Przebieg procesu korozji w betonie zbrojonym
2020-10-03
W ostatniej dekadzie nastąpił szybki postęp w zakresie nowoczesnego projektowania konstrukcji żelbetowych. Wprowadzenie komputerowego modelowania budynku pomogło w obserwacji i zachowaniu konstrukcji przy różnych kombinacjach obciążeń, co pozwoliło lepiej zrozumieć zachowanie strukturalne konstrukcji monolitycznych w trudnych i wymagających sytuacjach (na przykład podczas trzęsienia ziemi). Jednak wraz z nowoczesnymi rozwiązaniami i materiałami w dalszym ciągu największym problemem związanym ze zbrojeniem betonu jest korozja, która nie tylko obniża wytrzymałość konstrukcji i zmniejsza efektywną powierzchnię zbrojenia zastępując ją rdzą, ale i również prowadzi do kosztownych napraw obiektów monolitycznych. Korozja w betonie zbrojonym
Świeży żelbet cechuję się bardzo dobrą odpornością korozyjną co związane jest z wysoką zasadowością betonu. Woda porowa wypełniająca pory w betonie posiada charakter zasadowy, dzięki czemu zatopione w masie betonowej pręty zbrojeniowe są odpowiednio zakotwione, pozwalając tym samym zahamować rozwój procesów korozyjnych.Jednak zachodzące w masie betonowej procesy chemiczne mogą doprowadzić do zmiany charakteru zasadowego. Początkowo, na skutek działania CO₂ zachodzi powolna korozja warstwy betonowej. Jeżeli zachodzące zmiany dotrą do głębszych warstw, to otulina betonu przestaję zabezpieczać pręty zbrojeniowe i rozpoczyna się powolny proces korozji stali. Korozja prowadzi do powstawania licznych naprężeń, odprysków i kruszenia się fragmentów betonowych odsłaniając całkowicie zbrojenie zanurzone w warstwie betonowej. Pręty zbrojeniowe zabezpiecza się poprzez dobranie odpowiedniej otuliny betonu i zastosowanie elementów dystansowych takich jak na przykład listwy dystansowe.
Skutek korozji w betonie zbrojonym
Procesy prowadzące do powstania korozji w żelbecie
Niszczenie otuliny betonowej i zbrojenia jest procesem bardzo złożonym zależnym od kilku czynników oddziaływującego środowiska, a jej głównym powodem są pewne reakcje chemiczne, gdzie najważniejszą z nich jest proces karbonatyzacji betonu, polegający na częściowej zmianie własności betonu pod wpływem dwutlenku węgla zawartego w atmosferze. CO₂ reaguje z wodorotlenkiem wapnia który znajduję się w twardym zaczynie cementowym zgodnie z reakcją:- CO₂+ H₂O→H₂CO₃
- H₂CO₃+Ca(OH)₂→ CaCO₃+H₂O
Skutkiem procesu karbonatyzacji jest obniżenie alkaliczności betonu i zmniejszenie własności ochronnych zbrojenia. Świeży beton posiada mocno alkaliczne środowiska (pH 12-12,5), dlatego też na powierzchni prętów zbrojeniowych powstaje ochronna warstwa pasywna. Poprzez zmniejszenie zasadowości masy betonowej, następuję niszczenie warstwy ochronnej i zapoczątkowanie korozji.
Procesy korozyjne zaczynają się gdy zasadowość betonu spadnie do poziomu pH 10. Wraz z większym odczynem kwasowości osiąganym przez masę betonową, tym proces korozji zbrojenia jest intensywniejszy. Szybkość karbonatyzacji w początkowej fazie korozji wynosi nawet do 1 mm na rok.
Wpływ oddziałującego środowiska na powstawanie korozji
W zależności od środowiska możemy wyróżnić działania korozji chlorkowej, węglanowej lub siarczanowej. Korozja siarczanowa zachodzi w wodnych roztworach które zawierają siarczany. Powstające w wyniku tego procesu liczne związki chemiczne powodują duże naprężenia mechaniczne które niszczą beton.Korozja chlorkowa występuje w szczególności w miejscach narażonych na ciągły kontakt z wodą morską lub konstrukcjami drogowymi, ze względu na kontakt z roztworami zawierającymi znaczną zawartość jonów. Cl⁻. Chlorki te reagują z produktami hydratacji cementu przyspieszając procesy korozyjne żeliwa. Wnikanie chlorków w strukturę otuliny betonowej jest stosunkowo szybki, a spowodowane jest to procesami technologicznymi, gdzie aerozole wodne pochodzące z zanieczyszczonego środowiska dostają się w głąb masy betonowej wraz z wodą. Szybkość procesu dyfuzji chlorków w betonie zależ od jego wilgotności i nasiąkliwości.