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