Prodor vode u beton - uzrok propadanja armature

Započeli bismo sa činjenicom da je beton kao materijal poznat već hiljadama godina, ali je njegova zatezna snaga veoma slaba u odnosu na njegovu čvrstoću na pritisak. Upravo se zbog niske zatezne čvrstoće betona koriste armaturne šipke. Kombinacija betona i čelika nam daje armirani beton, koji se koristi u izgradnji većine betonskih konstrukcija, uključujući i mostove i puteve. To je bilo veliko otkriće koje je promenilo način na koji koristimo beton.

Međutim, krajem 1960-ih godina je kod očvrslog betona primećeno raslojavnje i pojava pukotina uglavnom u priobalnim područjima zbog hloridnih jona. Korišćenje obične soli za odleđivanje puteva sa početkom 1970-ih godina je dovelo do daljeg pogoršanja stanja armiranog betona.

Ovaj rak armiranog betona je ozbiljan problem zato što sama konstrukcija postaje podložna propadanju. Kod betona, prisustvo velike količine kalcijum hidroksida i relativno mala količina alkalnih elemenata, kao što su natrijum i kalijum, daju betonu veoma visoku alkalnost od 12pH do 13pH.

Armatura u betonu obično ne korordire zbog formiranja pasivnog oksidnog filma na površini čelika usled početne korozivne reakcije. Proces hidratacije cementa u sveže izlivenom betonu razvija visoku alkalnost, koja u prisustvu kiseonika stabilizuje film na površini ugrađenog čelika, obezbeđujući kontinuiranu zaštitu dok je alkalnost zadržana.

Jednom kada se korozija pojavi u armaturnim šipkama, ona nastavlja tako što formira elektrohemijske ćelije na površini metala i elektrolite ili rastvore oko metala.

Korozija takođe može da se javi čak i u odsustvu hloridnih jona. Na primer, kada beton dođe u kontakt sa ugljenom kiselinom kao posledice ugljen-dioksida u atmosferi, posledična karbonacija kalcijum hidroksida u hidratisanoj cementnoj pasti dovodi do smanjenja alkalnosti, do nivoa pH vrednosti od samo 8,5, čime se omogućava korozija ugrađenog čelika:

CO₂ + H₂O H₂CO₃

H₂CO₃ + Ca(OH)₂ CaCO₃ +2H₂O

Stopa karbonizacije u betonu direktno zavisi od odnosa vode i cementa (v/c) u betonu, odnosno što je veći odnos, veća je i dubina karbonizacije u betonu. Kod betona osnovnog kvaliteta, očekivana stopa karbonizacije je veoma niska.

Na primer, kod betona sa odnosom vode i cementa od 0,45 i rastojanja od armature do ivice betona od 25mm, biće potrebno više od 100 godina da karbonizacija dođe do betona koji je u neposrednom okruženju čelika. Karbonizacija betona ili maltera je veći problem u Evropi - što je dovelo do primene elektrohemijske realkalinizacije betona - nego što je u Sjedinjenim Američkim Državama.

Emisije gasova koji zagađuju vazduh, kao što je sumpor dioksid (SO₂) i azotnih oksida (NOx), a koji su rezultati sagorevanja fosilnih goriva, su visoki u procentima zbog zagađenja životne sredine i ovi gasovi se pretvaraju u kiseline - u obliku kisele kiše koja je opasnija od ugljen-dioksida i hlorida.

Brzo preuranjeno propadanje mnogih betonskih mostova, krovova i drugih struktura izaziva zabrinutost. Jedino rešenje je potpuno hidroizolovanje struktura i korišćenje minimalnog odnosa vode i cementa.

Primena tehnologije prednapregnutog betona u izgradnji mostova je relativno novijeg datuma. Zbog toga, postojeći prednapregnuti betonski elementi kod mostova su još uvek relativno mladi, i korozija i problemi sa propadanjem betona povezanim sa ovij tipom betonskih elemenata su postali evidentni tek u ranim 1980-im godinama.

Iako se prednapregnuti betonski elementi obično proizvode sa betonom relativno visoke čvrstoće, vreme je pokazalo da su oni podložni istim negativnim efektima korozije armature kao i armirano-betonski elementi.

Dokumentovani slučajevi pucanja prednapregnutih čeličnih užadi kao rezultat korozije čine ovaj problem vrlo ozbiljnim. Pošto se prednapregnuti betonski elementi oslanjaju na zateznu snagu čeličnih užadi kako bi se odupreli opterećenju, gubitak samo nekoliko čeličnih užadi bi moglo biti katastrofalno.

Pored toga, zbog velikog opterećenja kojem su čelična užad podvrgnuta, efekti korozije su ubrzani. Čak i mala oštećenja od korozije može da izazove prelom jednog užeta, u poređenju sa neprednapregnutom čeličnom armaturom koja će bukvalno istruliti pre nego što pukne.

Otprilike oko 10 odsto mostova na svetu je urađeno sa prednapregnutim betonom, i na kraju će svi oni trebati primenu neke vrste zaštitne mere. Pored toga, mnoge druge strukture imaju prednapregnute betonske elemente koje će takođe trebati neki stepen zaštite od korozije.

Običan čovek smatra da prodor vode u objekte izaziva samo kozmetičke promene i najveću neprijatnost jer oštećuje boje i enterijere. Kao što ovaj tekst objašnjava, važno je bezbedno čuvati armaturu, inače objekti koje koristimo neće biti bezbedni i dugotrajni.

U poslednjih nekoliko godina je širom sveta razvijen veliki broj proizvoda koji čuva armaturu od korozije. Važno je shvatiti razloge za sprečavanje pojave korozije u betonu jer trošimo milione evra na infrastrukturu i treba da naučimo da ih zaštitimo na pravilan način inače ćemo potrošiti jednak iznos novca na popravke i rekonstrukcije.

Ljudske tragedije, gubici života i imovine, kao one zabeležene prilikom razornog zemljotresa u Turskoj 1999. godine, gde je korozija identifikovana kao glavni uzrok za rušenje objekta su mogle biti izbegnute da su ljudi u ovoj profesiji naučili da prihvataju promene.