Avrostning spontstöden för
Sundsvallsbron
Karsten Pedersen (micans)
Bertil Sandberg (swerea-KIMAB)
www.micans.se
www.kimab.se
Sundsvallsbron
Grundläggning
Vatten
Sediment och lösa lerlager
Sand och morän
Berg
Spont i världshaven
Skvalpzon
Vattenlinjekorrosion
HMV
Tidvattenzon
Lågvattenzon
Undervattenzon
Botten
MIC, Erosion
Bottensediment
Ursprunglig godstjocklek
ALWC
Spont i Östersjön och sjöar
Skvalpzon
LMV
Vattenlinjekorrosion
Undervattenzon
Botten
MIC
Bottensediment
300µm/år 36 mm/120 år
35µm/år Eurocode
100µm/år Pålkommissionen
Rostmån 4,2 mm
Rostmån 12,0 mm
Åtgärder måste vidtas i vattenlinjen.
Duger inte med rostmån för 120 år.
TASK FORCE GROUP
8
Ca 60 µm/år
Spont Sundsvall rostmån behövs 7,2 mm
Spontens mått
Slagen spontens tjocklek var något i underkant
Det beslutades att mäta korrosionshastigheten över
tiden
Det beslutates att undersöka risken för Mikrobiellt
inducerad korrosion (MIK) i botten
9
Mikrobiellt inducerad korrosion (MIK)
på Sundsvallsbrons underbyggnad
Hur och varför?
Karsten Pedersen
Karsten Pedersen
Bakterier på ytor
Bakterier sätter sig gärna på ytor.
Där bildar bakterierna kolonier.
Efterhand växer kolonierna ihop till biofilmer.
Om ytmaterialet är nedbrytbart konsumerar biofilmerna
det efterhand.
Biofilmernas ämnesomsättning kan korrodera metallytor
– koncentrationsceller och/eller bildning av syror samt
sulfidjoner som båda korroderar metaller.
Inte bara bron – konstruktioner
under jord drabbas också av MIK
Enning, D. & J. Garrelfs, 2014. Corrosion of iron by
sulfate-reducing bacteria: new
views of an old problem. Appl Environ Microbiol 80(4):1226-36
MIK skapar gropar
Karsten Pedersen
Karsten Pedersen
Mikrobiellt inducerad korrosion
(MIK) i miljöer med syrgas
Mikroorganismer andas här med syrgas, O2
Anod-reaktion: metallen löses upp
Katod-reaktion: vatten reagerar
Fe Fe2+ + 2e-
½O2 + H2O + 2e- 2OH- eller
2H+ + 2e- H2 (dominerar om pH < 3)
Elektrisk MIC (EMIC) i syrgasfri miljö
SRB = sulfatreducerande bakterier
E-MIC
MIC
e-
FeS
Fe0
H2
H2
CO2
SRB
SO42(CH2O)
H2
HCO3-
H2S
Fe2+
2H+
EMIC = electric microbially induced corrosion
Karsten Pedersen
FeS, FeCO3
SO42-
H2S
SRB
Iron
e-
Fe0
MIK i sedimenten runt brons
underbyggnad
Karsten Pedersen
Svavelföreningar i sedimenten
0
-20
-40
Djup (cm)
-60
-80
-100
-120
H2S juni
H2S sept
-140
-160
0
2
4
6
H2S (mg/L)
8
10
12
0
-20
Djup (cm)
-40
-60
-80
-100
-120
SO4 juni
SO4 sept
-140
-160
0
50
100
150
200
2-
SO4 (mg/L)
250
300
350
400
Förhöjd risk för (E-)MIC
i sediment
Syrefritt
Tillgång på sulfat
Tillgång på näring
All Groups
Scatterplot of Djup (cm) against Glödförlust (vikts %)
0
-20
-40
Djup (cm)
-60
-80
-100
-120
-140
-160
0
2
4
6
8
Glödförlust (vikts %)
10
12
14
Spont i sediment i laboratoriet
sedimentyta
järnsulfid
Karsten Pedersen
15 cm
Sundsvallsbron - MIK på spont
Karsten Pedersen
Vi ser närmare på
korrosionsprodukterna
Karsten Pedersen
Ännu närmare ser vi
Gallionella ferruginea
Karsten Pedersen
Karsten Pedersen
Karsten Pedersen
EMIC i syrgasrikt vatten under
järnoxiderande bakterier (JOB)
(FeOOH = rost)
SO42-
SO42H2S
Fe2+
Fe0
2
e-
H2O
O2
5 Fe2+
H2O
½ O2 + 2 H+
½ O2 + 2 H+
Karsten Pedersen
FeS,
FeOOH
5 FeOOH
SRB
Biofilm med
Järnhydroxid
Stål
Biofilm med
järn hydroxid
5 Fe0
Gropfrätning är typisk för EMIC
2 år
Skala: cirka 10 cm
Karsten Pedersen
Karsten Pedersen
13 år
I vattenlinjen blir groparna djupa
Skala: cirka 10 cm
35-40 år
Karsten Pedersen
Accelerated low water corrosion (ALWC)
Sulfidjon + luft = svavelsyra
Karsten Pedersen
Karsten Pedersen
Krav på riskanalys för MIK!
Den bästa metoden för att förebygga
(E-)MIC är att göra riskanalyser med
förebyggande åtgärder INNAN
byggnation och tillverkning.
Om MIC redan pågår kan man
analysera de kemiska, biologiska och
fysiska förutsättningarna i miljön, och
därefter utarbeta metoder för att
minimera mikroorganismernas
aktivitet.
Inventering av
korrosionsskyddande åtgärder
2
8
Förändring av metallen.
Förändring av korrosionsmediet.
Förändring av elektrodpotentialen
metall/korrosionsmedium.
Separera metall och korrosionsmedium med en
ytbeläggning.
Möjliga åtgärder
Påtryckt ström med trådar placerade i varje inåtgående
planka.
Påtryckt ström med anodmattor placerade på botten.
Inkapsling med plast.
Inkapsling med stålplåt.
Spontning och målning i torrhet.
Spontning och betonggjutning i torrhet.
Spontning och betonggjutning under vatten.
Utvändig betong prefab och gjutning under vatten.
De 4 första metoderna provas i fält på Sundsvallsbron och de 4
sista utreds av tekniska konsulter.
2
9
Inkapsling med plåt eller plast
Plåt:2 delar som sammanfogas på plats.
Utvändigt HDPE.
Plast:Fackverk av rostfritt, successiv
montering
av plastskivor
30
Försök med huv av metall
3
1
Försök med inkapsling av spont
32
Katodiskt skydd
Offeranoder eller påtryckt ström
Anoder på botten eller på sponten
1000-2000 A och låg salthalt
(svårt få jämn strömspridning och
stora spänningar i vattnet)
Aldrig installerats skydd av spont
norr om Stockholm
Salthalt viktig för ett
effektivt katodiskt skydd
3
4
Trådanoder i varje
inåtgående planka
Anod (MMO belagd titanstång)
Stöd för anoden
Anodmattor på botten
Miljökonsekvenser
Ingrepp i omgivning
Risk ökad korrosion andra konstruktioner
Elektriska fält – risk för människor och fisk
Magnetfält – risk störa laxvandring
Utsläpp metalljoner eller gaser
Spont 14, stöd 9 norra sidan
Rengjord 2015-05-08
Växt efter 2
månader
Karsten Pedersen
Karsten Pedersen
0
Anod 3u
Anod 3n
Anod 2u
Anod 2n
Anod 1u
Anod 1n
Testyta 3u
Testyta 3n
Ingen åtgärd
Testyta 2u
Testyta 2n
Testyta 1u
Testyta 1n
spont 17
spont 16
spont 15
spont 14
spont 13
spont 12
40
spont 11
45
spont 10
Fe (µm)
Rengjorda ytor:
Viktdata 65 och 133 dagar efter rengöring av
sponten
Påtryckt ström
35
30
25
20
15
10
5
Ej rengjorda ytor
220
200
180
160
Fe (µm)
140
120
100
80
60
40
20
0
alla (60-60-30 st; per månad)
maj
juli
augusti
Innestängningar
Huv vid stöd 5: Huv – 3 djup
Innestängning av spont på stöd 9: Inne – 3 djup
Insida av stöd 9: Porvatten – 9 m djup, 6 positioner
12
12
10
8
O2 (mg/L)
O2 (mg/L)
8
Innestängning
Huv
O2
10
6
4
4
2
2
0
Maj
Juli
Augusti
Huv uppe
Huv mitten
Huv nere
0
Maj
12
Juli
Augusti
Inne uppe
Inne mitten
Inne nere
12
Öppet hav
Stöd 9
10
10
8
8
O2 (mg/L)
O2 (mg/L)
6
6
4
6
4
2
2
0
Juli
Augusti
O2 (mg/L)
Porvatten 1
Porvatten 2
Porvatten 3
Porvatten 4
Porvatten 5
Porvatten 6
0
Juli
Augusti
Hav 2m
Hav 4m
Hav 6m
Hav 8m
DNA-teknik: Antal Gallionella
65 dagar
133 dagar
Gallionella på rengjorda ytor
1 000 000 000
100 000 000
1 000 000
100 000
10 000
1 000
Kontroll
Anod3
Anod2
Anod1
TS3
TS2
TS1
Kontroll
Kontroll
Anod3
Anod2
Anod1
TS3
TS2
100
TS1
(celler/cm 2)
10 000 000
DNA-teknik: Antal sulfidbildande bakterier
65 dagar
133 dagar
SRB på rengjord yta
1 000 000
10 000
1 000
Kontroll
Kontroll
Anod3
Anod2
Anod1
TS3
TS2
TS1
Kontroll
Anod3
Anod2
Anod1
TS3
TS2
100
TS1
(celler/cm 2)
100 000
Åtgärdernas effekt
De första 133 dagarna har påtryck ström hållit MIC
borta, men sulfatreducerande bakterier ser ut att börja
växa igen efter 133 dagar – fördröjning av ström?
Påtryck ström har ännu ingen mätbar effekt på
befintliga biofilmer – experiment-tiden är för kort för
utvärdering.
Innestängningar begränsar snabbt syrgashalten, syrgasen
förbrukas.
Tiden (133 dagar) är för kort för att se någon effekt på
sulfat från innestängningar.
Frågor?
