Korozja betonu powstaje pod wp艂ywem czynnik贸w chemicznych, zwi膮zana jest z dzia艂aniem wody i r贸偶nych substancji agresywnych rozpuszczonych w wodzie .
W zale偶no艣ci od sk艂adu 艣rodowiska agresywnego rozr贸偶nia si臋 nast臋puj膮ce rodzaje korozji
-korozja 艂uguj膮ca , spowodowana dzia艂aniem w贸d mi臋kkich ,
-korozja og贸lno kwasowa zwi膮zana z aktywno艣ci膮 jon贸w wodorowych (pH) ,
-korozja kwasowo w臋glowa , zale偶na od zawarto艣ci agresywnego dwutlenku w臋gla ,
-korozja siarczanowa , zale偶na od zawarto艣ci jon贸w siarczanowych ,
-korozja magnezowa , zale偶na od zawarto艣ci jon贸w magnezowych .
KOROZJA 艁UGUJ膭CA.
Niszczenie beton贸w w skutek dzia艂ania wody jest zazwyczaj zwi膮zane z jej przenikaniem przez konstrukcje betonowe. Woda przes膮cza si臋 nie tylko przez mas臋 betonow膮, lecz r贸wnie偶 przez rysy, szczeliny i wzd艂u偶 pr臋t贸w zbrojenia. Szczeliny powietrzno-wodne w betonie powstaj膮 wskutek parowania wody, kt贸ra nie zosta艂a chemicznie zwi膮zana z cementem. Im wi臋kszy jest stosunek masy wody do masy cementu (W/C)tym por贸w jest wi臋cej. Beton o normalnej szczelno艣ci posiada wska藕nik W/C=0,56-0,60; o podwy偶szonej szczelno艣ci wska藕nik W/C=0,46; a o bardzo wysokiej szczelno艣ci W/C=0,45. Szczeg贸lnie wra偶liwym miejscem na powstawanie por贸w s膮 szwy robocze, wynikaj膮ce z przerw w betonowaniu i szczeliny wzd艂u偶 pr臋t贸w zbrojeniowych. Przes膮czaj膮ca si臋 przez beton woda reaguje z jego sk艂adnikami i stopniowo wyp艂ukuje Ca(OH)2 pozostawiaj膮c 偶el krzemowy. Stwardnia艂y zaczyn cementowy sk艂ada si臋 z produkt贸w hydratacji minera艂贸w klinkierowych oraz cz臋艣ci nie uwodnionych sk艂adnik贸w cementu. Produkty hydratacji to uwodnione krzemiany i gliniany wapnia, 偶elazian wapnia, siarczanoglinian wapnia oraz krystaliczny Ca(OH)2. Ponadto w porach betonu znajduje si臋 nasycony roztw贸r Ca(OH)2. Najbardziej podatny na korozj臋 jest wodorotlenek wapnia i ten sk艂adnik posiada najwi臋ksze znaczenie dla zachowania trwa艂o艣ci betonu , gdy偶 pozosta艂e sk艂adniki stwardnia艂ego zaczynu cementowego mog膮 trwale egzystowa膰 tylko w 艣rodowisku zasadowym. Wodorotlenek wapnia powstaje w betonie w wyniku hydratacji alitu i belitu:
3 CaO * SiO2 + nH2O 2 CaO * SiO2 (n-1)H2O + Ca(OH)2
2 CaO * SiO2 + nH2O CaO * SiO2 (n-1) H2O + Ca(OH)2
Wodorotlenek wapnia jest najbardziej wra偶liwy na rozpuszczanie sk艂adnikiem stwardnia艂ego zaczynu cementowego (rozpuszczalno艣膰 rz臋du 1200-1700mg /l). Do p贸ki Ca(OH)2 znajduje si臋 w porach betonu i utrzymuje odczyn silnie zasadowy (pH>12) uk艂ad jest w stanie r贸wnowagi i zachowuje trwa艂o艣膰. Rozpuszczanie i wyp艂ukanie Ca(OH)2 z zaczynu narusza istniej膮cy stan r贸wnowagi. Nast臋puj膮ce obni偶enie zasadowo艣ci fazy ciek艂ej do warto艣ci pH <12 i stabilne wcze艣niej minera艂y ulegaj膮 rozpuszczeniu :
2CaO * SiO2 * nH2O + 2 H2O SiO2 * nH2O + 2 Ca(OH)2
Analogicznie mo偶na rozpatrywa膰 trwa艂o艣膰 minera艂贸w powsta艂ych przez uwodnienie glinianu i 偶elazianu wapnia. Produktem ko艅cowym s膮 tutaj 偶ele wodorotlenku glinu i wodorotlenku 偶elaza (III). Wskutek obni偶enia st臋偶enia Ca(OH)2 pocz膮tkowo nast臋puje pe艂ny rozk艂ad krzemian贸w, nast臋pnie pe艂ny rozpad glinian贸w, a w rezultacie zniszczenie betonu. Obecno艣膰 soli nawet nie wchodz膮cych w reakcje ze sk艂adnikami betonu powoduje podwy偶szenie st臋偶enia jon贸w w roztworze i zwi臋ksza moc jonow膮 roztworu
I = 0,5 S c z2
c - st臋偶enie molowe jonu, z - 艂adunek jonu
Rozpuszczalno艣膰 soli trudno rozpuszczalnych ro艣nie wraz ze wzrostem mocy jonowej. Nast臋puje wi臋c wzrost wy艂ugowania Ca(OH)2 z betonu i obni偶enie jego wytrzyma艂o艣ci. Natomiast obecno艣膰 w臋glan贸w i wodorow臋glan贸w wapnia obni偶a koroduj膮ce dzia艂anie wody .Im wy偶sza jest twardo艣膰 przemijaj膮ca wody, tym mniejsz膮 wywo艂a ona korozj臋. Rozpuszczalno艣膰 Ca(OH)2 zgodnie z iloczynem rozpuszczalno艣ci
L = [ Ca2+] * [OH-]2 maleje ze zwi臋kszeniem st臋偶enia jon贸w Ca2+ pochodz膮cych z dysocjacji CaCO3 i Ca(HCO3)2.
KOROZJA KWASOW臉GLOWA.
Dzia艂anie agresywnego CO2 polega na tym, 偶e cz臋艣膰 jego w wodach naturalnych znajduje si臋 przewa偶nie w r贸wnowadze chemicznej z Ca(HCO3)2 , co powoduje specyfik臋 proces贸w korozji w臋glanowej lub kwasow臋glowej. Procesy chemiczne korozji w臋glanowej przedstawi膰 mo偶na nast臋puj膮cymi r贸wnaniami :
CaCO3 + CO2 + H2O Ca(HCO3)2
CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O
Ca (OH)2 + 2CO2 Ca(HCO3)2
n CO2 + n CaO *SiO2 aq= n CaCO3 +SiO2 aq
m CO2 + m CaO * Al2O3 aq = m CaCO3 + 2 Al (OH)3 + p H2O
Przy niewielkich dla w贸d naturalnych st臋偶eniach kwasu H2CO3 (jon贸w H ), ilo艣ci Ca(OH)2 rozpuszczone chemicznie s膮 znikome w por贸wnaniu z ilo艣ciami Ca(OH)2 wy艂ugowanego fizycznie. Kind podaje przyk艂adowo, 偶e 1 litr wody zawieraj膮cej 44 mg agresywnego CO2 filtruj膮cej przez beton rozpu艣ci oko艂o 1700 mg Ca(OH)2 w spos贸b czysto fizyczny i oko艂o 25 mg w spos贸b chemiczny. W tych warunkach rola kwasu H2CO3 sprowadza si臋 g艂贸wnie do rozpuszczenia i rozdrabniania znajduj膮cej si臋 na powierzchni betonu zawartej, skarbonizowanej warstwy lub do uniemo偶liwienia jej tworzeni si臋, co zwi臋ksza przesi膮kliwo艣膰 betonu i powoduje fizyczne wyp艂ukiwanie z niego wodorotlenku wapnia.
KOROZJA OG脫LNOKWASOWA.
Korozja wywo艂ana wodami o cechach agresywno艣ci kwasowej, polega na rozpuszczeniu Ca(OH)2 ze stwardnia艂ego zaczynu cementowego w betonie, a nast臋pnie na rozk艂adzie uwodnionych krzemian贸w i glinian贸w wapnia.
Korozja pod dzia艂aniem w贸d kwa艣nych jest analogiczna do korozji 艂uguj膮cej wywo艂anej fizycznym wyp艂ukiwaniem Ca(OH)2. R贸偶nica polega na tym, 偶e w wypadku korozji 艂uguj膮cej obni偶enie zasadowo艣ci odbywa si臋 przy pomocy proces贸w fizycznych (wyp艂ukiwanie Ca (OH)2 ), natomiast w przypadku korozji kwasowej, na drodze reakcji chemicznych Ca(OH)2 z kwasami. Przy niewielkich st臋偶eniach kwasu (jon贸w H+ ), co jest charakterystyczne dla w贸d naturalnych posiadaj膮cych pH 6-8 ilo艣ci Ca(OH)2 zneutralizowane kwasem s膮 nieznaczne w por贸wnaniu z ilo艣ciami Ca (OH)2 wy艂ugowanymi fizycznie z betonu. Kind podaje, 偶e korozja kwasowa zaczyna konkurowa膰 z korozj膮 fizycznego 艂ugowania dopiero przy pH<4. Korozja betonu pod dzia艂aniem dowolnego kwasu HR, mo偶e by膰 przedstawiona nast臋puj膮cymi r贸wnaniami:
HR H+ + R-
n CaO * SiO2 aq + n H2O = SiO2 aq + n Ca (OH)2
p CaO * Al2O3 aq + q H2O = 2 Al(OH)3 + p Ca(OH)2
Ca(OH)2 Ca 2+ + 2 OH-
H + + OH - H2O
Ca2+ + 2 R - CaR2
3 H+ + Al(OH)3 Al3+ + 3 H2O
Al3+ + 3 R - AlO3
Lub w postaci molekularnej
Ca(OH)2 + 2 HR CaR2 + 2 H2O
Al. (OH)3 + 3 HR AlR3 + 3H2O
Ostatecznymi produktami dzia艂ania kwas贸w na stwardnia艂y zaczyn b臋d膮 偶el kwasu krzemowego oraz sole wapnia i glinu danego kwasu. Rodzaj powstaj膮cych soli ma obok st臋偶enia jon贸w wodorowych istotny wp艂yw na szybko艣膰 niszczenia betonu. Je偶eli sole powstaj膮ce s膮 艂atwo rozpuszczane (CaCl2, Ca(NO3)2 , Ca(HCO3)2 , AlCl3 , Al(NO3)3) to s膮 one unoszone z betonu przez wod臋. Proces ten przyczynia si臋 do zwi臋kszenia porowato艣ci betonu, a tym samym do przyspieszenia proces贸w korozyjnych. Je偶eli produkty reakcji s膮 trudno rozpuszczane (CaC2O4,Al2(C2O4)3,Ca3(PO4)2,AlPO4) to okluduj膮c w porach mog膮 one tworzy膰 warstewki ochronne utrudniaj膮c kontakt roztworu agresywnego ze sk艂adnikami spoiwa, a wi臋c hamuj膮ce post臋p korozji.
KOROZJA SIARCZANOWA.
W wyniku oddzia艂ywania siarczan贸w na stwardnia艂y beton powstaje gips i s贸l Candlota
Ca 2+ + SO 2-4 CaSO4 H2O CaSO4 * 2 H2O (gips)
3 CaO * Al2O3 + 3CaSO4 + 31H2O 3CaO * Al2O3* 3Ca SO4 * 31 H2O (s贸l Candlota)
Powstaj膮ce zwi膮zki maj膮 wi臋ksz膮 obi臋to艣膰, wywo艂uj膮 znaczne napr臋偶enia w porach, co powoduje rozsadzenie stwardnia艂ego betonu ( tworz膮 si臋 p臋kni臋cia i rysy). Dzia艂anie jon贸w SO4 jest najszkodliwsze wtedy kiedy wyst臋puj膮 one w po艂膮czeni z kationami Mg, Zn, Al, Cu, Fe, czyli w postaci soli s艂abych. W wyniku hydrolizy soli np. Fe2(SO4)3 nast臋puje zwi臋kszenie kwasowo艣ci roztworu:
Fe 3+ + 3HOH Fe (OH)3 +3H+
Nast臋puje wtedy dodatkowe dzia艂anie korozyjne podobne do korozji kwasowej.
KOROZJA MAGNEZOWA.
Zawarto艣膰 soli magnezu w wodzie (np. morskiej) powoduje tzw. korozj臋 magnezow膮 wg. reakcji:
MgSo4 + Ca(OH)2 = Ca SO4 + Mg(OH)2
MgCl2 + Ca (OH)2 = CaCl2 + Mg(OH)2
Powstaj膮ce sole wapnia np. CaCl2 i inne mog膮 by膰 nast臋pnie wymywane przez wod臋, inne sole jak np. CaSO4 mog膮 tworzy膰 gips i s贸l Candlota.
Wodorotlenek magnezu wyst臋puje w postaci koloidu (偶elu) nie posiadaj膮cego w艂asno艣ci wi膮偶膮cych, nast臋puje wi臋c os艂abienie wytrzyma艂o艣ci betonu. Wskutek zmiany wodorotlenku wapnia na nierozpuszczalny wodorotlenek magnezu, zasadowo艣膰 roztworu w porach betonu zmniejsza si臋, co wp艂ywa na rozpad krzemian贸w i glinian贸w wapnia.