1 Trajnost MATERIJALA, STEPENI AGRESIVNE SREDINE

Транскрипт

1 ОСНОВНИ ОБЛИЦИ КОРОЗИЈЕ БЕТОНСКИХ КОНСТРУКЦИЈА СА МЕТОДАМА ЗАШТИТЕ Проф. др Драгица Јевтић 1

2 1. УВОД Уданашње време суочени смо са чињеницом да бетонске конструкције уопште, а посебно неке које се експлоатишу у извесним специфичним условима, пропадају много брже него што смо то очекивали. Изненађени смо различитим манифестацијама деградације конструкција које се испољавају свега неколико година након почетка њихове експлоатације, пошто смо још увек оптерећени схватањем да је бетон апсолутно трајан и неуништив материјал. Ово није ни чудо, јер су генерације градитеља до сада, како уоквиру школовања тако итоком професионалне активности, некритички прихватале никада довољно аргументовану тезу да је век трајања бетона "и преко сто година" и да он успрези са челиком, тј. у форми армиранобетонских и преднапрегнутих конструкција, представља за челик иизузетну заштиту од корозије. 2

3 Oвакве тврдње су често потпуно неумесно генералисане и исказиване без неопходне селективности усмислу рангирања објеката и конструкција по параметру услова експлоатације. На овај начин су под исти заједнички именитељ сврставане практично све конструкције и индустријски објекти, и мостови, и зграде и остали често врло различити грађевински објекти. 3

4 Последњих година смо сведоци да су многи од објеката, чијем је пројектовању и грађењу приступљено са позиције бетона као a priori трајног материјала, утаквом стању да се већ у првој деценији свога живота морају санирати. Као карактеристичан пример који може да поткрепи ову тврдњу представља неколицина наших мостова од армираног ипреднапрегнутог бетона који су или већ санирани, или се налазе непосредно на почетку санационих радова, пошто је уочено да су они неочекивано брзо захваћени процесом корозије и да конструкцијама из овог разлога прети колапс. 4

5 Разлози за ово су, врло комплексни, али је потпуно евидентно да је до уочених појава на овим мостовима, а то свакако важи и за конструкције других врста, дошло стога што је конкретна конструкција била непримерена датој средини. До овога је дошло из разлога агресивног деловања средине, која је условила како корозију бетона тако и корозију челика у бетону. Ово је свакако наступило и као последица претераног поверења утрајност изаштитну улогу бетона у конструкцијама, тако да нису предузете све потребне мере за обезбеђење његове унутрашње и спољашње заштите од агресивног деловања конкретне средине. Аове мересу неоспорно изводљиве итребало их је предвиђати и спроводити како уфази пројектовања иизвођења, тако и током експлоатације, када је од битне важности да се посебна пажња усмери на правилно одржавање објеката. 5

6 Како је бетон данас неоспорно најшире примењиван грађевински материјал, од њега се сасвим логично очекује да представља адекватно решење за реализацију конструкција практично у свим срединама - независно од степена њихове агресивности. То значи да се од бетона, између осталог, данас тражи и задовољавање услова довољне трајности, као најважнијег својства. Све бетонске конструкције се данас експлоатишу у знатно неповољнијим условима него пре неколико деценија, што је најтешње повезано са повећаним аерозагађењем практично у свим урбаним срединама, са интензивирањем оптерећења бетонских конструкција, са нижим коефицијентима сигурности (из разлога рационалности и обезбеђења конкурентне способности бетонских конструкција) и др., па се тиме пред бетон и у свако-дневним случајевима постављају знатно строжији услови упогледу трајности. 6

7 Све напред изложено указује на то да би у зависности од карактера и степена агресивности за сваку конкретну конструкцију увек требало предвиђати и одређене мере ради обезбеђења њене трајности. Најбоље би несумњиво било да се, поред уобичајених прорачуна, спроведе и одговарајући и прорачуни ради доказивања захтеване трајности. Нажалост, овакви поступци, мада већ постоје, још увек немају ширу примену јер нису доведени до тог нивоа да би се могли примењивати усвакодневној пракси. Трајност бетона и бетонских конструкција се, према томе, остварује правилним пројектовањем конструкција, одговарајућим избором свих компонентних материјала у оквиру бетона, зависно од потенцијалних облика корозије, као иправилним извођењем и одржавањем конструкција. Другим речима, бетонске конструкције треба пројектовати тако да се у очекиваним - познатим условима конкретне средине обезбеди довољна сигурност и употребљивост без високих трошкова одржавања и поправке. Основни облици корозије бетона као и начин њихове манифестације приказан је на сл. 1. 7

8 Сл. 1. Основни облици корозије бетона Изглед бетона разореног услед дејства мраза 8

9 9

10 ПАРАМЕТРИ СТРУКТУРЕ БЕТОНА ОД УТИЦАЈА НА ТРАЈНОСТ 10

11 Структура очврслог бетона је, начелно, резултат достизања одређеног степена хидратације цемента, тј. резултат довољног очвршћавања бетонске мешавине. Структуру бетона у општем случају чине: - макроструктура - структура двокомпонентног система у чији састав улазе малтерска компонента и крупнији агрегат - микроструктура тј. структура цементног камена и - прелазна (транзитна) зона између агрегата и цементног камена. Сл. 2. Димензије чврсте фазе ипора уцементном камену уоквиру бетона 11

12 p p Укупна порозност: p = u k Kапиларна порозност: mv,1m c - 0,4a Ł mc Поре у гелу: p ł + p где m c означава количину цемента по кубном метру бетона, α h степен хидратације цемента, a m v /m c водоцементни фактор. G + v k = 0 h h mc G = 0,016a m + 0,006a m = 0, 022a h c % за h c P m 0,4a h m c Контактни слој између зрна агрегата и цементног камена веома је значајан за заједнички рад ових микроструктурних компонената у склопу укупне масе бетона. Ширина овог контакта обично износи 0,03-0,06 мм (2-3 пречника зрна цемента). Ова контактна зона, се по саставу и својствима, битно разликује од осталог цементног камена. 12

13 Сл. 3. Шематски приказ контактне зоне између зрна агрегатa ицементног камена Сл. 4. Шематски приказ међузависности између агрегата и цементне пасте уконтактној зони Нови европски стандард за цемент ENV (2000) [3] даје класификацију цемента у пет категорија: CEM I портланд цемент CEM II портланд-композитни цемент CEM III металуршки цемент CEM IV пуцолански цемент и CEM V композитни цемент. У састав цемента, према наведеном стандарду, могу да уђу гранулисана згура високе пећи (ознака S), силикатна прашина - чађ (ознака D), природни (ознака P) и индустријски (ознака Q) пуцолани, летећи пепео - силикатни (ознака V) и карбонатни (ознака W), сагорели шкриљац (ознака T), као и кречњак (ознака L). 13

14 Корозија цементног камена у бетону може свести на три основна облика: (1) растварање и испирање калцијумхидроксида (корозија услед деловања тзв. меких вода), (2) образовање лакорастворљивих једињења при међудејству хемијских агенаса и цементног камена - растварање добијених једињења и њихово испирање (киселинска и магнезитна коро-зија зија, корозија услед деловања минералних ђубрива), (3) образовање у порама цементног камена таквих једињења ко-ја заузимају већи простор од полазних супстанци, што изазива појаву унутрашњих напона у цементном камену и разарање њего-ве структуре (сулфатна корозија и алкално-агрегатна агрегатна реакција). Викатов индекс, који представља однос киселе и базичне фракције у цементу: I = SiO 2 + Al O CaO+ MgO Што је вредност овог индекса већа, сматра се да је отпорност цемента према хемијској агресији већа

15 Алкалност бетона представља врло ефикасну заштиту челика од корозије. То значи да ова заштита зависи како од услова средине, тако и од величина заштитних слојева бетона и структуре бетона у оквиру ових слојева. Корозија може да се обавља било онда када су ови слојеви оштећени (прслине), било у случајевима када они имају сувише велику порозност, или када су изведени од бетона са неадекватним (хемијски неотпорним) цементом. КОРОЗИЈА АРМАТУРЕ УБЕТОНУ 15

16 Стање 1: На почетку бетон има само мале, микроскопски видљиве пукотине и неједнолику боју на површини од формирања продуката корозије. Стање 2: Видљиве су пукотине, а на површини бетона се виде мрље од продуката хидратације. Стање 3: Долази до одламања бетонског заштитног слоја због формирања продуката корозије. Стање 4: Значајно одламање заштитног слоја, видљиве су арматурне шипке које постају директно изложене деловањима из околине. 16

17 Оштећења површине бетона од корозије арматуре Примери корозије арматуре 17

18 С обзиром на опасност од корозије, избор челика представља врло важан чинилац трајности конструкција од армираног и преднапрегнутог бетона. Овде треба напоменути да развијање процеса корозије челика у бетону прати образовање продуката корозије чија је запремина обично 2-2,52,5 пута већа од запремине коју је имао некородирани метал. 18

19 19

20 КЛАСЕ ИЗЛОЖЕНОСТИ ПРЕМА EN Европски стандард EN 206-1:2000, "Бетон- Део 1: Спецификација, својства, производња и контрола сагласности", за разлику од важећег Правилника БАБ 87, велику пажњу посвећује данас врло актуелном аспекту трајности бетона и бетонских конструкција. У поглављу "Класификација" на првом месту и врло прецизно дефинишу се Класе изложености према деловању средине. Ове класе се, у општем случају, рангирају на бази описа услова агресивности (корозивности) средина и у склопу тога узимају се у обзир и степени влажности појединих средина. 20

21 Напред поменуте класе изложености су представљене у оквиру табеле 2, а подељене су на шест категорија и то на следећи начин: 1. Нема ризика од корозије или агресије (класа са ознаком X0) 2. Корозија проузрокована карбонатизацијом (класе са ознакама XС1, XС2, XС3 и XС4) 3. Корозија проузрокована хлоридима који не потичу из морске воде (класе са ознакама XD1, XD2 и XD3) 4. Корозија проузрокована хлоридима из морске воде (класе са ознакама XS1, XS2 и XS3) 5. Замрзавање/одмрзавање са или без агенаса за одмрзавање (класе са ознакама XF1, XF2, XF3 и XF4) 6. Хемијска изложеност (класе са ознакама XA1, XA2 i XA3). 21

22 22

23 23

24 Битна карактеристика европских стандарда из области конструкција који су донети у последњих неколико година, састоји се у томе што изузетну пажњу поклањају трајности конструкција, за разлику од дотадашње праксе, где су национални прописи и технички развијених земаља, а посебно наши, томе питању придавали знатно мањи значај. У циљу веће трајности и заштитни слојеви бетона (до арматуре) у европским стандардима знатно су већи (од 1,5-2,0 пута) него у нашим важећим прописима, а искључена је из употребе глатка арматура због слабе прионљивости бетона за њу. 24

25 ПОСЛЕДИЦЕ КАРБОНАТИЗАЦИЈЕ Смањење количине калцијум хидроксида уцементном камену узрокује смањење ph вредности бетона Уобичајни ph бетона 12,6 13,5 Због великог ph око арматуре у бетону постоји пасивни слој нема могућности настанка корозије арматуре Након карбонатизације ph 9 Смањен ph бетона смањена пасивност арматуре убетону КОРОЗИЈА АРМАТУРЕ МОЖЕ ЗАПОЧЕТИ KАРБОНАТИЗАЦИЈА Пример: Постигнута карбонизације бетона 15 mm: v/c = 0,60 v/c = 0,45 након 15 година након 100 година 25

26 ЗАКЉУЧАК На основу свега претходно реченог може се закључити да се отпорност бетона и бетонских конструкција према корозији може повећати деловањем у правцу израде бетона што је могуће мање порозности, а то значи употребом довољно ниских количина воде при справљању бетона. Висока хомогеност бетона, врло висок ниво механичких чврстоћа, као и висок степен водонепропустљивости могу се постићи само правилним избором агрегата и гранулометријске композиције, избором врсте и оптималне количине цемента, повећањем степена хидратације, ефикасним уграђивањем, као и применом различитих хемијских додатака бетону, путем којих се делује на микроструктуру бетона. 26

27 Треба напоменути да је веома важно направити програм осматрања и одржавања конструкције објекта од армираног бетона па с тим у вези проверити алкалност бетона, дубину карбонатизације као и пропагацију прслина. Захтеве за обезбеђењем трајности АБ конструкције, у зависности од карактера и нивоа агресивности средине, треба узети у обзир већ при разматрању концепције конструкције, избору материјала, изради детаља, технологији извођења, контроли квалитета, надзору и одржавању конструкције. У пројекту бетона треба да се дају решења која ће обезбедити пројектовани век конструкције. Акаши Каикио (Akashi Kaikyo); Јапан; ; 1990 м; ; год. 27

28 28

29 29