PROCESY DEGRADACJI I KOROZJI
MATERIAA
ÓW BUDOWLANYCH
Øð Stal
Øð MateriaÅ‚y kamienne: beton
Øð Tworzywa sztuczne
Øð SzkÅ‚o
Korozja - proces niszczenia materiałów
spowodowany warunkami zewnętrznymi
Podatność korozyjna większości metali związana jest z ich skłonnością
do reagowania z otaczającym środowiskiem, którym najczęściej jest
środowisko wodne lub powietrze. W tych środowiskach metale tworzą
układ termodynamicznie nietrwały, dążący do oddawania energii w
procesie przechodzenia metalu w jego zwiÄ…zek chemiczny, np. tlenek,
tlenek uwodniony lub siarczek.
Zjawiska związane z przebiegiem procesów korozyjnych są bardzo
zróżnicowane, różne są również objawy zniszczeń korozyjnych, stąd też
istnieje wiele możliwości podziału i klasyfikacji zjawiska korozji.
Najczęściej stosowanymi kryteriami podziału są:
Øð mechanizm korozji
Øð typ zniszczeÅ„ korozyjnych
Øð charakter Å›rodowiska korozyjnego
Korozja metali
Chemiczna Elektrochemiczna
Atmosferyczna
Gazowa, nalotowa (wilgotne
powietrze)
Wodna (woda
morska, słodka)
Ziemna (gleba)
plamowa
punktowa
miejscowa wżerowa
międzykrystaliczna
Metal lub stop
szczelinowa
Korozja
równomierna
ogólna
lub nierównomierna
ZÅ‚Ä…cze, np. dwa
kontaktowa
metale
Korozja wg mechanizmu chemicznego ma miejsce, gdy
wymiana elektronów między metalem a utleniaczem
zachodzi w środowisku nie wykazującym przewodnictwa
jonowego:
mMe + nY = MemYn, gdzie Y  utleniacz
Me + ½ O2 ®ð MeO
ZapoczÄ…tkowanie procesu utleniania i tworzenia nowego zwiÄ…zku
zachodzi w tym samym miejscu na granicy zetknięcia metalu z
utleniaczem. Jeżeli produkt reakcji jest lotny lub tworzy warstwę
nieciągłą, wtedy może zachodzić dalsza reakcja na granicy faz. W
rezultacie szybkość korozji pozostaje stała. W przypadku gdy powstaje
ciągła, szczelna warstwa produktów korozji, która oddziela reagenty od
siebie, reakcja ulega zwolnieniu lub zahamowaniu. Przykład utlenianie
aluminium.
Korozja metali w wodnych roztworach elektrolitów zachodzi wg
mechanizmu elektrochemicznego.
PRZYCZYNY:
ØðÅ›rodowisko wodne zawierajÄ…ce elektrolity, np. NaCl
Øðzanieczyszczenia w Å›rodowisku np. wilgotne powietrze
zawierajÄ…ce CO2, SO2
Øðubytki w powÅ‚okach ochronnych
Øðniejednorodność (heterogeniczność) materiałów korodujÄ…cych
Øðobecność depolaryzatorów (jon lub atom zdolny przyÅ‚Ä…czać
elektron)
ØðHETEROGENICZNOŚĆ MATERIAA
ÓW:
" nieciągła struktura stopów i metali
" krystaliczna, ziarnista budowa
" różnice w stężeniach składników w ziarnach
" stałe wtrącenia, np. : węgliki
ST
ŻENIOWE MIKROGNIWA KOROZYJNE
UKA
AD : stal pokryta kroplami wody,
tlen rozpuszczony w wodzie
MECHANIZM: wnętrze kropli jest
mniej napowietrzane niż jej obrzeże i
staje się anodą, jej obrzeże zaś
katodÄ… (elektrodÄ… tlenowÄ…).
Proces tworzenia rdzy przebiega
natępująco:
ANODA (Fe): 2Fe - 4e- ®ð 2Fe2+
KATODA (Fe): O2 + 2H2O + 4e- ®ð 4OH-
Obrazy korozji stali
Sposoby zabezpieczania przed korozjÄ…
Stosowanie
inhibitorów
Organiczne
Anodowe Katodowe anodowo-
katodowe
Inhibitorami korozji nazywamy substancje, które dodane do środowiska
korozyjnego powodujÄ… wyraz
ne zmniejszenie szybkości korozji w wyniku
hamowania procesu anodowego lub katodowego, albo obu tych procesów
Å‚Ä…cznie.
" Powłoki anodowe  wykonane z metalu o bardziej
ujemnym potencjale elektrochemicznym (z metalu mniej
szlachetnego), zazwyczaj cynk i kadm
" Powłoki katodowe  wykonane z metalu o bardziej
dodatnim potencjale elektrochemicznym (z metalu
bardziej szlachetnego), zazwyczaj miedzi, niklu,
chromu, cyny lub srebra
Sposoby zabezpieczania przed korozjÄ…
Eliminacja z wody tlenu,
np. N2
Zobojętnianie wody
Usuwanie soli
(wymieniacze jonowe)
Osuszanie powietrza
Usuwanie z wody i/lub
powietrza czÄ…stek
stałych
Modyfikacja środowiska
Sposoby zabezpieczania przed korozjÄ…
Powłoki
Metalowe Nieorganiczne Organiczne
izolujÄ…ce emalie farby
ekranujÄ…ce tlenkowe smary
fosforanowe oleje
chromianowe polimery
Korozja betonu
Korozja betonu jest to stopniowe pogarszanie siÄ™
technicznych właściwości betonu, prowadzące do
obniżenia jego cech użytkowych, a w krańcowym
przypadku do całkowitego jego zniszczenia
Przyczyny korozji:
" Zewnętrzne  oddziaływanie różnych czynników środowiska, w
którym jest eksploatowany beton
" Wewnętrzne  wynikające z przebiegu w betonie procesów fizyko-
chemicznych wywołanych zastosowaniem złej jakości jego
składników np. wody zarobowej, kruszywa.
Korozja wewnętrzna
Wynika z przebiegu w betonie procesów fizyko-chemicznych
wywołanych zastosowaniem złej jakości składników np.:
" niewłaściwej jakości spoiwa np. cementu o zbyt dużej zawartości
alkaliów, wolnego CaO bądz
MgO
" niewłaściwej jakości kruszywa np. kruszywa wykazującego tzw.
reaktywność alkaliczną spowodowana obecnością w kruszywie takich
składników jak: opal, chalcedon, trydymit
" niewłaściwej jakości wody zarobowej np. o zbyt dużym stężeniu jonów
siarczanowych (SO4)-2
Korozja zewnętrzna - oddziaływanie różnych czynników
środowiska, w którym jest eksploatowany beton
Korozję chemiczną można podzielić na:
" I rodzaju  polega ona na wymywaniu rozpuszczalnych składników
betonu, głównie wodorotlenku wapniowego, pod wpływem miękkich
wód. Zjawisko to jest potęgowane, jeśli np. w wodzie jest agresywny
dwutlenek węgla C02
" II rodzaju  polega ona na reakcjach wymiany jonowej między
związkami wapnia a składnikami środowiska. Podczas nich powstają
nowe związki o małej wytrzymałości bez cech wiążących. Reakcje
takie wywołują związki magnezu, niektóre sole nieorganiczne oraz
kwasy, a także niektóre związki organiczne, np. oleje
" III rodzaju  związana jest z procesami w wyniku, których tworzą się i
gromadzą w betonie słabo rozpuszczalne sole, które krystalizując
zwiększają swoją objętość w wyniku reakcji między środowiskiem
zawierającym jony siarczanowe oraz składnikami stwardniałego
zaczynu, prowadzące do pęcznienia betonu, pojawiają się rysy i
pęknięcia (korozja wewnętrzna)
Karbonatyzacja
Głównymi czynnikami sterującymi procesem karbonatyzacji są:
" dyfuzja (rozprzestrzenianie, wnikanie) CO2 w głąb betonu
" zawartość Ca(OH)2 w stwardniałym zaczynie
Na szybkość karbonatyzacji mają wpływ:
" szczelność betonu, a więc pośrednio klasa betonu, a także
rodzaj użytego cementu. Im beton jest bardziej szczelny tym
proces karbonatyzacji zachodzi wolniej
" stopień zawilgocenia, proces karbonizacji przebiega
najszybciej w powietrzu o wilgotności ok. 50%, wzrost
wilgotności środowiska do 100% powoduje spowolnienie
procesu
" zawartość CO2 w powietrzu (ciśnienie cząstkowe), wyższe
stężenie CO2 przyspiesza karbonatyzację
" temperatura, wzrost temperatury przyspiesza proces
karbonatyzacji
Odczyn środowiska a korozja żelbetu
Zachowanie się stali w środowisku
wodnym w zależności od pH
pasywacja pH (10  13,5)
Fe ®ð Fe2+
Fe3O4 ®ð Fe2O3
korozja pH < 9
Fe ®ð Fe2+ ®ð Fe3+
Fe2+ + OH- ®ð Fe(OH)2
Fe(OH)2 + H2O +1/2 O2 ®ðFe(OH)3
Korozja wywołana
karbonatyzacjÄ…
Sposoby przeciwdziałania i usuwania korozji
materiałów betonowych
Ochrona materiałowo-strukturalna polegająca na właściwym
zaprojektowaniu składu mieszanki betonowej uwzgledniająca tzw. klasy
ekspozycji zgodnie z PN-EN 206-1
1. Brak ryzyka korozji lub agresji środowiska X0
Dotyczy betonów niezbrojonych i niezawierających innych elementów
metalowych: wszystkie środowiska z wyjątkiem przypadków
występowania zamrażania/rozmrażania, ścierania lub agresji chemicznej.
Dotyczy betonów zbrojonych lub zawierających inne elementy metalowe:
bardzo suche.
Beton wewnątrz budynków o bardzo niskiej wilgotności powietrza - C8/10
2. Korozja wywołana karbonatyzacją XC
W przypadku, gdy beton zawierajÄ…cy zbrojenie lub inne elementy
metalowe, jest narażony na kontakt z powietrzem i wilgocią, ekspozycja
powinna być klasyfikowana w następujący sposób:
XC1 Suche lub stale mokre. Beton wewnątrz budynków o niskiej
wilgotności powietrza. Beton stale zanurzony w wodzie w/c = 0,65 C16/20
C 260 kg/m3
XC2 Mokre, sporadycznie suche. Powierzchnie betonu narażone na
długotrwały kontakt z wodą. Najczęściej fundamenty 0,60 C 16/20 280
XC3 Umiarkowanie wilgotne. Beton wewnątrz budynków o umiarkowanej
lub wysokiej wilgotności powietrza. Betony na zewnątrz osłonięte przed
deszczem 0,55 C20/25 280
XC4 Cyklicznie mokre i suche. Powierzchnie betonu narażone na kontakt
z wodÄ…, ale nie jak w klasie ekspozycji 0,50 C25/30 300
3. Korozja spowodowana chlorkami niepochodzÄ…cymi z wody
morskiej XD
W przypadku, gdy beton zawierajÄ…cy zbrojenie lub inne elementy
metalowe jest narażony na kontakt z wodą zawierającą chlorki, w tym
sole odladzajÄ…ce, pochodzÄ…ce z innych z
ródeł niż woda morska,
ekspozycja powinna być klasyfikowana w następujący sposób:
XD1 Umiarkowane wilgotne. Powierzchnie betonu narażone na
działanie chlorków z powietrza 0,55 C30/37 300
XD2 Mokre, sporadycznie suche. Baseny. Baseny narażone na
działanie wody przemysłowej zawierającej chlorki 0,55 C30/37 300
XD3 Cyklicznie mokre i suche. Elementy mostów narażone na
działanie rozpylonych cieczy zawierających chlorki. Nawierzchnie dróg.
Płyty parkingów 0,45 C35/45 320
4. Korozja spowodowana chlorkami z wody morskiej XS
W przypadku, gdy beton zawierajÄ…cy zbrojenie lub inne elementy
metalowe jest narażony na działanie chlorków pochodzących z wody
morskiej, znajdujÄ…cych siÄ™ w wodzie lub w powietrzu, ekspozycja
powinna być klasyfikowana w następujący sposób:
XS1 Narażenie na działanie soli zawartych w powietrzu, ale nie na
bezpośredni kontakt z wodą morską. Konstrukcje zlokalizowane na
wybrzeżu lub jego pobliżu 0,50 C30/37 300
XS2 Stałe zanurzenie. Elementy budowli morskich 0,45 C35/45 320
XS3 Strefy pływów, rozbryzgów i aerozoli. Elementy budowli morskich.
0,45 C35/45 340
5. Agresywne oddziaływanie zamarzania / rozmrażania bez środków
odladzających albo ze środkami odladzającymi XF
W przypadku, gdy beton w stanie mokrym narażony jest na znaczącą
agresywność cyklicznego zamrażania / rozmrażania, ekspozycja powinna być
klasyfikowana w następujący sposób:
XF1 Umiarkowanie nasycone wodą bez środków odladzających. Pionowe
powierzchnie betonowe narażone na deszcz i zamarzanie 0,55 C30/37 300
XF2 Umiarkowanie nasycone wodą ze środkami odladzającymi. Pionowe
powierzchnie betonowe konstrukcji drogowych narażone na zamarzanie i działanie
środków odladzających z powietrza 0,55 C25/30 300 4,0
XF3 Silnie nasycone wodą bez środków odladzających. Poziome powierzchnie
betonowe narażone na deszcz i zamarzanie 0,50 C30/37 320 4,0
XF4 Silne nasycone wodą ze środkami odladzającymi lub wodą morską. Jezdnie
dróg i mostów narażone na działanie środków odladzających. Powierzchnie
betonowe narażone bezpośrednio na działanie aerozoli zawierających środki
odladzające i zamarzanie. Strefy rozbryzgu w budowlach morskich narażone na
zamarzanie 0,45 C30/37 340 4,0
Korozja tworzyw sztucznych
" Własności chemiczne polimerów zależą od ich budowy
chemicznej. Większość z nich jest stosunkowo odporna
na działanie kwasów, zasad i soli a także
rozpuszczalników. Najbardziej odpornym jest
policzterofluoroetylen (teflon) rozpuszczajÄ…cy siÄ™ tylko w
stopionych alkaliach i pod wpływem fluorowodoru.
Polimery są mniej odporne na działanie kwasów
utleniających niż nieutleniających.
" Polimery ulegajÄ… reakcji depolimeryzacji i degradacji pod
wpływem działania temperatury, promieniowania UV lub
pod działaniem cyklicznych obciążeń
Szkło
" Z chemicznego punktu widzenia szkło jest roztworem różnych
krzemianów i krzemionki.
" Skład chemiczny szkła jest różny: 58-81 % SiO2, 5-17 % Na2O, do 14
% CaO i do 7 % Al2O3 oraz dodatki specjalne jak: PbO, K2O, B2O3 i
MgO. Szkło odznacza się dużą odpornością na wpływy
atmosferyczne oraz na działanie czynników chemicznych.
" Pod wpływem czystej wody ulegają hydrolizie zawarte w szkle
krzemiany, co powoduje pokrycie powierzchni szkła warstwą żelu
krzemionkowego (wyjątkiem są szkła borowe i fosforowe z których
wykonuje siÄ™ naczynia laboratoryjne).
" Odporność szkła na działanie kwasów jest duża. Wyjątek stanowi
kwas fluorowodorowy, który rozpuszcza szkło w temperaturze 100oC.
Odporność szkła na działanie ługów jest 100 razy mniejsza niż na
działanie kwasów.