Resistivitet i mørtel i forbindelse med katodisk beskyttelse av betong

Abstract

Armeringskorrosjon er ansett som den nedbrytningsmekanismen som utgjør størst fare for betong og infrastruktur. I senere tid har bruken av elektrokjemiske rehabiliteringsmetoder gradvis økt og katodisk beskyttelse (KB) er av flere ansett som den eneste måten å stoppe kloridinitiert armeringskorrosjon på, uavhengig av kloridkonsentrasjon. Ved KB brukes sementbasert mørtel til reparasjon av skader og innstøping av visse anodesystemer. Gjeldende standardverk påpeker at resistiviteten i mørtlene som brukes ved KB ikke bør avvike for mye fra betongens resistivitet, men også at bruk av produkter som har vist seg å være egnet til KB er viktigere enn vilkårlige resistivitetsgrenser. Det er en mangel på klare, standardiserte retningslinjer for hva som skal ligge til grunn ved valg av mørtel til KB.

I Europa er det ikke krav til materialprodusenter om at resistivitet i sementbaserte materialer skal måles og deklareres. Likevel utføres dette av noen og vanlig prosedyre er å måle på vannmettede prøvelegemer. Dette er ikke alltid representativt for realistiske bruksbetingelser.

Gjennom laboratorieforsøk har utviklingen av resistivitet i to ulike mørtler blitt undersøkt (to-elektrode-metoden). Prøvelegemer ble lagret ved fire ulike fuktnivåer over en periode på 90 døgn etter utstøping. Til sammenligning ble resistivitet målt på et betongdekke i et garasjeanlegg (Wenner-metoden), og det ble i tillegg skåret ut prøvelegemer fra betongen som ble tatt med til laboratoriet for videre undersøkelser. Ulike faktorer som påvirker resistivitet har blitt undersøkt og identifisert for både mørtel og betong. Laboratorieforsøkene viser at fukt har svært stor betydning for resistivitet og avdekker at resistivitetsforholdet mellom de undersøkte materialene er ulikt ved vannlagring og luftlagring av prøvelegemer. Dette indikerer at resistivitetsmåling på vannlagrede prøvelegemer av mørtel kan gi et feilaktig inntrykk av hvordan strømfordelingen vil være i mørtel og betong ved KB. I verste fall kan dette lede til at det velges et mørtelprodukt som vil føre til et ineffektivt KB-anlegg.

Feltarbeidet viser at det kan være utfordrende å danne seg et presist bilde av betongens resistivitet, ettersom verdier i stor grad kan variere over et lite areal. Det finnes også flere kilder til feilmåling i felt. For å tolke målte verdier kreves det kjennskap til hvilke faktorer som påvirker resistiviteten og hva en bør ta hensyn til ved sammenligning av lab- og feltresultater. Standardisering av målemetoder for resistivitet i felt og på laboratorium anses som svært viktig for at bransjen i større grad skal undersøke resistivitet i mørtel og betong før etablering av katodisk beskyttelse. Ved katodisk beskyttelse av elementer med ett lags armering, kan det være hensiktsmessig å bruke mørtel med høy resistivitet for å sikre at strømmen fordeles til betongen og ikke til reparasjonen.

Reinforcement corrosion is considered as the deterioration mechanism that poses the greatest threat to concrete and infrastructure. Over the past few decades the use of electrochemical techniques for corrosion protection has gradually increased and cathodic protection (CP) is by many considered to be the only way to stop corrosion caused by chlorides in concrete, regardless of chloride content.

In CP, cementitious mortar is used for repairing damages in the concrete and to embed certain types of anode systems. The standards point out that the resistivity of mortars used with CP should not deviate much from the concrete´s resistivity, but also that the use of products which have been found to be suitable for CP is more important than arbitrary resistivity limits. There is a lack of clear, standardized guidelines for what should be taken into consideration when choosing mortars for CP. In Europe, there are no requirements for material manufacturers to measure and declare the resistivity of cementitious products. Nevertheless, this is done by some and the common procedure is to measure on water saturated specimens. This is not always representative of realistic moisture conditions.

Through laboratory trials, the development of resistivity in two different mortars has been investigated (two-electrode method). Specimens were stored at four different moisture levels over a period of 90 days after casting. For comparison, resistivity was measured on a concrete slab in a parking garage (Wenner method), and test specimens were also cut out from the concrete and was taken to the laboratory for further investigations. Various factors affecting resistivity have been investigated and identified for the mortar and the concrete. The laboratory trials show that moisture is of great importance for the resistivity and reveals that the resistivity ratio between the examined materials is different for saturated and unsaturated material. This indicates that resistivity measurements on saturated mortar specimens can give a false impression of how the current distribution will be in mortar and concrete in a CP system. The worst case scenario is that this can lead to selection of a mortar that causes inefficient cathodic protection.

The field work shows that it can be challenging to form a precise picture of the concrete's resistivity, since values ​​can vary greatly over small areas. There are also several sources of measurement errors in situ. To interpret measured values, knowledge of which factors that affect the resistivity, and what should be taken into account when comparing laboratory and field results, is required. Standardization of measurement methods for resistivity in both field and laboratory is considered as very important to make the industry, to a greater extent, focus on investigating resistivity in mortar and concrete before establishing cathodic protection. In cathodic protection of elements with just one layer of reinforcement, it may be beneficial to use a mortar with high resistivity to ensure that the current is distributed to the concrete and not to the repair zone.