XXIV OGÓLNOPOLSKIE
WARSZTATY PRACY PROJEKTANTA KONSTRUKCJI
BESKIDY WISA
A, 17 � 20 marca 2009 r. KRAKÓW
Maria FIERTAK1
ZABEZPIECZENIA ANTYKOROZYJNE
KONSTRUKCJI PODZIEMNYCH
1. Wprowadzenie
Zapewnienie trwałości konstrukcjom podziemnym związane jest bezpośrednio
z odpornością zastosowanych materiałów budowlanych. Pod pojęciem odporności materiału
należy rozumieć zdolność do zachowania zadowalających właściwości technicznych
i estetycznych, bezpieczeństwa eksploatacji w określonych warunkach w przewidzianym
czasie użytkowania. Często odporność materiału konstrukcyjnego jest niewystarczająca
i konieczne staje się stosowanie dodatkowych zabezpieczeń antykorozyjnych.
Materiały w konstrukcjach podziemnych narażone są na wiele czynników niszczących
takich jak zmiany temperatury, wilgotności, obciążeń statycznych i dynamicznych, agresji
chemicznej i biologicznej. Wszystkie oddziaływania fizyczne, mechaniczne, biologiczne
i chemiczne prowadzące do destrukcji materiałów, powszechnie nazywamy korozją
materiałów budowlanych. W zasadzie wszystkie uwarunkowania procesów korozyjnych mają
charakter synergiczny, to znaczy, że ich intensywność, np. szybkość korozji, pod wpływem
kilku równocześnie występujących uwarunkowań jest większa niż suma algebraiczna
szybkości zależnych od uwarunkowań jednostkowych (pojedynczych).
2. Integralność materiałowo-środowiskowa procesów korozyjnych
Z uwagi na heterogeniczny i topochemiczny charakter układów korozyjnych stanowią
one układy dwustronne, integralne, i sprzężone. Znajduje to odzwierciedlenie chociażby
w tym, że zagrożenie korozyjne określamy zawsze przez "odporność materiału na dane
środowisko (cecha materiałowa) lub "agresywność" środowiska w stosunku do danego
materiału (cecha środowiskowa). Sprzężenie między obiema stronami układu jest takie, że im
agresywność jest wyższa, tym odporność materiału niższa co znajduje odzwierciedlenie
w typowej skali tych cech, np.:
1. Środowisko nieagresywne  materiał odporny,
2. Środowisko słabo agresywne  materiał dość odporny,
3. Środowisko średnio agresywne  materiał słabo odporny,
4. Środowisko silnie agresywne  materiał nieodporny.
1
Dr hab. inż., prof. PK - Wydział Inżynierii Lądowej - Politechnika Krakowska
31
Ewidentnym przykładem integralności i sprzężenia materiałowo-środowiskowego układu
korozyjnego, jest występowanie czynników korozyjnych równocześnie i równorzędnie po obu
stronach tego układu, a więc zarówno po stronie materiałowej jak i środowiskowej.
Najważniejsze czynniki kinetyczne układów korozyjnych z uwzględnieniem podziału na obie
te grupy przedstawia tabl. 1.
Tablica 1. Czynniki kinetyczne układów korozyjnych
Czynniki materiałowe Czynniki środowiskowe
reaktywność (podatność lub odporność na reaktywność środowiska
korozję)
powierzchnia: stężenie
-zewnętrzna (moduł powierzchniowy M) temperatura
-wewnętrzna (porowatość) transport (wymiana medium agresywnego)
charakter fizykochemiczny powierzchni charakter fizykochemiczny cieczy
stan naprężeń
Oddziaływania synergiczne
Oddziaływania synergiczne można z grubsza podzielić na dwie grupy. Pierwsza z nich
charakteryzuje się występowaniem progu oddziaływań cząstkowych na ich efekt łączny. Dla
uproszczenia, w dalszym ciągu ten rodzaj synergizmu nazwiemy progowym. Drugą grupę
stanowią oddziaływania, w których nie obserwuje się tego zjawiska, a więc siłą rzeczy,
wpływ oddziaływań cząstkowych na efekt łączny jest ciągły. Ten rodzaj synergizmu
nazwiemy więc ciągłym.
Typowym przykładem synergizmu progowego jest korozja naprężeniowa stali, z uwagi
na miejsce jej występowania i drogę rozwoju utożsamiana często terminologicznie z korozją
międzykrystaliczną. Czynnikami warunkującymi jej występowanie i dynamizującymi
przebieg są:
po stronie materiałowej
- skład stopowy i struktura stali powodujące jej podatność na korozję międzykrystaliczną;
- naprężenia rozciągające przekraczające - wg niektórych autorów - ok. 30 % granicy
plastyczności;
- ewentualnie podwyższona temperatura jako czynnik ciągły.
po stronie środowiskowej
- środowisko sprzyjające korozji między krystalicznej np. azotan amonu.
"Progowość" oddziaływań synergicznych w przypadku tej korozji polega na tym, że brak
któregokolwiek z tych czynników - z wyjątkiem temperatury - uniemożliwia jej wystąpienie.
Natomiast po przekroczeniu "progu", to znaczy w razie występowania wszystkich czynników
kinetycznych warunkujących tę korozję, następuje jej uruchomienie, a destrukcja zależnie
od nasilenia tych czynników może mieć przebieg wręcz katastrofalny, przy czym wzrost
temperatury występuje tu jako znaczący czynnik kinetyczny o działaniu ciągłym, silnie
progresywnym, zgodnie z równaniem Arrheniusa.
Innym przykładem synergizmu "progowego" jest korozja materiałów ochronnych
z żywic epoksydowych pod wpływem środowiska złożonego z kwasu mineralnego
i rozpuszczalnika organicznego. Żaden z tych czynników działając oddzielnie nie wywołuje
destrukcji tworzywa, to jest ani kwas w skutek reaktywności chemicznej, ani rozpuszczalnik
wskutek solwatacji makrocząsteczek żywicy. Jednakże łączne występowanie obu tych
czynników ewidentnie w sposób synergiczny powoduje destrukcję materiału, która zachodzi
dalej z szybkością zależną od stężenia i temperatury środowiska, będącymi tu czynnikami
kinetycznymi działającymi w sposób ciągły, choć jeśli chodzi o stężenie nie monotoniczny.
32
Temperatura przeważnie, tak jak w obu tych przykładach, nie stanowi czynnika
progowego, a jedynie bardzo silne przyspieszenie korozji (zależność wykładnicza),
w niektórych przypadkach daje efekt progowy. Często jest on nieoczekiwany przez
projektanta, a w wyniku tego zaskakujący użytkownika wskutek katastrofalnie gwałtownej
destrukcji elementu w toku eksploatacji. W przeciwieństwie do wyżej omówionych
przykładów synergicznych oddziaływań "progowych" korozja typowych elementów z betonu
ma prawie z reguły charakter synergizmu "ciągłego". Czynniki kinetyczne z wyjątkiem
pierwszej pary wg tabl.1. nie mają charakteru alternatywnie warunkującego wywołanie
korozji, lecz intensywnie przyspieszają destrukcję uwarunkowaną chemicznie. W korozji
konstrukcji z betonu uzewnętrzniają się wszystkie czynniki kinetyczne wymienione w tej
tablicy. Wpływ ich na szybkość procesu korozyjnego nie jest jednakowo silny, a nadto
niejednakowo widoczny: jeżeli np. w przypadku pewnych konstrukcji wpływ równocześnie
kilku czynników kinetycznych jest oczywisty i tak znaczny, że dana konstrukcja uległa
zniszczeniu w ciągu kilku lat użytkowania, to oszacowanie, który czynnik odegrał mniejszą,
a który większą rolę, jest bardzo trudne.
Na szybkość korozji konstrukcji betonowych największy synergiczny wpływ wywierają
następujące czynniki kinetyczne:
po stronie materiałowej
- podatność betonu na destrukcję chemiczną
- powierzchnia zewnętrzna (moduł M)
- powierzchnia wewnętrzna (porowatość)
po stronie środowiskowej
- agresywność (rodzaj agresywności to jest rodzaj składnika agresywnego),
- stężenie składnika agresywnego (stopień agresywności),
- transport (jednostronne parcie, współczynnik filtracji, cykliczne zamakanie itp.),
 zamarzanie-odmrażanie
Według Mehty [7] niszczenie betonu przebiega dwuetapowo, co przedstawiono
na rys. 1 i 2.
dopuszczalne
uszkodzenie
D
propagacja uszkodzenia
początek uszkodzenia
stopniowa utrata
szczelności
eksploatacja z uszkodzeniem D
okres
eksploatacji
etap 1 etap 2
Rys. 1. Model dwuetapowego zniszczenia betonu [7]
Pierwszy etap niszczenia betonu określany jest jako okres indukcyjny, który istotnie
wpływa na trwałość betonu, związany jest z jego wyjściową szczelnością. Natomiast drugi
spowodowany jest intensywnym oddziaływaniem środowiska związanym ze zwiększeniem
powierzchni wewnętrznej betonu w wyniku stopniowej utraty szczelności.
W większości przypadków beton narażony jest na działanie kilku czynników
destrukcyjnych jednocześnie i ich oddziaływanie jest synergiczne (rys. 2).
33
KONSRTUKCJA BETONOWA SZCZELNA,
ZAWIERAJ
CA
MIKRORYSY I PORY
WPA
YW OTOCZENIA
BEZ WIDOCZNYCH
USZKODZEC

 wpływ otoczenia:zmiany
etap I
temperatury,
 wpływ obciążeń
cykliczne obciążenia
STOPNIOWA UTRATA SZCZELNOŚCI,
PONIEWAŻ RYSY,
MIKRORYSY I PORY
A

CZ
SI

WPA
YW OTOCZENIA
POWSTAWANIE
I PROPAGACJA
etap II USZKODZEC

 penetracja wody,
O2, CO2, Cl- , SO42-
WZROST SZCZELNOŚCI BETONU NA
SKUTEK ROSN
CEGO CIŚNIENIA
HYDRAULICZNEGO W PORACH
SPOWODOWANEGO PRZEZ:
 korozję zbrojenia,
 oddziaływanie siarczanów
na zaczyn cementowy,
 reakcję alkaliczna kruszywa,
 zamarzanie,
 działanie środków odladzających.
ZMNIEJSZENIE WYTRZYMAA
OŚCI I
SZTYWNOŚCI BETONU
POWSTAWANIE RYS,
A
USZCZENIE POWIERZCHNI,
UTRATA MASY
Rys. 2. Oddziaływanie synergiczne czynników destrukcyjnych
Omówiony silnie progresywny i nieliniowy wpływ na szybkość korozji synergicznego
nakładania się czynników kinetycznych - analogicznie jak w przypadku chorób organizmów
żywych i w wielu innych podobnych przypadkach - ma oczywiście znaczenie bardzo
niekorzystne. Prowadzi on bowiem do często niespodziewanych, skutków korozji. Z drugiej
jednak strony uświadomieniu sobie zawczasu tego faktu i zrozumienie jego mechanizmu
pozwala w praktyce należycie oszacować trwałość konstrukcji narażonej na takiego typu
zagrożenia, a przede wszystkim dobrać odpowiednie, możliwie najbardziej skuteczne
rozwiązanie ochronne, to znaczy najbardziej wydłużające trwałość danego obiektu
użytkowanego w warunkach synergicznych oddziaływań korozyjnych. Należy sobie bowiem
zdać sprawę, ze szybkość korozji tak jak jest funkcją silnie progresywną w razie
synergicznego nakładanie się czynników kinetycznych, to analogicznie jest funkcją tak samo
34
silnie degresywną gdy rozpatrujemy przebieg tej funkcji w odwrotnym kierunku, to jest przy
malejących lub zanikających czynnikach kinetycznych.
Przykładem takiej sytuacji może być:
- osłabienie zagrożenia konstrukcji stalowej przez korozję naprężeniową dzięki
zastosowaniu stali uspokojonej, mniej wrażliwej na ten rodzaj korozji, albo przez
znaczące obniżenie naprężeń w konstrukcji,
- znaczne ograniczenie zagrożenia elementu z betonu przez korozję siarczanową za pomocą
zastosowania cementu o zawartości glinianu trójwapniowego <3 % względnie istotne
ograniczenie tego zagrożenia dzięki wykorzystaniu dwóch czynników kinetycznych:
zmniejszenie zawartości glinianu trójwapniowego i równocześnie zwiększenie szczelności
betonu.
3. Agresywność wód gruntowych i gruntów w stosunku do konstrukcji z betonu
W porównaniu z innymi rozwiązaniami materiałowymi (drewno, stal) w przypadku
konstrukcji betonowych i żelbetowych istnieje największa możliwość modyfikacji,
umożliwiająca zapewnienie ich trwałości, co wiąże się z tzw. ochroną materiałowo-
strukturalną. Jednocześnie zniszczenie konstrukcji może mieć wiele przyczyn. Ogólnie
destrukcja elementu żelbetowego może nastąpić w wyniku uszkodzeń betonu bądz
korozji
zbrojenia. Norma ENV 1504-9: 1996 wyróżnia chemiczne, mechaniczne i fizyczne przyczyny
uszkodzenia betonu oraz przyczyny korozji zbrojenia w wyniku karbonatyzacji, skażenia
chemicznego i prądów upływowych (błądzących). Należy do tych przyczyn dodać
uszkodzenia związane z deterioracją materiałów w wyniku oddziaływań biologicznych.
Odporność na oddziaływania (mechaniczne) bezpośrednie i pośrednie określa
PN-B-03264: 2002:
 oddziaływania bezpośrednie (obciążenia)  siły przyłożone bezpośrednio do konstrukcji,
wywołujące naprężenia w jej elementach;
 oddziaływania pośrednie  odkształcenia elementów konstrukcji wymuszone przez więzy
łączące je z innymi elementami lub podłożem gruntowym, np. wywołane
nierównomiernym osiadaniem, skurczem i pełzaniem betonu, zmianami temperatury itp.
Analizując potencjalne przyczyny destrukcji fizyko-chemicznej, należy zauważyć,
że w warunkach użytkowania konstrukcji podziemnych podlegają one pewnym, na ogół
korzystnym ograniczeniom. W przypadku elementów zagłębionych w gruncie poniżej
głębokości przemarzania gruntu nie występuje zagrożenie korozją mrozową, natomiast
w odniesieniu do elementów częściowo zagłębionych użycie betonu o stopniu
mrozoodporności F150 i nasiąkliwości poniżej 5% stanowi z reguły wystarczającą ochronę.
Odmiennie również przedstawia się podatność konstrukcji na karbonatyzację. W warstwie
gruntu grubości do 20 cm zawartość CO2 w powietrzu glebowym wynosi < 0, 2%,
na głębokości 1 m dochodzi do 0,6%, a w warstwach leżących blisko wód gruntowych szybko
wzrasta i dochodzi do 2,4%.W silnie nawilgoconych glebach torfowych może wzrastać nawet
do 7%. Należy podkreślić, że wraz z głębokością, zawartość powietrzna w gruncie maleje,
począwszy od 50% przy powierzchni. Przy zagłębieniu >1m poniżej poziomu gruntu korozja
stali zbrojeniowej jest w znacznym stopniu ograniczona również ze względu na utrudniony
dostęp tlenu. Dotyczy to także procesów karbonatyzacji betonu spowodowanych agresywnym
CO2 występującym w wodzie gruntowej. W wyniku karbonatyzacji otulina betonowa traci
właściwości ochronne wobec zbrojenia stalowego. Ponadto wnikanie CO2 w beton
w warunkach stale mokrych (wypełnione wodą pory betonu) jest bardzo powolne.
W konsekwencji w praktyce beton prawie nie ulega karbonatyzacji w warunkach pełnego
35
nasycenia wodą. W przypadku gruntu, stopień nawodnienia zależy od jego struktury, a więc
granulacji i postaci cząstek, charakteru więzi między nimi i ich wzajemnego ułożenia.
Struktura warunkuje przemieszczanie się wilgoci i powietrza w gruncie. Procesy te
przebiegają łatwo w gruntach piaszczystych, natomiast grunty gliniaste charakteryzuje
długotrwałe utrzymywanie się wilgoci i słabe natlenienie [5].
Istotne z punktu widzenia trwałości konstrukcji żelbetowych jest również oddziaływanie
środowiskowe. Zgodnie z normą PN-EN 206-1:2003 przez oddziaływanie środowiska
rozumie się takie oddziaływania chemiczne i fizyczne na beton, które wpływają na niego
lub jego zbrojenie lub inne znajdujące się w nim elementy metalowe, a które nie zostały
uwzględnione w projekcie konstrukcyjnym. Można więc wnioskować, że norma
PN-EN 206-1:2003 zajmuje się odpornością na te oddziaływania, które nie zostały objęte
normą  konstrukcyjną PN-B 03264:2002. Konstrukcje podziemne narażone są na
oddziaływanie środowiska gruntowego. Norma PN-EN 206-1:2003 rozróżnia trzy stopnie
agresywności (XA1, XA2 i XA3) gruntu i wód gruntowych w klasie ekspozycji  agresja
chemiczna (patrz tabl. 2 i 3).
Zapewnienie trwałości elementów z betonu powinno następować przez: analizę
warunków środowiskowych, dobór klasy ekspozycji reprezentującej te warunki, a w efekcie
dobór składu betonu odpowiadającego wybranej klasie ekspozycji (patrz tabl. 2 i 3). Sytuację
komplikuje fakt, że warunki środowiskowe wód gruntowych i gruntu, mogą wymagać
określenia za pomocą kombinacji kilku klas ekspozycji. Norma nie precyzuje wówczas
sposobu dobrania rozwiązania materiałowego, tzn. wymagań dotyczących składu
i właściwości betonu. Należy przyjąć, że w takim przypadku właściwe jest - z uwagi
na możliwość negatywnych efektów synergistycznych - przyjęcie rozwiązania materiałowego
jak dla klasy o stopień wyższej od klasy o najostrzejszym działaniu.
Trwałość betonu w środowisku odpowiadającym danej klasie ekspozycji zależy od:
" właściwego , jakościowego i ilościowego, doboru składników;
" ukształtowania odpowiedniej mikrostruktury betonu, która jest wynikiem reakcji
chemicznych i procesów fizykochemicznych przebiegających pomiędzy składnikami
spoiwa, a także wzajemnej proporcji spoiwa i kruszywa.
Wszystkie te elementy ujmuje technologia procesu wytwarzania betonu, na którą składa
się: skład mieszanki betonowej, dozowanie, wymieszanie, transport, układanie i zagęszczanie
oraz pielęgnacja młodego betonu przed wbudowaniem. W przypadku właściwie dobranych
jakościowo składników betonu norma PN-EN 206-1:2003 wyróżnia trzy sposoby
zapewnienia trwałości w zależności od oddziaływań środowiskowych:
1. zmianę współczynnika w/c  im większe zagrożenie, tym mniejsza zalecana
wartość w/c;
2. zmianę minimalnej zawartości cementu  im większe zagrożenie, tym zalecana
większa zawartość;
3. właściwy dobór klasy wytrzymałości  im większe zagrożenia, tym klasa wyższa;
4. w przypadku zagrożenia korozją mrozową (klasy XF) norma dodatkowo zaleca
minimum napowietrzenia betonu i zastosowanie mrozoodpornego kruszywa;
5. w przypadku korozji chemicznej (klasa XA2 i XA3) zastosowanie cementów
siarczanoodpornych (HSR).
Do wymienionych wymagań norma PN-B-03264:2002 dodaje maksymalną szerokość rys
oraz min. grubość otulenia prętów zbrojeniowych (tabl. 4).
36
Tablica 2. Klasy ekspozycji korozyjnej wg PN-EN 206-1:2003
Oznaczenie Opis środowiska Występowanie
1. Brak zagrożenia
Dotyczy betonów
niezbrojonych i zbrojonych Elementy zagłębione w gruncie powyżej poziomu
X0 w środowiskach bez wody gruntowej, poniżej głębokości przemarzania,
zamrażania, karbonatyzacji bez agresji chemicznej
i agresji chemicznej
2. Korozja spowodowana karbonatyzacją
Elementy zagłębione w gruncie poniżej
XC1 Suche lub stale mokre
poziomu wody gruntowej
Elementy narażone na czasowe
XC2 Mokre, sporadycznie suche
długotrwałe zawilgocenie
Elementy osłonięte przed deszczem nad poziomem
XC3 Umiarkowanie wilgotne
gruntu
XC4 Cyklicznie mokre i suche Elementy nad poziomem wody
3. Korozja spowodowana chlorkami nie pochodzącymi z wody morskiej
Elementy nad poziomem gruntu narażone
XD1 Umiarkowanie wilgotne
na działanie chlorków z powietrza
dotyczy działania wód zawierających chlorki;
XD2 Mokre, sporadycznie suche
np. baseny
Elementy nad poziomem gruntu narażone na działanie
XD3 Cyklicznie mokre i suche
chlorków z soli odladzających
4. Korozja spowodowana chlorkami pochodzącymi z wody morskiej
Sole zawarte w powietrzu,
Elementy nad poziomem gruntu w obszarze
XS1 bez bezpośredniego
nadmorskim
kontaktu z wodą morską
Elementy zanurzone w wodzie morskiej lub wodzie
XS2 Stałe zanurzenie
gruntowej w obszarze nadmorskim
Strefy wpływów
XS3 Konstrukcje w strefie rozbryzgów np. w portach
rozbryzgów i aerozoli
5. Agresywne oddziaływanie zamrażania/rozmrażania
Umiarkowanie nasycone
XF1 wodą bez środków Konstrukcje w gruncie do głębokości przemarzania
odladzających
Umiarkowanie nasycone
Elementy nad poziomem gruntu w pobliżu dróg
XF2 wodą ze środkami
narażone na działanie mrozu
odladzającymi
Silnie nasycone wodą bez Elementy w silnie nawodnionym gruncie
XF3
środków odladzających w strefie zamarzania
Silnie nasycone wodą ze Konstrukcje nad poziomem wody
XF4
środkami odladzającymi w strefie rozbryzgu w budowlach morskich
6..Agresja chemiczna
Środowisko chemiczne
XA1 Dotyczy przedstawionej w tabl.3 klasyfikacji:
mało agresywne
a) kwasowości gruntu i jego skażenia
Środowisko chemiczne
siarczanami
XA2
średnio agresywne
b) agresywności chemicznej wody gruntowej
XA3 Środowisko chemiczne
37
Tablica 3. Stopnie agresywności gruntu i wód gruntowych
Rodzaj
Rodzaj jonów XA1 XA2 XA3
agresywności
SO42-
siarczanowa e" 200 i d" 600 > 600 i d" 3000 > 3000 i d" 6000
mg/l w wodzie
SO42- >12000 i d"
siarczanowa e" 2000 i d" 30005) e" 30005) i d" 120005)
mg/l w gruncie3) 24000
pH wody kwasowa d" 6,5 i e" 55 < 5,5 i e" 4,5 < 4,5 i e" 4,0
> 20� Baumann
Kwasowość gruntu kwasowa
Gully
CO2
>100
mg/l agresywne w węglanowa e"15 i d" 40 > 40 i d" 100
wodzie
NH4+
amonowa e"15 i d" 30 > 30 i d" 60 > 60 i d" 100
mg/l w wodzie
Mg2+
magnezowa e"300 i d" 1000 > 1000 i d" 3000 > 3000
mg/l w wodzie
Tablica 4. Wymagania dotyczące betonu
w środowisku odpowiadającymokreślonej klasie ekspozycji
Min.
Rozwart. Otulenie
Min. Klasa
Max.
Klasa zawartość Wymagania
rys c+"c
eksozycji cementu dodatkowe
w/c
fc
[mm] [mm]
[kg/m3]
X0 - C12/15 - 0,3 10 +5
XC1 0,65 C20/25 260 0,3 15 +5
XC2 0,60 C25/30 280 0,3 20 +5
XC3 0,55 C30/37 280 0,3 20 +5
XC4 0,50 C30/37 300 0,3 25 +5
XD1 0,55 C30/37 300 0,2 40 +5
brak
XD2 0,55 C30/37 300 0,2 40 +5
XD3 0,45 C35/45 320 0,2 40 +5
XS1 0,50 C30/37 300 0,2 40 +5
XS2 0,45 C35/45 320 0,2 40 +5
XS3 0,45 C35/45 340 0,2 40 +5
XF1 0,55 C30/37 300 0,3 25+5
zawartość
XF2 0,55 C25/30 300 0,2 40 +5
powietrza > 4%
kruszywo
XF3 0,50 C30/37 320 0,3 40 +5
o odpowiedniej
mrozoodporności
XF4 0,45 C30/37 340 0,2 40 +5
wg PN-EN 12620
XA1 0,55 C30/37 300 0,2 40 +5
Agresja
XA2 0,50 C30/37 320 0,2 40 +5 siarczanowa-
cement HSR
XA3 0,45 C35/45 360 0,2 40 +5
38
W zależności od stopnia agresywności chemicznej środowiska winny być stosowane
następujące metody ochrony:
1. w klasie ekspozycji XA1; ochrona materiałowo-strukturalna zgodnie z tabl. 4,
2. XA2; ochrona materiałowo-strukturalna oraz powierzchniowa, ograniczająca dostęp
agresywnego środowiska do konstrukcji,
3. XA3  ochrona materiałowo-strukturalna oraz powierzchniowa, eliminująca dostęp
agresywnych czynników do konstrukcji.
W wielu krajach, w celu wydłużenia czasu użytkowania np. mostów eksploatowanych
w środowisku gruntów agresywnych zawierających znaczne ilości siarczanów oraz chlorków,
określono w sposób bardziej restrykcyjny kryteria zagrożenia korozyjnego betonu
i zaostrzono minimalne wymagania, jakie powinny być spełnione przy projektowaniu
betonowych konstrukcji mostowych (tablice 5 i 6).
Tablica 5. Wpływ obecności chlorków w gruncie na wymagane właściwości betonu [3]
Kryterium Zawartość Minimalna Maksymalny Wytrzymałość
zagrożenia chlorków Cl- zawartość cementu współczynnik na ściskanie
3
korozyjnego [mg/l] w/c [MPa]
[kg/m ]
A brak Cl- 320 0,56 32
B 0 < Cl- d" 5000 390 0,46 40
C Cl- e" 5000 450 0,40 50
Tablica 6. Kryteria zagrożenia korozyjnego betonu eksponowanego w gruntach
o określonym pH i stężeniu siarczanów [3]
Kryterium zagrożenia korozyjnego w gruntach o określonym pH
Stężenie SO42-
[mg/l]
pH < 3,5 3,5 < pH < 4,5 4,5 < pH < 5,5 pH > 5,5
< 1500 C1 C* C B
1500  3000 C1 C* C B
3000  6000 C1 C1 C B
> 6000 C1 C1 C1 C
B  beton o właściwościach odpowiadających kryterium zagrożenia korozyjnego B (tabl. 5);
C  beton o właściwościach odpowiadających kryterium zagrożenia korozyjnego C (tabl. 5);
C1 beton o właściwościach odpowiadających kryterium zagrożenia korozyjnego C (tabl. 5) plus
pełna izolacja powierzchni betonu eksponowanego na środowisko agresywne;
C* beton o właściwościach odpowiadających kryterium zagrożenia korozyjnego C (tabl. 5), ale
3
z zawartością cementu min. 500 kg/m i max. w/c = 0,35
4. Rodzaje i przeznaczenie izolacji wodochronnych
Zabezpieczenie konstrukcji z betonu przed szkodliwym działaniem wilgoci stanowi
ważny problem techniczno-ekonomiczny. Wilgoć wpływa niekorzystnie na wiele właściwości
betonu, a także na wartość użytkową całej konstrukcji.
W literaturze znalez
ć można różne klasyfikacje i podziały izolacji wodochronnych
w zależności od ich przeznaczenia, miejsca wbudowania, rodzaju użytych materiałów itp.
Zgodnie z obowiązującymi w budownictwie warunkami technicznymi rozróżnia się: izolacje
parochronne, izolacje przeciwwilgociowe i izolacje przeciwwodne.
39
Izolacje parochronne zabezpieczają przegrody budowlane przed przenikaniem przez nie
pary wodnej. Powinny być wykonane z materiałów o małej przepuszczalności pary wodnej.
Izolacje przeciwwilgociowe chronią obiekty budowlane lub ich części przed działaniem
wody nie wywierającej ciśnienia hydrostatycznego. Izolacje przeciwwodne chronią obiekty
budowlane lub ich części przed działaniem wody wywierającej ciśnienie hydrostatyczne,
w tym również wody naporowej i artezyjskiej.
W celu powiązania ze sobą stosowanych powszechnie podziałów izolacji
wodochronnych przyjęto dodatkowe kryteria [8]. Ich istotę przedstawiono w tabl. 7.
Szczególny rodzaj zabezpieczenia wodochronnego stanowi powłoka hydrofobizująca,
przepuszczająca parę wodną. Powłoka ta stanowi ochronę przed wnikaniem wilgoci w fazie
ciekłej do wnętrza betonu. Do tej grupy zaliczyć należy również wszelkiego rodzaju folie
paroprzepuszczalne służące do odprowadzenia kondensatu z wnętrza przegrody.
Powszechnie przyjmuje się podział izolacji przeciwwilgociowych i przeciwwodnych
na izolacje typu: lekkiego, średniego i ciężkiego.
Izolacje typu lekkiego stosuje się w celu ochrony budowli przed przenikaniem wilgoci
w kierunku bocznym. Izolacji typu lekkiego nie należy stosować w celu zabezpieczenia
budowli przed wodą opadową bezpośrednią (pokrycia dachowe) lub przesączającą się
w kierunku przegród poziomych (tarasy, przepusty, zbiorników podziemnych itp.), a tym
bardziej przed wodą naporową [8]. Izolacje typu średniego stosuje się w celu zabezpieczenia
budowli przed wodą opadową bezpośrednią, kapilarną lub przesączającą się w kierunku
przegrody poziomej lub pionowej, tego typu nie należy stosować w celu zabezpieczenia
budowli przed wodą pod ciśnieniem. Wyjątek mogą stanowić przypadki, kiedy parcie wody
jest chwilowe lub gdy zupełna wodoszczelność elementu nie jest wymagana.
Izolacje typu ciężkiego stosuje się w celu zabezpieczenia konstrukcji przed wodą
naporową. Podział izolacji wodochronnych przedstawiono w tabl. 7 i na rys. 3.
Tablica 7. Proponowany podział izolacji wodochronnych
Ciśnienie Opór *)
Rodzaj izolacji
Lp. Typ izolacji wody p dyfuzyjny
wodochronnych
[MPa] [m2 �h�hPa/g]
Ochrona przed wnikaniem
Hydrofobizująca,
1 wilgoci w fazie ciekłej do 0 < 10
paroprzepuszczalna
wnętrza betonu
2 Parochronna :Ł 0 10
3 Przeciwwilgociowa Lekka 0 30
4 Przeciwwilgociowa Średnia d" 0,002 40
5 Przeciwwodna Ciężka > 0,002 60
Izolacje typu lekkiego służą do ochrony obiektów budowlanych lub ich elementów przed
wnikaniem wilgoci w przegrody budowlane (zwłaszcza przyziemia). Materiały
wykorzystywane w tym celu to: płynne powłoki bitumiczne, hydroizolacyjne wyprawy
cementowe, preparaty hydrofobowe uszczelniające powierzchnię przegrody, zestawy
filtracyjno-drenażowe itp.
Izolacje typu średniego służą do zabezpieczenia obiektów lub ich elementów przed wodą
spływającą lub opływającą bezciśnieniowo izolowaną przegrodę budowlaną, albo
zabezpieczenie paroszczelne lub przeciwdziałające możliwościom kapilarnej migracji wody
wewnątrz przegrody. Wykorzystywane materiały to: elastyczne wyroby wodochronne
(asfaltowe, z tworzyw sztucznych i kauczuku), bezspoinowe powłoki z mas bitumiczno-
mineralnych, elastyczne lub sztywne wyprawy powłokowe na bazie cementu itp.
40
Izolacje typu ciężkiego wykorzystywane są do zabezpieczenia obiektów lub ich
elementów przed wodą naporową tj. wywierającą stałe lub okresowe parcie hydrostatyczne.
Stosowanymi materiałami są: bitumiczne wyroby rolowe (papy wzmocnione), zbrojone albo
laminowane siatką lub włókniną folie z tworzyw sztucznych, wyroby metalowe (blachy),
betony oraz wyprawy wodoszczelne (rys. 4).
1  izolacja lekka (przeciwwilgociowa), 2  izolacja średnia (przeciwwilgociowa)
3  izolacja ciężka (przeciwwodna), 4  ścianka dociskowa
Rys. 3. Schemat izolacji wodochronnych
Rys. 4. Izolacja typu ciężkiego
41
4.1. Hydroizolacje bezpowłokowe
Wykonanie hydroizolacji wydaje się proste, ale często ich trwałość jest niewystarczająca,
zwłaszcza przy dużym i długotrwałym obciążeniu wodą gruntową . Usuwanie usterek
i skutków ich wystąpienia jest zawsze bardzo kosztowne i trudne do wykonania. Można
jednak zastosować technologie, które umożliwiają zabezpieczenie budynków przed wilgocią
w sposób trwały, praktycznie biorąc, niezmienny w czasie. Jedna z nich opiera się
na wykorzystaniu betonu wodoszczelnego. Podstawową cechą tego systemu zwanego
potocznie "białą wanną" jest przeniesienie funkcji bariery przeciwwodnej na masę elementu
konstrukcyjnego. Polega ono na starannym zagęszczania betonu przygotowanego
wg. specjalnie opracowanej receptury i póz
niejszą jego pielęgnacją oraz uszczelnienie
i zabezpieczanie wszystkich dylatacji i połączeń konstrukcji. Rozwiązanie w postaci
tzw. "białej wanny" stosowane jest szczególnie jako zabezpieczenie obiektów posadowionych
poniżej wód gruntowych, podziemnych parkingów, a także tarasów i dachów płaskich oraz
niecek basenów.
Wykonanie hydroizolacji bezpowłokowej jest procesem wieloetapowym, zaczynają cym
się już w fazie projektowania. Należy wyliczyć przebieg dylatacji konstrukcyjnych, przerw
technologicznych oraz skurczowych, umiejscowienie wpustów oraz szczegóły zbrojenia.
Z dostawcami betonu ustalana jest receptura mieszanki betonowej. Po osiągnięciu przez beton
normowych wytrzymałości zabezpieczane są dylatacje i połączenia konstrukcyjne.
Ze względu na zróżnicowane funkcje konstrukcyjne i użytkowe wyodrębnia się trzy
zasadnicze elementy budowli przejmujące funkcję bariery przeciwwodnej: płyty
fundamentowe, zewnętrzne ściany fundamentowe i stropy.
Płyta fundamentowa i ściany tworzą wspólnie tzw. białą wannę, która eliminuje
konieczność stosowania dodatkowych uszczelnień i przenosi funkcję bariery przeciwwodnej
na masę elementu konstrukcyjnego. Grubość płyty fundamentowej musi wynosić
co najmniej 30 cm, tak aby przy pomiarze ugięcia wytworzyła się wyraz
na strefa ściskana.
Wymagana ilość zbrojenia przeciwskurczowego powinna wynosić 3,5cm2/m w każdym
kierunku górą i dołem. Spód płyty musi być oddzielony od warstwy wyrównawczej równo
ułożonymi dwoma warstwami folii budowlanej spełniającej funkcję łożyska ślizgowego dla
wiążącej płyty. Pogłębienia fundamentów w postaci kanałów, studzienek, dolne części
szybów windowych należy obłożyć wełną mineralną. Przerwy skurczowe, robocze
i konstrukcyjne powinny wyznaczać pola betonowe o bokach nie większych niż 20 m. Kable
i media umieszczone w ziemi, powinny być otoczone w miejscach przebić specjalnymi
kołnierzami izolującymi odpowiednio związanymi z betonem. Jeśli media prowadzone są
w płycie, to każdy z przewodów należy otoczyć otuliną z betonu. To samo dotyczy wpustów
podłogowych, studzienek, itp. Uszczelnienie przerw roboczych przy przejściach płyta-ściana,
przy uskokach lub zagłębieniach powinny być wykonane przy pomocy taśm uszczelniających
PVC. Taśmy te są wbudowywane w monolityczną, nadlewaną razem z płytą krawędz
.
Ważne jest, aby w czasie budowy, aż do momentu osiągnięcia parametrów użytkowych
konstrukcji, zadbać o to, aby do wykopu nie dostawała się woda. Ma to znaczenie szczególnie
w zimie, gdy obniżenie poziomu wody gruntowej powoduje niebezpieczeństwo zamarznięcia
bryły budowli.
4.2. Izolacje wykonywane metodą iniekcji
Celem iniekcji jest na ogół wytworzenie w przegrodzie przepony przerywającej
podciąganie kapilarne. Przed rozpoczęciem prac konieczne jest określenie stanu przegrody,
w tym: rodzaj materiału przegrody i jej geometrię, pęknięcia i zarysowania, wytrzymałość
i stateczność. W celu poprawnego przeprowadzenia procesu iniekcji należy określić
42
tzw. kapilarny stopień przesiąknięcia wodą będący ilorazem masowego zawilgocenia
przegrody i maksymalnego kapilarnego poboru wody. Istotne jest również ustalenie stopnia
zasolenia i udział wilgoci higroskopijnej. Wytworzeniu bariery przerywającej podciąganie
kapilarne służą preparaty iniekcyjne na bazie: parafin, żeli poliakrylanowych, silikonów,
krzemianów, mikroemulsji silikonowych, siloksanów, żywic poliuretanowych
i epoksydowych. Działanie iniektów polega na:
 zamknięciu kapilar w wyniku wprowadzenia preparatu lub istotne zmniejszenie ich
średnicy, co powoduje, że szybkość wysychania jest większa niż zdolność kapilar do
dostarczania wilgoci;
 hydrofobizacji ścianek kapilar i powstaniu niezwilżalnej warstwy, która nie ma zdolności
kapilarnego podciągania wody.
4.3. Masy hydroizolacyjne stosowane w podziemnych częściach budowli
Jako masy hydroizolacyjne stosowane są suche mieszanki zaliczane
do drobnoziarnistych zapraw modyfikowanych polimerami (mineralne powłoki
hydroizolacyjne) oraz masy bitumiczno-polimerowe jedno lub dwuskładnikowe
(grubowarstwowe hydroizolacje bitumiczno-polimerowe).
Mineralne powłoki hydroizolacyjne, których podstawę stanowią spoiwa hydrauliczne,
drobnoziarniste kruszywo oraz domieszki poprawiające szczelność i urabialność, służą
do wykonywania:
 uszczelnień od wewnątrz np. piwnic w istniejących budynkach;
 hydroizolacji pod okładzinami z płytek w basenach pływackich, na tarasach itp.;
 poziomych izolacji przeciw wilgoci podciąganej kapilarnie;
 ochrony przed wnikaniem wody od podłoża szczególnie na styku ściany
i fundamentu;
 ochrony przed wodą rozbryzgową strefie cokołowej itp.
Masy bitumiczno-polimerowe sprawdzają się jako pionowe izolacje przeciwwilgociowe
i przeciwwodne układane na ścianach zewnętrznych, oraz na powierzchniach stykających się
z gruntem. Grubowarstwowe hydroizolacje bitumiczno-polimerowe są bardzo elastyczne
i konieczne jest ich zabezpieczanie przed uszkodzeniami mechanicznymi. Warstwy ochronne
nie powinny być trwale sklejone z izolacją, aby nie przenosiły na nią ruchów gruntu.
5. Agresywność wód gruntowych i gruntów w stosunku do konstrukcji stalowych
Grunt stanowi złożony, niejednorodny układ porowaty, składający się ze składników stałych
(żwir, piasek, pyły, iły, humus), ciekłych (woda) i gazowych (powietrze, gazy). Jest środowiskiem
elektrolitycznym, które przewodzi prąd elektryczny jonowo. Na agresywność korozyjną gruntu
składa się szereg czynników fizycznych, chemicznych i biologicznych. Należy do nich: struktura,
zawartość wilgoci, stopień natlenienia, zawartość związków chemicznych, kwasowość,
przewodnictwo elektrolityczne, obecność mikroorganizmów i inne.
Od struktury gruntu zależą warunki przemieszczania się wilgoci i powietrza, a także
charakter kontaktu z podziemną konstrukcją. Grunty piaszczyste charakteryzują się stosunkowo
niedużą porowatością, pory są duże, łatwo przepuszczają wodę oraz gazy. W gruntach tych
zapewniony jest łatwy dopływ tlenu do powierzchni podziemnych konstrukcji metalowych.
Grunty gliniaste charakteryzują się znaczną porowatością, przy czym pory są cienkie, kapilarne,
mogą one przez długi czas utrzymywać wilgoć. Ruch powietrza w tych gruntach, a tym samym
dopływ tlenu do podziemnej konstrukcji, np. rurociągu, jest bardzo utrudniony.
43
Dopływ tlenu do podziemnej konstrukcji metalowej może następować na drodze dyfuzji
z atmosfery oraz z wód opadowych, powierzchniowych lub gruntowych. Stopień natlenienia
zależy od grubości warstwy gleby, jej struktury i zawilgocenia. Szybkość dopływu tlenu
do metalu w gruntach piaszczystych, spulchnionych, słabo zawilgoconych, jest znacznie większa
niż w gruntach gliniastych, ilastych, silnie zawilgoconych. Stąd też grunty piaszczyste (popularnie
nazywane lekkimi) wykazują większą agresywność korozyjną w stosunku do metali
w porównaniu z gliniastymi (zwanymi ciężkimi). Jednak ułożenie np. rurociągu w gruntach
gliniastych i piaszczystych sprzyja powstawaniu makroogniw korozyjnych o nierównomiernym
napowietrzeniu, w których obszary słabiej natlenione (warstwy gliny) stanowią miejsca anodowe
w stosunku do obszarów silniej natlenionych (warstwy piasku).
Grunty zawierają szereg różnego rodzaju substancji. Najczęściej spotykanymi solami
mineralnymi są: chlorki, siarczany, węglany, wodorowęglany, azotany i azotyny sodu, potasu,
wapnia i magnezu. Związki organiczne, w postaci kwasów organicznych oraz związków
humusowych, powstają podczas rozkładu substancji organicznych. Z substancji gazowych
występujących w glebie, obok powietrza można wymienić siarkowodór i dwutlenek węgla.
Konstrukcje stalowe ułożone w gruntach o różnym zasoleniu narażone są na korozję wywołaną
pracą ogniw stężeniowych.
Cechą charakterystyczną procesu korozji w ziemi jest to, że wskutek braku mieszania
powstające produkty korozji osadzają się na powierzchni metalu i wykazują właściwości
ochronne. Dlatego w wilgotnych glebach często obserwuje się stopniowe zmniejszenie szybkości
procesu korozyjnego w miarę upływu czasu. W glebach o niewielkiej wilgotności lub suchych,
gdzie ułatwiony jest dostęp tlenu z powietrza do powierzchni metalu, proces korozji może ulegać
zahamowaniu w wyniku pasywacji metalu.
W słabo napowietrzonych gruntach wykazujących odczyn obojętny lub prawie obojętny,
obserwuje się bardzo intensywną korozję konstrukcji stalowych, których przyczyną jest
szkodliwa działalność pewnych typów bakterii, głownie beztlenowych bakterii redukujących
siarczany. W wyniku ich działania tworzą się siarczki. Korozję biologiczną definiuje się jako
degradację materiałów wskutek oddziaływania organizmów żywych i/lub produktów ich
aktywności metabolicznej [4]. Najczęściej biokorozję powodują bakterie i mikroskopijne
grzyby [2 5].
Agresywność korozyjna może być spotęgowana przez zanieczyszczenie ziemi ściekami
przemysłowymi lub miejskimi, żużlami, gruzami lub rozkładającymi się substancjami
organicznymi. Korozyjność ziemi wzrasta również, gdy jej stan naturalny zostanie sztucznie
zmieniony, np. w wyniku prac budowlanych.
Agresywność korozyjną gruntu (gleby) ocenia się wstępnie na podstawie jego oporności
właściwej, gdyż korozyjność środowiska jest w znacznym stopniu związana z przebiegiem
procesów elektrochemicznych. Im większa oporność właściwa gruntu, tym mniejsza jego
korozyjność (tabl. 8). Oporność właściwa gruntów maleje ze wzrostem ich wilgotności
oraz stężenia substancji chemicznych (tabl. 9).
Agresywność biokorozyjną wykazują gleby o oporności właściwej < 2000 &! cm,
zawartości wody > 20% i potencjale oksydacyjno-redukcyjnym < 0,4 V (dla gleb gliniastych
< 0,43 V; pomiar względem normalnej elektrody wodorowej przy pH 7,0). Jako warunki
korzystne dla rozwoju mikroorganizmów w glebach przyjmuje się: temp. 20  30�C, pH 6 8,
oporność właściwą gleb 500  20 000 &! cm [3]. Wykazanie biokorozyjnej agresywności
gruntu sugeruje celowość wykonania badań mikrobiologicznych w celu jakościowego oraz
ilościowego oznaczenia mikroorganizmów (głównie bakterii) ważnych w przebiegu korozji
wzbudzonej/wywoływanej przez mikroorganizmy (MIC).
44
Tablica 8. Korozyjność gruntów o określonej oporności właściwej [4]
Oporność właściwa gruntu
Korozyjność gruntu
[&!�cm]
Bardzo korozyjny <1000
Korozyjny 1 000 5 000
Średnio korozyjny 5 000 10 000
Słabo korozyjny 10 000 20 000
Progresywny spadek korozyjności 20 000 30 000
Niekorozyjny 30 000 100 000
Tablica 9. Właściwości wpływające na korozyjność gruntu [4]
Główne składniki Opór właściwy
Rodzaj gleby pH
gleby [&!�cm]
Piaszczysta
SiO2 3,0 - 5,0 10 000 - 500 000
(dobra przepuszczalność)
Żwirowa
SiO2 5,0 - 8,0 20 000 - 400 000
(doskonała przepuszczalność)
SiO2, Al2O3
Piaszczysto-gliniasta
związki rozpuszczalne: 3 000 - 20 000
6,0 - 7,0
(duża wilgotność)
H+, Cl-, SO42- , HCO3-
SiO2, Al2O3
Gliniasta
związki rozpuszczalne: 8,0 - 9,0 500 - 2 000
(duża wilgotność)
H+, Cl-, SO42- , HCO3-
SiO2, Al2O3,
Ilasta
związki rozpuszczalne: 1 000 - 2 000
(duża wilgotność) 6,0 - 7,0
H+, Cl-, SO42- , HCO3-
Amerykański Związek Przedsiębiorstw Wodnych (AWWA) opracował numeryczną
skalę wykorzystywaną do przewidywania korozyjności gruntów w stosunku do stali (patrz
tabl. 10) Przypisuje ona punkty korozyjności określonym wartościom parametrów
przydatnych do oceny agresywności korozyjnej [3]. W przypadku, kiedy suma punktów
uzyskanych dla danego gruntu jest równa 10 lub większa, rekomenduje się zastosowanie
ochrony katodowej.
Generalnie uważa się, że korozję stalowych rurociągów i zbiorników zakopanych
w gruncie może powodować każdy jeden spośród następujących czynników:
 duża zawartość wilgoci o pH < 4,5;
 oporność właściwa < 1000 &!�cm;
 obecność chlorków (> 500 mg/l), siarczanów i bakterii;
 obecność prądów błądzących.
Dla prawidłowego doboru systemów ochronnych przed korozją w postaci powłok
malarskich opracowano 8-częściową normę PN-EN ISO 12944, której arkusz 2 poświęcony jest
klasyfikacji środowisk pod kątem narażeń korozyjnych. Środowisko atmosferyczne
sklasyfikowano w 6 kategoriach korozyjnych, biorąc pod uwagę ubytki masy lub grubości próbek
ze stali węglowej po pierwszym roku ekspozycji. W przypadku konstrukcji zanurzonych
w wodzie lub zakopanych w ziemi korozja nie ma charakteru równomiernego, stąd kategorie
korozyjności są trudne do zdefiniowania. Klasyfikację przedstawia tabl. 11.
45
Dla konstrukcji narażonych na działanie wody rozróżnia się: ciągłe zanurzenie; zmienne
zanurzenie, gdzie naprzemiennie oddziałują woda i atmosfera oraz strefę rozbryzgów.
Tablica 10. Agresywność gruntów w stosunku do stali zwykłej wg AWWA C-105 Standard
Oporność właściwa
Lp. Punkty korozyjności
[&!�cm]
1 < 700 10
2 700 - 1 000 8
3 1 000 - 1 200 5
4 1 200 - 1 500 2
5 1 500 - 2 000 1
6 > 2 000 0
7 pH Punkty korozyjności
8 0 - 2 5
9 2 - 4 3
10 4 - 6,5 0
11 6,5 - 7,5 0
12 7,5 - 8,5 0
13 > 8,5 3
13 Potencjał redox Eh [Mv] Punkty korozyjności
15 > 100 0
16 50 - 100 3,5
17 0 - 50 4
18 < 0 5
19 Obecność siarczków Punkty korozyjności
20 Obecne 3,5
21 Ślady 2
22 Brak 0
23 Wilgotność gruntu Punkty korozyjności
Zły odpływ wód; grunt
24 2
generalnie mokry
Zadowalający odpływ wód;
25 1
grunt generalnie wilgotny
Dobry odpływ wód; grunt
26 0
generalnie suchy
Tablica 11. Klasyfikacja środowiska korozyjnego zanurzeniowego
Medium
Kategoria Przykłady środowisk i powierzchni
korozyjne
Im1
Woda słodka Konstrukcje hydrotechniczne w rzekach, elektrownie wodne itp.
Woda morska Porty morskie z konstrukcjami typu śluzy, bramy itp.
Im 2
i słonawa Powierzchnie zanurzone platform wiertniczych.
Im 3 Gleba Podziemne zbiorniki, rurociągi, słupy.
46
Przy doborze systemu ochrony należy uwzględnić również specjalne narażenia korozyjne,
do których między innymi mogą należeć:
oddziaływania chemiczne (np. miejscowe narażenia na działania kwasów, zasad,
agresywnych rozpuszczalników organicznych, agresywnych gazów i pyłów pochodzących
z eksploatacji maszyn i urządzeń);
narażenia mechaniczne (np. ścieranie w wyniku cząstek niesionych przez wiatr bądz

oddziaływanie piasku i fal, uderzenia itp.);
narażenia temperaturowe spowodowane średnią (60 - 150�C) i wysoką temp. (150 - 400�C);
narażenia makro i mikrobiologiczne (np. niszczenie pokryć z tytułu porastania roślinnością
konstrukcji eksploatowanych w wodzie, korozja mikrobiologiczna wskutek oddziaływania
produktów metabolizmu bakterii itp.
Jednym z najbardziej uciążliwych zjawisk korozyjnych podziemnej infrastruktury
miejskiej i przemysłowej są prądy błądzące. Mogą one w krótkim czasie spowodować
wystąpienie znacznych ubytków metalu i bardzo szybkie niszczenie konstrukcji.
Problematyka prądów błądzących i wywoływanej przez nie korozji elektrolitycznej
infrastruktury, a w szczególności mostów i sieci rurociągów, stanowi złożony problem
teoretyczny i techniczny. Wynika to głównie z losowego charakteru tych prądów,
niejednorodności środowiska korozyjnego (ziemi, wody), bardzo skomplikowanej
konfiguracji przestrzennej i różnorodności infrastruktury.
Opracowana [6] technika pomiarowa prądów błądzących jest obecnie w Polsce szeroko
stosowana przez użytkowników konstrukcji podziemnych. Nowoczesny sprzęt pomiarowy,
umożliwiający gromadzenie bardzo dużej ilości danych, pozwala na przeprowadzenie
złożonych badań prądów błądzących. Zarejestrowane wielkości mogą być przechowane
oraz odtwarzane i analizowane wielokrotnie. O ile przeprowadzenie procesu pomiarowego nie
stanowi już praktycznie żadnego problemu technicznego, to interpretacja uzyskiwanych
wyników jest jeszcze przedmiotem dalszych badań. Ogólna koncepcja rozwoju terenowych
metod badawczych prądów błądzących zmierza obecnie do pełnej automatyzacji procesu
pomiarowego, a także przeprowadzenia analizy i oceny stopnia jego zagrożenia korozją
elektrolityczną na miejscu pomiaru. Przy obecnym rozwoju techniki, kiedy zgromadzenie
wyników pomiarowych w pamięci mikrokomputera nie stanowi już istotnego problemu,
dalszy rozwój wiedzy o korozji elektrolitycznej badanego obiektu uzależniony jest
od umiejętności odpowiedniego przetworzenia posiadanych danych, tj. od stopnia złożoności
oprogramowania mikrokomputerów.
5. Ochrona konstrukcji stalowych
Właściwości stali węglowych zależą od zawartości węgla, przy czym odporność na korozję
zmniejsza się ze wzrostem ilości węgla w stali. W naturalnych środowiskach korozyjnych
(atmosfera, wody naturalne łącznie z wodą morską, ziemia) stale węglowe ulegają korozji ogólnej
i w związku z tym wymagają stosowania odpowiednich zabezpieczeń przeciwkorozyjnych.
Stale węglowe nie są odporne na działanie większości kwasów nieorganicznych
(z wyjątkiem stężonego kwasu azotowego) i organicznych, natomiast wykazują dobrą odporność
na działanie zasad z wyjątkiem gorącego stężonego ługu, w którym ulegają korozji
międzykrystalicznej pod naprężeniem (tzw. kruchość ługowa).
Stale niskostopowe pod względem odporności na korozję nie są bardziej korzystne od stali
węglowych. Dodatki stopowe wprowadza się głównie w celu uzyskania zwiększonej
wytrzymałości mechanicznej. Wyjątek stanowią wprowadzone w latach sześćdziesiątych
do przemysłu stale o podwyższonej wytrzymałości i o zwiększonej odporności na korozję
47
atmosferyczną, tzw. stale Cor-Ten. Dzięki podwyższonej zawartości miedzi, chromu i fosforu
powstająca na powierzchni stali zwarta warstwa rdzy dobrze przylega do podłoża i ogranicza
dostęp wilgoci oraz tlenu zabezpieczając przez to metal przed dalszą korozją.
Spośród stali wysokostopowych w technice przeciwkorozyjnej największe znaczenie
posiadają stale odporne na korozję i stale żaroodporne. Stalami odpornymi na korozję, dawniej
zwanymi stalami nierdzewnymi lub kwasoodpornymi, określa się stale wysokostopowe,
w których głównym składnikiem jest chrom w ilości nie mniejszej niż 12%. Obok chromu jako
dodatki stopowe występują najczęściej Ni, Mn, Mo, Ti. Odporność na korozję stale te
zawdzięczają tworzeniu się na powierzchni ochronnej warstewki tlenkowej (stan pasywny).
Stale odporne na korozję wykazują bardzo dobrą odporność na działanie większości
środowisk naturalnych oraz wielu środowisk chemicznych. W wodzie morskiej, a także w innych
środowiskach zawierających jon chlorkowy stale te ulegają korozji wżerowej. Dobrą odporność
w wodzie morskiej posiadają austenityczne stale chromowo-niklowe zawierające ok. 2% Mo.
5.1. Ochrona powłokowa
Ochrona powłokowa, która może być stosowana we wszystkich środowiskach, stanowi
najbardziej powszechną i szybko rozwijającą się technologię ochrony przeciwkorozyjnej. Ocenia
się, że około 80% zabezpieczeń przeciwkorozyjnych jest realizowanych przy pomocy ochrony
powłokowej. Jej głównymi zaletami jest wszechstronność i elastyczność stosowania
oraz ogromna różnorodność stosowanych powłok.
Ochrona powłokowa polega na naniesieniu na chronioną powierzchnię warstwy ochronnej
oddzielającej ją od środowiska korozyjnego. Ochrona ta jest najczęściej stosowana przy użyciu
farb i lakierów oraz powłok metalicznych i metaliczno-malarskich. Powłoki ochronne można
podzielić na:
organiczne; powłoki farb i lakierów o organicznym spoiwie, laminaty, wykładziny gumowe
i z tworzyw sztucznych, plastizolowe, organozolowe. W rzeczywistości większość powłok
zwanych organicznymi stanowią kompozyty złożone ze spoiwa organicznego i wypełnienia
nieorganicznego;
nieorganiczne powłoki metaliczne; powłoki farb o spoiwie nieorganicznym (farby
krzemianowe), emalie szkliste, powłoki tlenkowe, szklane, inne powłoki mineralne;
organiczno-nieorganiczne; powłoki nowej generacji typu hybrydowego (np. powłoki
siloksiranowe) łączące korzystne właściwości powłok organicznych (elastyczność,
łatwość nakładania) i powłok nieorganicznych (odporność na wysokie temperatury,
rozpuszczalniki organiczne, promieniowanie UV). Do tej grupy można również zaliczyć
powłoki typu "Duplex" składające się z nieorganicznej powłoki metalowej
lub metalizacyjnej oraz powłoki farby organicznej uszczelniającej lub pokrywającej
system powłokowy.
Powłoki chronią konstrukcje wg następujących mechanizmów: barierowego,
protektorowego i inhibitorowego. Warunkami ochrony barierowej są: mała przepuszczalność
tlenu i pary wodnej przez powłokę; gęsto usieciowane spoiwo; odpowiednie pigmenty
i wypełniacze. Typowe powłoki dające ochronę barierową, to:
farby bitmniczno-epoksydowe (dobra odporność na wodę, wilgoć, chemikalia; do wad
należy toksyczność bitumów oraz ciemny kolor wyrobów);
farby epoksydowe utwardzane żywicą poliaminową o małej zawartości rozpuszczalników,
pigmentowane płatkami szklanymi. Masa pigmentu w suchym filmie powłoki 10-25%.
Typowa wielkość płatków 15-200 źm o grubości 1,5 do 5 źm. Typowa grubość pokrycia
400-1000 źm;
48
 farby epoksydowe pigmentowane płatkowym aluminium są to na ogół mastyki tolerujące
gorzej przygotowane podłoże, kompatybilne z powłokami nawierzchniowymi opartymi
na spoiwie alkidowym i chlorokauczukowym. Zdolność odbijania przez aluminium promieni
słonecznych zwiększa odporność powłok na degradację pod wpływem promieni
podczerwonych, światła widzialnego i promieni UV. Grubość typowych powłok 100-
200 źm;
farby epoksydowe, winylowe, akrylowe i alkidowe pigmentowane błyszczem żelazowym.
Błyszczu żelazowego musi być minimum 80 % w ogólnej zawartości pigmentu.
farby winyloestrowe pigmentowane płatkami szklanymi.
Jedynym pigmentem zapewniającym protektorowy mechanizm ochrony jest pył cynkowy.
W powłokach farb wysoko pigmentowanych cynkiem, nałożonych na stalowe podłoże, anodę
w ogniwie korozyjnym stanowi cynk, co powoduje ograniczenie reakcji rozpuszczania żelaza.
Cynk stanowiący anodę utlenia się zgodnie z reakcją:
Zn Zn2+ + 2e
Na powierzchni stali, która jest katodą, następuje redukcja tlenu zgodnie z reakcją:
2H2O + O2 + 4e 4OH-
Aby taki proces mógł zachodzić niezbędne jest spełnienie określonych warunków:
 konieczny jest kontakt metaliczny pigmentu cynkowego z czystym podłożem (stąd
wymagania wysokich stopni przygotowania powierzchni Sa 3 lub Sa 2 1/2);
 pigment cynkowy musi być wysokiej jakości (nie utleniony) aby możliwa była elektryczna
przewodność;
 zarówno katoda (stal), jak i anoda (pigment w powłoce) muszą znajdować się w elektrolicie;
 suchego pigmentu cynkowego w powłoce organicznej musi być co najmniej 85% (niektórzy
badacze twierdzą, że aż 92%).
Inhibitujące działanie farb można sformułować jako pasywację powierzchni
zhydrolizowanymi pigmentami. Rozpuszczalne w wodzie kompleksy inhibitują przestrzeń
międzyfazową: podłoże - powłoka; w nieprzewodzącej warstwie, w której elektrony nie są
przenoszone i proces korozji jest hamowany. W nowoczesnych farbach stosowane są następujące
pigmenty inhibitujące:
 fosforany cynku i modyfikowane fosforany cynku; nietoksyczna alternatywa chromianów.
Przyjmuje się, że mechanizm ochrony tym pigmentem polega na hydrolizie soli, a następnie
reakcji jonów fosforanowych z podłożem i składnikami spoiwa, z utworzeniem dobrze
przyczepnej do powierzchni warstewki związków kompleksowych o inhibitującym
działaniu;
 modyfikowane polifosforany cynku - stosowane do specyficznych spoiw i specjalnych
zastosowań np. w lotnictwie, do powlekania blach w systemie  coil-coating ;
 trójfosforan aluminium - również alternatywny pigment do fosforanu cynku. Atrybutem jego
efektywności jest skuteczniejszy helatowy związek trójfosforanu z żelazem aniżeli jonu
fosforowego. W suchym filmie powinno go być 5-15% wag. Trójfosforan aluminium
wymaga specjalnych spoiw, wykazuje synergiczne działanie w obecności fosforanu cynku;
 fosforokrzemiany - niska rozpuszczalność w wodzie, obojętne lub prawie obojętne pH czynią
ten pigment kompatybilnym z szerokim asortymentem spoiw;
 borany (np. metaboran baru, borokrzemian wapnia) - silnie alkaliczne pigmenty; tworzą
one podobnie jak pigmenty ołowiowe, mydła z kwaśnymi produktami korozji.
49
5.2. Powłoki metalizacyjne
W zależności od rodzaju metalu bądz
stopu oraz jego miejsca w szeregu napięciowym
metali, powłoki metalizacyjne dzielą się na katodowe i anodowe. Katodowe powłoki, na skalę
przemysłową, wytwarzane są z następujących metali i stopów: niklu, miedzi, brązu, stali
nierdzewnej, ołowiu, cyny. Anodowe powłoki wytwarzane są z: aluminium, cynku i ich stopów
oraz kadmu. Do ochrony stali w warunkach atmosferycznych zaleca się na ogół powłoki
cynkowe i aluminiowe. Mogą one znalez
ć zastosowanie również do ochrony konstrukcji
eksploatowanych w wodzie słodkiej, słonawej i morskiej.
Aby uniknąć uszkodzeń korozyjnych należy przestrzegać minimalnych grubości powłok
metalizacyjnych. W tablicy 12 zestawiono minimalne grubości powłok natryskiwanych cieplnie
dla różnych zastosowań.
Tablica 12. Minimalne grubości powłok do ochrony stali natryskiwanych cieplnie
Metal powłoki
Cynk Aluminium Al Mg 5 Zn Al 15
Środowisko
bez ma- z malo- bez ma- z malo- bez ma- z malo- bez ma- z malo-
lowania waniem lowania waniem lowania wanieni lowania waniem
nie nie
Słona woda 100 200 150 250 200 100
zalecane zalecane
Słodka woda 200 100 200 150 150 100 150 100
Środowisko
100 50 150 100 150 100 100 50
miejskie
Środowisko nie
100 200 100 200 100 150 100
przemysłowe zalecane
5.3. Ochrona elektrochemiczna
Ochrona elektrochemiczna polega na zmianie potencjału elektrodowego metalu, czyli
polaryzacji katodowej (ochrona katodowa) lub polaryzacji anodowej (ochrona anodowa).
Podstawowy podział ochrony elektrochemicznej przedstawiono na rys. 4.
.
Rys. 4. Podział technologii ochrony elektrochemicznej
50
Obniżenie potencjału chronionej konstrukcji realizowane jest poprzez dołączenie do niej
systemu anod zasilanych zewnętrznym z
ródłem prądu lub też anod galwanicznych o odpowiednio
niskim potencjale elektrodowym (protektory cynkowe, aluminiowe lub magnezowe),
co obrazuje rys. 5.
Ochrona katodowa może być stosowana w warunkach zanurzenia lub pod ziemią.
Technologia ta jest powszechnie stosowana w krajach rozwiniętych do zabezpieczania
konstrukcji podziemnych i zanurzonych w wodzie jest zwykle uzupełnieniem ochrony
powłokowej. Ochrona katodowa może być również stosowana do przeciwdziałania procesom
korozji spowodowanej prądami błądzącymi.
Ochrona anodowa wykorzystuje pasywację powierzchni metalu podczas polaryzacji
anodowej w niektórych środowiskach korozyjnych. W wyniku ochrony anodowej stan pasywny
jest utrzymywany, co powoduje znaczne ograniczenie szybkości korozji. Ochrona anodowa
realizowana przez polaryzację anodową z zewnętrznym z
ródłem prądu może być metodą
niebezpieczną, gdyż w przypadku zaniku stanu pasywnego prowadzić może do zwiększonej
korozji i z tego powodu jest bardzo rzadko stosowana w praktyce.
Ochrona katodowa, uznana za jedną z najskuteczniejszych metod ochrony
przeciwkorozyjnej, jest ustawicznie modernizowana. Doskonalone są metody badawcze
oraz wszystkie elementy składowe instalacji przeciwkorozyjnej. Wzrastające potrzeby
ochrony środowiska naturalnego narzucają konieczność znacznie szerszego stosowania
ochrony katodowej, a w szczególności do ochrony podziemnych i podwodnych rurociągów,
zbiorników i innych podziemnych konstrukcji metalowych. Istnieje pilna potrzeba
opracowania programu możliwie szybkiego i szerokiego wdrożenia tej skutecznej technologii
zabezpieczeń przeciwkorozyjnych we wszystkich gałęziach przemysłu i w gospodarce
komunalnej. Notowany w ostatnim okresie burzliwy rozwój techniki, szczególnie elektroniki
i mikroinformatyki, w znaczący sposób kształtuje obecnie dalszy rozwój technologii ochrony
katodowej. Technikę mikrokomputerową stosuje się obecnie we wszystkich stadiach:
w pracach pomiarowych, obliczeniowych i projektowaniu, a także monitorowaniu
skuteczności zabezpieczenia przeciwkorozyjnego i w automatyzacji pracy instalacji ochrony
katodowej.
Rys.5. Zasada ochrony katodowej za pomocą:
a) protektora , b) prądu zewnętrznego [9]
51
6. Korozja biologiczna w gruncie
Procesy będące niepożądanymi zmianami właściwości materiału, powodowanymi przez
aktywność życiową mikroorganizmów klasyfikuje się w kilka grup:
1) Chemiczna asymilacyjna biodeterioracja, która jest najczęstszą formą tego procesu; ma
ona miejsce, gdy materiał jest degradowany z racji swej wartości odżywczej. Procesowi
chemicznej biodeterioracji podlegają takie materiały jak: drewno i materiały
drewnopochodne, mat. i powłoki malarskie, kleje i kity organiczne, wyroby papiernicze
w tym płyty gipsowo-kartonowe.
2) Chemiczna dysymilacyjna biodeterioracja, która występuje gdy metabolity
drobnoustrojów uszkadzają materiał, powodując jego destrukcję, pigmentację lub
wydzielanie toksycznych metabolitów do materiału. Przykładem jest mikrobiologiczna
korozja metali, betonu, cegieł, zapraw murarskich i tynkarskich oraz szkła.
3) Obrastanie powierzchni mat. przez organizmy żywe, znane w literaturze przedmiotu jako
 biofouling : jest to forma biodeterioracji, która występuje, gdy sama obecność
organizmu lub wydzieliny nie powoduje korozji lecz staje się niepożądana dla materiału
ze względu na jego obrastanie przez zróżnicowaną grupę organizmów. Przykładem -
obrastanie fundamentów lub całych ścian np. przez jednokomórkowe drożdże i glony.
Produkty agresywnych metabolitów oraz materiały, które w ich wyniku ulegają korozji
biologicznej przedstawiono w tabl. 13.
Tablica 13. Produkty aktywności metabolicznej mikroorganizmów wykazujących szczególnie
dużą agresywność korozyjną (Cwalina i Dzierżewicz, 2001).
Metabolit Mikroorganizmy Materiały ulegające
agresywny wytwarzające korozyjny metabolit biokorozji
Bakterie:
H2 Metale
Alcaligenes, Clostridium, Sarcina Pseudomonas,
Bakterie redukujące siarczany (BRS):
H2S Metale
Desulfovibrio, Desulfotomaculum,Desulfomonas
Bakterie:
Fe3+ Crenothrix, Gallionella, Leptothrix, Sphaerotilus Metale
Thiobocillus ferrooxida
NH4+ Bakterie: Clostridium Metale, beton
Utleniające bakterie siarkowe (UBS): Metale; kamienie
H2SO4 Beggiatoa, Sulfobacillus, Sulfolobus, Thiobacillus, naturalne; cegła; beton;
Thiotrix zaprawy murarskie
kamienie naturalne;
Bakterie:
HNO2 cegła; beton; zaprawy
Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosospria, Nitrosolobus
murarskie
Bakterie:
HNO3 j.w.
Nitrobacter, Nitrococcus
Metale; kamienie
Bakterie:
CO2 naturalne; cegła; beton;
Achromobacter, Clostridium, Pseudomonas, Sarcina
zaprawy murarskie
Bakterie:
Achromobacter, Bacillus, Clostridium, Eschericha,
Metale; kamienie
Flavobacterium, Lactobacillus, Proteus, Pseudomonas
Kwasy naturalne; cegła; beton;
Grzyby:
organiczne zaprawy murarskie;
Alternaria, Aspergillus, Ceratostomella, Cladosporium,
szkło (grzyby)
Fusarium, Penicillium, Spicardia, Serpula lacrymans,
Fibroporia vaillantii, Coniophora puteana
52
Drewno jest materiałem degradowanym z racji swej wartości odżywczej przez wszystkie
mikroorganizmy. Grzyby rozwijając się na drewnie powodują w nim liczne zmiany. Zmianom
ulega struktura, skład chemiczny oraz właściwości mechaniczne i fizyczne.
W pierwszym stadium rozkładu drewno zachowuje swój charakterystyczny zapach
znacznie jednak słabszy. W miarę upływu czasu i postępu procesu rozkładu, zapach ten
zostaje zastąpiony przez charakterystyczną woń grzybów. W końcowym etapie uzyskuje
nieprzyjemną, słodko cuchnącą woń. y
ródłem tych zapachów są produkty przemiany materii
grzybów. Odżywiają się one i oddychają substancjami pochodzącymi z rozkładu włókien
celulozy. W wyniku tych działań drewno traci wytrzymałość, kurczy się i pęka. W przypadku
grzybów zachodzą dwa odmienne rodzaje rozkładów drewna, tzn. brunatne i białe. W obu
przypadkach rozkładowi ulega celuloza i zmiana zabarwienia drewna. Różnicą jest degradacja
ligniny, przy rozkładzie brunatnym lignina nie rozkłada się. Brunatny rozkład zachodzi
bardzo szybko i przy dalece posuniętej degradacji drewno ma bardzo obniżoną wytrzymałość.
Rozkład biały charakteryzuje się zmianą barwy na jaśniejszą niż pierwotna.
Drewno lub materiały drewnopodobne mogą zostać zarażone grzybami strzępkowymi 
pleśniami. Nie osłabiają jego wytrzymałości, gdyż nie odżywiają się włóknami celulozy, ale
substancjami zapasowymi nagromadzonymi w komórkach drzewa. Rozkład szary, który
przeważnie powodują grzyby pleśniowe, przebiega powoli i zachodzi w powierzchniowej
warstwie drewna. Gdy przeschnie, zniszczona część odpadnie. Taki proces może trwać
latami.
Rozwój bakterii obserwuje się w obiektach o silnym zawilgoceniu w warunkach zarówno
tlenowych jak i beztlenowych [2]. W wyniku ich działania zachodzą w drewnie zmiany
właściwości: strukturalne, spowodowane przez bakterie erozyjne, tunelowe i kawitacyjne;
chemiczne i wytrzymałościowe.
Proces rozkładu ścian komórkowych drewna jest spowodowany przez enzymy.
W odróżnieniu od grzybów niszczenie zachodzi przy bezpośrednim kontakcie materiału
z komórkami bakterii. y
ródłem pożywienia są rozpuszczalne cukry, białka oraz inne związki
zgromadzone w tkankach miękiszowych. Po zużyciu zgromadzonych produktów, z
ródłem ich
energii zostają składniki ścian komórkowych: celuloza, pektyny, czasami lignina. Rysunek 6
pokazuje jak mikroorganizmy i zawilgocenie drewna wpływają na rodzaj jego rozkładu.
Rys.6. Wpływ wilgotności drewna na rozwój mikroorganizmów i rozkład drewna
53
Zmiany właściwości fizycznych związane są z ubytkiem składników organicznych
niszczonych w procesie korozji biologicznej - wskutek rozkładu ligniny i celulozy
oraz mechanicznego niszczenia drewna przez owady maleje w sposób znaczący jego masa,
drewno staje się porowate, przez co zwiększa się jego nasiąkliwość, higroskopijność przy
rozkładzie białym wzrasta, a przy brunatnym zmniejsza się (pozostająca w drewnie lignina
ma mniejszą higroskopijność niż celuloza, która ulega zniszczeniu). Zmiany właściwości
mechanicznych wynikają z niszczenia struktury drewna, mają charakter niejednorodny.
Najszybciej maleje wytrzymałość na zginanie, która-w przypadku doświadczalnego,
równomiernie niszczonego elementu - spada do zera po 3 - 4 miesiącach, wytrzymałość na
ściskanie spada do zera po 5 - 6 miesiącach. W europejskich normach wyodrębniono 5 klas
zabezpieczenia drewna. Określają one w jakim stopniu dany element drewniany jest narażony
na korozję i jak intensywne powinny być działania ochronne. I tak, drewno I klasy wymaga
minimalnej ochrony, bo w niewielkim stopniu narażone jest na korozję biologiczną, drewno
najwyższej V klasy wymaga ochrony niezwykle intensywnej. Drewniane konstrukcje
podziemne zaliczyć należy do klasy IV i V.
Do chemicznej ochrony drewna stosowane są, tzw. biocydy. Biocydy (mikrobiocydy,
środki dezynfekujące) są to nieorganiczne lub syntetyczne organiczne związki chemiczne,
które uniemożliwiają wzrost i rozwój mikroorganizmów w materiałach i na ich powierzchni.
Z ich pomocą można zlikwidować z
ródło skażenia mikrobiologicznego. Jednak, gdy zmienią
się warunki środowiskowe, drobnoustroje mogą pojawić się ponownie [9]. Działanie środka
winno być trwałe i prowadzić do zahamowania wzrostu i zdolności rozmnażania
mikroorganizmów. W tablicy 14 przedstawiono zestawienie wybranych czynników
chemicznych niszczących mikroorganizmy oraz ich oddziaływanie i skuteczność.
Tablica 14. Skuteczność i działanie czynników chemicznych niszczących mikroorganizmy [9]
Lp. Czynniki chemiczne Działanie Skuteczność
Alkohole: zabijają komórki
denaturacja białek,
1. etanol, izopropanol, wegetatywne w roztworach
rozpuszczenie lipidów
alkohol benzylowy 70-80% w ciągu 10-15min.
Aldehydy: zabijają bakterie i wirusy, po
alkilacja, reagują z grupami:
2. mrówkowy, przedłużonym działaniu także
-NH2, -SH, -COOH
glutarowy i przetrwalniki
inaktywuje białka zabija bakterie
Chlorowce:
3. reaguje z wodą stosowany do dezynfekcji
jod, chlor
tworząc kwas podchlorawy wody
denaturacja białek,
Fenole: fenol, lizol zabijają bakterie i grzyby,
4. rozrywanie błon
kwas karbolowy częściowo przetrwalniki
komórkowych
Związki nadtlenowe:
Działa na komórki
nadtlenek wodoru, zabija bakterie oraz
5. mikroorganizmów, pozbawienie
kwas nadoctowy przetrwalniki
grup wodorotlenowych
nadsiarczan potasu
zabijają bakterie
czwartorzędowe Zwiększenie przepuszczalności gramdodatnie i gramujemne,
6.
związki amoniowe błony komórkowej niektóre grzyby strzępkowe,
drożdże i wirusy
54
Wszelkie zabiegi w stosunku do drewna, czy to w celu zapobieżenia procesom
niszczącym przez modyfikację jego właściwości, czy w celu wzmocnienia osłabionej tymi
procesami struktury, wiążą się z przesyceniem porowatej struktury drewna odpowiednim
środkiem impregnującym. Obok najczęściej przeprowadzanego zabiegu impregnacji
utwardzającej drewno o obniżonych właściwościach mechanicznych, możemy równocześnie
wpływać na znaczną poprawę lub zmianę naturalnych właściwości drewna poprzez takie
zabiegi, jak: dezynfekcja, dezynsekcja, hydrofobizacja czy impregnacja ogniochronna.
Zasadniczy wpływ na wprowadzenie koniecznej ilości środka na odpowiednią głębokość ma
stopień zagrożenia, rozkładu i uszkodzenia drewnianego obiektu oraz zastosowana metoda
impregnacji. Rozróżnia się dwie zasadnicze grupy metod nasycania: metody impregnacji
powierzchniowej i głębokiej. Metody powierzchniowe, stosowane w praktyce polegają na
nasycaniu drewna się roztworami substancji zabezpieczających i utwardzających metodą
powlekania, natryskiwania, oraz częściowego lub całkowitego krótkotrwałego zanurzania.
Metody głębokie, są to sposoby poprzez które możemy uzyskać większe lub całkowite
nasycenie masy materialnej drewna. W grupie wyróżniamy metody oparte na:
 impregnacji bezciśnieniowej głębokiej, w której wykorzystywane są zjawiska
kapilarnego przemieszczania się roztworów, dyfuzji, osmozy i elektroosmozy;
 impregnacji próżniowej i próżniowo-ciśnieniowej, a także jej odmiany z wykorzystaniem
ciśnienia hydrostatycznego.
Różnorodność metod nasycania daje duże możliwości takiego wyboru, by w konkretnym
przypadku zapewnić najlepszy efekt końcowy. Rezultat zabiegu uzależniony jest jednak od
właściwego doboru ochronnej substancji impregnującej.
7. Podsumowanie
Z definicji wnika, że konstrukcje podziemne to obiekty obciążone i współpracujące
z otaczającym gruntem. Materiały w konstrukcjach podziemnych narażone są na wiele
czynników niszczących takich jak zmiany temperatury, wilgotności, obciążeń statycznych
i dynamicznych, agresji chemicznej i biologicznej. Właściwy dobór zabezpieczeń
antykorozyjnych materiałów konstrukcyjnych winien uwzględniać:
 wyniki szczegółowych badań agresywności środowiska wodno-gruntowego w stosunku
do konkretnego zastosowanego materiału,
 czynniki zwiększające stopień agresywnego oddziaływania środowiska
 wymagany czas użytkowania konstrukcji,
 warunki związane z możliwością ochrony materiałowo-strukturalnej (zwiększenia
odporności materiału),
 zestawienie różnych kombinacji środków zabezpieczających, uwzględniając ich wpływ
na warunki stateczności konstrukcji,
 wybór uzasadnionej technicznie i optymalnej ekonomicznie kombinacji środków
ochronnych.
Podsumowując powyższe rozważania w tabl. 15 przedstawiono: przyczyny korozji
materiałów stosowanych w konstrukcjach podziemnych, procesy które prowadzą do ich
destrukcji oraz główne środki ochronne.
55
Tablica 15. Przyczyny i procesy korozji oraz główne metody zabezpieczeń materiałów
w konstrukcjach podziemnych
Konstrukcje
Drewniane Stalowe Betonowe i żelbetowe
wody miękkie,
rozpuszczone
wody kwaśne,
Przyczyny w wodzie związki,
związki magnezu,
korozji prądy błądzące,
Siarczany,
mikroorganizmy
związki organiczne
wypłukiwanie Ca(OH)2,
procesy
butwienie, zamiana składników spoiwa
Procesy elektrochemiczne,
próchnienie z trudno na łatwo-rozp.,
procesy elektrolityczne
rozsadzanie betonu
temperatura, temperatura,
przepuszczalność gruntu;
wilgotność, przepuszczalność grunt.
Czynniki wahania ZWG,
dostęp rodzaj związków
zwiększające rodzaj i stężenie związków
powietrza, rozp. w wodzie,
stopień rozpuszczalnych w wodzie,
wahania ZWG, stężenie elektrolitu,
zagrożenia temperatura,
właściwości dostęp tlenu,
właściwości gruntu
gruntów właściwości gruntu
neutralizacja środowiska,
odpowiednie
Główne zwiększanie odporności bet.,
impregnacja ukształtowanie,
środki ochrona powierzchniowe,
drewna powłoki ochronne,
ochronne zwiększona otulina betonowa
ochrona katodowa
zbrojenia
Literatura
[1] CARSE A.: The design of durable concrete structures aggressive ground conditions.
In: Roads, Structures and Rural Queensland, 2002, p.1-14.
[2] CLAUSEN C.A.: Bacterial association with decaying wood: a review, International
biodeterioration and biodegradation, vol. 37, 1996 r.
[3] CUNAT P. J.: Corrosion resistance of stainless steels in soils and in concrete.
In: Stainless Steels in Soils and in Concrete, 2001, p.1-12.
[4] CWALINA B., DZIERŻEWICZ Z.: Czynniki sprzyjające biologicznej korozji konstrukcji
żelbetowych. Przegląd Budowlany 7-8/2007, s.52 -59.
[5] CZARNECKI L., PIOTROWSKI T.: Trwałość żelbetowych pali fundamentowych,
Materiały Budowlane 2/2008, s.45-49.
[6] DZIUBA W.: Kryteria zagrożenia korozyjnego podziemnych konstrukcji metalowych
wskutek oddział. prądów błądzących, wg EN 50162. Ochrona przed Korozją 8/2004.
[7] MEHTA P.K.: Concrete: Structure, Properties and Materials. Englewood Cliffs,
NJ: Prentice  Hall 1986.
[8] ROKIEL M.: Hydroizolacje w budownictwie. Warszawa MEDIUM 2006.
[9] ZABIELSKA J.: Czwartorzędowe sole amoniowe, zmodyf. związkami miedzi (II)
i cynku, do ochrony drewna przed korozją biologiczną, Ochrona przed korozją, 6/2003.
56