A korrózió által okozott károsodás mértékének növekedése új távlatokat nyitott meg a vasbeton szerkezetek tartósságának és stabilitásnak fejlesztését illetően, főként a nagymértékben agresszív környezet estén.
Különféle jelenségek járulnak hozzá a korrózió kialakulásához a betonban lévő acélbetétekben. Ebben a cikkben a korrózió leggyakoribb okaival foglalkozunk, különös figyelmet fordítva a karbonátosodásra és a kloridokra.
Lúgos jellege miatt a beton védelmező környezetet alkot az acél körül, viszont ez a környezet nem tart örökké. A vizsgálatok kimutatták, hogy a korrózió miatti károsodás akkor következik be, amikor kritikus mennyiségű agresszív anyagok hatolnak át a beton pórusai között, megtámadják és tönkreteszik az acél körül lévő passziváló védőréteget, és így kiteszik a betonacélt a korróziós folyamatnak.
A roncsoló anyagoknak két fő típusa van, amelyek ezt a jelenséget okozhatják:
Az ilyen jelenségek által okozott korrózió a betonacélon vas-oxidot képez (Fe2O3). Mivel a vas-oxid (rozsda) sokkal terjedelmesebb, mint a tömör acél (5-6-szor), akár kismértékű fém veszteség (pl. ~0,1 mm) a betonacél felületén már elegendő korróziót képes okozni ahhoz, hogy belső feszültség alakuljon ki, amely a beton repedését és sérülését idézi elő (1. ábra).
A kloridkorrózió helyi és sokkal nagyobb mértékű károsító hatással bír, és kétség kívül a legagresszívabb és legveszélyesebb típus a vasbetonelem szerkezeti stabilitásának szempontjából.
Az amerikai Közlekedési Minisztérium egyik ügynöksége, a Federal Highways Administration (Szövetségi Autópálya Igazgatóság).
egy jelentése szerint a katódos védelem (CP) bizonyul a leghatékonyabb technikának a kloridok által szennyezett vasbeton szerkezetek helyreállítására, valamint a korrózió megállítására, azok szintjétől függetlenül [1]. A katódos védelem alkalmazásával a korróziós feszültség egy immun területre kerül továbbításra, és a korróziós folyamat megszűnik. A katódos védelem alkalmazásához a betonnak csak a sérült részét kell eltávolítani, és nem mindig szükséges kivenni a szilárd, szennyezett részt. A katódos védelem vasbeton szerkezetre történő alkalmazása átalakítja a megerősítés körül lévő környezetet és számos további pozitív hatással bír. A katódos védelemmel ellátott beton belsejében az áramot az ionok szállítják, koncentrációjuk és mobilitásuk arányában. A pozitív ionok az árammal egy irányban mozognak, azaz az anódtól a katód felé, míg a negatív ionok az ellentétes irányban mozognak. Ezalatt a kloridok által szennyezett betonon átáramló áram arra készteti a kloridokat (Cl-), hogy a katód (-) körüli területről az anód (+) körüli terültre vándoroljanak. Ilyen esetekben a folyó áram határozza meg a betonacél felületén lévő klorid tartalom csökkenését, ezt nevezzük klórmentesítésnek (2a ábra).
A betonacélok felületén lévő oxigént és vizet is elnyeli és hidroxil ionokat alkot (2OH-) az alábbi egyenletnek megfelelően:
H2 +1/2 O2 + e 2OH
A hidroxil ionok visszaállítják a fém felületének lúgosságát kb. 12-es pH szintre, ezt nevezzük újralúgosító hatásnak (2b ábra), továbbá a megerősítés újrapassziválását idézik elő.
Az agresszív környezetben lévő új szerkezeteket CP-rendszerrel lehet ellátni, melyet az élettartamuk megkezdésekor kell alkalmazni. Az ilyen típusú védelmet nevezzük „katódos védelemnek”, és egyaránt lehet használni új vagy már meglévő szerkezeteken, amelyekben a korróziós folyamat még nem kezdődött el, de valószínűleg be fog következni a káros anyagok hónapok és évek során történő folyamatos behatolása miatt. Ilyen esetekben a katódos védelmet nagyon egyszerűen lehet alkalmazni folyamatos gyengeárammal, amely elegendő a szerkezet megóvásához és hosszú távú védelmet biztosít. Ez költséghatékony is, ha figyelembe vesszük, hogy alacsony áramszint is elegendő a már passzivált betonacélhoz.
Kétféle katódos védelem létezik: külső áramforrással működő (ICCP) vagy galvanikus védelem (SACP). A megfelelő tervezés, telepítés és üzembe helyezés esetén mindkét rendszer bizonyítottan képes megfékezni vagy csökkenteni a korróziót a szükséges védelmi szint biztosításával. A fő különbség a két rendszer között, hogy a külső áramforrással működő típushoz (ICCP) egy tápegység és egy villamos energiaforrás szükséges, hogy működtessük. Emellett a galvanikus rendszer (SACP) azon az elven alapul, hogy két különböző fémet kapcsolnak össze ugyanabban a környezetben, amely az akkumulátorhoz hasonlóan így villamos energiát termel.
Az SACP-rendszernek korlátjai is vannak. A fő üzemi korlát, hogy a galvanikus rendszereknek saját fix, természetes feszültsége van, és ennek eredményeként a nagymértékben megerősített elemekben lehet, hogy nem mindig elegendő a generált áram az acél polarizálásának biztosítására. Ilyen esetekben hatékony megoldás lehet a fogyó anódok számának növelése és alacsony ellenállóképességű habarcs használata. Az SACP-rendszerben az anódok élettartamát több tényező határozza meg és ezek idővel változhatnak is. Az anódot felemésztő anódos feszültség
és az idő múlásával a tömegveszteségben kifejezett korrózió mértékét Faraday első törvényének alkalmazásával kapjuk meg. A hatékonysági és használati tényezőket is tartalmazó anódos anyag tömegét ennek a törvénynek az alkalmazásával lehet kiszámolni az alábbi egyenlet szerint:
W = (ARC * CR * L) / (E * U)
Ahol:
Például, ha egy cink anódot veszünk figyelembe, amely állandó 1 mA feszültséget generál egy évig, az anódos anyag fogyasztási mértéke 12-14 g körül van.
A „Betonban lévő acél katódos védelme” c. szabványban foglaltak [4,5] figyelembe vételével egy szerkezetre alkalmazott CP-rendszer teljesítményének megállapítására a leginkább elfogadott kritérium a depolarizáció mérése az „Azonnali lekapcsolás” feszültségtől kezdve. Gyakorlati szempontból az anódokkal felszerelt betonacél feszültségét meg kell mérni (polarizáció), melyet követően az anódokat le kell csatlakoztatni a betonacélokról és a mérést meg kell ismételni.
Depolarizációs jelenség történik, amely az acélbetétek feszültségében növekedést idéz elő a pozitív értékek irányában (pl. polarizáció -450mV; depolarizáció -285mV). Az ISO 12696 szabvány szerint ennek a feszültségeltolódásnak legalább 100 mV-nak kell lennie maximum 24 órán belül, vagy legalább 150 mV-nak hosszabb időtartamon keresztül. Egy jellemző depolarizációs grafikon látható a 3. ábrán.A feszültség mérésére használt eszközök lehetnek manuális vagy hordozható berendezések, vagy olyanok, amelyek állandóra vannak felszerelve a szerkezetre. Az állandó, online monitoring rendszer használata jobb, mert így bármikor hozzá lehet férni az adatokhoz, és a problémákat is azonnal felismeri. A legfontosabb szerkezetek esetében az ellenőrzéseket általában egy meghatározott ütemezés szerint végzik, amely hónapoktól akár évekig is terjedhet, hacsak nincsenek olyan különleges feltételek, amelyek gyakoribb ellenőrzést igényelnek. Remélhető, hogy a nem túl távoli jövőben a nagy infrastruktúrákat ilyen típusú rendszerekkel szerelik fel annak érdekében, hogy a biztonsági problémákat kiküszöböljék, valamint hogy a szerkezetek romlásával összefüggő mechanizmusokat megfigyeljék, és jobban megértsék.
Eng. Hadi Beirami. Korróziótechnikai Mérnök, PhD, Beton szerkezetek korrózió és védelmi szakértője, Nace tag
HIVATKOZOTT IRODALOM
VASBETONBAN LÉVŐ BETONACÉL VÉDELME A KORRÓZIÓVAL SZEMBEN
A galvanikus katódos védelem két különböző feszültséggel rendelkező fém összekapcsolásának elvén alapul: szénacél, amelyet a betonacélhoz használnak és cink az anódokban. A két fém összekapcsolásával a beton vagy javítóhabarcs elektrolitként működik és folyamatosan áramot generál, amely megóvja az acélt a korrózióval szemben. A leginkább negatív potenciállal rendelkező fém oxidálja, ezáltal pedig megvédi a két fém közül a kevésbé negatívat, amely így passziválva lesz.
A cink tartalmú MAPESHIELD anódok idővel oxidálnak, és mártír fémmé válnak a betonban lévő betonacél javára, így késleltetve vagy megállítva a korróziós folyamatot és jelentősen növelve a szerkezet tartósságát. Szintén az anódokban lévő elektromos töltésnek köszönhető, hogy képesek vonzani a kloridokat és távol tartani azokat a betonacéltól, és így jótékony hatást fejtenek ki a korrózióval szemben.
A MAPESHIELD anódok hatását jellemző és növelő egyik aspektus az elektrolit típusa, amellyel bevonták azokat. Ez az anyag vezetőképes akril kötőanyagokból és egy PH szabályozóból készül, amely biztosítja, hogy a cink passziválása nem történik meg lúgos környezetben, mint a beton, amely így megakadályozná az anód megfelelő működését. Ez az elektrolit biztosítja az anódok állandó hatékonyságát, még nagyon kevés nedvességet tartalmazó környezetben is. A MAPESHIELD anódok legjobb pozícióját a betonacél sűrűségének megfelelően számítjuk ki, azaz a megvédendő acél felülete és a szennyezőanyaggal érintkező beton felülete közötti arány, de figyelembe kell venni a szerkezet geometriáját
1. KÉP Példa a MAPESHIELD I új szerkezetre való alkalmazására.
2. KÉP Példa a MAPESHIELD E helyreállított szerkezetre való alkalmazására.
3. KÉP Közeli felvétel arról, hogyan csatlakozik a MAPESHIELD I a betonacél rudakhoz egyszerűen a megfelelő helyre rögzítve egy darab vashuzallal.
4. KÉP Közeli felvétel arról, hogyan lehet a MAPESHIELD E terméket csatlakoztatni a betonacél rudakhoz az által, hogy egy menetes acélrudat hegesztünk a betonacélra.
és a roncsoló anyagoknak való kitettségét is.
A MAPESHIELD anódok számos előnnyel rendelkeznek, használhatók új (megelőzés) és régi (védelem) szerkezeteken, és elhelyezésük megválasztható és pontosan végezhető, azaz a szerkezet csak azon részeire kell felhelyezni, ahol a legnagyobb a korrózió veszélye. Mi több, nem igényelnek karbantartást a normál élettartamuk során, és egy egyszerű ellenőrző rendszer beszerelésével megfigyelhetők a működés során.
MAPESHIELD I ÉS MAPESHIELD E ANÓDOK
A MAPESHIELD I termék belső anódokból áll speciális cink maggal, amelyek azonos térfogaton növelik a védő felületet. Ez a tulajdonság, a bevonatként szolgáló speciális elektrolit anyaggal együtt hatékonnyá és tartóssá teszi a terméket. Négy különböző típusú belső galvanikus anód létezik, különböző méretekben és cink tömeggel, így védelmet biztosítanak a legtöbbféle vasbeton szerkezetnek. Az anódok a fém betonacélhoz vannak rögzítve, amelyek védelmet igényelnek a beton öntése előtt vagy a javítóhabarcs felvitele előtt.
A MAPESHIELD E termék öntapadó cink lemezekből áll, amelyeket közvetlenül a beton felületére kell felhelyezni. Ezt a típusú anódot egyszerűen és gyorsan lehet alkalmazni. A védőfóliát levéve a vezetőgélről, a lemezt a beton felületére kell nyomni. A lemezek ezután a már előzőleg a betonacélokra rögzített elektromos csatlakozásokkal kapcsolódnak a beton belsejében lévő betonacél betétekhez.
A MAPESHIELD anódok megfelelnek az ISO 12696 „Betonban lévő acél katódos védelme” c. szabványnak az acél megerősítés depolarizálásának elve szerint.
Maradjon kapcsolatban velünkIratkozzon fel hírlevelünkre, így nem marad le a Mapei friss híreiről
Hozzászólások
Load more comments