PRZEGLĄD BUDOWLANY

1/2007

20

KONSTRUKCJE–ELEMENTY–MATERIAŁY

A

R

T

Y

K

U

Ł

Y

P

R

O

B

L

E

M

O

W

E

nu. Wysoka zasadowość betonu

(pH > 12,5) jest wywołana alka-

liami (Na

+

, K

+

, Ca

2+

, OH

-

) znaj-

dującymi się w cemencie, które

rozpuszczone są w wodzie zawar-

tej w porach betonu – cieczy

porowej [1]. Ciecz porowa jest

pozostałością po wodzie zarobo-

wej użytej w trakcie wykonywania

mieszanki betonowej oraz wystę-

puje w wyniku absorpcji wilgoci

z powietrza. Wysoki odczyn zasa-

dowy cieczy porowej, decyduje

o ochronie przed korozją (pasy-

wacji) stali zbrojeniowej. Na sku-

tek bezpośredniego kontaktu stali

zbrojeniowej z wysoko alkaliczną

cieczą porową, na powierzchni

metalu tworzy się naturalna war-

stewka pasywna (ochronna).

Warstewka pasywna znajduje

się bezpośrednio na powierzch-

ni stali i styka się z tzw. strefą

przejściową, której grubość wyno-

si 50÷100 µm (0,05÷0,1 mm).

Strefa przejściowa złożona jest z:

warstwy podwójnej grubości 1÷2

µm, warstwy dużych kryształów

CH (CaO⋅H

2

O) grubości 10÷30

µm oraz porowatego zaczynu

cementowego [2] – rys. 1.

Schemat warstewki pasywnej

na powierzchni stali przedstawio-

no na rysunku 2.

Warstewka pasywna zbudowana

jest z trwałego tlenku fazowego

Fe

3

O

4

, który oddziela powierzch-

nię stali od bezpośredniego kon-

1. Wprowadzenie

Uszkodzenia konstrukcji żel-

betowych narażonych na wpły-

wy środowiskowe są najczęściej

spowodowane korozją zbrojenia.

W dobrze wykonanych konstruk-

cjach – ze szczelnego betonu

i z prawidłową grubością otuliny –

korozja zbrojenia nie powinna wys-

tąpić przez kilkadziesiąt lat eks-

ploatacji. Jednak w późniejszym

okresie można spodziewać się

narastania niekorzystnych zmian

w wyniku naturalnego oddziaływa-

nia otoczenia. W przypadku, gdy

użytkownik lub inwestor oczekuje

większej trwałości konstrukcji niż

zapewnia naturalna ochrona zbro-

jenia otuliną betonową, konieczne

są zabiegi specjalne.

Niniejszy artykuł rozpoczyna cykl

poświęcony problematyce zwięk-

szenia trwałości konstrukcji wyko-

nywanych w poprzednim okresie

obowiązywania liberalnych wyma-

gań normowych w dziedzinie

ochrony przeciwkorozyjnej zbro-

jenia oraz przystosowaniu kon-

strukcji, które od chwili wznie-

sienia powinny charakteryzować

się dużą odpornością na działanie

nieobojętnego środowiska.

W pierwszej kolejności przedsta-

wiono w zarysie mechanizm zabez-

pieczenia zbrojenia przed koro-

zją otuliną betonową, a następ-

nie przyczyny utraty przez beton

właściwości ochronnych, prowa-

dzącej do wystąpienia procesów

korozyjnych zbrojenia.

W kolejnych artykułach zostaną

opisane sposoby zabezpieczania

prętów zbrojeniowych powłoką

cynkową oraz powłokami z two-

rzyw sztucznych przed wbudo-

waniem do konstrukcji, zasady

ochrony inhibitorowej zbrojenia,

ze szczególnym uwzględnieniem

stosowania inhibitorów migrują-

cych przez beton otuliny, a także

zaawansowane metody elektro-

chemiczne – zabezpieczenie zbro-

jenia przed korozją ochroną kato-

dową i protektorową oraz regene-

racja otuliny w wyniku ekstrakcji

chlorków i realkalizacji skarbona-

tyzowanego betonu.

Oprócz zasad działania mechani-

zmów ochronnych oraz techniki

wykonywania zabiegów, przed-

stawione będą przykłady zabez-

pieczanych lub regenerowanych

konstrukcji.

2. Kontakt betonu ze stalą

zbrojeniową

W konstrukcjach żelbetowych

stal zbrojeniowa jest naturalnie

chroniona przed korozją przez

beton od momentu ułożenia mie-

szanki betonowej w deskowaniu.

Efekt ochrony przeciwkorozyjnej

stali spowodowany jest wyso-

kim odczynem zasadowym beto-

Dr inż. Mariusz Jaśniok, dr hab. inż. Adam Zybura,

Politechnika Śląska, Gliwice

Zabezpieczenie i regeneracja zagrożonych

korozją konstrukcji z betonu (cz. I)

O przeciwkorozyjnym działaniu otuliny

betonowej na zbrojenie

PRZEGLĄD BUDOWLANY

1/2007

KONSTRUKCJE–ELEMENTY–MATERIAŁY

21

A

R

T

Y

K

U

Ł

Y

P

R

O

B

L

E

M

O

W

E

Rys. 1. Strefa przejściowa (kontaktowa) między betonem a stalą zbrojeniową

m

0

3-

01

µ

m

0

01-

05

µ

je

zr

p

af

ert

s

ś

a

woi

c

stal

porowaty

beton

stal

zaczyn

m

2-

1

µ

cementowy

warstwa

podwójna

w-wy dużych

kryształków

beton

warstewka

pasywna

taktu z roztworem. Warstewka

pasywna składa się zasadni-

czo z dwóch tlenków żelaza

o odmiennej budowie krystalicznej:

Fe

3

O

4

= FeO ⋅ Fe

2

O

3

[3]. Tlenek

FeO jest zbudowany z katio-

nów żelaza dwuwartościowego

(Fe

2+

), które mogą przechodzić

do roztworu. Natomiast tlenek

Fe

2

O

3

składa się z kationów

żelaza trójwartościowego (Fe

3+

),

które do roztworu nie przecho-

dzą. Mimo, iż grubość warstewki

pasywnej jest bardzo mała (1÷5

nm), to w warunkach wysokiej

zasadowości cieczy porowej

(pH > 12,5) stanowi silną barie-

rę ochronną, uniemożliwiającą

przemieszczanie się jonów żelaza

z krystalicznej struktury stali zbro-

jeniowej do roztworu porowego

– por. [3]. Istnienie szczelnej war-

stewki pasywnej blokuje wszel-

kie procesy korozyjne zbrojenia.

Szersze omówienie budowy war-

stewki pasywnej na powierzchni

stali zbrojeniowej zamieszczono

w monografii [4].

3. Ochronne właściwości

betonu

Właściwości ochronne otuliny

betonowej w stosunku do zbroje-

nia zależą od: rodzaju i zawarto-

ści cementu w betonie, stosowa-

nych dodatków, stosunku wodno-

-cementowego w/c, a także kon-

systencji mieszanki betonowej,

jakości wykonania betonu i jego

pielęgnacji [5]. Szybkość nisz-

czenia otuliny betonowej, pomi-

jając uszkodzenia mechaniczne,

uzależniona jest przede wszyst-

kim od możliwości transportu

agresywnych substancji w głąb

betonu [6]. Wnikanie substancji

do betonu może odbywać się

na zasadzie dyfuzji, sorpcji lub

przepuszczalności. Proces dyfu-

zji wywołany jest przemieszcza-

niem się jonów lub cząsteczek

w roztworze na skutek gradientu

stężeń. Sorpcja wynika z ruchu

cieczy w kapilarnych porach beto-

nu (podciąganie kapilarne), które

są otwarte na otaczający ośro-

mn

5-

1

a

woi

nej

or

bz

lat

s

anj

ó

wd

op

a

wt

sr

a

w

ziarna struktury żelaza

warstewka pasywna

mn

00

02-

00

01

=

m

2-

1

µ

2

Fe O = FeO Fe O

3

3 4

5,

21

>

Hp

ezr

o

wtz

or

w

Rys. 2. Schemat warstewki pasywnej na powierzchni stali zbrojeniowej

40

40

60

80

100

30

20

10

0,20

0,30

0,50

w/c =

0,40

0,60

0,70

0

0

2

4

6

10

8

12

14

t

S

op

ei

ń

ij

cat

ar

dy

h

Udział objętościowy porów kapilarnych [%]

onl

az

cz

su

pe

zr

P

ćś

yd

o

w

]

%[

01-

]

0

1 )

s/

m([

Rys. 3. Wpływ wartości w/c na przepuszczalność betonu [5]

PRZEGLĄD BUDOWLANY

1/2007

22

KONSTRUKCJE–ELEMENTY–MATERIAŁY

A

R

T

Y

K

U

Ł

Y

P

R

O

B

L

E

M

O

W

E

dek [6]. Przepuszczalność jest

przepływem wywołanym różnicą

ciśnień. Wymienione trzy mecha-

nizmy transportu wpływają łącznie

na przenikalność betonu. Na rysun-

ku 3 przedstawiono zależność

współczynnika przepuszczalno-

ści wody w betonie od stosunku

w/c. Wraz ze wzrostem współ-

czynnika w/c, wzrasta przepusz-

czalność wody przez beton, przy

czym po przekroczeniu w/c ≥ 0,6

następuje gwałtowny wzrost prze-

puszczalności [5]. Wartość współ-

czynnika w/c wpływa na liczbę

porów przelotowych w betonie.

Pory przelotowe są porami cią-

głymi o średnicach co najmniej

120÷160 nm [6]. Duża liczba tych

porów ułatwia wnikanie czynników

agresywnych do betonu.

W celu ograniczenia możliwości

dyfuzji nieobojętnych składników

z otoczenia do betonu, norma

projektowania konstrukcji żelbeto-

wych PN-B-03264:2002 [7] wyma-

ga, aby w miarę wzrostu agresyw-

ności środowiska stosować coraz

mniejsze wartości wskaźnika w/c

z przedziału 0,65÷0,45 oraz coraz

wyższe klasy betonu od B20 aż

do B45.

W procesach korozyjnych istotne

znaczenie mają pory w stward-

niałym zaczynie cementowym.

Natomiast ze względu na dużo

większą odporność chemiczną

kruszywa, występujące w nim

pory można traktować drugo-

rzędnie. Schematyczny układ

porów w betonie przedstawiono

na rysunku 4.

Wyróżnia się dwa odrębne rodzaje

porów: pory kapilarne i pory żelo-

we [6]. Pory kapilarne są pozo-

stałością po wodzie w świeżej

mieszance betonowej. Pory żelo-

we stanowią pustki wewnętrzne

powstałe z połączenia przestrze-

ni międzywęzłowych cząsteczek

hydratów [8]. Kształt porów kapi-

larnych jest bardzo zróżnicowany.

Na podstawie pomiaru ciśnienia

określono ich wielkość na 1,3 µm.

Pory żelowe są znacznie mniejsze

od porów kapilarnych i charakte-

ryzują się średnicą 1,5÷2,0 nm.

Pory żelowe mają wymiar tylko

o jeden rząd większy od cząstecz-

ki wody. Pory kapilarne tworzą

układ pustek połączonych ze sobą

porami żelowymi. Pory kapilar-

ne i pory żelowe mają rozwiniętą

powierzchnię wewnętrzną.

W porach betonu może wystę-

pować woda w postaci: pary

wodnej, cienkiej warstewki zaad-

sorbowanej na ściankach porów

oraz wody wypełniającej kapilary.

Woda w betonie może być związa-

na chemicznie, fizykochemicznie

lub fizykomechanicznie [5]. Woda

związana chemicznie jest wbu-

dowana w strukturę sieci krysta-

licznej żelu cementowego. Woda

związana fizykochemicznie wystę-

puje na ściankach porów w posta-

ci cienkiej błonki utrzymywanej

siłami oddziaływania międzyczą-

steczkowego, natomiast woda

związana

fizykomechanicznie

utrzymywana jest siłami napięcia

powierzchniowego. Występujące

na powierzchni porów warstew-

ki wody mogą osiągać grubości

rzędu kilku cząsteczek. W przypad-

ku większej wilgotności względnej

Rys. 4. Kapilarno-porowata struktura betonu

pory kapilarne

przekroje 1000x większe

pory żelowe

zaadsorbowana

stwardniały

zaczyn

woda niezwiązana

chemicznie (wolna)

od porów żelowych

cementowy

Rys. 5. Zależność maksymalnego promienia porów kapilarnych zapełnionych

wodą kondensacyjną od wilgotności względnej powietrza [5]

30

10

-9

40

50

60

70

80

90

100

10

-8

10

Wilgotność względna powietrza [ %]

-7

r

P

om

ei

ń

ral

ip

ak

y

[ m

]

PRZEGLĄD BUDOWLANY

1/2007

KONSTRUKCJE–ELEMENTY–MATERIAŁY

23

A

R

T

Y

K

U

Ł

Y

P

R

O

B

L

E

M

O

W

E

powietrza, zachodzi zjawisko kapi-

larnej kondensacji [5]. Na rysunku

5 przedstawiono wykres ilustrują-

cy zależność maksymalnego pro-

mienia kapilar zapełnionych wodą

kondensacyjną od wilgotności

względnej powietrza.

Zawartość wody w porach betonu

w bardzo istotny sposób wpły-

wa na szybkość dyfuzji czynników

agresywnych w betonie. W porach

wypełnionych wodą, dyfuzja ga-

zów (np. CO

2

) jest poważnie utru-

dniona, co według pracy [9] przed-

stawiono na rysunku 6. Natomiast

w tych samych warunkach wnika-

nie składników łatwo rozpuszczal-

nych w wodzie, np. Cl

–

przebiega

wielokrotnie szybciej.

Jak już wspomniano, ciecz wypeł-

niająca pory betonu jest nasy-

cona alkaliami pochodzącymi

z cementu. Im więcej cementu

zawiera beton, tym wyższy jest

zapas alkaliów zapewniających

wysoką zasadowość cieczy poro-

wej. Odpowiednio wysoki zapas

alkaliów jest wskazany ze wzglę-

du na antykorozyjne oddziaływa-

nie betonu na stal zbrojeniową.

Dlatego, zarówno w przepisach

Eurokodu 2, jak i normy PN-B-

03264:2002 [7] wymaga się, aby

w niekorzystnych warunkach śro-

dowiskowych stosować zwiększo-

ną ilość cementu [10, 11].

Obecnie do betonu wprowadza

się dodatki mające poprawić głów-

nie jego właściwości mechanicz-

ne. Często dodatki te korzystnie

wpływają również na właściwo-

ści ochronne otuliny w stosunku

do zbrojenia. Jako dodatki do beto-

nu stosuje się najczęściej popioły

lotne, mielony granulowany żużel

wielkopiecowy i pyły krzemionko-

we. Wymienione dodatki zmniej-

szają szybkość korozji zbrojenia

dzięki znacznie obniżonej prze-

puszczalności betonu i zwiększe-

niu jego oporu właściwego [6].

Istotnym czynnikiem polepszają-

cym właściwości ochronne jest

również prawidłowa pielęgnacja

betonu. Jak wykazały badania

doświadczalne, istnieje ścisła

zależność między długością okre-

su pielęgnacji betonu na mokro,

a czasem inicjacji korozji zbroje-

nia. Na rysunku 7 przedstawio-

no wykres ilustrujący wymienioną

tendencję określoną na próbkach

z betonu o w/c = 0,5, zawierają-

cego cement w ilości 330 kg/m

3

,

przy częściowym zanurzeniu w 5%

roztworze NaCl [6].

4. Przyczyny utraty właściwo-

ści ochronnych otuliny

Utrata właściwości ochronnych otu-

liny betonowej względem stali zbro-

jeniowej może nastąpić na skutek:

zobojętnienia betonu, zanieczysz-

czenia betonu czynnikami agresyw-

nymi, a także korozji betonu [5].

Najczęściej zobojętnienie betonu

wywołują kwaśne gazy. Rozróżnia

się trzy grupy gazu o podobnych

właściwościach destrukcyjnych.

Do pierwszej grupy zalicza się

dwutlenek węgla, który powoduje

powstanie słabo rozpuszczalnych

soli, głównie węglanu wapnia,

zgodnie z reakcją

Ca(OH)

2(c)

+ CO

2(g)

→ CaCO

3(s)

+ H

2

O

(c)

(1)

Dwutlenek węgla występuje

w powietrzu atmosferycznym w stę-

żeniu od 0,03% (na terenach wiej-

skich) do 0,3%÷1,0% (w dużych

miastach) [6]. Zawartość w powie-

trzu CO

2

jest 10÷100 razy wyż-

sza niż innych kwaśnych gazów.

Z tego powodu oddziaływanie

CO

2

na konstrukcje betonowe jest

dominujące.

Rys. 6. Wpływ wypełnienia wodą porów betonu na szybkość dyfuzji CO

2

[9]

woda

pory

powietrze

Powolna dyfuzja

powolna

Dyfuzja gazu:

szybka

Mała wilgotność betonu

Duża wilgotność betonu

CO

2

CO

2

CO

2

CO

2

CO

2

Rys. 7. Wpływ okresu trwania pielęgnacji betonu na czas inicjacji korozji zbro-

jenia [6]

10

0

20

30

20

40

60

80

100

120

C

k ij

caj

ci

ni

sa

z

or

o

]i

nd[

ij

z

Okres pielęgnacji [dni]

PRZEGLĄD BUDOWLANY

1/2007

24

KONSTRUKCJE–ELEMENTY–MATERIAŁY

A

R

T

Y

K

U

Ł

Y

P

R

O

B

L

E

M

O

W

E

Wywołane dwutlenkiem węgla

zagrożenie karbonatyzacją betonu

zostało ujęte przez normy PN-B-

03264:2002 [7] i PN-EN 206-1 [12]

w klasach ekspozycji XC1÷XC4,

uwzględniających dodatkowo nie-

korzystne warunki wilgotnościowe.

Do drugiej grupy niebezpiecznych

kwaśnych gazów zalicza się: dwu-

tlenek siarki, siarkowodór i dwu-

siarczek węgla. Oddziaływanie

tych gazów powoduje powstanie

słabo rozpuszczalnych soli, które

w wyniku krystalizacji przyłączają

znaczne ilości cząsteczek wody,

czego skutkiem jest zwiększona

objętość produktów i nieunikniona

destrukcja otuliny [5].

Do trzeciej grupy kwaśnych gazów

zalicza się: chlor, chlorowodór oraz

opary kwasu azotowego i mrówko-

wego, które tworzą sole łatwo roz-

puszczalne w wodzie. Ich działanie

może wywołać niebezpieczeństwo

korozji stali zbrojeniowej, w wypad-

ku wniknięcia poza strefę zobo-

jętnioną i uszkodzenia warstewki

pasywnej na zbrojeniu [5].

Najczęściej zagrożenie korozyjne

zbrojenia stwarzają chlorki. Jony

chlorkowe występują w powszech-

nie stosowanych środkach do top-

nienia lodu, powodując uszkodze-

nia obiektów komunikacyjnych

(mostów, wiaduktów, tuneli), a także

garaży wielokondygnacyjnych.

Środowisko zawierające chlor-

ki nie pochodzące z wody mor-

skiej, normy PN-B-03264:2002 [7]

i PN-EN 206-1 [12] wyszczególnia-

ją w klasach ekspozycji XD1÷XD3

w zależności od stopnia wilgotno-

ści oraz w klasach XF2 i XF4, przy

dodatkowo występującym oddzia-

ływaniu zamrażanie/rozmrażanie.

Chlorki w dużym stężeniu 4÷9 g/l

znajdują się również w wodzie mor-

skiej, przez co poważnie zagra-

żają betonowym konstrukcjom

nadbrzeżnym (mola, porty, itp.).

Specyficzne warunki powodujące

zagrożenie chlorkami z wody mor-

skiej, PN-B-03264:2002 [7] i PN-EN

206-1 [12] uwzględniają w klasach

ekspozycji XS1÷XS3. Dyfuzji chlor-

ków przez otulinę sprzyja duża wil-

gotność betonu. Z chwilą dotarcia

do powierzchni stali zbrojeniowej,

jony Cl

–

dokonują perforacji war-

stewki pasywnej, inicjując korozję

wżerową zbrojenia.

Ostatnią grupą czynników wpływają-

cych na właściwości ochronne otu-

liny są procesy korozyjne betonu.

Zjawiska fizykochemiczne wywołu-

jące korozję betonu można podzie-

lić na trzy zasadnicze grupy [5].

Do pierwszej grupy zaliczane są

procesy polegające na rozpusz-

czaniu i wyługowaniu wodoro-

tlenku wapniowego, np. wskutek

działania wody miękkiej. Postęp

korozji tego typu jest określony

prędkością wnikania i odprowa-

dzania wody z betonu.

Do drugiej grupy należą zjawiska,

podczas których zachodzi wymia-

na jonów Ca

2+

w spoiwie na inne

jony. W wyniku reakcji wymia-

ny tworzą się związki nie wyka-

zujące właściwości wiążących

lub ulegające łatwemu wymyciu.

Przykładem procesów korozyjnych

drugiej grupy jest tzw. agresyw-

ność magnezowa. Pod wpływem

substancji zawierających jony

magnezu (Mg

2+

) zachodzi reakcja,

w wyniku której zostają wyparte

kationy wapnia

MgCl

2

+ Ca(OH)

2

→ CaCl

2

+

Mg(OH)

2

(2)

Nierozpuszczalny wodorotlenek

magnezowy, mając budowę gala-

retowatą, narusza zwartość spo-

iwa cementowego.

Do trzeciej grupy należą procesy

powodujące powstawanie krysta-

licznych trudno rozpuszczalnych

soli. Sole gromadzą się w porach

betonu powodując niszczenie

jego struktury przez rozsadzanie

podczas zwiększania objętości.

Typowym przykładem tego rodza-

ju korozji jest korozja siarcza-

nowa, w której powstający gips

krystalizuje z wodą powiększając

swoją objętość o ok. 130% [5].

W wypadku gdy istnieje zagroże-

nie korozją betonu, środowisko

jest zaliczane przez normy PN-B-

03264:2002 [7] i PN-EN 206-1 [12]

do klas ekspozycji XA1÷XA3.

Procesy spowodowane oddziały-

waniem środowiska przebiegają

początkowo w powierzchniowych

warstwach otuliny betonowej.

Następnie w miarę upływu czasu,

procesy te zostają przeniesione

w głąb otuliny na skutek dyfu-

zji. Strefa przeobrażonego beto-

nu traci właściwości ochronne.

Po osiągnięciu przez strefę prze-

obrażonego betonu powierzchni

wkładek, rozpoczyna się korozja

zbrojenia.

Aby zapewnić dostatecznie długi

czas eksploatacji konstrukcji żel-

betowych, w którym nie powin-

ny rozwinąć się procesy korozji

zbrojenia, zarówno Eurokod 2,

jak i norma projektowania PN-B-

03264:2002 [7] zaleca stosować

w zależności od klasy ekspozy-

cji zróżnicowane grubości otuli-

ny od c = 15 mm (klasa XC1)

Rys. 8. Schemat powstawania makroogniwa korozyjnego na zbrojeniu wskutek

karbonatyzacji otuliny [4]

2+

2

1

redukcja

rozpuszczanie

2e + H O + O 2OH

2

2

Fe Fe + 2e

beton

O

2

H O

2

O

2

H O

2

2e

Fe

2+

2(OH )

makroogniwo

pH < 9

zbrojenie

PRZEGLĄD BUDOWLANY

1/2007

KONSTRUKCJE–ELEMENTY–MATERIAŁY

25

A

R

T

Y

K

U

Ł

Y

P

R

O

B

L

E

M

O

W

E

do c = 40 mm (wszystkie klasy XD

i XS). Konieczność zapewnienia

zróżnicowanych grubości otuliny

betonowej została teoretycznie

uzasadniona w monografiach [10,

11]. W środowiskach agresywnie

oddziaływujących na beton (klasy

XF i XA) norma PN-B-03264:2002

[7] nakazuje zwrócić szczegól-

ną uwagę na strukturę betonu,

natomiast w środowisku agresji

chemicznej (klasa XA) zapewnić

ochronę powierzchniową betonu.

5. Przebieg procesów korozyj-

nych zbrojenia

Zabiegi technologiczne, w tym

zapewnienie prawidłowego sto-

sunku w/c i właściwej zawartości

cementu, a także przyjęcie wyma-

ganych klas betonu i grubości otu-

liny betonowej, mają zabezpieczyć

zbrojenie przed korozją w okre-

sie traktowanym jako trwałość

konstrukcji. Aczkolwiek Eurokod 2

i norma PN-B-03264:2002 [7] nie

określają w sposób jawny trwało-

ści, to zawarte w nich zalecenia

konstrukcyjne powinny zapewnić

projektowany okres użytkowania

nie krótszy niż 50 lat. W tym okresie

nie powinna wystąpić potrzeba prze-

prowadzenia większych napraw,

które są niezbędne po rozwinięciu

się korozji zbrojenia [5, 10, 11].

Jednak po przekroczeniu okre-

su trwałości, na zbrojeniu mogą

rozwinąć się procesy korozyjne.

Procesy korozyjne stali rozpoczy-

nają się od uszkodzenia tlenkowej

warstewki pasywnej. Uszkodzenia

te są spowodowane chemicznym

rozpuszczaniem warstewki tlen-

kowej pod wpływem skarbonaty-

zowanego betonu (oddziaływa-

nie CO

2

) lub w wyniku lokalnego

przebicia tlenku wywołanego przez

jony Cl

–

.

Proces korozji stali zbrojeniowej

ma charakter elektrochemicz-

ny. Występuje reakcja anodowa,

w wyniku której jony żelaza prze-

chodzą z sieci krystalicznej zbroje-

nia do roztworu porowego betonu

Fe

(s)

→ Fe

2+

(c)

+ 2e

–

(3)

Wraz z reakcją anodową (3),

w innych punktach powierzchni

wkładek przebiega reakcja kato-

dowa depolaryzacji tlenowej

(także na częściach pokrytych

warstewką pasywną)

H

2

O

(c)

+ ½ O

2(g)

+ 2e

–

→ 2OH

–

(c)

(4)

Schemat procesu korozyjnego

na powierzchni zbrojenia, wywo-

łanego przez front karbonatyzacji

przedstawiono na rysunku 8.

Reakcje elektrochemiczne (3) i (4)

wywołują na powierzchni zbrojenia

zróżnicowane potencjały elektro-

dowe i działanie lokalnego ogniwa

korozyjnego. Na skutek powstałej

między strefą anodową i katodo-

wą różnicy potencjałów, następuje

wewnątrz sieci krystalicznej stali

zbrojeniowej, przepływ ładunków

elektrycznych (prądu elektrycz-

nego) za pośrednictwem wpro-

wadzonych w ruch elektronów.

Liczba ładunków elektrycznych

przepływająca w określonym cza-

sie przez powierzchnię zbrojenia

jest gęstością prądu korozyjnego.

Prąd ten decyduje o intensywności

powstawania ubytków korozyjnych

na stali. Działanie makroogniwa

korozyjnego ułatwione jest w stre-

fach zarysowania otuliny, szczegól-

nie wzdłuż strzemion.

6. Podsumowanie

W konstrukcjach żelbetowych,

stal zbrojeniowa powinna być

chroniona przed korozją otuliną

z betonu prawidłowej jakości.

Ochronne właściwości betonu są

spowodowane wysokim odczy-

nem zasadowym (pH ≥ 12,5) cie-

czy porowej, pod której wpływem

na powierzchni stali tworzy się

tlenkowa warstewka pasywna.

Korozyjne zagrożenia powodują

dyfundujące przez pory otuliny

betonowej składniki nieobojętne

z otoczenia. Do najczęściej wystę-

pujących w środowisku składni-

ków, wzbudzających korozję zbro-

jenia, zalicza się dwutlenek węgla

powodujący karbonatyzację beto-

nu (klasa ekspozycji XD i częścio-

wo XF) oraz chlorki pochodzące

z wody morskiej (klasa ekspo-

zycji XS). Do odrębnej grupy są

zaliczane czynniki wpływające

na korozję betonu – klasa ekspo-

zycji XA. Dobierane w zależności

od klas ekspozycji: stosunek w/c,

zawartość cementu, klasa beto-

nu oraz grubość otuliny, powinny

w prawidłowo zaprojektowanych

budowlach użytku powszechnego

zapewnić niewystępowanie koro-

zji zbrojenia przez okres około

50 lat. Okres ten jest traktowany

jako trwałość konstrukcji. W cza-

sie przekraczającym przewidywa-

ną trwałość konstrukcji wzrasta

zagrożenie zbrojenia korozją,

którą można powstrzymać lub

opóźnić zabiegami specjalnymi.

BIBLIOGRAFIA

[1] Wieczorek G., Korozja zbrojenia

inicjowana przez chlorki lub karbonatyzacją

otuliny. Dolnośląskie Wydawnictwo

Edukacyjne, Wrocław 2002

[2] Bentur A., Diamond S., Mindess S.,

Cracking processes in steel fiber reinforced

cement paste. Cement and Concrete

Research, Vol. 15, 1985, pp. 331–342

[3] Shreir L.L., Korozja metali i stropów.

Wydawnictwo Naukowo-Techniczne,

Warszawa 1966

[4] Zybura A.: Zabezpieczanie konstrukcji

żelbetowych metodami elektrochemicznymi,

Monografia, Wydawnictwo Politechniki

Śląskiej, Gliwice 2003

[5] Ściślewski Z., Ochrona konstrukcji

żelbetowych, Arkady, Warszawa 1999

[6] Neville A. M., Właściwości betonu, Polski

Cement, Kraków 2000

[7] PN-B-03264:2002 Konstrukcje betonowe,

żelbetowe i sprężone. Obliczenia statyczne

i projektowanie, PKN Warszawa 2002

[8] Kurdowski W., Chemia cementu.

Wydawnictwo Naukowe PWN,

Warszawa 1991

[9] Fragerlund G., Trwałość konstrukcji

betonowych, Arkady, Warszawa 1997

[10] Praca zbiorowa Sekcji Konstrukcji

Betonowych KILiW PAN: Podstawy

projektowania konstrukcji żelbetowych

i sprężonych według Eurokodu 2.

Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne,

Wrocław 2006

[11] Praca zbiorowa, edytor B. Lewicki,

Konstrukcje betonowe, żelbetowe i sprężone.

Komentarz naukowy do normy

PN-B-03264:2002. Instytut Techniki

Budowlanej, Warszawa 2005

[12] PN-EN 206-1 Beton. Część 1:

Wymagania, właściwości, produkcja

i zgodność, PKN Warszawa 2003