http://join2-wiki.gsi.de/foswiki/pub/Main/Artwork/join2_logo100x88.png

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

Asgharzadeh, Amir^RWTH*

2019

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Amir Asgharzadeh

ImpressumAachen 2019

Umfang1 Online-Ressource

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2019, Kumulative Dissertation

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak03

Hauptberichter/Gutachter
Raupach, Michael (Thesis advisor)^RWTH* ; Zander, Brita Daniela (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2019-05-17

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2019-05559
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/762287/files/762287.pdf

Einrichtungen

1. Lehrstuhl für Baustoffkunde und Institut für Bauforschung (311110)
2. Lehrstuhl für Korrosion und Korrosionsschutz (522710)
3. Fachgruppe für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (520000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Carbontextilien Reinforcement (frei) ; Korrosion (frei) ; Stahlbewehrung Concrete (frei) ; beton corrosion (frei) ; cathodic protection (frei) ; kathodischer Korrosionsschutz (frei) ; textile carbon (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 624

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

Damage to reinforced concrete structures causes immense economic losses every year. Costs due to failure of structures and their repair measures are immense. Much of this damage is due to the corrosive environment of reinforced concrete structures. One option for repairing corrosion-damaged components is cathodic corrosion protection. In cathodic corrosion protection, the reinforcing steel is forced to act cathodically and thus the dissolution of the reinforcing steel is reduced to harmless levels. The cathodic effect can be achieved for example by the attachment of an impressed current anode where the partial oxidation reactions are shifted to the external anode. Widely used in cathodic corrosion protection are mixed metal oxide (MMO) coated titanium meshes. Currently, the use of anodes made of carbon textile is being developed, which are of particular interest due to their excellent mechanical properties, low weight and crack bridging ability. Additionally, carbon textile is electrically conductive and its functionality as a CP anode has already been validated at the Institute of Building Materials Research (ibac) of the RWTH Aachen University. Carbon, according to the Pourbaix diagram , is not chemically resistant, and can corrode. Therefore, durability studies were required to determine the suitability of carbon as a long term anode material for cathodic protection of steel in concrete. The aim of this thesis is to investigate the durability of carbon textile under anodic polarization. The experiments were carried out using a simulated pore solution and mortar. The influence of anodic polarization on carbon textiles was investigated. The behavior of unconsumed carbon textile under anodic polarization in alkaline solution was characterized by current density-potential curves through potentiodynamic experiments. SEM images were used to detect decomposition of the sizing of the carbon filaments which was attributed to anodic polarization. Further tests in solution and further SEM images showed that impregnated carbon textiles degraded the epoxy and SBR impregnations. A degradation of the carbon fibers themselves could not be achieved for potentials up to 2200 mV vs. NHE. The decomposition of the sizing and epoxy matrix presumably occurs in the transition region of its current density-potential curves at potentials of about 900 mV vs. NHE and 1050-1150 mV vs. NHE. The SBR impregnation is decomposed at potentials of 490 mV vs. NHE. After 240 days of potentiostatic polarization, no visible damage has occurred to the mortar test specimens. However, the bond between carbon textiles and mortar as well as stress corrosion cracking of carbon textiles under anodic polarization was not investigated.

OpenAccess:
PDF
(additional files)

Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis

Format
online

Sprache
English

Externe Identnummern
HBZ: HT020108605

Interne Identnummern
RWTH-2019-05559
Datensatz-ID: 762287

Beteiligte Länder
Germany