BETON

Porowatość

Pory otwarte to przede wszystkim kapilary występujące pomiędzy produktami krystalicznymi, jak również powstałe w wyniku usuwania wody z zaczynu. Pory zamknięte to głównie pory występujące w produktach żelowych.

Na kształt i objętość porów wpływa wiele czynników. Należą do nich: wielkość współczynnika wodno-cementowego, skład cementu portlandzkiego, a także rodzaj i ilość dodatków mineralnych oraz domieszek chemicznych. Istotnym parametrem jest również czas dojrzewania, który powoduje zmniejszenie porowatości całkowitej. Dodatki mineralne wprowadzane do klinkieru portlandzkiego wpływają przede wszystkim na zmniejszenie ilości porów otwartych i na zwiększenie porów zamkniętych.

Destrukcja mrozowa

Woda nie zamarza w porach żelowych, gdyż są one zbyt małe, aby mogły powstać trwałe zarodki lodu. Ważną rolę odgrywa przepuszczalność betonu. Woda dostaje się do niego w wyniku podciągania kapilarnego lub łatwiej, gdy beton znajduje się pod jednostronnym parciem wody pod ciśnieniem. Czynnikiem destrukcyjnym jest wzrost objętości wody nasycającej beton o 9% przy jej przejściu w lód, co powoduje ciśnienie krystalizacji powodujące rozsadzenie porów.

Bardzo istotny wpływ na zniszczenie betonu ma jego wiek w chwili pierwszego zamrożenia. Beton któremu pozwolono wyschnąć, przy ponownym nawilżeniu absorbuje znacznie mniej wody, niż ilość, którą wcześniej utracił.

Korozja ługowania

Agresywność ługująca występuje w środowisku wód miękkich i polega na rozpuszczaniu i wymywaniu wodorotlenku wapnia, a w mniejszym stopniu innych składników zaczynu cementowego. O stopniu agresywności środowiska decyduje twardość wody- im jest ona mniejsza, tym woda jest bardziej agresywna. Agresywność ługująca występuje zwłaszcza w przypadku czystych wód naturalnych 9opadowych, źródlanych, górskich, przemysłowych wód kondensacyjnych). Korozja ługująca występuje często w budownictwie hydrotechnicznym, przede wszystkim w przypadku jednostronnego parcia wody na beton o zaniżonej szczelności. Agresywności ługującej często towarzyszy agresywność kwasowa lub węglanowa.

Karbonatyzacja betonu

Działanie CO₂ na beton występuje nawet przy niskich stężeniach w powietrzu. Szybkość karbonatyzacji jest proporcjonalna do stężenia CO₂, zwłaszcza w betonach o wysokim w/c, gdyż transport CO₂ następuje poprzez system porów w stwardniałym zaczynie cementowym.

Spośród hydratów w zaczynie najłatwiej reaguje Ca(OH)₂, tworząc CaCO₃, ale działaniu di tlenku węgla ulegają także inne hydraty.

Jednym ze skutków karbonatyzacji jest skurcz, któremu ulega powierzchniowa strefa betonu. Kolejność wysychania i karbonatyzacji ma duży wpływ na całkowitą wartość skurczu. Jednoczesne suszenie i karbonatyzacja dają całkowity skurcz mniejszy, niż gdy procesy te następują po sobie. Karbonatyzacja prowadzi do zmiana fizykomechanicznych i fizykochemicznych betonu.

Węglan wapnia lokuje się w porach o promieniu 10^-9 do 10^-4m, w związku z czym ilość tych porów po karbonatyzacji zmniejsza się dwukrotnie. Zwiększeniu zatem ulega szczelność betonu. Zwiększa się gęstość pozorna oraz wytrzymałość. Wilgotność sorpcyjna maleje od 2 do 4 razy. Wzrasta rezystywność betonu od 2 do 4 razy, co wpływa na hamowanie procesu korozji zbrojenia.

Podstawowym czynnikiem, od którego zależy karbonatyzacja, jest układ porów w stwardniałym zaczynie cementowym. Szybkość karbonatyzacji jest większa im niższa jest wytrzymałość betonu. Obecność popiołu lotnego przyśpiesza proces karbonatyzacji. Występuje jednak także inny efekt , a mianowicie powstanie bardziej zwartej mikrostruktury stwardniałego zaczynu, co powoduje zmniejszenie dyfuzyjności i ograniczenie szybkości karbonatyzacji.

Korozja kwasowa

Wszystkie środowiska o odczynie kwasowym wywierają wpływ na stwardniały zaczyn cementowy będący materiałem o charakterze zasadowym, a więc łatwo reagującym z kwasami.

#Kwasy nieorganiczne silnie zdysocjowane, jak kwas chlorowodorowy, azotowy(V), siarkowy(VI), reagują praktycznie ze wszystkimi składnikami cementu, tworząc sole wapnia, glinu i żelaza oraz żel krzemionkowy. Przy wyższym stężeniu powodują one całkowity rozpad betonu.

#Słabe kwasy nieorganiczne, np. kwas węglowy, reagują tylko z wodorotlenkiem wapnia. Działanie kwasów organicznych na beton jest podobne jak nieorganicznych i polega na reagowaniu z wodorotlenkiem wapnia, częściowo ze związkami glinu.

Kwas fluorokrzemowy, fosforowy, szczawiowy lub winowy wywierają dodatni wpływ na beton, a ze względu na tworzenie trudno rozpuszczalnych soli wapnia działają uszczelniająco na beton.

Agresywność kwasowa spowodowana jest wymianą jonów. Może on wynikać nie tylko z działania wolnych kwasów, lecz również z obecności soli kwaśnych, a więc soli silnych kwasów i słabych zasad, np. niektórych soli amonowych.

Najczęściej spotykanym rodzajem korozji kwasowej jest tzw. korozja węglowa. Jest ona spowodowana działaniem agresywnego CO₂ zawartego w wodzie. Przebieg korozji:

Ca(OH)₂+ CO₂→CaCO₃+H₂O

CaCO₃+ CO₂+H₂O→Ca(HCO₃)₂

B

Korozja amonowa

Polega na destrukcyjnym działaniu soli amonowych na kamień cementowy. W wodorotlenek wapnia, który tworzy zwykle łatwo rozpuszczalną, a w każdym razie niestrukturotwórczą, sól anionu towarzyszącego danej soli amonowej.

Korozja siarczanowa

Rozpuszczone w wodzie siarczany reagują ze składnikami zaczynu i w zależności od warunków (rodzaj kationu, możliwość krystalizacji produktów korozji, temperatury) wywołują ekspansję i zniszczenie betonu. Z zestawu reakcji towarzyszących korozji siarczanowej wybrano najbardziej typowe: Ca(OH)₂+SO₄^2-+2H₂O→CaSO₄^.2H₂O+2OH^-

Korozja chlorkowa

Badania korozji zaczynów cementowych w roztworach chlorków o dużym stężeniu wykazały, iż proces korozji zaczynu rozpoczyna się od skurczu, który jest wynikiem zagęszczenia żelu CSH pod wpływem ciśnienia somatycznego, co powoduje powstanie mikrospękań będących drogami szybkiej dyfuzji chlorków do wnętrza zaczynu. Chlor występuje w spoiwie w trzech fazach: ekspansywnym zasadowym chlorku wapnia (Ca(OH)₂^.CaCl₂^.H₂O), soli Friedela (C₃A^.CaCl₂^.10H₂O) oraz ettringicie (C₃A^.(2 CaCl₂^.CaSO₄)^.32H₂O).

Ryzyko korozji chlorkowej zwiększa agresja siarczanowa i karbonatyzacja stwardniałego betonu.

Korozja w warunkach działania wody morskiej

Beton pozostający w kontakcie z wodą morska podlega rozmaitym działaniom chemicznym i fizycznym. Nalezą do nich: agresja chemiczna, korozja stali zbrojeniowej w wyniku działania chlorków, destrukcja mrozowa, erozja solna i ścieranie zawiesiną piasku w wodzie. Agresja chemiczna związana jest z obecnością soli, zwłaszcza chlorków i siarczanów. Obecność znacznej ilości siarczanów nie wywołuje ekspansji betonu, ponieważ zarówno gips, jak i ettringit są w obecności chlorków rozpuszczalne i mogą ulegać wypłukiwaniu przez wodę morska. Wynika stąd, że stosowanie cementu siarczanoodpornego nie jest konieczne, a zalecane jest ograniczenie zawartości C₃A do 8%.

Ochrona strukturalna betonu w warunkach działania wody morskiej polega na ograniczeniu jego przepuszczalności. Można to uzyskać zapewniając niskie w/c, dobre zagęszczenie betonu, zapobieganie zarysowaniu w wyniku skurczu, efektów termicznych lub naprężeń użytkowych.

METALE

Korozja chemiczna metali

Korozja chemiczna metali i stopów to taki rodzaj korozji, w którym nie zachodzą procesy elektrochemiczne. Polega ona na bezpośrednim działaniu czynnika korozyjnego (utleniacza) na metal lub stop metali. Czynnikiem wywołującym korozję może być suchy gaz lub ciecz nie będąca elektrolitem. Podczas reakcji korozyjnej przez metal nie przepływa prąd elektryczny. Produkty utleniania metalu i redukcji utleniacza osadzają się w miejscu działania czynnika agresywnego na powierzchni metalu, a wymiana elektronów między metalem i utleniaczem przebiega w środowisku niewykazującym przewodnictwa jonowego.

Najczęściej korozję chemiczną wywołuje oddziaływanie tlenu i tlenków silnych utleniaczy(np. azotu) oraz kwasów i niektórych wodorotlenków.

Chemiczna korozja utleniania i rozpuszczania metali:

4Fe+3O₂→2Fe₂O₃

2Fe+O₂→2FeO

2FeO+$\ \frac{1}{2}$O₂→Fe₂O₃

Fe+2HCl→FeCl₂+H₂↑

Al+3NaOH+3H₂O→FNa₃[Al.(OH)₆+$\ \frac{3}{2}$H₂↑

Innymi czynnikami powodującymi korozję chemiczną są: siarka gazowa, di tlenek siarki, chlorowodór, chlorowce, fluorowce czy ciecze organiczne. Przykładem jest czernienie przedmiotów srebrnych w powietrzu.

Utlenianie metali

Korozja utleniania następuje w wyniku reakcji metali z aktywnymi gazami, najczęściej tlenem, ale też fluorowcami, chlorowodorem, tlenkami azotu. Czynnikiem przyspieszającym jest podwyższona temperatura.

Typowym przykładem tego rodzaju korozji jest zendrowanie żelaza, czyli powlekanie stali warstwą tlenków Fe₃O₄,będące wynikiem reakcji zachodzącej przy podgrzewaniu metalu między jonami Fe³⁺ i Fe²⁺ a tlenem oraz innych czynnikami utleniającymi.

Pasywacja metali

W wyniku oddziaływania środowiska utleniającego na powierzchni metalu może wytworzyć się zwarta, szczelnie przylegająca warstwa produktów korozji. Jej istnienie skutkuje tzw. pasywnością metalu. Jest to stan wyższej odporności na działanie środowiska w określonych warunkach, niż to wynika z wartości potencjału normalnego w szeregu napięciowym metali.

Przykładem jest glin, którego powierzchnia w środowisku silnego utleniacza pokrywa się pierwotną warstwą tlenku Al₂O₃ (a w środowisku obojętnym trudno rozpuszczalną warstwą AlOOH) tak zwartą i całkowicie trwałą, że całkowicie zabezpiecza przed dalszą korozją znajdujący się pod nią metal.

Rozpuszczanie metali

Korozja rozpuszczania następuje w wyniku reakcji metali z kwasami nieutleniającymi lub zasadami prowadzącej do powstania na powierzchni metalu warstwy soli i wydzielenie pewnej ilości wodoru.

M

Korozja elektrochemiczna

Jest to najbardziej rozpowszechniony sposób niszczenia stali. Mianem tym określa się proces, w którym zachodzi przynajmniej jedna reakcja anodowa i jedna reakcja katodowa. Reakcje najczęściej są wynikiem działania krótkozwartych mikro i makroogniw korozyjnych, powstających w środowisku elektrolitu na styku metali, ich związków lub stopów o różnych potencjałach względem elektrody odniesienia (szereg napięciowy metali) lub na powierzchni jednego metalu w przypadku miejscowych różnic w stężeniu elektrolitu czy różnicy w napowietrzeniu.

Przykłady ogniw korozji elektrochemicznej metali

Bimetaliczne ogniwa galwaniczne są wyjątkowym przypadkiem korozji elektrochemicznej. Opisują zjawiska korozyjne obserwowane na styku dwóch metali lub stopów o różnych potencjałach elektrochemicznych, przy czy różnica potencjałów mniejsza niż 0.050V nie ma praktycznie znaczenia

Skutki procesów korozyjnych

-niszczenie metalu

-zanieczyszczenie środowiska

Korozja ogólna zachodzi na całej powierzchni metalu eksponowanego w środowisku korozyjnym. Ten rodzaj korozji może dotyczyć równomiernie całej powierzchni elementu-korozja równomierna, lub znacznych, niepołączonych ze sobą obszarów- korozja nierównoramienna.

Korozja lokalna występuje wybiórczo w wyróżnionych miejscach powierzchni metalu poddanego działaniu środowiska agresywnego. W środowisku wodnym na ogół zachodzi nierównomiernie, co jest wynikiem wyraźnie oddzielonych od siebie obszarów anodowych i katodowych. Powierzchnia anody jest dużo mniejsza od powierzchni katody, a obszary ogniw można odróżnić gołym okiem. Ten typ korozji spotykamy często w silnie zanieczyszczonym powietrzu w dużych miastach.

Ochrona przed korozją

-dobór odpowiedniego stopu lub metalu

-osłabienie agresywności środowiska korozyjnego

-stosowanie elektrochemicznej ochrony katodowej i anodowej

-stosowanie powłok ochronnych

Ochrona anodowa oznacza, że metal poddany ochronie- w korozyjnym ogniwie galwanicznym- spełni rolę anody, na której zachodzą reakcje utleniania. Potencjał elektrodowy chronionego metalu przesuwa się w kierunku wartości bardziej dodatnich. Ochrona anodowa najczęściej stosowana jest w przypadku metali, na powierzchni których tworzą się warstwy pasywne.

Ochrona katodowa oznacza, że w korozyjnym ogniwie galwanicznym metal poddany ochronie spełnia rolę katody, na której zachodzą reakcje redukcji, zaś reakcje utleniania są ograniczone. Potencjał elektrodowy chronionego metalu przesuwa się w kierunku wartości mniej dodatnich.

Ochronne powłoki niemetaliczne

-organiczne

-nieorganiczne

Niemetaliczne, nieorganiczne powłoki ochronne powstają na powierzchni metalu w wyniku prowadzonych zabiegów chemicznych dążących do wytworzenia ochronnych związków chemicznych

-emalie szkliste, które wyróżniają się dobrą odpornością na działanie alkaliów, kwasów, rozpuszczalników organicznych, podwyższonej temperatury. Ich wadą jest znaczna kruchość

-powłoki tlenkowe(pasywacja)

-powłoki fosforanowe

-powłoki chromianowe

-powłoki cementowe

Niemetaliczne ,organiczne powłoki:

-farby, lakiery, tworzywa polimerowe, smoła i smary

Ochronne powłoki metaliczne

Powłoki metalizacyjne można uzyskać w następujący sposób:

-pokrywanie ogniowe- powłoki o znacznej grubości

-procesy elektrolityczne

-metalizacja natryskowa

-platerowanie (walcowanie na gorąco)

Ochronne powłoki metaliczne podział:

-powłoki katodowe

-powłoki anodowe