Corrosion inhibitors for the innovative and cost effective repair of chloride contaminated reinforced concrete structures

• Research unit: FEDRO RBT
• Project number: AGB2002/016

Key words (German)

Betonbau, Instandsetzung, Instandsetzungsverfahren, Korrosion, Chloride, Inhibitoren

Key words (English)

Reinforced concrete structures, repair, repair techniques, corrosion, chloride, inhibitors

Alternative project number (German)

1996405

Short description (German)

Die Forschungsarbeit hat zum Ziel, das wirtschaftliche und technische Potenzial von neuen Korrosioninhibitoren zur kosteneffizienten Instandsetzung von chloridverseuchten Stahlbetonbauten zu erforschen. Mit Laborversuchen, die die praktischen Verhältnisse bei der Instandsetzung simulieren, soll die Wirksamkeit von Korrosionsinhibitoren geprüft werden.

Aus den Resultaten sollen Hinweise für eine zu erarbeitende Empfehlung oder Merkblatt (Vorstufe zu einer Norm) zum Einsatz von Inhibitoren und für Pilotanwendungen abgeleitet werden.

Short description (English)

The goal of this research project is to investigate the economical und technical potential of new corrosion inhibitors for the cost effective repair of chloride contaminated reinforced concrete structures. With laboratory experiments simulating the practical conditions of repairs the efficacy of corrosion inhibitors should be tested.

From the results advice can be deduced for a practical guideline for the use of inhibitors and for pilot projects.

Project description (German)

Ausgangslage:
In Anbetracht der technischen und wirtschaftlichen Bedeutung der Instandsetzung von Verkehrsbauten sollten alle in Frage kommenden Verfahren sorgfältig geprüft werden. Insbesondere sollten Verfahren und Massnahmen untersucht werden, die möglicherweise eine Innovation darstellen, eine Effizienzsteigerung und/oder eine Reduktion der Kosten erlauben.

Seit der letzten Untersuchung der Forschungsstelle (s. Literatur) sind weltweit verschiedene neue Produkte auf den Markt gekommen (vorab in den USA).

Aus diesen Gründen sind Forschungsarbeiten in der Schweiz zum Einsatz von Inhibitoren zur Instandsetzung von chloridverseuchten Stahlbetonbauten sinnvoll und notwendig, um das wirtschaftliche und technische Potenzial und die Grenzen dieses Instandsetzungsverfahrens auszuloten.

Zielsetzungen und Vorgehen:
Auf der Basis einer eingehenden Literaturrecherche sowie der Kontaktnahme zu anderen Forschergruppen und möglichen Lieferanten sollen einige Inhibitorsysteme für die Laborversuche ausgewählt werden.

In einem ersten Teil von Laborversuchen sollen die Auswirkungen des Auftrags von flüssigen Inhibitoren auf
Betonausbruchflächen auf die Haftzugfestigkeit von Instandsetzungsmörteln, wie sie bei Instandsetzungen
nach dem Betonabtrag verwendet werden, untersucht werden.

Basierend auf diesen Ergebnissen werden zwei Systeme für die anschliessenden Korrosionsversuche
ausgewählt.

Mit den Korrosionsversuchen sollen die Gegebenheiten bei der Anwendung von Inhibitoren
zur Instandsetzung von Stahlbetonbauteilen mit chloridinduzierter Korrosion an der
Bewehrung im Labormassstab simuliert und die Wirksamkeit von Inhibitoren
(inhibitorhaltigen Instandsetzungsmörteln etc.) geprüft und beurteilt werden. Weiter sollen die
Untersuchungen Hinweise für eine Empfehlung oder Merkblatt (Vorstufe zu einer Norm)
und für das Vorgehen bei Pilotanwendungen liefern.

Bei der Arbeit werden die neueren Entwicklungen und Möglichkeiten des Einsatzes
von Inhibitoren berücksichtigt.

Methods (German)

Literaturrecherche, Kontakt zu anderen Forschergruppen und Lieferanten, Laborversuche

Overview of own research activities (German)

Die Forschungsstelle beschäftigt sich seit vielen Jahren mit der Korrosion der Bewehrung wie auch mit dem Schutz und der Instandsetzung von Stahlbetonbauten. Schon in früheren Forschungsarbeiten wurden Fragestellungen zum Einsatz von Inhibitoren behandelt (siehe die zitierte Literatur in [Hunkeler 2001]).

In einer ersten praktischen Untersuchung zum Einsatz von Inhibitoren bei Stahlbetonbauten wurde anfangs der 1990er Jahre die Wirkung des MFP in der Galerie Rofla und an einer Brückenbrüstung in Baden untersucht. Darüber wurde verschiedentlich informiert [Schmalz 1993, Locher 1996, Malric 1996]. Die Ergebnisse dieses Feldversuchs waren unbefriedigend.

In einem weiteren 2001 abgeschlossenen Feldversuch an Wandelementen im Naxbergtunnel, Kt. Uri, wurde die Wirksamkeit von Sika FerroGard-903 und MFP unter Praxisbedingungen vergleichend geprüft [Hunkeler 2001]. Weder FerroGard-903 noch MFP führten zu einer Verlangsamung des bereits laufenden, chloridinduzierten Korrosionsprozesses. Zum Vergleich wurden unbehandelte Referenzelemente herangezogen. Dabei muss berücksichtigt werden, dass die Chloridgehalte teilweise recht hoch waren.

Project aims (German)

Laboruntersuchungen zur Wirksamkeit von Korrosionsinhibitoren zur innovativen und kosteneffizienten Instandsetzung von chloridverseuchten Stahlbetonbauten. Es sollen neue Systeme und innovative Vorgehensweisen geprüft werden.

Project aims (English)

Laboratory investigations on the efficacy of corrosion inhibitors for the innovativ und cost effective repair of chloride contaminated reinforced concrete structures. New systemes and procedures should be tested.

Research agenda (German)

1. Jahr:
Evaluation der zu untersuchenden Korrosionsinhibitoren (Systeme): Literaturrecherche, Kontakt zu anderen Forschungsgruppen und möglichen Lieferanten.

Laborversuche Teil 1: Herstellung der Prüfkörper. Untersuchung der Auswirkung auf die Haftzugfestigkeit von inhibitorhaltigen Instandsetzungssystemen (Applikation von flüssigen Inhibitoren auf der Betonausbruchfläche, Reprofilierung mit inhibitorhaltigen Instandsetzungsmörteln). Evaluation der Systeme für die Laborversuche Teil 2.

Laborversuche Teil 2: Herstellung der Prüfkörper. Untersuchung der Wirkung der Inhibitoren auf die chloridinduzierte Korrosion. Simulation der korrosionschemischen Verhältnisse bei einer Instandsetzung von chloridverseuchten Stahlbetonbauteilen mit Korrosion an der Bewehrung. Simulation des Korrosionsprozesses durch das Makroelement korrodierende / nicht korrodierende Bewehrung. Messung korrosionsrelevanter Kenngrössen über die Zeit.

2. und 3. Jahr:
Fortsetzung der Laborversuche Teil 2.
Abschluss der Arbeiten.

Transfer and application (German)

Publikationen und Vorträge. Hinweise für eine praktische Empfehlung (Merkblatt) zum Einsatz von Inhibitoren für die Instandsetzung von chloridverseuchten Stahlbetonbauten. Basis für eine Prüfnorm für die Beurteilung der Wirksamkeit von Inhibitoren.

Berichtsnummer (German)

630

Literature (German)

FHWA 2002, M. Islam, A.A. Sohanghpurwala and W.T. Scannell, Long-term performance of corrosion inhibitors used in repair of reinforced concrete bridge components, U.S. Department of Transportation, Federal Highway Administration, Publication No. FHWA-RD-01-097, 2002.
Hunkeler 1998, F. Hunkeler, Instandsetzung von Stahlbetonbauten - Einsatz von Inhibitoren, Schulungs-unterlagen TFB, Veranstaltung 4820, 1998.
Hunkeler 2001, F. Hunkeler, H. Ungricht und Y. Schiegg, Eignung zweier Inhibitoren (MFP und Sika FerroGard-903) zur Instandsetzung von chloridbelasteten Stahlbetonbauten, Objektbezogener Forschungsauftrag der Arbeitsgruppe Brückenforschung, UVEK/ASTRA, Bericht VSS Nr. 554, Juni 2001.
Internet 2004a, Field evaluation of concrete containing disodium tetrapropenyl succinate (DSS), Division of Research ConnDOT, Transportation Research Highlights, http://www.ct.gov/dot/cwp/view.asp?a=1387&q=259640.
Samaris 2003, A. Znidaric, J.M. Piau und R. Woodward, Samaris – Sustainable and Advanced
Materials for Road InfraStructure, Inception report, 30.6.2003.
Samaris 2004, Competitive and Sustainable Growth (Growth) Programme, Samaris – Sustainable
and Advanced Materials for Road InfraStructure, Mid-term report, 7.9.2004.
VDOT 2003a, B.D. Chambers, S.R. Taylor and D.S. Lane, An evaluation of new inhibitors for
rebar corrosion in concrete, Virginia Transportation Research Council,
Final Report VTRC 03-R8, March 2003.
VDOT 2003b, M.M. Sprinkel, Evaluation of corrosion inhibitors for concrete bridge deck patches
and overlays, Virginia Transportation Research Council, VTRC 03-R14, Final Report, June 2003.