Atmosférická koroze betonu

Článek podrobně popisuje problematiku atmosférické koroze betonu, zabývá se složením betonu, vlivem prostředí a chemickými procesy, které vedou k jeho degradaci.

Základní složení a vlastnosti betonu

Beton je kompozitní materiál připravený smísením cementu, kameniva a vody. Pevná struktura betonu se vytváří spojením produktů hydratace cementu se zrny kameniva, resp. s vlákny. Hydratovaný cement ve ztvrdlém betonu je složen z hydratovaných slínkových minerálů a hydroxidu vápenatého, který je velmi důležitou součástí betonu z hlediska vytvoření příznivého prostředí pro ochranu ocelové výztuže před korozí. Složky cementového tmelu jsou sloučeniny zásaditého charakteru, ty jsou náchylné k reakci s kyselinotvornými plyny a kyselinami. Kromě toho hydroxid vápenatý reaguje s řadou sloučenin, se kterými vytváří rozpustné nebo málo rozpustné vápenaté soli. Při hydrataci cementu vznikají hydratované křemičitany a hlinitany vápenaté (CSH a CAH), nedílnou složkou hydratovaného cementu je hydroxid vápenatý, Ca(OH)₂, který je příčinou vysoké zásaditosti cementového tmelu v betonu (pH ~ 12).

Použitím směsných cementů, nebo přídavek reaktivních příměsí do směsi pro výrobu betonu se obsah hydroxidu vápenatého, vzniklého při hydrataci cementu, snižuje. Z pohledu koroze betonu je nižší obsah hydroxidu výhodný, protože není k dispozici sloučenina, která je nejvíce napadána korozi způsobujícími látkami z okolního prostředí, beton je více chráněn před degradací, než v případě použití portlandského cementu. Snížení obsahu hydroxidu vápenatého je však negativní z pohledu koroze ocelové výztuže.

Vliv složení betonu na jeho odolnost

Na průběh reakcí, které mohou způsobit degradaci betonu, má vliv složení betonu, tj. množství cementu, poměr cementu ke kamenivu, granulometrická skladba kameniva, množství záměsové vody a porozita cementového tmelu v betonu. Základní druh cementu je portlandský, označovaný jako jednosložkový (CEM I), s obsahem slínku 95-100 %. Ostatní druhy cementů (CEM II až V) jsou od portlandského cementu odvozeny, obsahují 20-94 % slínku, zbytek jsou reaktivní nebo nereaktivní příměsi. V normě uvedené příměsi jsou vysokopecní struska, křemičitý úlet, pucolány, popílky, kalcinovaná břidlice a vápenec. Kamenivo se používá hutné těžené nebo drcené, pórovité, v poslední době se pozornost obrací k drcenému recyklovanému betonu.

Velmi důležitým faktorem v odolnosti betonu proti působení korozních látek je jeho pórová struktura, která se odvíjí od složení čerstvého betonu. Póry obsažené v cementovém tmelu ztvrdlého betonu umožňují transport korozních látek do jeho struktury. Množství a velikost pórů jsou závislé na množství záměsové vody, použité pro přípravu směsi. Teoretické množství vody, potřebné pro hydrataci příslušného množství cementu, lze přibližně vypočítat na základě jeho mineralogického složení. Obvyklá teoretická hodnota odpovídá vodnímu součiniteli 0,20 až 0,25.

Čtěte také: Atmosférická koroze betonu a její prevence

Chemické vlivy způsobující degradaci betonu

Chemické vlivy způsobující degradaci betonu lze rozdělit na působení agresivních plynů z atmosféry, pak se probíhající korozní děje zařazují do atmosférické koroze, a na vlivy způsobené kapalným agresivním prostředím probíhající u podzemních konstrukcí a u vodních staveb. Při některých reakcích může přechodně dojít ke zvýšení pevností a zpomalení transportu korozních látek do hmoty betonu vlivem zaplnění pórů reakčními produkty, ale posléze vlivem fyzikálně chemických dějů (např. rekrystalizací korozních produktů) dochází k porušení betonu a zrychlení transportu korozních látek do betonu.

Karbonatace betonu

Nejvíce prostudovaným typem atmosférické koroze je tzv. karbonatace, tj. reakce s oxidem uhličitým (CO₂) obsaženým v běžné atmosféře (uvádí se průměrná hodnota 0,038 obj. %). Karbonatace betonu probíhá v několika krocích. Vzniklý jemnozrnný produkt částečně zaplňuje póry, cementový tmel je hutnější, zlepší se i mechanické vlastnosti. Ve druhém stádiu reaguje CO₂ s hydratovanými slínkovými minerály, vznikají různé modifikace CaCO₃ (kalcit, vaterit, aragonit), ve velmi jemné formě zůstávají v pseudomorfózách po hydratačních produktech cementu.

Ve třetím stádiu dochází k rekrystalizaci již vzniklého CaCO₃ vlivem působení CO₂ a vlhkosti. Reakcí CO₂ s hydroxidem vápenatým se snižuje koncentrace OH⁻ iontů v cementovém tmelu, a tím je korozí ohrožena ocelová výztuž.

Koroze kapalným agresivním prostředím

Koroze kapalným agresivním prostředím se dělí do tří skupin:

1. Koroze I. druhu: vyluhování hydroxidu vápenatého z betonu. Rychlost vyluhování hydroxidu vápenatého (rozpustnost Ca(OH)₂ je 160 mg/100 g vody při 20 °C) závisí na propustnosti betonu pro vodu, u náporové vody navíc na jejím hydrostatickém tlaku. Vyloužením hydroxidu se sníží koncentrace hydroxidových iontů, tedy sníží se hodnota pH pórového roztoku. Při vyluhování jsou účinné vody s nízkým obsahem vápenatých a hořečnatých iontů. Jedná se o vody srážkové, říční a rybniční.
2. Koroze II. druhu: tvorba nerozpustných nebo rozpustných vápenatých sloučenin. Tyto sloučeniny vznikají reakcí kyselin, CO_2agr a některých solí s hydroxidem vápenatým. Vzniklé produkty nemají vazebné vlastnosti a obvykle nejsou expanzivní. Kyseliny, a také koncentrované alkalické hydroxidy, reagují s hydratovanými produkty slínkových minerálů, kdy výsledkem jsou více nebo méně rozpustné soli. Agresivita kyselin se posuzuje podle jejich síly (disociace ve vodném prostředí), jejich koncentrace, a také podle povahy reakčních produktů. Vznikají-li rozpustné sloučeniny, je umožněna reakce dalších podílů hydroxidu vápenatého s agresivními látkami. Ve vodě rozpuštěný oxid uhličitý se označuje za agresivní, CO_2agr.
3. Koroze III. druhu: reakce síranových iontů s cementovým tmelem v betonu. Tento typ koroze je spojen s tvorbou sloučenin s velkým molárním objemem. Současně dochází k úplnému rozkladu hydratovaných slínkových minerálů. Přítomná vlhkost způsobuje rekrystalizaci sádrovce a vznik větších krystalů, který tvoří dlouhé jehlicovité krystaly, mnohdy velmi masívní.

Biologické působení

Biologické působení, spojené s poškozením betonu, je spojeno se vznikem napětí v důsledku růstu kořenů rostlin, a dále s chemickým působením produktů metabolických procesů rostlin a živočichů. Významné místo v tomto směru zaujímá poškození kanalizačních stok a jejich příslušenství působením bakterií, oxidujících sirné a dusíkaté sloučeniny, které pocházejí z rozkladu látek bílkovinného charakteru.

Čtěte také: Provoz a údržba autodomíchávače betonu

Vliv teploty na degradaci betonu

Vliv teploty na degradaci betonu lze zaznamenat již od cca 100 °C, kdy se rozkládá ettringit a začínají se rozkládat hydratované křemičitany a později hlinitany vápenaté. Po zahřátí betonu na 1 000 °C je zbytková pevnost asi 10 %, vztaženo k 28denním pevnostem. Dochází až k úplné destrukci betonu, kdy se k porušení cementového tmelu přidá porušení méně stabilních druhů kameniva. Při nízkých teplotách beton nasycený vodou čelí krystalizačnímu tlaku ledu, který vznikne zmrznutím přítomné vody v pórech. Krystalizační tlak na stěny pórů v cementovém tmelu může být vyvolán krystalizací solí z roztoků. Nejčastějším případem porušení betonu vlivem krystalizace solí je použití rozmrazovacích prostředků, které obsahují převážně NaCl.

Normativní klasifikace korozního působení

Normy ČSN EN 206 a doplňující ČSN P 73 2404 se zabývají stupni vlivu prostředí na degradaci betonu. Vlivy jsou rozděleny do 6 kategorií (XC, XD, XS, XF a XA) v normě ČSN EN 206, norma ČSN P 73 2404 rozšiřuje stupně vlivu prostředí o kategorii, týkající se poškození vlivem mechanického působení (XM).

Chemické působení je definováno pro kapalné korozní prostředí, které představuje podzemní voda a vlhkost v rostlé zemině. Zkušební metoda předepisuje vyluhování SO₄²⁻ kyselinou solnou. V normě není specifikováno korozní působení srážkových a povrchových vod s nízkou přechodnou tvrdostí, které mohou způsobovat zejména korozi I. druhu, tj. vyluhování hydroxidu vápenatého z cementového tmelu.

Následující tabulka ukazuje mezní hodnoty koncentrací iontů, způsobujících korozi betonu a hodnota pH, odpovídající koncentraci H⁺ iontů, pro chemické působení kapalného korozního prostředí dle ČSN EN 206 a ČSN P 73 2404:

Závěr o korozi betonu

Koroze betonu je významnou oblastí, kterou nelze pominout při návrhu složení betonu pro výrobu betonových konstrukcí. Je nutno zohlednit prostředí, ve kterém bude probíhat životní cyklus konstrukce. Je nutno mít na paměti, že z hlediska ochrany ocelové výztuže před korozí hraje významnou roli hydroxid vápenatý, který vzniká při hydrataci cementu. Hydroxid vápenatý vytváří prostředí s vysokou koncentrací hydroxidových iontů, které stabilizují sloučeniny na povrchu ocelové výztuže a brání tak průběhu korozních procesů. Znamená to, že částečná náhrada portlandského slínku, resp. uvedený přehled chemických procesů, které probíhají při reakcích agresivních látek se složkami hydratovaného cementového tmelu a kameniva, naznačuje, jak velkou roli hraje prostředí při korozi betonu. Uvedené informace vysvětlují třídění korozního působení agresivních látek v normě ČSN EN 206 a měly by sloužit k lepšímu pochopení nutnosti zohlednit složení směsí pro výrobu betonu, ukládaného do popisovaných korozních prostředí.

Čtěte také: Zatravňovací dlažba pro zelené plochy

tags: #atmosfericka #koroze #betonu

Oblíbené příspěvky:

• Vše o tepelné izolaci
• Přečtěte si o hexagonální dlažbě Stargres Antracit
• Řešení pro stožáry a stojany
• Samonivelační stěrky: Průvodce výběrem
• Klíč k pevnosti a izolaci Ytongu