ECO REMAIN - Hoe werkt galvanische kathodische bescherming, wat is de functie van de ingeschoten nagels en treedt de bescherming uitsluitend op rondom deze nagels?
Hoe werkt galvanische kathodische bescherming, wat is de functie van de ingeschoten nagels en treedt de bescherming uitsluitend op rondom deze nagels?
De gelijmde zinkanode functioneert als een zelfopofferende galvanische anode in een kathodisch beschermings-systeem, waarin de benodigde beschermstroom wordt geleverd door het zink in de anode. Aangezien zink een evenwichtspotentiaal heeft die meer elektronegatief is als die van wapeningsstaal (en derhalve onedeler is), wordt het zink na installatie de anode in een nieuwe corrosiecel waarbij de volledige staalwapening in de kathodefunctie wordt gedwongen. Oxidatiereacties (corrosie) hebben vervolgens plaats, en alleen nog maar plaats, aan het zinkoppervlak in plaats van aan het wapeningsstaal. Hierdoor wordt het ontstaan en het zich uitbreiden van betonschade ten gevolge van wapeningscorrosie actief tegengegaan.
De beschermstroom wordt middels de ingeschoten nagels, die metallisch (galvanisch) contact maken met het zink en de staalwapening, van het zink naar het staal geleid. In principe is ��n nagel per rib voldoende om de elektronenstroom te geleiden van het zink naar de staalwapening, aangezien het zink en het staal zelf goed geleidend zijn en voor het verdere elektronentransport en �distributie zorgdragen.
Om het systeem minder kwetsbaar te maken voor fouten (en derhalve tijdverlies) tijdens de uitvoering en minder gevoelig te maken voor beschadigingen tijdens het gebruik (denk aan het eruit stoten van nagels tijdens het kruipen in de kelder), worden de locaties waar nagels zullen worden geschoten voorgeboord tot op de wapening en worden meerdere nagels per rib aangebracht. Bij kleine elementen (tot circa 3 � 3,5 meter) wordt doorgaans volstaan met het aanbrengen van nagels ter plaatse van beide uiteinden van de vloerelementen (de minst kwetsbare locatie in de kruipkelder). Bij grotere afmetingen van de vloerelementen worden ook in het midden van het element enkele nagels extra geschoten. Dit is echter niet noodzakelijk voor de goede werking van het systeem, doch heeft veeleer een praktische achtergrond, hetgeen mag blijken uit voorgaande beschouwing inzake de geleiding van de elektronenstroom.
Om de stroomkring te sluiten is naast voornoemd elektronentransport tevens een ionentransport door het beton noodzakelijk. Dit transport vindt plaats via de pori�n in het beton die (op zijn minst ten dele) zijn gevuld met vocht (��n en ander afhankelijk van de vochtigheid van het beton en de omgeving: hoe vochtiger het beton, hoe meer pori�n gevuld zullen zijn met vocht (dat wil zeggen water met daarin opgeloste moleculen)).
Het ionentransport tussen het wapeningsstaal en de zinkanode ondervindt weerstand van de elektrolyt (het poreuze beton met de (deels) met vocht gevulde pori�n). Deze weerstand is evenredig met de vochtigheid van het beton (vochtiger beton heeft een lagere weerstand), de porositeit van het beton (poreuzer beton heeft een lagere weerstand) en de afstand tussen de anode en de kathode (hoe groter de afstand, hoe groter de weerstand). Het laatste heeft tot gevolg dat de werking van een zinkanode aangebracht op het betonoppervlak van een Kwaaitaal-vloerelement zich niet oneindig ver uitstrekt. De werking van de anode zal zich voor een gemiddelde betonkwaliteit beperken tot maximaal enkele decimeters buiten het anode-oppervlak. Derhalve kan niet worden volstaan met het aanbrengen van een relatief kleine zinkanode op een deel van het betonoppervlak, aangezien daarmee uitsluitend zou worden bereikt dat slechts lokaal het wapeningsstaal wordt beschermd en aldus het grootste deel onbeschermd zou blijven (als het ware onwetend van de aanwezigheid van de anode op afstand).
Dit principe van een zogenaamde discrete anode werkt overigens wel als zodanig bij de kathodische bescherming van staalconstructies in de grond of in zeewater, aangezien bijvoorbeeld zeewater (als elektrolyt) een lage weerstand heeft (in tegenstelling dus tot beton) en de ionenstroom over grotere afstand (soms tot tientallen meters) kan plaatsvinden.
Aantasting van het zink vindt, vanwege het voorgaande, niet primair rond de nagels plaats. Immers, de nagels geleiden uitsluitend de elektronenstroom terwijl de chemische reacties aan het oppervlak van zowel het staal als het zink plaatsvinden, dat wil zeggen overal waar deze reacties noodzakelijk zijn in verband met de anodische en kathodische werking en de daarbij behorende ionenstroom. Het zink van de anode wordt dan ook, min of meer gelijkmatig verdeeld, over het gehele anode-oppervlak verbruikt en niet uitsluitend ter plaatse van de nagels.