al layer on the ribbed bar reinforcement were not covered by a synthetic resin layer, then after the ribbed bar reinforcement was embedded in the freshly poured concrete, its entire surface would be transformed into a very thin layer of calcium aluminate, the corrosion of which would probably not be expected. Since calcium aluminate provides barrier protection and there is no reason to believe that the calcium aluminate layer provides any galvanic protection, it is evident that Graf did not expect that such a ribbed bar reinforcement could be used with an applied current. Moreover, since Graf intentionally covered the Al layer with an epoxy resin (mentioned only in claim 8), which is known to be electrically non-conductive, it would not be reasonable to use such a ribbed bar reinforcement with an applied cathodic current of practical magnitude.

Ďalej je známe, že keď sa kovový povrch vybaví izolačnou vrstvou živice, ktorý povrch sa potom katodicky chráni priloženým prúdom, a existuje prerušenie, trhlina alebo otvor v živici, ktorý exponuje kovový povrch v rámci otvoru, exponovaný kovový povrch je chránený, ale kovový povrch v blízkom okolí otvoru skoroduje, čo spôsobí, že živica bezprostredne nad korodujúcim povrchom sa oddelí od kovového povrchu. Tento jav je úplnejšie vysvetlený v referenčnom texte pod názvom „Handbuch des Kathodischen Korrosionsshutzes, 1980 (164-173)“, ktorý v relevantnej časti uvádza „K špecifickému poškodeniu ocelí dochádza, keď je povlak neželezného kovu (napríklad hliníka) prekrytý povlakom živice a použije sa v katodicky chránenom systéme, kde existuje porušenie živicového povlaku a prostredie preniká týmto otvorom. Také poškodenie sa označuje ako katodické odlúčenie. Tvorba vodíka elektrochemickou reakciou vedie k separácii živicového povlaku a deštrukcii kovu vysokou rýchlosťou korózie.It is further known that when a metal surface is provided with an insulating layer of resin, which surface is then cathodically protected by an applied current, and there is a break, crack or hole in the resin which exposes the metal surface within the opening, the exposed metal surface is protected but the metal surface in the vicinity of the opening corrodes, causing the resin immediately above the corroding surface to separate from the metal surface. This phenomenon is more fully explained in the reference text entitled “Handbuch des Kathodischen Korrosionsshutzes, 1980 (164-173)”, which states in the relevant part “Specific damage to steels occurs when a non-ferrous metal (e.g. aluminium) coating is covered with a resin coating and is used in a cathodic protection system where there is a breach in the resin coating and the environment penetrates through this opening. Such damage is referred to as cathodic delamination. The formation of hydrogen by the electrochemical reaction leads to the separation of the resin coating and the destruction of the metal at a high corrosion rate.

Namiesto tvorby hlinitanu vápenatého a spoliehanie sa naň z hradiska ochrany sa tento vynález opiera o objav, že kontinuálna a neprerušená, v podstate neporézna tenká vrstva oxidu hlinitého (Al oxid) alebo hydratovaného Al oxidu (HAI oxid) tenšia ako 100 μιη, spravidla v rozmedzí od 5 μιη do 75 μιτι, na povrchu v podstate čistého hliníka naneseného na rebierkovú tyčovú výstuž vydrží v čerstvo liatom betóne s pH od 9 do 13 dostatočne dlho na to, aby ochránila kovový hliník, kým betón nevytvrdne. Ďalej pojem „kombinovaná Al oxidová vrstva“ označuje tenký povlak oxidu hlinitého alebo hydratovaného oxidu hlinitého alebo oboch. Táto kombinovaná Al oxidová vrstva je odolná voči korózii až do zničenia.Instead of forming calcium aluminate and relying on it for protection, the present invention is based on the discovery that a continuous and uninterrupted, substantially non-porous thin layer of aluminum oxide (Al oxide) or hydrated Al oxide (HAI oxide) less than 100 μιη, typically in the range of 5 μιη to 75 μιτι, on the surface of substantially pure aluminum deposited on ribbed bar reinforcement will last in freshly poured concrete with a pH of 9 to 13 long enough to protect the aluminum metal until the concrete hardens. The term "combined Al oxide layer" further refers to a thin coating of aluminum oxide or hydrated aluminum oxide or both. This combined Al oxide layer is corrosion resistant to the point of failure.

Navyše kombinovaná Al oxidová vrstva nefunguje účinne na to, aby obmedzila priložený prúd dostatočný na vyrovnanie potenciálu na katóde. Vynález sa opiera o udržiavanie kombinovaného Al oxidového povlaku počas ľubovoľne dlhého času napriek meniacemu sa pH betónového prostredia rebierkovej tyčovej výstuže. Prítomnosť Al oxidovej vrstvy nielen poskytuje bariérovú ochranu, ale neočakávane tiež znižuje prúdovú hustotu (mA/m2) potrebnú na zabezpečenie účinnej katodickej ochrany v porovnaní s hustotou potrebnou na ochranu panenskej rebierkovej tyčovej výstuže, ktorá nie je chránená povlakom. Nová, hliníkom pokrytá rebierková tyčová výstuž, bez povlaku živice, je napriek tomu dvojnásobne chránená dvoma vrstvami: (i) prvou vrstvou v podstate čistého Al v kontakte s rebierkovou tyčovou výstužou a (ii) druhou vrstvou oxidu hlinitého (AI2O3) pokrývajúceho vrstvu Al. Ďalej pojem „hliníkom pokrytá“ označuje takú dvojnásobne chránenú rebierkovú tyčovú výstuž. Zistilo sa, že taká hliníkom pokrytá rebierková tyčová výstuž je dostatočne vodivá na galvanickú ochranu, s výhodou horčíkom.Moreover, the combined Al oxide layer does not function effectively to limit the applied current sufficient to equalize the potential at the cathode. The invention relies on maintaining the combined Al oxide coating for an arbitrarily long time despite the changing pH of the concrete environment of the ribbed bar reinforcement. The presence of the Al oxide layer not only provides barrier protection, but unexpectedly also reduces the current density (mA/ m2 ) required to provide effective cathodic protection compared to that required to protect virgin ribbed bar reinforcement that is not protected by the coating. The new, aluminum-coated ribbed bar reinforcement, without a resin coating, is nevertheless doubly protected by two layers: (i) a first layer of substantially pure Al in contact with the ribbed bar reinforcement and (ii) a second layer of aluminum oxide ( Al2O3 ) covering the Al layer. Furthermore, the term "aluminum-coated" refers to such doubly protected ribbed bar reinforcement. It has been found that such aluminum-coated ribbed bar reinforcement is sufficiently conductive for galvanic protection, preferably with magnesium.

Keďže film oxidu hlinitého sa na čistom Al tvorí v podstate okamžite a rebierková tyčová výstuž pokrytá Al sa zabudováva najprv do vodného betónového prostredia, zaujímavé sú Pourbaixove diagramy pre hliník s vrstvou Al oxidu a hliník s vrstvou HAI oxidu. Al oxidová vrstva vykazuje imunitu alebo pasívne správania v rozmedzí pH od približne 5 do 9; HAI oxidový film vykazuje imunitu alebo pasívne správanie v rozmedzí pH od približne 3 do 8,5 (pozrite Corrosion Data, Aluminum and Aluminum Alloys, str. 16).Since the aluminum oxide film forms essentially immediately on pure Al, and the Al-coated ribbed bar reinforcement is first embedded in the aqueous concrete environment, the Pourbaix diagrams for aluminum with an Al oxide layer and aluminum with an HAI oxide layer are of interest. The Al oxide layer exhibits immune or passive behavior in the pH range of approximately 5 to 9; the HAI oxide film exhibits immune or passive behavior in the pH range of approximately 3 to 8.5 (see Corrosion Data, Aluminum and Aluminum Alloys, p. 16).

V galvanickom obvode sa kov, ktorý sa má chrániť, stáva katódou, ku ktorej sa pripojí anóda. Napríklad relatívne voči štandardnému potenciálu (vo voltoch) pri 25 °C vodíkovej referenčnej elektródy (HRE) = 0 V, železo (Fe) má -0,440 V; zinok (Zn) má -0,763 V; Al má -1,66 V; a horčík (Mg) má -2,37 V. Štandardný potenciál pre Fe je daný pre elektródovú reakciu Fe2+ + 2e'= Fe; potenciál pre Al je daný pre elektródovú reakciu Al3+ + 3e' = Al; potenciál pre Zn je daný pre elektródovú reakciu Zn2+ + 2e = Zn; a potenciál pre Mg je daný pre elektródovú reakciu Mg2+ + 2e = Mg. V existujúcich štruktúrach majú kovy korózne potenciály, ktoré sa menia v závislosti od prostredia. V typickom prirodzenom prostredí je korózny potenciál pre Fe v rozmedzí od -0,35 do -0,45 V, v priemere -0,4 V; pre Zn je v rozmedzí od -0,70 do -0,80 V, v priemere -0,75 V; pre Al je v rozmedzí od -0,50 do -0,60 V, v priemere -0,55 V; pre Mg je v rozmedzí od —1,20 do -1,40 V, v priemere -1,30 V. Preto ako je všeobecne známe, Al sa nespráva, ako by sa očakávalo vzhľadom na jeho pozíciu v sérii EMF.In a galvanic circuit, the metal to be protected becomes the cathode to which the anode is connected. For example, relative to the standard potential (in volts) at 25 °C of the hydrogen reference electrode (HRE) = 0 V, iron (Fe) has -0.440 V; zinc (Zn) has -0.763 V; Al has -1.66 V; and magnesium (Mg) has -2.37 V. The standard potential for Fe is given by the electrode reaction Fe 2+ + 2e' = Fe; the potential for Al is given by the electrode reaction Al 3+ + 3e' = Al; the potential for Zn is given by the electrode reaction Zn 2+ + 2e = Zn; and the potential for Mg is given by the electrode reaction Mg 2+ + 2e = Mg. In existing structures, metals have corrosion potentials that vary depending on the environment. In a typical natural environment, the corrosion potential for Fe is in the range of -0.35 to -0.45 V, with an average of -0.4 V; for Zn it is in the range of -0.70 to -0.80 V, with an average of -0.75 V; for Al it is in the range of -0.50 to -0.60 V, with an average of -0.55 V; for Mg it is in the range of -1.20 to -1.40 V, with an average of -1.30 V. Therefore, as is generally known, Al does not behave as would be expected given its position in the EMF series.

Vzhľadom na to tyče z hliníka alebo zo zliatin bohatých na hliník, alebo tyče z horčíka a zo zliatin bohatých na horčík, zinok a zliatiny bohaté na zinok sa používali ako galvanizačné anódy umiestnené v blízkosti alebo zabudované do štruktúry v galvanickom spojení s oceľovými rebierkovými tyčovými výstužami; alebo sa použili zinkom pokryté rebierkové tyčové výstuže; v každom prípade požadovaná hmota anódy je také množstvo kovu, ktoré prejde do roztoku v priebehu času, pričom toto množstvo kovu zodpovedá množstvu elektriny pretekajúcej cez galvanický obvod a času, počas ktorého sa kov spotrebuje (Faradayov zákon). Keďže ochrana je potrebná v priebehu dlhého času a rýchlosť spotreby anódy je spravidla po začiatku korózie dosť vysoká, požadovaná hmota galvanizačnej anódy pre dlhé obdobie, povedzme 100 rokov, je vysoká. Navyše pravidelná výmena anód na zabezpečenie kontinuálnej ochrany je prinajmenšom nepohodlná a často nepraktická. Preto sa od používania takých galvanizačných anód prevažne odstúpilo v prospech používania vonkajšieho zdroja energie na zabezpečenie priloženého katodického prúdu na korodujúci kov. Ovládaním priloženého prúdu životnosť stavby nie je obmedzená koróziou jej oceľovej výstuže.Accordingly, bars of aluminium or aluminium-rich alloys, or bars of magnesium and magnesium-rich alloys, zinc and zinc-rich alloys have been used as galvanic anodes placed in proximity to or incorporated into the structure in galvanic connection with steel ribbed bar reinforcements; or zinc-coated ribbed bar reinforcements have been used; in each case the required mass of anode is that amount of metal which passes into solution over time, this amount of metal corresponding to the amount of electricity flowing through the galvanic circuit and the time over which the metal is consumed (Faraday's law). Since protection is required over a long period of time and the rate of anode consumption is generally quite high after corrosion has begun, the required mass of galvanic anode for a long period, say 100 years, is high. Furthermore, regular replacement of anodes to ensure continuous protection is at the very least inconvenient and often impractical. Therefore, the use of such galvanic anodes has largely been abandoned in favor of using an external power source to provide an applied cathodic current to the corroding metal. By controlling the applied current, the service life of the structure is not limited by corrosion of its steel reinforcement.

Aby sa predišlo pochybnostiam, treba poznamenať, že v galvanických článkoch je katódou kladný pól a anódou záporný pól. Elektróda, na ktorej prebieha chemická reakcia (alebo + elektrina vstupuje do elektródy z elektrolytu) sa nazýva katóda (napr. H+ -» 1/2H2 - e‘); a elektróda, na ktorej prebieha chemická oxidácia (alebo + elektrina opúšťa elektródu a vstupuje do elektrolytu) sa nazýva anóda (napr. Zn Zn2+ + 2e). Keď sa však k článku pripojí prúd z generátora alebo externej batérie, na elektróde pripojenej k zápornému pólu externého zdroja energie prebieha redukcia a táto elektróda je preto katódou. Teda katóda je elektróda, na ktorej prúd vstupuje z elektrolytu, a anóda je elektróda, na ktorej prúd odchádza do elektrolytu. Katióny sa pohybujú smerom ku katóde, keď článkom preteká elektrina, a sú kladne nabité; anióny sú záporne nabité.For the avoidance of doubt, it should be noted that in galvanic cells the cathode is the positive pole and the anode is the negative pole. The electrode at which the chemical reaction takes place (or + electricity enters the electrode from the electrolyte) is called the cathode (e.g. H + -» 1/2H 2 - e'); and the electrode at which the chemical oxidation takes place (or + electricity leaves the electrode and enters the electrolyte) is called the anode (e.g. Zn Zn 2+ + 2e). However, when current is applied to the cell from a generator or external battery, reduction takes place at the electrode connected to the negative pole of the external power source and this electrode is therefore the cathode. Thus the cathode is the electrode at which current enters the electrolyte from the electrolyte, and the anode is the electrode at which current leaves the electrolyte. Cations move towards the cathode when electricity flows through the cell, and are positively charged; anions are negatively charged.

Pri katodickej ochrane sa zabezpečí prietok priloženého prúdu cez anódu do elektrolytu a potom do rebierkovej tyčovej výstuže v stavbe. Taká ochrana pri neobalených oceľových rebierkových tyčových výstužiach ako katóde je vo forme, ako sa konvenčné uskutočňuje, drahá, pretože vyžaduje oveľa vyššiu prúdovú hustotu, aby sa získala dostatočne nízka úroveň korózie, v porovnaní s prúdovou hustotou, ktorá je potrebná na získanie rovnakej koróznej ochrany pri tyčiach obalených hliníkom.Cathodic protection involves the flow of an applied current through an anode into the electrolyte and then into the ribbed reinforcement in the structure. Such protection of uncoated steel ribbed reinforcement as a cathode is, in the form in which it is conventionally implemented, expensive because it requires a much higher current density to obtain a sufficiently low level of corrosion, compared to the current density required to obtain the same corrosion protection with aluminum-coated bars.

Skutočný prínos elektrochemickej ochrany je, že možno získať ekvivalentnú ochranu pri oveľa nižšej prúdovej hustote. K tejto ochrane dochádza, keď vstúpi do hry elektrochemická povaha pokovovania. Ďalšia korózia sa rozširuje laterálne, pričom sa obmedzí na oxid hlinitý a/alebo hydratovaný oxid hlinitý a nepreniká do oceľového jadra katódy. Rýchlosť ataku je ovplyvňovaná relatívnou veľkosťou anódy a pH betónového prostredia; malá plocha anódy v kontakte s veľkou plochou katódy bude mať za následok rýchly a závažný atak. Keďže stupeň ionizácie povlaku je taký nízky, rýchlosť ataku je nízka.The real benefit of electrochemical protection is that equivalent protection can be obtained at a much lower current density. This protection occurs when the electrochemical nature of the plating comes into play. Further corrosion spreads laterally, being confined to the alumina and/or hydrated alumina and not penetrating the steel core of the cathode. The rate of attack is influenced by the relative size of the anode and the pH of the concrete environment; a small anode area in contact with a large cathode area will result in rapid and severe attack. Since the degree of ionization of the coating is so low, the rate of attack is low.

Napriek početným návodom, ako možno chrániť rebierkovú tyčovú výstuž proti korózii v betóne, aktuálne sa v stavebníctve bežne používajú panenské rebierkové tyčové výstuže, ktoré boli narezané na dĺžku vo valcovni a ktoré boli zoxidované v atmosfére, v ktorej boli skladované. Keďže oxidový povlak (železnaté a železité oxidy) na rebierkovej tyčovej výstuži poskytuje podstatnú úroveň ochrany proti alkalickému prostrediu v čerstvo liatom a vytvrdnutom betóne, bola slabá motivácia na akúkoľvek ďalšiu ochranu rebierkovej tyčovej výstuže.Despite numerous guidelines on how to protect rebar from corrosion in concrete, currently the construction industry commonly uses virgin rebar that has been cut to length in a rolling mill and has been oxidized in the atmosphere it was stored in. Since the oxide coating (ferrous and ferric oxides) on rebar provides a substantial level of protection against the alkaline environment in freshly poured and hardened concrete, there has been little incentive to provide any additional protection for rebar.

Je všeobecne známe, že hliník a hliníkové zliatiny možno katodicky chrániť galvanizačnou anódou z horčíka alebo zliatiny nižšej v elektrochemickom rade (teda s nižším alebo zápornejším potenciálom) ako hliník, ale je oveľa praktickejšie zabezpečiť ochranu priloženým katodickým prúdom. V priloženom prúdovom obvode je chránený predmet katódou a anóda môže byť spotrebovateľná, ale s výhodou ide o grafit alebo iný nespotrebovateľný kov alebo zliatinu. Katóda a anóda v betónovom prostredí dáva soli rozpustené vo vode ako elektrolytickom médiu.It is generally known that aluminium and aluminium alloys can be cathodically protected by a galvanic anode of magnesium or an alloy lower in the electrochemical series (i.e. with a lower or more negative potential) than aluminium, but it is much more practical to provide protection by an applied cathodic current. In an applied current circuit the object to be protected is the cathode and the anode may be consumable but is preferably graphite or another non-consumable metal or alloy. The cathode and anode in a concrete environment provide salts dissolved in water as the electrolytic medium.

Betónové prostredie, ktoré sa kontinuálne mení, ho odlišuje od tých, pre ktoré sa poskytujú početné iné systémy katodickej ochrany. Také iné systémy sa poskytujú pre trupy lodí a iné veľké hliníkové predmety. Také predmety sa výrazne líšia od rebierkovej tyčovej výstuže v tom, že majú všetky pomerne hrubé prierezy hliníka alebo hliníkových zliatin, spravidla najmenej 3 mm hrubé, a nie sú v betónovom prostredí. Taká hrúbka zabezpečuje veľký priestor vzhľadom na kontrolu priloženého prúdu, pretože pH bezprostredného okolia katódy a anódy, napríklad morskej vody, sa mení v relatívne úzkom rozmedzí od približne 8 do 10.The concrete environment, which is continuously changing, distinguishes it from those for which numerous other cathodic protection systems are provided. Such other systems are provided for ship hulls and other large aluminum objects. Such objects differ significantly from ribbed bar reinforcement in that they all have relatively thick sections of aluminum or aluminum alloys, generally at least 3 mm thick, and are not in a concrete environment. Such thickness provides a large margin with respect to the control of the applied current because the pH of the immediate surroundings of the cathode and anode, such as seawater, varies within a relatively narrow range of about 8 to 10.

Patent USA č. 4,510,030 autorov Miyashita a kol. uznáva problém korózie hliníka „s anódovým oxidovým povlakom alebo filmom náteru aplikovaným na jeho povrch alebo nepokrytých hliníkových materiálov ponorených vo vode proti bodovej korózii alebo korózii po hraniciach zŕn aplikáciou vyššie spomenutej galvanizačnej anódy alebo metódy katódovej ochrany.“ (pozrite stĺpec 2, riadky 1 - 5). Uvádzajú, že „hliníkový materiál“ ostane stabilný vo vode dlhý čas bez podliehania podstatnej korózii, ak je prirodzený potenciál hliníka „udržiavaný v úzkom rozmedzí od približne 0,3 V do približne 0,4 V pod potenciálom bodovej korózie až po potenciál bodovej korózie, “ (pozrite stĺpec 2, riadky 17-19). Uvádzajú však, že „keď sa napätie externého zdroja energie ovláda tak, aby sa udržiaval katódový potenciál na časti v blízkosti opačnej elektródy hliníkového materiálu v správnom rozmedzí, potenciál na časti vzdialenej od opačnej elektródy je nedostatočne potlačený. Na druhej strane, keď sa zameriame na dostatočné potlačenie potenciálu na časti vzdialenej od opačnej elektródy hliníkového materiálu, potenciál na časti v blízkosti opačnej elektródy je potlačený nadmerne. Také nadmerné potlačenie potenciálu má tendenciu spôsobovať rozpúšťanie, t.j. alkalickú koróziu hliníkového materiálu. Ako je opísané vyššie, keď sa použije konvenčná metóda galvanizačnej metódy alebo metóda katodickej ochrany s použitím externého zdroja energie, je ťažké dosiahnuť kontrolu katódového potenciálu celého objemu hliníkového materiálu, aby potenciál ostal v stabilnom rozmedzí.“ (pozrite stĺpec 2, riadok 61 až stĺpec 3, riadok 10).U.S. Patent No. 4,510,030 to Miyashita et al. recognizes the problem of corrosion of aluminum “with an anodic oxide coating or paint film applied to the surface thereof or of uncoated aluminum materials immersed in water against pitting or intergranular corrosion by the application of the above-mentioned galvanic anode or cathodic protection method.” (see column 2, lines 1-5). They state that “aluminum material” will remain stable in water for a long time without undergoing substantial corrosion if the natural potential of the aluminum is “maintained within a narrow range of from about 0.3 V to about 0.4 V below the pitting potential to the pitting potential,” (see column 2, lines 17-19). However, they state that “when the voltage of the external power source is controlled to keep the cathode potential of the part near the opposite electrode of the aluminum material within the proper range, the potential of the part far from the opposite electrode is insufficiently suppressed. On the other hand, when the potential of the part far from the opposite electrode of the aluminum material is sufficiently suppressed, the potential of the part near the opposite electrode is excessively suppressed. Such excessive suppression of the potential tends to cause dissolution, i.e., alkaline corrosion of the aluminum material. As described above, when the conventional electroplating method or the cathodic protection method using an external power source is used, it is difficult to achieve control of the cathode potential of the entire volume of the aluminum material so that the potential remains within a stable range.” (see column 2, line 61 to column 3, line 10).

Hoci Miyashita a kol. nespomínajú rozmedzie pH, ktoré chcú udržiavať, ani potrebné rozmedzie prúdovej hustoty (mA/m2), je jasné, že ich systém je zameraný na prostredie morskej vody, kde je pH okolo 9, a nie je tu žiadny náznak, že by sa mohli vyrovnať s pH, ktoré je spravidla spočiatku okolo 13. Je rovnako jasné, že udržiavajú katódový potenciál v rozmedzí od -700 mV do približne -1300 mV voči kalomelovej elektróde (pozrite obrázok 2 patentu Ό30). V rámci tohto rozmedzia sa udržiava stabilný potenciál v rozmedzí od -700 mV do približne -1000 mV tak, že Al je stabilný. Obvody zobrazené na obrázkoch 1a a 1b (Ό30) sú skratované, keď potenciál dosiahne -700 mV, čo vráti potenciál na približne -1300 mV. Keďže dokážu merať potenciál na chránenom hliníkovom povrchu samotnom, merajú potenciál počas jeho postupnej zmeny až do dosiahnutia korózneho potenciálu -700 mV, keď sa nakrátko zapne prúd. Nikdy nemôžu zmerať meniaci sa potenciál, keďže korózny potenciál sa mení v dôsledku meniacich sa environmentálnych podmienok, kým je zapnutý priložený prúd, a preto nemôžu prúd upraviť podľa potreby. Môžu ho len skratovať. Tento nedostatok sa rieši v predloženom vynáleze použitím senzora korózneho potenciálu pripojeného v obvode oddelenom od obvodu, ktorý poskytuje priložený prúd pre rebierkovú tyčovú výstuž, ktorá sa má chrániť. V prostredí čerstvo liateho betónu je pH spočiatku v rozmedzí približne 12 - 14; po začiatku tvrdnutia pH ostáva nad 9 počas približne 50 rokov, po čom pH postupne klesá gAlthough Miyashita et al. do not mention the pH range they intend to maintain, nor the required current density range (mA/ m2 ), it is clear that their system is aimed at a seawater environment where the pH is around 9, and there is no indication that they could cope with a pH that is typically initially around 13. It is also clear that they maintain the cathodic potential in the range of -700 mV to about -1300 mV against the calomel electrode (see Figure 2 of the Ό30 patent). Within this range, a stable potential is maintained in the range of -700 mV to about -1000 mV so that Al is stable. The circuits shown in Figures 1a and 1b (Ό30) are shorted when the potential reaches -700 mV, which returns the potential to about -1300 mV. Since they can measure the potential on the protected aluminum surface itself, they measure the potential as it gradually changes until the corrosion potential of -700 mV is reached when the current is briefly switched on. They can never measure the changing potential, since the corrosion potential changes due to changing environmental conditions while the applied current is switched on, and therefore they cannot adjust the current as needed. They can only short it out. This shortcoming is overcome in the present invention by using a corrosion potential sensor connected in a circuit separate from the circuit that provides the applied current for the ribbed bar reinforcement to be protected. In the environment of freshly poured concrete, the pH is initially in the range of about 12-14; after the start of hardening, the pH remains above 9 for about 50 years, after which the pH gradually decreases g

v dôsledku acidifikácie betónu do rozmedzia približne 5 až 9. V betóne s takou vysokou alkalickosťou akákoľvek dodatočná alkalickosť v dôsledku pomerne nízkeho priloženého prúdu sa ukazuje prekvapujúco podstatná.due to acidification of the concrete to a range of approximately 5 to 9. In concrete with such high alkalinity any additional alkalinity due to the relatively low applied current turns out to be surprisingly substantial.

Podstata vynálezuThe essence of the invention

Všeobecným cieľom tohto vynálezu je minimalizovať, ak nie negovať škodu spôsobenú koróznymi produktmi rebierkovej tyčovej výstuže z mäkkej ocele, ktoré produkty zaberajú väčší objem ako spotrebovaný kov; tým sa nielen oslabuje rebierková tyčová výstuž, ale aj betón, ktorý praská a drobí sa.The general objective of this invention is to minimize, if not negate, the damage caused by corrosion products of mild steel rebar reinforcement, which products occupy a larger volume than the metal consumed; this not only weakens the rebar reinforcement, but also the concrete, which cracks and crumbles.

Zistilo sa, že oceľová rebierková tyčová výstuž pokrytá v podstate neporéznou tenkou vrstvou v podstate čistého hliníka v rozmedzí od 250 μιη do približne 2 mm hrúbky, s výhodou v rozmedzí od približne 250 μίτι do 1 mm hrúbky, neodstrániteľné integrovanou na povrch rebierkovej tyčovej výstuže a ponechanou vytvoriť vrstvu v podstate nevodivého oxidu hlinitého a/alebo hydratovaného oxidu hlinitého na povrchu, funguje účinne ako katóda. Takú rebierkovú tyčovú výstuž s kombinovanou vrstvou Al oxidu možno použiť s (a) priloženým prúdom a nerozpustnou anódou alebo (b) galvanizačnou rozpustnou anódou; v každom prípade sa životnosť chránenej štruktúry zvýši na ľubovoľné a neurčito dlhé obdobie. Je kriticky dôležité, aby bol hliníkový povlak v podstate čistým hliníkom, ktorý obsahuje menej ako 2 % iných kovov a kremíka spolu, a aby sa pH v zóne bezprostredne susediacej s rebierkovou tyčovou výstužou a jej Al oxidovou vrstvou udržiavalo v rozmedzí, v ktorom je rýchlosť korózie minimálna, spravidla od približne 9 do 6, hoci počiatočné pH čerstvo liateho betónu je približne 13 a spravidla klesne na 9 alebo nižšie po vystavení betónu kyslému prostrediu v priebehu obdobia dlhšieho ako 50 rokov. „Bezprostredne susediacou“ zónou sa myslí zóna v polomere 10 mm od povrchu hliníkom obalenej rebierkovej tyčovej výstuže. „Minimálnym“ sa myslí menej ako 20 μm/rok a s výhodou menej ako 10 pm/rok.It has been found that a steel ribbed bar reinforcement coated with a substantially non-porous thin layer of substantially pure aluminum ranging from 250 μιη to about 2 mm thick, preferably ranging from about 250 μιη to 1 mm thick, irremovably integrated into the surface of the ribbed bar reinforcement and allowed to form a layer of substantially non-conductive alumina and/or hydrated alumina on the surface, functions effectively as a cathode. Such a ribbed bar reinforcement with a combined Al oxide layer can be used with (a) an applied current and an insoluble anode or (b) a galvanic soluble anode; in either case, the life of the protected structure is increased for an arbitrary and indefinite period. It is critically important that the aluminum coating be substantially pure aluminum, containing less than 2% of other metals and silicon combined, and that the pH in the zone immediately adjacent to the ribbed bar reinforcement and its Al oxide layer be maintained in a range where the corrosion rate is minimal, typically from about 9 to 6, although the initial pH of freshly poured concrete is about 13 and typically drops to 9 or lower after exposure of the concrete to an acidic environment over a period of more than 50 years. By "immediately adjacent" is meant the zone within a radius of 10 mm from the surface of the aluminum-coated ribbed bar reinforcement. By "minimum" is meant less than 20 μm/year and preferably less than 10 μm/year.

Je preto všeobecným cieľom tohto vynálezu poskytnúť spôsob ochrany oceľových komponentov vrátane vystužovacích prvkov, ako je rebierková tyčová výstuž, vo vystužených a predpätých betónových stavbách obalením rebierkovej tyčovej výstuže vyššie spomenutým tenkým v podstate čistým hliníkovým povlakom a umožnením vytvorenia Al oxidového povlaku v rozmedzí od približne 0,1 pm do 100 pm hrúbky pred naliatím betónu okolo nich tak, aby bol oxidový povrch v priamom kontakte s betónom a nemal dodatočnú vrstvu syntetického živicového materiálu; a elektrickým pripojením v podstate nevodivého oxidu ako katódy do obvodu, v ktorom možno použiť buď nerozpustnú alebo rozpustnú anódu na zabezpečenie priloženého katodického prúdu, pričom anóda sa použije buď na povrchu štruktúry alebo v blízkosti štruktúry alebo v rámci nej. Bez ohľadu na výber účinného umiestnenia anód, anódy sú podstatným komponentom chránenej štruktúry a považujú sa za jej v podstate integrálnu súčasť.It is therefore a general object of the present invention to provide a method of protecting steel components, including reinforcing elements such as rebar, in reinforced and prestressed concrete structures by coating the rebar with the above-mentioned thin substantially pure aluminum coating and allowing an Al oxide coating in the range of about 0.1 pm to 100 pm thick to form before pouring concrete therearound, such that the oxide surface is in direct contact with the concrete and does not have an additional layer of synthetic resin material; and electrically connecting the substantially non-conductive oxide as a cathode to a circuit in which either an insoluble or soluble anode can be used to provide an applied cathodic current, the anode being used either on the surface of the structure or adjacent to or within the structure. Regardless of the choice of effective placement of the anodes, the anodes are an essential component of the structure to be protected and are considered to be a substantially integral part thereof.

Neočakávane sa zistilo, že katodický Al povlak tu použitý je 5 až 10 krát tenší ako povlak podľa doterajšieho stavu techniky, ktorý sa používal galvanický na poskytnutie rovnakej ochrany proti korózii oceľovej rebierkovej tyčovej výstuže v betóne; navyše použitie vyššie spomenutého Al povlaku znižuje množstvo prúdu potrebné na ten istý stupeň katodickej ochrany poskytovanej konvenčnou katodickou ochranou neobalenej rebierkovej tyčovej výstuže o faktor v rozmedzí od približne 10 do 20, spravidla vyžadujúc prúdovú hustotu v rozmedzí od približne 20 do 40 mA/m2; Al oxidový povlak poskytuje dostatočnú vodivosť pri pH v rozmedzí od približne 6 do 9, čo má prekvapujúco veľký dopad na náklady prevádzky na ochranu s pripustením korózie 10 pm/rok v porovnaní s nákladmi na ochranu obalenej rebierkovej tyčovej výstuže s galvanizačným povlakom zo zinku, ktorý dáva rovnakú ochranu. V ďalej používanom význame pojem „Al povlak“ označuje povlak zo v zásade čistého hliníka, ktorý je zase obalený „kombinovanou Al oxidovou vrstvou“.It has been unexpectedly found that the cathodic Al coating used herein is 5 to 10 times thinner than the prior art coating used galvanically to provide the same level of corrosion protection for steel rebar in concrete; furthermore, the use of the aforementioned Al coating reduces the amount of current required for the same level of cathodic protection provided by conventional cathodic protection of uncoated rebar by a factor of approximately 10 to 20, typically requiring a current density of approximately 20 to 40 mA/m 2 ; the Al oxide coating provides sufficient conductivity at a pH of approximately 6 to 9, which has a surprisingly large impact on the operating costs of protection with a corrosion allowance of 10 pm/year compared to the costs of protecting coated rebar with a galvanic zinc coating that provides the same protection. In the meaning used below, the term "Al coating" refers to a coating of essentially pure aluminum, which is in turn coated with a "combined Al oxide layer".

Konkrétnejšie sa zistilo, že Al povlak je prekvapujúco odolný voči alkalickej korózii za predpokladu, že sa udržiava v podstate kontinuálny priložený prúd, ktorýje v rozmedzí od približne 150 mV do 300 mV, s najväčšou výhodou 200 mV, nižší ako korózny potenciál senzora korózneho potenciálu zo v zásade čistého Al zabudovaného do betónu v zóne, v ktorej je pH od 9 do približne 13, pričom taký senzor je z rovnakého kovu ako povlak na rebierkovej tyčovej výstuži, teda Al senzor ľubovoľného tvaru, s výhodou platnička alebo tyč; potenciál priloženého prúdu potrebného na zabezpečenie požadovanej ochrany pre hliníkom obalené rebierkové tyčové výstuže v betóne je v rozmedzí od približne -600 mV (-0,6 V) do približne -1300 mV (-1,3 V) voči HRE. V tvrdnúcej alebo vytvrdnutej štruktúre z vystuženého betónu priložený prúd potláča katodický potenciál rebierkovej tyčovej výstuže na vopred určené rozmedzie korelovateľné s koróznym potenciálom nameraným senzorom korózneho potenciálu; ďalej priložený prúd udržiava pH v rozmedzí od približne 6 do približne 9 v zóne s polomerom približne 10 mm od povrchu hliníkom obalenej rebierkovej tyčovej výstuže.More specifically, it has been found that the Al coating is surprisingly resistant to alkali corrosion provided that a substantially continuous applied current is maintained which is in the range of about 150 mV to 300 mV, most preferably 200 mV, lower than the corrosion potential of a corrosion potential sensor of essentially pure Al embedded in concrete in a zone in which the pH is from 9 to about 13, such sensor being of the same metal as the coating on the rebar, i.e. an Al sensor of any shape, preferably a plate or rod; the applied current potential required to provide the required protection for aluminum-coated rebars in concrete is in the range of about -600 mV (-0.6 V) to about -1300 mV (-1.3 V) vs. HRE. In a hardening or hardened reinforced concrete structure, the applied current suppresses the cathodic potential of the ribbed bar reinforcement to a predetermined range correlating with the corrosion potential measured by the corrosion potential sensor; further, the applied current maintains the pH in the range of about 6 to about 9 in a zone with a radius of about 10 mm from the surface of the aluminum-coated ribbed bar reinforcement.

Prehľad obrázkov na výkresochOverview of images in drawings

Predchádzajúce a ďalšie ciele a výhody vynálezu budú najlepšie pochopené s odkazom na nasledujúci podrobný opis sprevádzaný schematickými ilustráciami výhodných uskutočnení vynálezu, na ktorých ilustráciách rovnaké vzťahové čísla odkazujú na rovnaké prvky, a na ktorých:The foregoing and other objects and advantages of the invention will be best understood with reference to the following detailed description accompanied by schematic illustrations of preferred embodiments of the invention, in which illustrations like reference numerals refer to like elements, and in which:

Obrázok 1 je graf ukazujúci relatívne rýchlosti korózie Al, Zn a Fe ako funkcie pH.Figure 1 is a graph showing the relative corrosion rates of Al, Zn, and Fe as a function of pH.

Obrázok 2 je bokorys schematicky ilustrujúci vystuženú betónovú štruktúru, v ktorej sú hliníkom pokryté oceľové rebierkové tyčové výstuže katodický chránené viacnásobnou rozpustnou horčíkovou anódou umiestnenou v blízkosti rebierkovej tyčovej výstuže, externe a voliteľne aj interne, pričom všetky anódy sú galvanický spojené s katódou.Figure 2 is a side view schematically illustrating a reinforced concrete structure in which aluminum-coated steel rebars are cathodically protected by multiple soluble magnesium anodes located adjacent the rebars, externally and optionally internally, all anodes being galvanically connected to a cathode.

Obrázok 3 je detail ukazujúci časť hliníkom obalenej rebierkovej tyčovej výstuže, ktorá má na povrchu veľmi tenkú vrstvu oxidu hlinitého a/alebo hydratovaného oxidu hlinitého, ktorá sa tu označuje ako „kombinovaná Al oxidová vrstva“.Figure 3 is a detail showing a portion of an aluminum-coated ribbed bar reinforcement having a very thin layer of aluminum oxide and/or hydrated aluminum oxide on the surface, referred to herein as a "combined Al oxide layer".

Obrázok 4 je bokorys schematicky ilustrujúci vystuženú betónovú štruktúru, v ktorej sú hliníkom pokryté oceľové rebierkové tyčové výstuže katodický chránené viacnásobnými rozpustnými horčíkovými anódami umiestnenými v určitých vzdialenostiach, ktoré sú všetky zabudované do štruktúry a galvanický spojené s katódou.Figure 4 is a side view schematically illustrating a reinforced concrete structure in which aluminum-coated steel ribbed bar reinforcements are cathodically protected by multiple spaced soluble magnesium anodes, all of which are embedded in the structure and galvanically connected to the cathode.

Obrázok 5 je schematická ilustrácia systému zahŕňajúceho zabudované hliníkom obalené rebierkové tyčové výstuže katodický chránené nerozpustnou anódou v elektrickom obvode, v ktorom prúd tečie ku katóde; osobitný obvod monitoruje korózny potenciál Ec v zásade čistej Al platničky alebo tyče; a voliteľne je poskytnutý aj obvod na kontinuálne meranie pH.Figure 5 is a schematic illustration of a system including embedded aluminum-coated ribbed bar reinforcements cathodically protected by an insoluble anode in an electrical circuit in which current flows to the cathode; a separate circuit monitors the corrosion potential E c of the essentially pure Al plate or bar; and optionally, a circuit for continuous pH measurement is also provided.

Obrázok 6A je graf prúdovej hustoty ako funkcie rýchlosti korózie pre oceľovú rebierkovú tyčovú výstuž v betóne s použitím konvenčného systému katodickej ochrany prezentujúci dáta pre prúdovú hustotu, pri ktorej sa udržiavala požadovaná rýchlosť korózie.Figure 6A is a plot of current density as a function of corrosion rate for steel ribbed bar reinforcement in concrete using a conventional cathodic protection system presenting data for the current density at which the desired corrosion rate was maintained.

Obrázok 6B je graf prúdovej hustoty ako funkcie rýchlosti korózie pre hliníkom obalenú oceľovú rebierkovú tyčovú výstuž v betóne s použitím systému katodickej ochrany podľa tohto vynálezu prezentujúci dáta pre prúdovú hustotu, pri ktorej sa udržiavala požadovaná rýchlosť korózie.Figure 6B is a graph of current density as a function of corrosion rate for aluminum-coated steel rebar reinforcement in concrete using a cathodic protection system according to the present invention, presenting data for the current density at which the desired corrosion rate was maintained.

Obrázok 7 prezentuje dva grafy, jeden identifikovaný ako WCP a druhý ako CP, pričom prvý (WCP) je pre hliníkom obalenú rebierkovú tyčovú výstuž bez katodickej ochrany priloženým prúdom, a druhý (CP) je pre hliníkom obalenú rebierkovú tyčovú výstuž s katodickou ochranou priloženým prúdom, pričom každá poskytuje zvolenú dĺžku životnosti.Figure 7 presents two graphs, one identified as WCP and the other as CP, the first (WCP) being for aluminum-coated ribbed bar reinforcement without cathodic protection by applied current, and the second (CP) being for aluminum-coated ribbed bar reinforcement with cathodic protection by applied current, each providing a selected service life.

Podrobný opis výhodných uskutočneníDetailed description of preferred embodiments

Rebierková tyčová výstuž obalená vyššie uvedeným Al povlakom a čerstvo zabudovaná do betónu je okamžite vystavená pH približne 13 a podlieha alkalickej korózii. Taká rebierková tyčová výstuž sa môže galvanický chrániť pripojením na kov bázickejší ako Al, teda s nižším štandardným potenciálom ako Al, ako je schematicky ilustrované na obrázku 2.Ribbed bar reinforcement coated with the above Al coating and freshly embedded in concrete is immediately exposed to a pH of approximately 13 and is subject to alkaline corrosion. Such ribbed bar reinforcement can be galvanically protected by connecting it to a metal more basic than Al, i.e. with a lower standard potential than Al, as schematically illustrated in Figure 2.

S odkazom na obrázky 2 a 3 je tu ilustrovaná katodicky chránená štruktúra indikovaná vo všeobecnosti vzťahovou značkou 10 vystavená pôsobeniu atmosféry. Štruktúra zahŕňa stĺp z vystuženého betónu H, v rámci ktorého je zabudovaná sieť rebierkovej tyčovej ocele 12 vhodne navzájom spojená drôtenými „spojkami“ z hliníkom obaleného oceľového drôtu (nezobrazené). Betón stĺpa 1_1 je dostatočne porézny, aby umožnil prenikanie vlhkosti a transport elektrónov rovnako ako pôda 13, v ktorej je stĺp ukotvený. Časť stĺpa je zobrazená ponorená vo vode 14. Všetka rebierková tyčová výstuž je s výhodou zahrnutá ako katóda v systéme.Referring to Figures 2 and 3, there is illustrated a cathodically protected structure indicated generally by the reference numeral 10 exposed to the atmosphere. The structure comprises a reinforced concrete column H within which is embedded a network of ribbed steel bars 12 suitably interconnected by wire "ties" of aluminum-coated steel wire (not shown). The concrete of the column 11 is sufficiently porous to permit moisture penetration and electron transport as is the soil 13 in which the column is anchored. A portion of the column is shown submerged in water 14. All of the ribbed steel bars are preferably included as cathodes in the system.

Pred zabudovaním do betónu sa rebierková tyčová výstuž obalí vrstvou 15 v podstate čistého Al s hrúbkou vo vyššie špecifikovanom rozmedzí, s najväčšou výhodou približne 0,25 mm hrubou, ako je schematicky ilustrované na detaile časti obalenej rebierkovej tyčovej výstuže zobrazenej na obrázku 3. Spôsob, ktorým sa aplikuje hliníkový povlak, nie je úzko kriticky dôležitý za predpokladu, že hliníkový povlak priľne tak pevne, aby sa stal integrálnou časťou štruktúry rebierkovej tyčovej výstuže, a povlak je v podstate neporézny. „V podstate neporéznym“ sa myslí, že vizuálna kontrola obaleného povrchu pod mikroskopom indikuje, že Al oxidový povlak vytvorený na hliníku pokrýva aspoň 95 % povrchu rebierkovej tyčovej výstuže.Before being embedded in the concrete, the ribbed bar is coated with a layer 15 of substantially pure Al having a thickness within the range specified above, most preferably approximately 0.25 mm thick, as schematically illustrated in the detail of a portion of the coated ribbed bar shown in Figure 3. The manner in which the aluminum coating is applied is not strictly critical, provided that the aluminum coating adheres so tightly as to become an integral part of the ribbed bar structure, and the coating is substantially non-porous. By "substantially non-porous" is meant that visual inspection of the coated surface under a microscope indicates that the Al oxide coating formed on the aluminum covers at least 95% of the surface of the ribbed bar.

Rebierková tyčová výstuž môže byť konvenčné pokovovaná morením ponorením a vyčistením, aby sa odstránila inkrustácia, hrdza a povrchové kontaminanty, a kontinuálne prechodom cez pec obsahujúcu oxidujúcu atmosféru udržiavanú na teplote približne 1093 °C (2000 °C), aby sa vypálili akékoľvek zvyšné kontaminanty a vytvoril sa tenký oxidový povlak. Oxidom obalená rebierková tyčová výstuž sa kontinuálne presúva cez pec obsahujúcu redukčnú atmosféru (80 % dusíka/20 % vodíka), aby sa oxidový povlak redukoval na kovový povrch bez nekovových nečistôt a získal sa povrch, na ktorý pevne prilipne hliníkový povlak. Rebierková tyčová výstuž sa potom ponorí do roztaveného hliníka v inertnej atmosfére a chladí sa v kontrolovanej oxidačnej atmosfére bez ďalšieho zahrievania, aby sa predišlo tvorbe povlaku z difúznej zliatiny a bez vytvorenia medzivrstvy obsahujúcej intermetalické zlúčeniny, ktoré sa tvoria ako reakčné produkty medzi oceľovým plechom a hliníkom použitým na jeho pokovovanie, ako je to napríklad pri výrobe automobilových výfukových systémov a domácich spotrebičov.Ribbed bar reinforcement can be conventionally plated by pickling, dipping and cleaning to remove scale, rust and surface contaminants, and continuously passing through a furnace containing an oxidizing atmosphere maintained at a temperature of approximately 1093°C (2000°C) to burn off any remaining contaminants and form a thin oxide coating. The oxide-coated ribbed bar reinforcement is continuously passed through a furnace containing a reducing atmosphere (80% nitrogen/20% hydrogen) to reduce the oxide coating to a metallic surface free of non-metallic impurities and to provide a surface to which the aluminum coating will adhere firmly. The ribbed bar reinforcement is then immersed in molten aluminum in an inert atmosphere and cooled in a controlled oxidizing atmosphere without further heating to avoid the formation of a diffusion alloy coating and without the formation of an intermediate layer containing intermetallic compounds that form as reaction products between the steel sheet and the aluminum used to coat it, as is the case, for example, in the manufacture of automotive exhaust systems and household appliances.

Alternatívne možno rebierkovú tyčovú výstuž pokovovať rozprašovaním pomocou elektrického oblúka v inertnej atmosfére. Bez ohľadu na to, ako sa Al povlak aplikuje, získa tenký povlak Al oxidu 15' (zobrazený so zväčšenou hrúbkou a nie v mierke), ktorý je vždy prítomný; pri zabudovaní do čerstvo liateho betónu sa vytvorí aj povlak hydratovaného oxidu hlinitého (HAI oxidu), ktorý je integrálnou súčasťou Al oxidovej vrstvy 151. Preto HAI oxidová vrstva nie je osobitne identifikovaná. Hrúbka kombinovanej Al oxidovej vrstvy závisí od konkrétneho betónového prostredia, jeho teploty a času, počas ktorého rebierková tyčová výstuž zotrvá v danom prostredí. Hrúbka kombinovaného Al oxidového povlaku 15' je spravidla v rozmedzí od 0,5 μιτι do približne 5 μηπ.Alternatively, the ribbed bar reinforcement can be sprayed using an electric arc in an inert atmosphere. Regardless of how the Al coating is applied, a thin Al oxide coating 15' (shown with an enlarged thickness and not to scale) is obtained, which is always present; when incorporated into the freshly poured concrete, a coating of hydrated alumina (HAI oxide) is also formed, which is an integral part of the Al oxide layer 151. Therefore, the HAI oxide layer is not specifically identified. The thickness of the combined Al oxide layer depends on the specific concrete environment, its temperature and the time during which the ribbed bar reinforcement remains in that environment. The thickness of the combined Al oxide coating 15' is typically in the range of 0.5 μιτι to approximately 5 μηπ.

Stĺp 11 je obkolesený viacnásobnými anódami 16 z kovu, ktorý tvorí soľ rozpustnú vo vodnom prostredí, pričom kovom je s výhodou horčík alebo zliatina bohatá na horčík; a voliteľne v novej štruktúre možno rozptýliť dodatočné galvanizačné anódy. Anodická plocha je s výhodou v rozmedzí od približne 0,1 m2 (štvorcových metrov) do približne 1 m2 na 50 m2 holej katódy. Anódy 16 sú vertikálne navzájom rozmiestnené pozdĺž celej dĺžky stĺpa, pričom vzdialenosti od stĺpa sú dostatočne malé a použije sa dostatočný počet anód 16 na zabezpečenie vhodnej prúdovej hustoty, keď sú anódy elektricky pripojené na sieť rebierkovej tyčovej výstuže 12. Niektoré z anód sú s výhodou pripojené na povrch stĺpa, iné sú umiestnené v blízkosti povrchu, niektoré sú vo vode. Všetky drôty v elektrickom obvode sú vhodne izolované.The column 11 is surrounded by multiple anodes 16 of a metal that forms a salt soluble in an aqueous medium, the metal preferably being magnesium or a magnesium-rich alloy; and optionally additional electroplating anodes may be dispersed in the novel structure. The anode area is preferably in the range of about 0.1 m 2 (square meters) to about 1 m 2 per 50 m 2 of bare cathode. The anodes 16 are vertically spaced from each other along the entire length of the column, with the distances from the column being sufficiently small and a sufficient number of anodes 16 being used to provide a suitable current density when the anodes are electrically connected to the web of ribbed bar reinforcement 12. Some of the anodes are preferably connected to the surface of the column, others are located near the surface, and some are in the water. All wires in the electrical circuit are suitably insulated.

Ako tvrdí Miyashita a kol.: “Keď je galvanizačná anóda vyrobená z kovu, ktorý má dostatočne bázickejší prirodzený potenciál ako hliník, aby sa umožnila kontrola potenciálu aj v časti hliníkového materiálu vzdialene oddeleného od galvanizačnej anódy, časť hliníkového materiálu blízko ku galvanizačnej anóde je vystavená nadmernému potenciálu, ktorý má tendenciu indukovať jav alkalickej korózie v dôsledku takzvanej nadmernej antikorózie.“ (pozrite stĺpec 2, riadky 50 - 58); a „...nadmerné potlačenie potenciálu má tendenciu spôsobovať rozpúšťanie, t.j. alkalickú koróziu hliníkového materiálu.“ (pozrite stĺpec 3, riadky 3 - 4). Tento problém sa s výhodou prekoná použitím inertnej anódy a značne sa zníži použitím priloženého prúdu v rozmedzí od 900 mV (0,9 V) do 1500 mV (1,5 V), ako je podrobne opísané nižšie, bez ohľadu na použitú anódu, samozrejme za predpokladu, že je bázickejšia ako Al.As Miyashita et al. state: “When the electroplating anode is made of a metal having a sufficiently more basic natural potential than aluminum to allow potential control even in a portion of the aluminum material distantly separated from the electroplating anode, the portion of the aluminum material close to the electroplating anode is subjected to an excessive potential which tends to induce the phenomenon of alkaline corrosion due to the so-called excessive anti-corrosion.” (see column 2, lines 50-58); and “...excessive suppression of the potential tends to cause dissolution, i.e., alkaline corrosion of the aluminum material.” (see column 3, lines 3-4). This problem is advantageously overcome by the use of an inert anode and is greatly reduced by the use of an applied current in the range of 900 mV (0.9 V) to 1500 mV (1.5 V), as detailed below, regardless of the anode used, provided of course that it is more basic than Al.

Vzhľadom na použitie priloženého katodického prúdu na hliníkovú katódu Miyashita a kol. uvádza: „...aplikácia anodického oxidového povlaku na povrch takých hliníkových materiálov a/alebo aplikácia filmu náteru na taký povrch je akceptovaná v skutočnej praxi a skutočne predchádza takej korózii aspoň do určitej miery.“ (pozrite stĺpec 1, riadky 34 - 38); a že „samotná aplikácia konvenčnej metódy galvanizačnej anódy na také hliníkové materiály nedáva rovnakú uspokojivú ochranu proti korózii, ako sa získala pre oceľové materiály. Dôvodom tohto zlyhania je, že na rozdiel od ocele je hliník takzvaným amfotérnym kovom, ktorý sa rozpúšťa v kyselinách aj alkáliách.“ (stĺpec 2, riadky 6-12). Skôr ako amfotérnosť hliníka je pravdepodobnejším dôvodom to, že Miyashita a kol. mali do činenia s prostredím morskej vody, nie betónom. Preto si neuvedomili, že kombinovaná Al oxidová vrstva mohla poskytnúť výbornú koróznu ochranu pri použití v spojení so v zásade kontinuálnym priloženým katodickým prúdom.Regarding the use of an applied cathodic current on an aluminum cathode, Miyashita et al. state: "...the application of an anodic oxide coating to the surface of such aluminum materials and/or the application of a paint film to such a surface is accepted in actual practice and does indeed prevent such corrosion to at least some extent." (see column 1, lines 34-38); and that "the application of the conventional galvanic anode method alone to such aluminum materials does not give the same satisfactory corrosion protection as that obtained for steel materials. The reason for this failure is that, unlike steel, aluminum is a so-called amphoteric metal, which dissolves in both acids and alkalis." (column 2, lines 6-12). Rather than the amphoteric nature of aluminum, the more likely reason is that Miyashita et al. were dealing with a seawater environment, not concrete. Therefore, they did not realize that the combined Al oxide layer could provide excellent corrosion protection when used in conjunction with a substantially continuous applied cathodic current.

Vzhľadom na oveľa vyššie pH čerstvo liateho a novo tvrdnúceho betónu relatívne malý priložený antikorózny katodický prúd tečúci na hliníkom obalenú rebierkovú tyčovú výstuž zo zápornej svorky externého zdroja energie pri potenciáli Ep drží potenciál rebierkovej tyčovej výstuže pod koróznym potenciálom Al platne alebo tyče zabudovanej do betónu (pozrite obrázok 5). Vysoké pH betónu okolo rebierkovej tyčovej výstuže neguje akékoľvek nebezpečenstvo stúpnutia potenciálu rebierkovej tyčovej výstuže nad korózny potenciál Ec Al platne alebo tyče a analogicky rebierkovej tyčovej výstuže. Potenciál Ec sa kontinuálne monitoruje a priložený prúd sa reguluje tak, aby Ep = Ec + 200 mV. Potenciál hliníkom obalenej rebierkovej tyčovej výstuže sa nemeria.Due to the much higher pH of freshly cast and newly hardening concrete, the relatively small applied anti-corrosion cathodic current flowing to the aluminum-coated ribbed bar reinforcement from the negative terminal of the external power source at a potential of E p keeps the potential of the ribbed bar reinforcement below the corrosion potential of the Al plate or bar embedded in the concrete (see Figure 5). The high pH of the concrete around the ribbed bar reinforcement negates any danger of the ribbed bar reinforcement potential rising above the corrosion potential E c of the Al plate or bar and, analogously, of the ribbed bar reinforcement. The potential E c is continuously monitored and the applied current is regulated so that E p = E c + 200 mV. The potential of the aluminum-coated ribbed bar reinforcement is not measured.

Prúdová hustota bola meraná pre tu prezentované dáta a je nasledovná: Úsek rebierkovej tyčovej výstuže sa zabuduje do betónu a betón sa nechá tvrdnúť 30 dní. Do betónu sa zabudovala aj hliníková platnička 2,5 cm x 5 cm x 1 cm. Prúd sa zapol, keď bolo možné merať Ec na Al platničke. Aplikoval sa dostatočný prúd, aby sa pH udržalo v rozmedzí od asi 7 do 8. Každý deň sa meral korózny potenciál Ec, katodický polarizačný potenciál Ep, prúd I, pH betónu a odpor Rc betónu, rovnako ako hmotnosť rebierkovej tyčovej výstuže. Polarizačný prúd sa zastavil, keď merané parametre dosiahli pomerne konštantné hodnoty. Hodnoty potenciálov Ep a Ec tu uvedené sú relatívne voči HRE.The current density was measured for the data presented here and is as follows: A section of ribbed bar reinforcement is embedded in the concrete and the concrete is allowed to harden for 30 days. An aluminum plate 2.5 cm x 5 cm x 1 cm is also embedded in the concrete. The current is turned on when it is possible to measure E c on the Al plate. Sufficient current is applied to maintain the pH in the range of about 7 to 8. The corrosion potential E c , the cathodic polarization potential E p , the current I , the pH of the concrete and the resistance R c of the concrete are measured each day, as is the weight of the ribbed bar reinforcement. The polarization current is stopped when the measured parameters have reached relatively constant values. The values of the potentials E p and E c given here are relative to the HRE.

Rebierková tyčová výstuž je vyrobená z nízkouhlíkovej ocele (menej ako 1 %, s výhodou menej ako 0,75 %) s menej ako 5 %, spravidla menej ako 1 % kombinovaných legovacích kovov. V suchom podnebí korózia rebierkovej tyčovej výstuže neprebieha v alkalickom prostredí cementovej malty. Keď je však vystužená betónová štruktúra vo vlhkej atmosfére, ktorá môže obsahovať aj kyslé kontäminanty, ako je oxid siričitý, a/alebo sa zmáča roztokom soli, ako je chlorid sodný, ktorý sa bežne používa vžime na roztopenie ľadu na betónovom povrchu, začína korózia. Keď k tomu dôjde, alkalické prostredie sa stratí v dôsledku tvorby kyseliny na anódovom mieste.The ribbed bar reinforcement is made of low carbon steel (less than 1%, preferably less than 0.75%) with less than 5%, typically less than 1%, of combined alloying metals. In dry climates, corrosion of the ribbed bar reinforcement does not occur in the alkaline environment of the cement mortar. However, when the reinforced concrete structure is in a humid atmosphere, which may also contain acidic contaminants such as sulfur dioxide, and/or is wetted with a salt solution such as sodium chloride, which is commonly used to melt ice on the concrete surface, corrosion begins. When this occurs, the alkaline environment is lost due to the formation of acid at the anode site.

Predložený vynález prekonáva problém elektrolytickej korózie použitím hliníkom obalenej rebierkovej tyčovej výstuže namiesto použitia tyčí z hliníka alebo zliatiny bohatej na hliník ako galvanizačnej anódy pre neobaľovanú rebierkovú tyčovú výstuž. Pri prevádzke je priložený katodický prúd prinajmenšom dostatočný na negovanie procesu elektrolýzy; s výhodou je prúd dostatočne vysoký, aby účinne zvrátil proces elektrolýzy, prúd tečúci od anódy ku katóde, takže elektróny budú tiecť preč od katodického kovového povrchu, ktorý sa má chrániť. Samozrejme tok prúdu a tok elektrónov sú v opačných smeroch; prúd tečie od anódy ku katóde, zatiaľ čo elektróny tečú od katódy k anóde.The present invention overcomes the problem of electrolytic corrosion by using aluminum-coated ribbed bar reinforcement instead of using aluminum or aluminum-rich alloy bars as the galvanizing anode for uncoated ribbed bar reinforcement. In operation, the applied cathodic current is at least sufficient to negate the electrolysis process; preferably, the current is high enough to effectively reverse the electrolysis process, the current flowing from the anode to the cathode, so that the electrons will flow away from the cathodic metal surface to be protected. Of course, the current flow and the electron flow are in opposite directions; the current flows from the anode to the cathode, while the electrons flow from the cathode to the anode.

Graf uvedený na obrázku 1 predstavuje rýchlosť korózie v pm za rok ako funkciu pH pre tyče z Al, Zn a Fe, pričom každá tyč má rovnakú dĺžku 10 cm a priemer 2,0 cm. Tyče boli umiestnené do rovnakých odmerných valcov s rovnakým množstvom kvapaliny s rovnakým pH. Teda 15 valcov obsahovalo vodné roztoky s pH 5, 7, 9, 11 a 13 v skupinách po troch. Merania sa uskutočnili v priebehu obdobia šiestich mesiacov použitím ihlovej sondy zasunutej do povrchu tyče rovnakou silou a robili sa merania hĺbky penetrácie ihly mikroskopom. Výsledky sú vynesené, čím sa získala krivka A pre Al tyče, krivka F pre Fe tyče a krivka Z pre Zn tyče.The graph shown in Figure 1 represents the corrosion rate in pm per year as a function of pH for Al, Zn and Fe rods, each rod having the same length of 10 cm and a diameter of 2.0 cm. The rods were placed in identical graduated cylinders with the same amount of liquid at the same pH. Thus, 15 cylinders contained aqueous solutions of pH 5, 7, 9, 11 and 13 in groups of three. Measurements were made over a period of six months using a needle probe inserted into the surface of the rod with the same force and measurements of the depth of penetration of the needle were made with a microscope. The results are plotted, giving curve A for the Al rods, curve F for the Fe rods and curve Z for the Zn rods.

Je evidentné, že Al je odolný voči korózii len v rozmedzí pH od asi 6 do 9; Zn je odolný voči korózii v rozmedzí pH od približne 6 do 12; a Fe je odolné voči korózii v rozmedzí pH od približne 6 do 13.It is evident that Al is resistant to corrosion only in the pH range of about 6 to 9; Zn is resistant to corrosion in the pH range of about 6 to 12; and Fe is resistant to corrosion in the pH range of about 6 to 13.

Na obrázku 4 je ilustrovaná katodický chránená štruktúra 11 analogická so štruktúrou z obrázka 2, ale na ktorej sú všetky anódy galvanizačnými anódami (zobrazený horčík) zabudovanými do siete rebierkovej tyčovej výstuže vo vhodných vzájomných vzdialenostiach, aby sa získala najlepšia distribúcia katodickej ochrany. Je evidentné, že toto uskutočnenie bude užitočné len v novo liatej betónovej štruktúre, nie v existujúcej.In Figure 4, a cathodic protected structure 11 is illustrated analogous to that of Figure 2, but in which all the anodes are galvanic anodes (magnesium shown) embedded in a web of ribbed bar reinforcement at suitable distances from each other to obtain the best distribution of cathodic protection. It is evident that this embodiment will only be useful in a newly cast concrete structure, not in an existing one.

Na obrázku 5 je schematicky ilustrovaný riadiaci systém, v ktorom sieť hliníkom obalenej rebierkovej tyčovej výstuže 12 a anódy 17 sú elektricky pripojené na automaticky nastavovaný zdroj jednosmerného prúdu (zdroj elektrónov) 20, ktorý je riadený programovateľným riadiacim prostriedkom 25 na poskytovanie zvoleného napätia na rebierkovú tyčovú výstuž 12.Figure 5 schematically illustrates a control system in which a network of aluminum-coated ribbed bar reinforcement 12 and anodes 17 are electrically connected to an automatically adjusted direct current source (electron source) 20, which is controlled by a programmable controller 25 to provide a selected voltage to the ribbed bar reinforcement 12.

Zdroj elektrónov 20 je transformátor/usmerňovač alebo batéria so zápornou svorkou 21 a kladnou svorkou 22. Svorka 21 je elektricky pripojená na sieť rebierkovej tyčovej výstuže 12 drôtom vedenia 23; a anódy 17 sú pripojené na svorku 22 drôtom vedenia 24. Anódy 17 sú umiestnené na vhodných miestach interne a externe voči betónovej štruktúre, aby poskytli požadovanú prúdovú hustotu. Umiestnenie externých anód, či inertných alebo rozpustných, ak sú v určitej vzdialenosti od povrchu betónovej štruktúry, závisí od prostredia pôdy a/alebo vody, ale musia byť umiestnené blízko rebierkovej tyčovej výstuže 12, teda v rámci betónovej štruktúry alebo na jej povrchu alebo v blízkosti betónovej štruktúry, pričom vzdialenosť je funkciou ohmického odporu média medzi štruktúrou a anódou, aby nebol potrebný priložený prúd väčší ako 200 mA/m2. Anódy môžu byť z grafitu, alebo miešanými kovovými oxidmi obalené titánové tyče známe v danej oblasti techniky, napríklad tie, ktoré sa predávajú pod ochrannou známkou LIDA.The electron source 20 is a transformer/rectifier or battery with a negative terminal 21 and a positive terminal 22. Terminal 21 is electrically connected to the grid of the rebar 12 by a lead wire 23; and the anodes 17 are connected to terminal 22 by a lead wire 24. The anodes 17 are located at suitable locations internally and externally to the concrete structure to provide the desired current density. The location of the external anodes, whether inert or soluble, if at a certain distance from the surface of the concrete structure, depends on the soil and/or water environment, but they must be located close to the rebar 12, i.e. within the concrete structure or on its surface or in the vicinity of the concrete structure, the distance being a function of the ohmic resistance of the medium between the structure and the anode, so that an applied current of no more than 200 mA/m 2 is not required. The anodes may be graphite or mixed metal oxide coated titanium rods known in the art, such as those sold under the trademark LIDA.

Hliníkový senzor korózneho potenciálu, napríklad platnička 30, referenčná elektróda 40 a pH elektróda 50 sú elektricky pripojené na komparátor 60, ktorý meria (i) korózny potenciál senzora voči referenčnej elektróde, kým sa hodnota nestabilizuje na nameranom stabilnom potenciáli, (ii) korózny potenciál Al platničky alebo tyče 30 a s výhodou aj (iii) pH betónu - kontinuálne; a tieto merania sa prenášajú na komparátor 25. Potrebné napätie je v opozícii voči vonkajšiemu napájaciemu napätiu, pretože anódy sú permanentné. Z napätia a prúdu obvodu sa určí energia potrebná na dosiahnutie požadovanej úrovne ochrany. Al senzor môže byť zabudovaný do vystuženej betónovej štruktúry, alebo môže byť zabudovaný vtom istom betóne použitom na štruktúru, ale oddelene od vystuženej štruktúry v zóne mimo vystuženej betónovej štruktúry.An aluminum corrosion potential sensor, for example a plate 30, a reference electrode 40 and a pH electrode 50 are electrically connected to a comparator 60 which measures (i) the corrosion potential of the sensor against the reference electrode until the value stabilizes at a measured stable potential, (ii) the corrosion potential of the Al plate or rod 30 and preferably (iii) the pH of the concrete - continuously; and these measurements are transmitted to a comparator 25. The voltage required is in opposition to the external supply voltage, since the anodes are permanent. From the voltage and current of the circuit, the energy required to achieve the desired level of protection is determined. The Al sensor may be embedded in the reinforced concrete structure, or it may be embedded in the same concrete used for the structure, but separate from the reinforced structure in a zone outside the reinforced concrete structure.

V tomto systéme priloženého prúdu je praktické vyvolať akýkoľvek potenciál potrebný na získanie potrebnej prúdovej hustoty pomocou usmerňovača. Elektrický prúd tečie v pôde od podzemných anód ku štruktúre, ktorá sa má chrániť; anóda je preto pripojená na kladný pól usmerňovača a štruktúra rebierkovej tyčovej výstuže je pripojená k zápornému pólu. Rovnako ako predtým, vodiče od usmerňovača k anóde a k štruktúre musia byť elektricky izolované. Kritériá potenciálu sú založené na potenciáli štruktúry na rozhraní pôdy v rôznych hĺbkach v pôde a na stĺpe na rôznych miestach. Komparátor 60 je vybavený konvenčným prostriedkom na meranie korózneho potenciálu na povrchu Al platničky alebo tyče 30 voči referenčnej elektróde 40 bez ohľadu na korózny potenciál na rebierkovej tyčovej výstuži 12. Programovateľnému ovládaču 25 sa potom odovzdávajú aktuálne merania potenciálov na Al platničke alebo tyči a na referenčnej elektróde z komparátora 60, ktorý potom poskytuje vhodné napätie a prúdovú hustotu, ktorú zdroj elektrónov 20 dodáva do siete 12, pričom také merania zahŕňajú potenciály snímané na referenčnej elektróde.In this applied current system, it is practical to induce any potential necessary to obtain the required current density by means of a rectifier. The electric current flows in the soil from the underground anodes to the structure to be protected; the anode is therefore connected to the positive pole of the rectifier and the ribbed bar structure is connected to the negative pole. As before, the conductors from the rectifier to the anode and to the structure must be electrically insulated. The potential criteria are based on the potential of the structure at the soil interface at various depths in the soil and on the column at various locations. Comparator 60 is provided with conventional means for measuring the corrosion potential on the surface of Al plate or rod 30 relative to reference electrode 40, regardless of the corrosion potential on the ribbed bar reinforcement 12. The programmable controller 25 is then provided with actual measurements of the potentials on the Al plate or rod and on the reference electrode from comparator 60, which then provides the appropriate voltage and current density that electron source 20 supplies to network 12, such measurements including the potentials sensed at the reference electrode.

Je dôležité, aby sa meral korózny potenciál Al platničky alebo tyče 30 namiesto korózneho potenciálu rebierkovej tyčovej výstuže, pretože sa zisťuje, že merania vykonané na rebierkovej tyčovej výstuži nie sú dostatočne spoľahlivé. Veľkosť Al platničky alebo tyče nie je veľmi dôležitá, ale je umiestnená mimo zóny pH bezprostredne obkolesujúcej rebierkovú tyčovú výstuž. Vhodná je platnička s rozmermi 2,5 cm x 5 cm x 1 cm alebo tyč približne 10 cm dlhá s priemerom 2,5 cm.It is important that the corrosion potential of the Al plate or bar 30 is measured instead of the corrosion potential of the ribbed bar reinforcement, as it has been found that measurements made on the ribbed bar reinforcement are not sufficiently reliable. The size of the Al plate or bar is not very important, but it is located outside the pH zone immediately surrounding the ribbed bar reinforcement. A plate measuring 2.5 cm x 5 cm x 1 cm or a bar approximately 10 cm long with a diameter of 2.5 cm is suitable.

Aby sa zabezpečilo, že katódová ochrana bude poskytovať zónu pH v rozmedzí od 6 do 9 bezprostredne obkolesujúcu každú tyč rebierkovej výstuže, merač pH 50 je zabudovaný do štruktúry a jeho senzorová sonda je zasunutá do zóny bezprostredne obkolesujúcej rebierkovú tyčovú výstuž; s výhodou je zabudovaných niekoľko pH metrov analogickým spôsobom.To ensure that the cathodic protection provides a pH zone of between 6 and 9 immediately surrounding each rebar, a pH meter 50 is built into the structure and its sensor probe is inserted into the zone immediately surrounding the rebar; preferably several pH meters are installed in an analogous manner.

Nový systém zabezpečuje udržiavanie siete 12 v podstate bez korózie v štruktúre z vystuženého betónu s pH v rozmedzí od približne 6 do 9 nameraným v zóne bezprostredne obkolesujúcej túto rebierkovú tyčovú výstuž. Zdroj energie 20 poskytuje dostatok prúdu pri potenciáli Ep, ktorý je dostatočne elektronegatívny vzhľadom na nameraný korózny potenciál Ec na Al platničke, aby sa potlačil katodický potenciál rebierkovej tyčovej výstuže na katodický potenciál tejto rebierkovej tyčovej výstuže vo vopred určenom rozmedzí, ktoré je korelovateľné s pH v rozmedzí od približne 6 do 9. Zdroj energie 20 kontinuálne udržiava prúd pri Ec (nameraný korózny potenciál) plus 200 mV (0,2 V) pri prúdovej hustote, pri ktorej je korózia minimálna, teda o ktorej sa zistilo, že poskytuje maximálnu ochranu proti korózii v priebehu ľubovoľne dlhej životnosti 100 rokov alebo viac.The novel system provides for maintaining the mesh 12 substantially free of corrosion in a reinforced concrete structure with a pH in the range of about 6 to 9 as measured in the zone immediately surrounding the ribbed reinforcement. The power source 20 provides sufficient current at a potential E p that is sufficiently electronegative with respect to the measured corrosion potential E c on the Al plate to suppress the cathodic potential of the ribbed reinforcement to the cathodic potential of the ribbed reinforcement within a predetermined range that is correlated with a pH in the range of about 6 to 9. The power source 20 continuously maintains the current at E c (the measured corrosion potential) plus 200 mV (0.2 V) at a current density at which corrosion is minimal, i.e., which has been found to provide maximum corrosion protection over an arbitrarily long service life of 100 years or more.

Graf na obrázku 6A je závislosť rýchlosti korózie (μηι/rok) neobalenej oceľovej rebierkovej tyčovej výstuže ako funkcia prúdovej hustoty, pri ktorej sa udržiava uvedená rýchlosť korózie. Je evidentné, že aby sa získala katodický chránená rýchlosť korózie menej ako 50 μΐΓΐ/rok, je potrebná prúdová hustota 200 mA/m2.The graph in Figure 6A is a plot of the corrosion rate (μηι/year) of uncoated steel ribbed bar reinforcement as a function of the current density at which the corrosion rate is maintained. It is evident that in order to obtain a cathodically protected corrosion rate of less than 50 μΐΓΐ/year, a current density of 200 mA/m 2 is required.

Graf na obrázku 6B je závislosť rýchlosti korózie (μΓη/rok) hliníkom obalenej oceľovej rebierkovej tyčovej výstuže obalenej neporéznou, 0,25 mm hrubou vrstvou v podstate čistého Al ako funkcia prúdovej hustoty s použitím systému zobrazeného na obrázku 5. Je evidentné, že aby sa získala rýchlosť korózie menej ako 50 μπΊ/rok, je potrebná prúdová hustota približne 2 mA/m2 a pri prúdovej hustote 20 mA/m2 je rýchlosť korózie približne 5 μπι/rok.The graph in Figure 6B is a plot of the corrosion rate (μΓη/year) of aluminum-coated steel ribbed bar reinforcement coated with a non-porous, 0.25 mm thick layer of essentially pure Al as a function of current density using the system shown in Figure 5. It is evident that in order to obtain a corrosion rate of less than 50 μπΊ/year, a current density of approximately 2 mA/m 2 is required, and at a current density of 20 mA/m 2 the corrosion rate is approximately 5 μπΊ/year.

Nasledujúca tabuľka 1 obsahuje požiadavky na prúd pre oceľovú rebierkovú tyčovú výstuž, neobalenú a hliníkom obalenú, pri potenciáli Ep = -200 mV, aby sa získali údaje pre koróziu v betóne s pH od 9 do približne 13.The following Table 1 contains the current requirements for steel ribbed bar reinforcement, uncoated and aluminum coated, at a potential of E p = -200 mV to obtain data for corrosion in concrete with a pH of 9 to approximately 13.

Tabuľka 1Table 1

Katodická ochrana áno alebo nie Cathodic protection yes or no Rýchlosť korózie (μιτι/rok) Corrosion rate (μιτι/year) Prúd (μΑ) Current (μΑ) Neobalená rebierková tyčová výstuž Unwrapped ribbed bar reinforcement NIE NO 60-180 60-180 0 0 Neobalená rebierková tyčová výstuž Unwrapped ribbed bar reinforcement ÁNO YES 20-40 20-40 420- 710 420- 710 Hliníkom obalená rebierková tyčová výstuž Aluminum-coated ribbed bar reinforcement NIE NO 50- 1000 50- 1000 0 0 Hliníkom obalená rebierková tyčová výstuž Aluminum-coated ribbed bar reinforcement ÁNO YES <5 <5 51-98 51-98

Vyššie uvedené údaje indikujú, že ak sa čoskoro po naliatí betónu zapne priložený prúd, získa sa výborná ochrana s Al povlakom vo vyššie uvedenej hrúbke, pričom taká ochrana vydrží viac ako 40 rokov.The above data indicate that if the applied current is turned on soon after pouring the concrete, excellent protection is obtained with the Al coating at the above thickness, with such protection lasting more than 40 years.

Nasledujúca tabuľka 2 obsahuje požiadavky na prúd pre katodicky chránenú hliníkom obalenú oceľovú rebierkovú tyčovú výstuž pri potenciáloch Ep = -50, -100 a -200 mV, aby sa získali údaje pre koróziu v betóne s pH od 9 do približne 13.The following Table 2 contains the current requirements for cathodically protected aluminum-coated steel ribbed bar reinforcement at potentials E p = -50, -100, and -200 mV to obtain data for corrosion in concrete with pH from 9 to approximately 13.

Tabuľka 2Table 2

Potenciál (mV) Potential (mV) Rýchlosť korózie (μΐτι/rok) Corrosion rate (μΐτι/year) Prúd (μΑ) Current (μΑ) -Ec -Ec -Ep -Ep 550-600 550-600 50 50 30-60 30-60 8-17 8-17 550-600 550-600 100 100 <5 <5 19-38 19-38 550-600 550-600 200 200 <5 <5 39-77 39-77

Po poskytnutí všeobecnej diskusie, opise celkového systému a postupu na katodické chránenie hliníkom obalenej rebierkovej tyčovej výstuže v betónovej štruktúre a ilustrovaní vynálezu bude zrejmé, že vynález poskytol účinné riešenie starého problému. Preto treba chápať, že konkrétne ilustrované a diskutované uskutočnenia nepredstavujú žiadne nenáležité obmedzenia a najmä že vynález nie je obmedzený na otrocké dodržiavanie tu uvedených podrobností.Having provided a general discussion, described an overall system and process for cathodic protection of aluminum-coated ribbed bar reinforcement in a concrete structure, and illustrated the invention, it will be apparent that the invention has provided an effective solution to an age-old problem. It is therefore to be understood that the specific embodiments illustrated and discussed do not constitute undue limitations, and in particular that the invention is not to be limited to slavish adherence to the details set forth herein.

Claims (16)

1. Spôsob konštrukcie betónovej štruktúry vystuženej oceľovou rebierkovou tyčovou výstužou, vyznačujúci sa tým, že zahŕňa nasledujúce kroky:A method of constructing a concrete structure reinforced with a steel ribbed reinforcement, comprising the following steps: zabudovanie tejto rebierkovej tyčovej výstuže v betóne s pH v rozmedzí od 9 do približne 13, pričom táto rebierková tyčová výstuž má povlak zo v podstate čistého hliníka v rozmedzí od približne 0,25 mm do 2 mm hrúbky, na ktorom povlaku je oxidová vrstva v rozmedzí od 0,1 μιτι do 100 pm hrúbky, kde oxidová vrstva pozostáva z oxidu hlinitého a/alebo hydratovaného oxidu hlinitého v kombinovanej vrstve oxidov hliníka, ktorá je v priamom kontakte s betónom;incorporating the ribbed reinforcement in concrete with a pH in the range of from 9 to about 13, wherein the ribbed reinforcement has a substantially pure aluminum coating in the range of about 0.25 mm to 2 mm in thickness on which the oxide layer is in the range from 0,1 μιτι to 100 µm thickness, where the oxide layer consists of alumina and / or hydrated alumina in a combined layer of aluminum oxides which is in direct contact with the concrete; zabudovanie senzora korózneho potenciálu zo v podstate čistého hliníka do tejto štruktúry;incorporating a substantially pure aluminum corrosion potential sensor into the structure; kontinuálne meranie korózneho potenciálu na povrchu tohto senzora korózneho potenciálu voči referenčnej elektróde, kým sa hodnota nestabilizuje na nameranom stabilnom potenciáli bez merania korózneho potenciálu na rebierkovej tyčovej výstuži;continuously measuring the corrosion potential on the surface of the corrosion potential sensor against the reference electrode until the value stabilizes at the measured stable potential without measuring the corrosion potential on the ribbed reinforcement; anodické pripojenie zdroja potenciálu na anódu umiestnenú v blízkosti rebierkovej tyčovej výstuže;anodically connecting a potential source to an anode located near the rib bar reinforcement; katodické pripojenie rebierkovej tyčovej výstuže k zdroju potenciálu, ktorý je dostatočne elektronegatívny vzhľadom na nameraný stabilný potenciál, aby sa potlačil katodický potenciál rebierkovej tyčovej výstuže vo vopred určenom rozmedzí korelovateľnom s koróznym potenciálom nameraným na senzore korózneho potenciálu; a kontinuálne udržiavanie prúdu od tohto zdroja elektronegatívneho potenciálu pri potenciáli v rozmedzí od približne 150 mV do menej ako 300 mV nižšom ako korózny potenciál senzora korózneho potenciálu.cathodically connecting the ribbed reinforcement to a potential source that is sufficiently electronegative with respect to the measured stable potential to suppress the cathodic potential of the ribbed reinforcement within a predetermined range correlable with the corrosion potential measured on the corrosion potential sensor; and continuously maintaining the current from said electronegative potential source at a potential ranging from about 150 mV to less than 300 mV below the corrosion potential of the corrosion potential sensor. 2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že rebierková tyčová výstuž je pripojená na zdroj potenciálu na zabezpečenie priloženého prúdu pri potenciáli v rozmedzí od približne -900 mV (-0,9 V) do približne -1500 mV (-1,5 V) voči HRE.The method of claim 1, wherein the rib bar is coupled to a potential source to provide an applied current at a potential ranging from about -900 mV (-0.9 V) to about -1500 mV (-1.5 m). V) against HRE. 3. Spôsob podľa nároku 2, vyznačujúci sa tým, že povlak zo v podstate čistého hliníka a kombinovaná vrstva oxidov hliníka je v rozmedzí od 0,2 mm do približne 1 mm hrúbky.The method of claim 2, wherein the substantially pure aluminum coating and the combined aluminum oxide layer is in the range of about 0.2 mm to about 1 mm of thickness. 4. Systém na údržbu betónovej štruktúry vystuženej oceľovou rebierkovou tyčovou výstužou v podstate bez korózie rebierkovej tyčovej výstuže, vyznačujúci sa tým, že zahŕňa nasledujúce prvky:4. A system for maintaining a concrete structure reinforced with a steel ribbed reinforcement substantially free of corrosion of the ribbed reinforcement, comprising the following elements: masu betónu s pH v rozmedzí od 9 do približne 13, kde rebierková tyčová výstuž je elektricky prepojená do siete;a mass of concrete having a pH in the range of from 9 to about 13, wherein the rib bar reinforcement is electrically connected to the grid; kde rebierková tyčová výstuž má povlak zo v podstate čistého hliníka v rozmedzí od približne 0,25 mm do 2 mm hrúbky, na ktorom povlaku je oxidová vrstva v rozmedzí od 0,1 pm do 100 pm hrúbky, pričom oxidová vrstva obsahuje oxid hlinitý a hydratovaný oxid hlinitý;wherein the ribbed reinforcement has a substantially pure aluminum coating in the range of about 0.25 mm to 2 mm in thickness, wherein the coating comprises an oxide layer in the range of 0.1 µm to 100 µm thickness, wherein the oxide layer comprises alumina and hydrated aluminum oxide; vonkajší zdroj energie ovládateľný programovateľným ovládačom, do ktorého sa odovzdávajú dáta z komparátora, zapojený do série, pričom tento programovateľný ovládač reaguje na vonkajší zdroj energie aj komparátor;an external power source operable by the programmable controller to which the comparator data is transmitted in series, the programmable controller responding to both the external power source and the comparator; merací prostriedok v komparátore na kontinuálne meranie korózneho potenciálu na povrchu senzora korózneho potenciálu voči referenčnej elektróde, kým sa hodnota nestabilizuje na nameranom stabilnom potenciáli;a measuring means in the comparator for continuously measuring the corrosion potential on the surface of the corrosion potential sensor against the reference electrode until the value stabilizes at the measured stable potential; prostriedok na anodické pripojenie vonkajšieho zdroja energie potenciálu na anódu umiestnenú v blízkosti rebierkovej tyčovej výstuže;means for anodically connecting an external potential energy source to an anode disposed adjacent the rib bar reinforcement; prostriedok na katodické pripojenie rebierkovej tyčovej výstuže k vonkajšiemu zdroju energie, ktorý je dostatočne elektronegatívny vzhľadom na nameraný stabilný potenciál, aby sa potlačil katodický potenciál rebierkovej tyčovej výstuže na vopred určené rozmedzie; a prostriedok na kontinuálne udržiavanie prúdu od tohto zdroja elektronegatívneho potenciálu pri potenciáli v rozmedzí od približne 150 mV do menej ako 300 mV nižšom ako korózny potenciál senzora korózneho potenciálu.means for cathodically connecting the ribbed reinforcement to an external power source that is sufficiently electronegative with respect to the measured stable potential to suppress the cathodic potential of the ribbed reinforcement to a predetermined range; and means for continuously maintaining current from said electronegative potential source at a potential in the range of about 150 mV to less than 300 mV below the corrosion potential of the corrosion potential sensor. 5. Korózne chránená štruktúra vystužená oceľovou rebierkovou tyčovou výstužou, vyznačujúca sa tým, že zahŕňa nasledujúce prvky:5. A corrosion-protected structure reinforced with a steel ribbed reinforcement, comprising the following elements: masu betónu s pH v rozmedzí od 9 do približne 13, kde časť tejto masy v zóne s polomerom približne 10 mm od povrchu hliníkom obalenej rebierkovej tyčovej výstuže má pH v rozmedzí od 6 do približne 9;a concrete mass with a pH in the range of 9 to about 13, wherein a portion of the mass in a zone with a radius of about 10 mm from the surface of the aluminum-coated ribbed reinforcement has a pH in the range of 6 to about 9; kde rebierková tyčová výstuž má povlak zo v podstate čistého hliníka v rozmedzí od približne 0,25 mm do 2 mm hrúbky, na ktorom povlaku je oxidová vrstva v rozmedzí od 0,1 pm do 100 pm hrúbky, pričom oxidová vrstva obsahuje oxid hlinitý a hydratovaný oxid hlinitý;wherein the ribbed reinforcement has a substantially pure aluminum coating in the range of about 0.25 mm to 2 mm in thickness, wherein the coating comprises an oxide layer in the range of 0.1 µm to 100 µm thickness, wherein the oxide layer comprises alumina and hydrated aluminum oxide; senzor korózneho potenciálu zo v podstate čistého hliníka zabudovaný do tejto štruktúry, prostriedok na kontinuálne meranie korózneho potenciálu na povrchu senzora korózneho potenciálu voči referenčnej elektróde, kým sa hodnota nestabilizuje na nameranom stabilnom potenciáli;a substantially pure aluminum corrosion potential sensor incorporated into the structure, means for continuously measuring the corrosion potential on the surface of the corrosion potential sensor against the reference electrode until the value stabilizes at the measured stable potential; prostriedok na anodické pripojenie vonkajšieho zdroja energie potenciálu na anódu umiestnenú v blízkosti rebierkovej tyčovej výstuže;means for anodically connecting an external potential energy source to an anode disposed adjacent the rib bar reinforcement; prostriedok na katodické pripojenie rebierkovej tyčovej výstuže k zdroju potenciálu, ktorý je dostatočne elektronegatívny vzhľadom na nameraný stabilný potenciál, aby sa potlačil katodický potenciál rebierkovej tyčovej výstuže na vopred určené rozmedzie; a prostriedok na kontinuálne udržiavanie prúdu od tohto zdroja elektronegatívneho potenciálu pri potenciáli v rozmedzí od približne 150 mV do menej ako 300 mV nižšom ako korózny potenciál senzora korózneho potenciálu.means for cathodically connecting the ribbed reinforcement to a potential source that is sufficiently electronegative with respect to the measured stable potential to suppress the cathodic potential of the ribbed reinforcement to a predetermined range; and means for continuously maintaining current from said electronegative potential source at a potential in the range of about 150 mV to less than 300 mV below the corrosion potential of the corrosion potential sensor. 6. Korózne chránená štruktúra vystužená oceľovou rebierkovou tyčovou výstužou, vyznačujúca sa tým, že zahŕňa nasledujúce prvky:6. A corrosion-protected structure reinforced with a steel ribbed reinforcement, comprising the following elements: masu betónu s pH v rozmedzí od 9 do približne 13;a mass of concrete with a pH in the range of from 9 to about 13; kde rebierková tyčová výstuž má povlak zo v podstate čistého hliníka v rozmedzí od približne 0,25 mm do 2 mm hrúbky, na ktorom povlaku je oxidová vrstva v rozmedzí od 0,1 pm do 100 μιη hrúbky, pričom oxidová vrstva obsahuje oxid hlinitý a hydratovaný oxid hlinitý; a galvanizačnú anódu v galvanickom spojení s rebierkovou tyčovou výstužou a umiestnená v jej blízkosti.wherein the ribbed reinforcement has a substantially pure aluminum coating in the range of about 0.25 mm to 2 mm in thickness, wherein the coating comprises an oxide layer in the range of 0.1 µm to 100 µm thickness, the oxide layer comprising alumina and hydrated aluminum oxide; and a galvanic anode in galvanic connection with and located near the rib bar reinforcement. 7. Spôsob konštrukcie betónovej štruktúry vystuženej oceľovou rebierkovou tyčovou výstužou, vyznačujúci sa tým, že zahŕňa nasledujúce kroky:7. A method of constructing a concrete structure reinforced with a steel ribbed bar reinforcement comprising the following steps: zabudovanie rebierkovej tyčovej výstuže v betóne, pričom táto rebierková tyčová výstuž má povlak z hliníka v rozmedzí od približne 0,25 mm do 2 mm hrúbky, na ktorom povlaku je oxidová vrstva v rozmedzí od približne 0,1 μηι do približne 100 pm hrúbky, kde oxidová vrstva pozostáva z oxidu hlinitého a/alebo hydratovaného oxidu hlinitého v kombinovanej vrstve oxidov hliníka, ktorá je v priamom kontakte s betónom;incorporating a ribbed reinforcement in concrete, the ribbed reinforcement having an aluminum coating in the range of about 0.25 mm to 2 mm in thickness, on which the oxide layer is in the range of about 0.1 µm to about 100 µm thickness, wherein the oxide layer consists of alumina and / or hydrated alumina in a combined layer of aluminum oxides which is in direct contact with the concrete; zabudovanie senzora korózneho potenciálu z hliníka do štruktúry;incorporating an aluminum corrosion potential sensor into the structure; meranie korózneho potenciálu na povrchu senzora korózneho potenciál voči referenčnej elektróde, kým sa hodnota nestabilizuje na nameranom stabilnom potenciáli bez merania korózneho potenciálu na rebierkovej tyčovej výstuži;measuring the corrosion potential on the surface of the corrosion potential sensor against the reference electrode until the value stabilizes at the measured stable potential without measuring the corrosion potential on the ribbed reinforcement; anodické pripojenie zdroja potenciálu na anódu umiestnenú v blízkosti rebierkovej tyčovej výstuže;anodically connecting a potential source to an anode located near the rib bar reinforcement; katodické pripojenie rebierkovej tyčovej výstuže k zdroju potenciálu, ktorý je dostatočne elektronegatívny vzhľadom na nameraný stabilný potenciál, aby sa potlačil katodický potenciál rebierkovej tyčovej výstuže vo vopred určenom rozmedzí korelovateľnom s koróznym potenciálom nameraným na senzore korózneho potenciálu; a kontinuálne udržiavanie prúdu od tohto zdroja elektronegatívneho potenciálu pri potenciáli nižšom ako korózny potenciál senzora korózneho potenciálu.cathodically connecting the ribbed reinforcement to a potential source that is sufficiently electronegative with respect to the measured stable potential to suppress the cathodic potential of the ribbed reinforcement within a predetermined range correlable with the corrosion potential measured on the corrosion potential sensor; and continuously maintaining current from said electronegative potential source at a potential lower than the corrosion potential of the corrosion potential sensor. 8. Spôsob podľa nároku 7, vyznačujúci sa tým, že povlak z hliníka a kombinovaná vrstva oxidov hliníka je v rozmedzí od približne 0,2 mm do približne 1 mm hrúbky.The method of claim 7, wherein the aluminum coating and the combined aluminum oxide layer is in the range of about 0.2 mm to about 1 mm of thickness. 9. Spôsob podľa nároku 7, vyznačujúci sa tým, že rebierková tyčová výstuž je pripojená na zdroj potenciálu na zabezpečenie priloženého prúdu pri potenciáli v rozmedzí od približne -600 mV (-0,6 V) do približne -1300 mV (-1,3 V) voči HRE.The method of claim 7, wherein the rib bar is coupled to a potential source to provide the applied current at a potential ranging from about -600 mV (-0.6 V) to about -1300 mV (-1.3 m). V) against HRE. 10. Spôsob podľa nároku 9, vyznačujúci sa tým, že povlak z hliníka a kombinovaná vrstva oxidov hliníka je v rozmedzí od približne 0,2 mm do približne 1 mm hrúbky.The method of claim 9, wherein the aluminum coating and the combined aluminum oxide layer is in the range of about 0.2 mm to about 1 mm of thickness. 11. Systém na údržbu betónovej štruktúry vystuženej oceľovou rebierkovou tyčovou výstužou v podstate bez korózie rebierkovej tyčovej výstuže, vyznačujúci sa tým, že zahŕňa nasledujúce prvky:11. A system for maintaining a concrete structure reinforced with a steel ribbed reinforcement substantially free of corrosion of the ribbed reinforcement, characterized in that it comprises the following elements: hmotu betónu, kde rebierková tyčová výstuž je elektricky spojená do siete;concrete mass, where the ribbed reinforcement is electrically connected to the grid; kde rebierková tyčová výstuž má povlak z hliníka v rozmedzí od približne 0,25 mm do približne 2 mm hrúbky, na ktorom povlaku je oxidová vrstva v rozmedzí od približne 0,1 μιη do približne 100 μιτι hrúbky, pričom oxidová vrstva obsahuje oxid hlinitý a hydratovaný oxid hlinitý;wherein the ribbed reinforcement has an aluminum coating in the range of about 0.25 mm to about 2 mm in thickness, the coating of which is an oxide layer in the range of about 0.1 μιη to about 100 μιτι of thickness, the oxide layer comprising alumina and hydrated aluminum oxide; vonkajší zdroj energie ovládateľný programovateľným ovládačom, do ktorého sa odovzdávajú dáta z komparátora, zapojený do série, pričom tento programovateľný ovládač reaguje na vonkajší zdroj energie aj komparátor;an external power source operable by the programmable controller to which the comparator data is transmitted in series, the programmable controller responding to both the external power source and the comparator; merací prostriedok v komparátore na meranie korózneho potenciálu na povrchu senzora korózneho potenciálu voči referenčnej elektróde, kým sa hodnota nestabilizuje na nameranom stabilnom potenciáli;measuring means in a comparator for measuring the corrosion potential on the surface of the corrosion potential sensor against the reference electrode until the value stabilizes at the measured stable potential; prostriedok na anodické pripojenie vonkajšieho zdroja energie potenciálu na anódu umiestnenú v blízkosti rebierkovej tyčovej výstuže;means for anodically connecting an external potential energy source to an anode disposed adjacent the rib bar reinforcement; prostriedok na katodické pripojenie rebierkovej tyčovej výstuže k vonkajšiemu zdroju energie, ktorý je dostatočne elektronegatívny vzhľadom na nameraný stabilný potenciál, aby sa potlačil katodický potenciál rebierkovej tyčovej výstuže na vopred určené rozmedzie; a prostriedok na kontinuálne udržiavanie prúdu od tohto zdroja elektronegatívneho potenciálu pri potenciáli nižšom ako korózny potenciál senzora korózneho potenciálu.means for cathodically connecting the ribbed reinforcement to an external power source that is sufficiently electronegative with respect to the measured stable potential to suppress the cathodic potential of the ribbed reinforcement to a predetermined range; and means for continuously maintaining current from said electronegative potential source at a potential lower than the corrosion potential of the corrosion potential sensor. 12. Spôsob podľa nároku 11, vyznačujúci sa tým, že povlak z hliníka a kombinovaná vrstva oxidov hliníka je v rozmedzí od približne 0,2 mm do približne 1 mm hrúbky.The method of claim 11, wherein the aluminum coating and the combined aluminum oxide layer is in the range of about 0.2 mm to about 1 mm of thickness. 13. Korózne chránená štruktúra vystužená oceľovou rebierkovou tyčovou výstužou, vyznačujúca sa tým, že zahŕňa nasledujúce prvky:13. A corrosion-protected structure reinforced with a steel ribbed reinforcement, comprising the following elements: masu betónu, kde časť tejto masy v zóne s polomerom približne 10 mm od povrchu hliníkom obalenej rebierkovej tyčovej výstuže má pH v rozmedzí od 6 do približne 9;a concrete mass, wherein a portion of the mass in a zone with a radius of approximately 10 mm from the surface of the aluminum-coated ribbed reinforcement has a pH in the range of from 6 to about 9; kde rebierková tyčová výstuž má povlak z hliníka v rozmedzí od približne 0,25 mm do 2 mm hrúbky, na ktorom povlaku je oxidová vrstva v rozmedzí od približne 0,1 μηι do približne 100 μιτη hrúbky, pričom oxidová vrstva obsahuje oxid hlinitý a hydratovaný oxid hlinitý;wherein the ribbed reinforcement has an aluminum coating in the range of about 0.25 mm to 2 mm in thickness, on which the oxide layer is in the range of about 0.1 µm to about 100 µm of thickness, the oxide layer comprising alumina and hydrated oxide aluminum; senzor korózneho potenciálu z hliníka zabudovaný do štruktúry;an aluminum corrosion potential sensor built into the structure; prostriedok na meranie korózneho potenciálu na povrchu senzora korózneho potenciálu voči referenčnej elektróde, kým sa hodnota nestabilizuje na nameranom stabilnom potenciáli;means for measuring the corrosion potential on the surface of the corrosion potential sensor against the reference electrode until the value stabilizes at the measured stable potential; prostriedok na anodické pripojenie vonkajšieho zdroja energie potenciálu na anódu umiestnenú v blízkosti rebierkovej tyčovej výstuže;means for anodically connecting an external potential energy source to an anode disposed adjacent the rib bar reinforcement; prostriedok na katodické pripojenie rebierkovej tyčovej výstuže k zdroju potenciálu, ktorý je dostatočne elektronegatívny vzhľadom na nameraný stabilný potenciál, aby sa potlačil katodický potenciál rebierkovej tyčovej výstuže na vopred určené rozmedzie; a prostriedok na kontinuálne udržiavanie prúdu od tohto zdroja elektronegatívneho potenciálu pri potenciáli nižšom ako korózny potenciál senzora korózneho potenciálu.means for cathodically connecting the ribbed reinforcement to a potential source that is sufficiently electronegative with respect to the measured stable potential to suppress the cathodic potential of the ribbed reinforcement to a predetermined range; and means for continuously maintaining current from said electronegative potential source at a potential lower than the corrosion potential of the corrosion potential sensor. 14. Spôsob podľa nároku 13, vyznačujúci sa tým, že povlak z hliníka a kombinovaná vrstva oxidov hliníka je v rozmedzí od približne 0,2 mm do približne 1 mm hrúbky.The method of claim 13, wherein the aluminum coating and the combined aluminum oxide layer is in the range of about 0.2 mm to about 1 mm of thickness. 15. Korózne chránená štruktúra vystužená aspoň jednou oceľovou rebierkovou tyčou, vyznačujúca sa tým, že zahŕňa nasledujúce prvky;15. A corrosion-protected structure reinforced by at least one steel rib bar, comprising the following elements; masu betónu obsahujúca aspoň jednu rebierkovú výstužnú tyč;a concrete mass comprising at least one rib of a reinforcing bar; kde výstužná rebierková tyč má povlak z hliníka v rozmedzí od približne 0,25 mm do približne 2 mm hrúbky, na ktorom povlaku je oxidová vrstva v rozmedzí od približne 0,1 μηι do približne 100 pm hrúbky, pričom oxidová vrstva obsahuje oxid hlinitý a hydratovaný oxid hlinitý; a galvanizačnú anódu v galvanickom spojení s rebierkovou tyčovou výstužou a umiestnená v jej blízkosti.wherein the reinforcing rib bar has an aluminum coating in the range of about 0.25 mm to about 2 mm in thickness, on which the oxide layer is in the range of about 0.1 µm to about 100 µm in thickness, the oxide layer comprising alumina and hydrated aluminum oxide; and a galvanic anode in galvanic connection with and located near the rib bar reinforcement. 16. Spôsob podľa nároku 15, vyznačujúci sa tým, že povlak z hliníka a kombinovaná vrstva oxidov hliníka je v rozmedzí od približne 0,2 mm do približne 1 mm hrúbky.The method of claim 15, wherein the aluminum coating and the combined aluminum oxide layer is in the range of about 0.2 mm to about 1 mm of thickness.
SK496-2003A 2000-09-19 2001-09-19 Double protected reinforcing elements in concrete SK4962003A3 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US9941800A 2000-09-19 2000-09-19
US09/663,958 US6358397B1 (en) 2000-09-19 2000-09-19 Doubly-protected reinforcing members in concrete
PCT/US2001/029350 WO2002024978A1 (en) 2000-09-19 2001-09-19 Doubly-protected reinforcing members in concrete

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SK4962003A3 true SK4962003A3 (en) 2003-11-04

Family

ID=29738732

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SK496-2003A SK4962003A3 (en) 2000-09-19 2001-09-19 Double protected reinforcing elements in concrete

Country Status (1)

Country Link
SK (1) SK4962003A3 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2423116C (en) Doubly-protected reinforcing members in concrete
Goyal et al. A review of corrosion and protection of steel in concrete
Bertolini et al. Effectiveness of a conductive cementitious mortar anode for cathodic protection of steel in concrete
AU2013298658B2 (en) Galvanic anode and method of corrosion protection
CN102618875B (en) Concrete Treatment Methods
Sagüés et al. Sprayed-zinc sacrificial anodes for reinforced concrete in marine service
WO1995032320A1 (en) Galvanic protection of rebar by zinc wire and insulating coating
Araujo et al. Cathodic protection for concrete structures
Martin et al. Sacrificial anodes and environmental effects
Patel Prevention of corrosion of steel reinforcement in concrete
JP7483190B2 (en) Sacrificial anode monitoring sensor and monitoring method
EP1861522B2 (en) Treatment process for concrete
Heidersbach Cathodic protection
Ainakulova et al. Analytical Review of Conductive Coatings, Cathodic Protection, and Concrete
Samples et al. Methods of Corrosion Protection and Durability of Concrete Bridge Decks Reinforced with Epoxy-coated Bars-Phase I
SK4962003A3 (en) Double protected reinforcing elements in concrete
Davies et al. Cathodic protection mechanism and a review of criteria
JP2019066300A (en) Cathodic protection effect detection method
JPH1129952A (en) Concrete structure, and its electric anticorrosion method
JP3090187B2 (en) Room temperature zinc sprayed coating for antifouling and antifouling management method of the sprayed coating
JP4201394B2 (en) Concrete steel structure covered with composite film electrode
JP2001011666A (en) Anode electrode body
KR20110077429A (en) Manufacturing method of zinc-based galvanized steel rebar for concrete embedding with high corrosion resistance
Lyublinski et al. Corrosion Protection of New Reinforced Concrete Structures
Al Yaarubi et al. Effects of Service Life of Aluminized Steel Corrugated Pipe with Visible and Not Visible Coating Deficiencies within the Lock System

Legal Events

Date Code Title Description
FC9A Refused patent application