ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE STAVEBNÁ FAKULTA Katedra stavebných konštrukcií a mostov Korózia výstuže v železobetónových konštrukciách Výskumná úloha 03/303/04 - 02 (zodpovedný riešiteľ: Ing. Ivan Drevený, PhD.) Korózia betónu a výstuže v železobetónových mostoch Doc. Ing. Katarína Šlopková, CSc. Ing. Miroslav Brodňan Žilina, 27. január 2005

Pri korózii výstuže dochádza ku zníženiu súdržnosti medzi výstužou a betónom, objemovými zmenami sa nepriaznivo ovplyvní okolitý betón. V neposlednom rade dochádza aj k zmenšeniu prierezu prvku a tým aj k zníženiu únosnosti konštrukcie. Na obmedzenie tohto javu hľadáme vhodné riešenia ku zisteniu koróznej aktivity. Z ekonomického hľadiska ako aj z hľadiska prevedenia sú najvýhodnejšie nedeštruktívne metódy. Skorou lokalizáciou kritických miest je možné zabrániť ďalšiemu rozvoju korózie, predĺžiť tak životnosť konštrukcie a tým zvýšiť jej bezpečnosť.

Medzi používané nedeštruktívne metódy stanovenia koróznej aktivity oceľovej výstuže môžeme zaradiť: Polarizačné metódy: - potenciodynamickú, - galvanodynamickú, - potenciostatickú, - galvanostatickú, Stanovenie polarizačného odporu: - metóda lineárnej polarizácie, - impedančná spektroskopia, Metódu elektrochemického šumu, - Metódu akustickej emisie, Metódu elektrického odporu, Metódu merania elektródových potenciálov.

Metóda merania elektrického odporu Princíp tejto metódy je založený na sledovaní zmien elektrického odporu výstuže v betóne. Meranie elektrického odporu výstuže je možné buď priamo alebo nepriamo. Pri priamej metóde merania elektrického odporu sa používa na meranie ohmometer. Pri nepriamej metóde merania sa na základe konštantného napájacieho prúdu a nameraného napätia vypočíta elektrický odpor podľa vzťahu: kde: U – elektrické napätie (V), I – konštantný elektrický prúd (A). Výsledný elektrický odpor je daný vzťahom: kde: ρ – merný odpor elektrického vodiča (oceľ: ρ = 0,15 Ω.mm2.m-1), L – dĺžka elektrického vodiča, S – prierez elektrického vodiča.

Metóda merania elektródových potenciálov Elektródový potenciál určuje relatívnu pravdepodobnosť koróznej aktivity. Tento skúšobný postup je použiteľný pre oceľovú výstuž bez ohľadu na jej veľkosť a profil a možno ju použiť i pri väčších hrúbkach betónovej krycej vrstvy.

Pomer miešania: cement/piesok V spolupráci s ÚSTARCH-om SAV Bratislava sa vyrobili maltové trámčeky z portlandského cementu CEM I 42,5 a normového kremičitého piesku. Rozmery trámčekov boli 40 x 40 x 160 mm a z každej zmesi boli vyrobené po tri kusy so zabudovaným snímačom korózie a deväť kusov bez snímačov. Označenie zmesi Pomer miešania: cement/piesok Vodný súčiniteľ (w/c) Malta č.1 1/2 0,43 Malta č.2 1/3 0,56 Malta č.3 1/5 0,78

po odformovaní 7 dní na vzduchu. Ošetrovanie vzoriek: 24 hodín vo formách, po odformovaní 7 dní na vzduchu. Potom boli na časti vzoriek bez snímačov urobené deštruktívne skúšky. Ďalšia časť zostala naďalej uložená na vzduchu (porovnávacia séria) a zvyšok vzoriek bez snímačov sa spolu so vzorkami so snímačmi uložil do CO2 komory: - s teplotou 30°C, - relatívnou vlhkosťou 60%, - koncentráciou CO2 18%. Priebeh karbonatizácie jednotlivých vzoriek sa sledoval fenolftaleínovou skúškou.

Ďalšie ošetrovanie vzoriek bolo nasledovné: 7 hodín pri teplote 50°C, pomalé chladnutie po dobu 1 hodiny na teplotu miestnosti, ponorenie skúšobných vzoriek do 2/3 ich výšky na dobu 16 hodín do vody. Tento proces ošetrovania predstavuje 1 cyklus, ktorý sa každý deň opakuje.

Označenie a zloženie malty Po 7 dňoch uloženia na vzduchu bola na vzorkách bez snímačov zisťovaná objemová hmotnosť, pevnosť v ťahu pri ohybe, pevnosť v tlaku. Označenie a zloženie malty   Spôsob ošetrovania Objemová hmotnosť (kg/m3) Pevnosť v ťahu pri ohybe (N/mm2) Pevnosť v tlaku (N/mm2) Malta č.1 c:p – 1:2 w/c = 0,43 7 dní vzduch 2174 8,3 45,6 73 dní CO2 (úplná karbonatizácia) 2228 15,0 83,9 vzduch 2122 11,5 54,7 Malta č.2 c:p – 1:3 w/c = 0,56 2106 7,6 36,4 30 dní 2146 13,3 75,2 2143 8,1 64,1 Malta č.3 c:p – 1:5 w/c = 0,78 2102 5,3 19,5 2063 9,0 51,1 2049 6,8 32,2

Elektródový potenciál (mV) Porovnáv. vz. z malty s najv. pórovitosťou Rovnaké skúšky na vzorkách z CO2 komory a aj na porovnávacích vzorkách sa potom uskutočnili aj po úplnom skarbonatizovaní vzoriek. Na vzorkách so snímačmi sa meral elektródový potenciál a elektrický odpor po skarbonatizovaní vzoriek a potom po každých 10 cykloch. Spôsob ošetrovania vzoriek Elektródový potenciál (mV) Elektrický odpor () Mal-ta č.1 w/c=0,43 Mal-ta č.2 w/c=0,56 Mal-ta č.3 w/c=0,78 Porovnáv. vz. z malty s najv. pórovitosťou Mal-ta č.1 Mal-ta č.2 30 dní CO2   168 -4  -8 -10 -11  -13 30 dní vzd. 162 -9 73 dní CO2 241 256 312 421  5  3 10 cyklov -16 -24 -49 76 1 11 7 -5 20 cyklov -84 -124 -230 -19 12 13 20 30 cyklov -61 -130 -229 25 43 36 3 40 cyklov -55 -137 -205 70 34 67 59 8 50 cyklov -98 -108 -211 41 87 60 cyklov -103 -136 -192 52  111 91 19 70 cyklov -223 -241  87 125 101 38

Z grafu priebehu zmien elektródového potenciálu vidieť, že počiatočné hodnoty elektródového potenciálu oceľovej výstuže záviseli od druhu cementového kameňa. V prípade porovnávacích vzoriek (označenie 3´) sa dá usudzovať na možnosť pasivácie ocele vzhľadom k nízkym záporným a kladným hodnotám elektródového potenciálu.

Priebeh zmien elektrického odporu

Po 100% karbonatizácii vzoriek a po 10 až 180 cykloch (vzorky uložené v CO2 komore) boli urobené deštruktívne skúšky. Po rozdrvení vzoriek sa kvantifikoval stav výstuže, charakter korózie a vypočítal sa úbytok hmoty výstuže koróziou podľa vzťahu: ∆H = Uv / C kde: Uv – výstupné elektrické napätie (V); C – citlivosť snímača (463 μV/g).   Prepočet úbytku ∆H v % bude: P∆H = (∆H / 4,80).100 kde: H je pôvodná hmotnosť aktívnych vetiev snímača (H = 4,80g).

Výstupné elektr. napätie (V) Hmotnosť, výstupné elektrické napätie skarbonati - zovaných vzoriek a úbytok hmoty výstuže koróziou Počet cyklov Hmotnosť (g) Výstupné elektr. napätie (V) Úb. hm. výst. kor. H (%) Malta č. 1 č. 2 č. 3 10 635,08 602,11 597,01 1 11 7 0,05 0,49 0,31 20 636,11 603,30 598,25 12 13 0,54 0,58 0,90 30 637,50 603,76 599,90 25 43 36 1,12 1,93 1,62 40 637,96 604,12 599,57 34 67 59 1,53 3,01 2,65 50 638,37 603,95 602,03 87 70 3,91 3,15 60 639,26 604,88 603,60 52 111 91 2,34 4,99 4,09 639,33 605,33 604,71 125 101 2,70 5,62 4,54 80 640,08 604,96 605,40 73 141 114 3,28 6,34 5,13 90 641,03 605,73 606,88 94 164 133 4,23 7,38 5,98 110 642,76 606,98 608,02 186 174 8,34 7,83 120 643,39 607,01 608,96 225 229 9,50 9,00 130 644,40 607,15 609,40 121 273 295 5,44 12,28 12,10 140 645,12 607,69 609,14 135 302 327 6,07 13,59 13,16 150 647,40 608,99 608,78 321 344 6,28 14,44 14,20 160 647,80 610,88 610,30 154 371 403 6,93 16,69 15,80 170 646,77 612,40 609,02 163 383 443 7,33 17,23 16,54 180 646,87 611,72 609,24 167 436 540 7,51 19,62 18,60

Závislosť úbytkov hmoty výstuže koróziou na počte cyklov

Z výsledkov hodnotenia postupu karbonatizácie na koróziu oceľovej výstuže metódou elektródového potenciálu vidieť, že počiatočné hodnoty elektródového potenciálu oceľovej výstuže záviseli od druhu cementového kameňa. Pri zisťovaní elektrického odporu oceľovej výstuže a následnom porovnaní výsledkov je zrejmé, že zvýšenie záporného elektródového potenciálu ocele je spojené so zvyšovaním hodnôt ich elektrického odporu.

Môžeme konštatovať, že výsledky zmien elektrického odporu ocele vo vzorkách pri striedavom namáčaní a sušení sú v súlade so zisteným priebehom zmien ich elektródového potenciálu.

Ďakujem za pozornosť