Odporność na działanie środowisk chemicznie agresywnych

Beton w zasadzie jest nieodporny na wiele środowisk o działaniu chemicznym i ulega uszkodzeniom przebywając w ich otoczeniu. Środowiska takie nazywa się agresywnymi w stosunku do betonu, a uszkodzenie nimi nazywa się korozją betonu. Uszkodzeniom ulega przede wszystkim spoiwo cementowe, ale może także ulegać i kruszywo.

Określenie stopnia odporności betonu na czynniki agresywne jest trudne, gdyż wpływ tych czynników zależy nie tylko od właściwości cementu i kruszywa ale w dużym stopniu od szczelności i wytrzymałości betonu, a ponadto w decydującym stopniu od warunków oddziaływania środowiska. Niszczące działanie szybciej przebiega w podwyższonej temperaturze i w wilgotnych warunkach, przy większym stężeniu czynnika wywołującego korozję, w ruchliwym środowisku i przy oddziaływaniu środowiska w podwyższonym ciśnieniu. Dla ułatwienia oceny odporności betonu na korozję chemiczną ustalono skład betonu „ modelowego”, jako granicznego nieodpornego.

Podwyższanie stopnia odporności wymaga udoskonalenia składu w stosunku do betonu modelowego przez:

• obniżenie wskaźnika W/C,

• stosowania składników, a zwłaszcza cementu odpornego na dane środowisko,

• podwyższenie wodoszczelności do stopnia ≥W-6.

Typy korozji i ich objawy

I typ korozji- składniki betonu są rozpuszczane i odprowadzane ( zachodzić może tylko w obecności przeciekającej wody ).

II typ korozji- składniki cementu reagują ze związkami chemicznymi środowiska agresywnego, a powstałe w ten sposób produkty pozostają w strukturze betonu jako wtrącenie bez właściwości wiążących i wytrzymałościowych.

III typ korozji- powstają małorozpuszczalne sole, które z kolei krystalizując zwiększają swoją objętość, wywołując destrukcję zaczynu cementowego (naprężenia wewnętrzne, skruszanie i rozmiękczanie ).

Praktycznie nie rozróżnia się typu I i II korozji, gdyż w efekcie końcowym prowadzą one do tego samego skutku, tj. obniżenia się wewnętrznej spoistości betonu. W przypadku gdy woda zawierająca składniki agresywne filtruje przez beton, korozja postępuje bardzo szybko i w miarę upływu czasu szybciej, gdyż wzrastająca porowatość betonu pozwala na szybszy przepływ wody.

Postać środowiska agresywnego

Konstrukcje z zastosowaniem betonu wykonuje się w środowisku agresywnym występującym w trzech postaciach: gazowej, ciekłej i stałej. Z reguły jednak do wywołania korozji betonu konieczna jest wilgoć. Korozję betonu najszybciej wywołują ciekłe środowiska agresywne.

Opis rodzajów agresywności

Agresywność siarczanowa

Agresywność siarczanowa wywołuje korozję typu III. Jest to najczęściej spotykany typ korozji i zarazem najbardziej niebezpieczny, z uwagi na niemożność obserwacji jego przebiegu w początkowej fazie. Ze środowiska agresywnego zawierającego siarczany, jony przenikają do betonu i reagują: z wodorotlenkiem wapniowym, dając w wyniku gips, który po uwodnieniu wiąże z glinianem trójwapniowym tworząc etryngit: 3CaO•Al₂O₃•3CaSO₄•32H₂O

Skrócony zapis: C₆AS₃H₃₂

Gips oraz etryngit posiadają znacznie większą objętość odpowiednio 2 i 2,3 razy niż składniki wyjściowe. Początkowo powstające kryształy uszczelniają beton i podnoszą jego wytrzymałość na ściskanie. Po przekroczeniu granicy uszczelniania struktury prowadzą do jej rozsadzenia i zniszczenia. Ten typ korozji mogą powodować w zasadzie wszystkie sole mineralne, jeżeli warunki eksploatacji sprzyjają krystalizacji soli w porach betonu (np. podsiąkanie kapilarne zasolonej wody połączone z obsychaniem).

W poszczególnych przypadkach (mały ruch wody; szczelny beton) może nastąpić uszczelnienie powierzchni betonu w wyniku działania jonuSO₄²⁻ i podwyższenie trwałości elementu. W przypadku jednak stałego dopływu, proces niszczenia trwa aż do całkowitego rozkładu cementu, czyli praktycznie do rozsypania się betonu.

Agresywność magnezowa

Agresywność magnezowa stanowi typowy przykład korozji typu II. Korozja powodowana jest przez wymianę jonu wapniowego Ca²⁺ z cementu na jon magnezowy Mg²⁺. Prowadzi to do tworzenia się galaretowatej słabej masy Mg(OH)₂ w miejscu krystalicznego Ca(OH)₂. Ponadto jony magnezu mogą również rozłożyć fazę CSH. Obniża się przy tym także stabilność uwodnionych minerałów cementu, co w sumie prowadzi do obniżenia wytrzymałości. Miarą agresywności jest stężenie jonów Mg²⁺ w mg/l.

Agresywność amonowa

Agresywność amonowa wywołuje korozję typu I wskutek wymiany jonów Ca²⁺ na jony NH⁴⁺, którego sole są łatwo rozpuszczalne i łatwo ulegają wyługowaniu z betonu.

Agresywność węglanowa

Agresywność węglanowa wywołuje korozję typu I. Spowodowana jest obecnością w cieczy wolnego, nie zrównoważonego dwutlenku węgla, zwanego także agresywnym dwutlenkiem węgla. Miarą agresywności jest stężenie agresywnego CO₂ wyrażone w mg/l cieczy. Szkodliwe działanie polega na tworzeniu rozpuszczalnego kwaśnego węglanu wapniowego, a co zatem idzie, odbieraniu wapna ze strukturotwórczych minerałów zaczynu cementowego. Produkt ten może być wyługowany z betonu. Kwas węglowy tak skutecznie odbiera wapno także z minerałów niezhydratyzowanego cementu, że może to doprowadzić do całkowitego rozkładu i rozsypania się betonu.

Agresywność ługująca

Agresywność ługująca wywołuje I typ korozji i polega na rozpuszczaniu i odprowadzaniu (ługowaniu) wapna zawartego w betonie. Agresywność ługującą posiadają wody miękkie, tj. nie zawierające rozpuszczonych soli wapnia. Podkreślić jednak trzeba, że nawet całkiem miękka woda nie prowadzi do korozji, jeśli nie przepływa ona przez beton lub go intensywnie nie omywa.

Agresywność kwasowa

Agresywność kwasowa powoduje korozję typu I. W stosunku do korozji ługującej jest ona bardziej niebezpieczna i szybsza w działaniu. Agresywność tę posiadają ciecze o odczynie kwaśnym. Miarą agresywności kwasowej jest stężenie jonów wodorowych wyrażone w stopniach pH. W zasadzie wszystkie ciecze kwaśne (pH<7) są agresywne w stosunku do cementu portlandzkiego.

Można wyróżnić jeszcze korozję wywołaną silnie stężonymi tłuszczami bądź olejami roślinnymi i zwierzęcymi o temperaturze powyżej 80°C. Występuje ona głównie w przemyśle przetwórczym. Skutki odpowiadają korozji typu II.

Klasyfikacja środowiska agresywnego

Ponieważ wpływ agresywnego oddziaływania zależy od wielu parametrów charakteryzujących środowisko, jego agresywność w stosunku do betonu określa się stopniami agresywności, l_a- słaby; m_a- średni; h_a- silny.

Klasyfikacja środowiska agresywnego

Ponieważ wpływ agresywnego oddziaływania zależy od wielu parametrów charakteryzujących środowisko, jego agresywność w stosunku do betonu określa się stopniami agresywności, l_a- słaby; m_a- średni; h_a- silny.

Dodać trzeba, że środowisko gazowe również w końcowym efekcie oddziałuje zwykle jako ciekłe. Stopnie agresywności ustala się wg skutków działania wymienionych środowisk na beton modelowy. W przypadku betonów narażonych na oddziaływanie ścieków przemysłowych, do najczęstszych mediów wywołujących korozje betonu należą:

• siarkowodór ( typ korozji II),

• cukier, którego roztwory reagują z wapnem zmniejszając szczelność betonu ( typ korozji II),

• kwasy organiczne, ( korozja kwasowa- typ I),

• tłuszcze i oleje organiczne, ( korozja zasadowa- typ I).

Podziałowi środowiska na trzy stopnie agresywności ( l_a, m_a, h_a ) przyporządkowano trzy stopnie odporności betonu OK1, OK2 i OK3, które uzyskuje się na drodze:

OK1- ochrony materiałowo-strukturalnej,

OK2- jak OK1 plus ograniczenie siły oddziaływania środowiska,

OK3- Jak OK1 plus całkowita odcięcie dostępu środowiska ( najczęściej przez nałożenie na beton powłoki ochronnej ).

---