W badaniach korozyjnych niezbędna jest wiedza z zakresu chemii, a w szczególności elektrochemii oraz umiejętność przełożenia pozyskanych z badań informacji na starzeniowe charakterystyki korozyjne wprowadzane do modeli obliczeniowych konstrukcji.
Degradacja korozyjna żelbetu jest jedną z wielu pośrednich, a także bezpośrednich przyczyn awarii i katastrof obiektów budowlanych (fot. 1–3). Badania diagnostyczne konstrukcji, w tym diagnostyka korozyjna [1], odgrywają zatem kluczową rolę w zapewnieniu bezpieczeństwa użytkowania budowli. Jednak stosowane w badaniach korozyjnych zaawansowane metody elektrochemiczne stwarzają wysokie ryzyko technicznych błędów pomiarowych oraz potencjalnych pomyłek w interpretacji wyników.
Fot. 1. Korozja może być przyczyną mniejszych uszkodzeń konstrukcji, może także powodować awarie, a nawet katastrofy obiektów budowlanych. Fot. autora
Celem artykułu jest przybliżenie i skrótowa charakterystyka aktualnie stosowanych w diagnostyce korozyjnej żelbetu metod badawczych. W pracy opisano najczęściej występujące źródła błędów pomiarowych i interpretacyjnych oraz przedstawiono sprawdzone w praktyce eksperckiej rozwiązania, które pozwalają na ich minimalizację.
>>> Konstrukcje żelbetowe – przykłady awarii
>>> Konstrukcje żelbetowe w obiektach rolniczych – trwałość i ochrona
Badania właściwości ochronnych betonu względem zbrojenia
Zasadniczym celem tych badań, zaliczanych do grupy badań materiałowych, jest identyfikacja przyczyn, czyli źródeł ewentualnej korozji zbrojenia w betonie.
Sposoby pobierania materiału z konstrukcji
W przypadku badań korozyjnych zaleca się warstwowe rozdrabnianie betonu przy użyciu dedykowanej ściernicy, co umożliwia uzyskanie reprezentacji konkretnych warstw otuliny o grubości zwykle od 2 do 5 mm. Innym podejściem jest wycinanie betonowych rdzeni z konstrukcji, a następnie cięcie ich na plastry o grubości od 10 do 20 mm lub rozdrabnianie rdzeni przy użyciu młynów kulowych. Istnieją również bardziej zgrubne metody pobierania rozdrobnionego betonu, jak użycie wiertarki z grubym wiertłem lub mechaniczne odkuwanie nieregularnych fragmentów betonu.
Fot. 2–3. Skutki degradacji korozyjnej konstrukcji żelbetowej. Fot. autora
Sposoby odwzorowywania cieczy porowej z betonu
Przygotowanie wyciągu wodnego z betonu w pierwszym etapie polega na jego rozdrobnieniu do ziaren o średnicy poniżej 0,2 mm. W drugim etapie przygotowuje się roztwór rozdrobnionego betonu z wodą destylowaną w proporcjach 1:1, który po 24 godzinach mieszania jest przesączany z wykorzystaniem podciśnienia. Uzyskany w ten sposób wyciąg wodny jest pierwszym przybliżeniem cieczy porowej betonu.
Metoda ekstrakcji próżniowej [2] polega na zatężeniu wyciągu wodnego z betonu. Proces ten realizowany jest w temperaturze 25–30°C, generując stan wrzenia wyciągu przy podciśnieniu na poziomie 4 kPa. Celem metody jest uzyskanie rzeczywistego stosunku fazy stałej (stwardniałego zaczynu cementowego) do fazy ciekłej (cieczy porowej) w betonie. Obliczając ten stosunek, określa się krotność zatężania wyciągu.
Metoda ekstrakcji ciśnieniowej [2] polega na wydobyciu fazy ciekłej (cieczy porowej) z betonu przez działanie wysokim ciśnieniem (ok. 450–550 MPa) na próbkę betonową. Istotną wadą tej metody jest niewielka ilość uzyskanej cieczy porowej, co utrudnia wykonanie analiz chemicznych, a także fakt, że ciecz ta jest uśrednieniem właściwości betonu z całej próbki.
>>> Usterki i błędy w procesie budowlanym
>>> Konstrukcja żelbetowa monolityczna – praktyczne porady
Zasady interpretacji wyników badań materiałowych
Niezależnie od sposobu odwzorowania cieczy porowej betonu w warunkach laboratoryjnych najczęściej oznacza się w tej cieczy zawartość chlorków oraz wartość pH. Wyniki oznaczeń prezentuje się w formie profili rozkładu wartości w kierunku grubości otuliny zbrojenia. Znając poziom krytyczny pH = 11,8 – poniżej którego następuje dekompozycja warstewki pasywnej na zbrojeniu, a także poziom krytyczny stężenia chlorków 0,4% – powyżej którego obserwuje się inicjację korozji na powierzchni stali w betonie, możliwe jest określenie zasięgu strefy betonu skażonego chlorkami lub betonu zobojętnionego. Na przykładowych wykresach punkty przecięcia profilu stężenia chlorków (rys. 1a) i rozkładu pH (rys. 1b) z podanymi wyżej poziomami granicznymi wskazują, że nie doszło jeszcze do inicjacji korozji na stali zbrojeniowej w betonie.
Rys. 1. Zasady analizy wyników badań cieczy porowej betonu przy uwzględnieniu poziomów krytycznych dla: a) stężenia chlorków, b) rozkładów pH. Rys. autora
Diagnostyka konstrukcji żelbetowych. W dalszej części artykułu:
BADANIA PRAWDOPODOBIEŃSTWA WYSTĄPIENIA KOROZJI
Badania potencjałowe
Badania rezystywnościowe
Kryteria oceny wyników badań prawdopodobieństwa korozji zbrojenia
ELEKTROCHEMICZNE BADANIA POLARYZACYJNE SZYBKOŚCI KOROZJI ZBROJENIA
Badania metodą oporu polaryzacji liniowej (LPR)
Badania metodą impulsu galwanostatycznego (GP)
Badania metodą elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej (EIS)
Wspólny układ pomiarowy i kryteria oceny wyników badań polaryzacyjnych
POTENCJALNE BŁĘDY W BADANIACH KOROZYJNYCH KONSTRUKCJI ŻELBETOWYCH
Ważniejsze błędy pomiarowe
Wybrane błędy interpretacyjne
DIAGNOSTYKA KOROZYJNA KONSTRUKCJI ŻELBETOWYCH – ZALECENIA PRAKTYCZNE
Cały artykuł dostępny jest w numerze 10/2023 miesięcznika „Inżynier Budownictwa”.
prof. dr hab. inż. Mariusz Jaśniok
Politechnika Śląska, Gliwice
Literatura
1. A. Zybura, M. Jaśniok, T. Jaśniok, Diagnostyka konstrukcji żelbetowych. Badania korozji zbrojenia i właściwości ochronnych betonu, t. 2, PWN,
Warszawa 2011.
2. G. Wieczorek, Korozja zbrojenia inicjowana przez chlorki i karbonatyzację otuliny, Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, Wrocław 2002, s. 377.
