Firma Top Building Sp. z o.o. w 2012 roku wprowadziła na polski rynek technologię ochrony katodowej stali zbrojeniowej w konstrukcjach żelbetowych o nazwie TopZinc®.
Przed wprowadzeniem na rynek technologi TopZinc przeprowadzono szereg badań laboratoryjnych i polowych. W 2011 roku w ramach badań polowych jedną z licznych próbek badawczych poddano próbie czasowego oddziaływania czynników agresywnych. Próbkę wykonano z normowej zaprawy cementowej i umieszczono w niej pręty żebrowane o średnicy 16mm klasy AIIIN w taki sposób, że ich otulina wynosiła 20mm. Do jednego pręta przymocowano protektor TopZinc R70. Obok chronionego pręta usytuowano pręt stalowy bez protektora ochronnego. Próbka miała formę prostopadłościanu o szerokości 20 cm, głębokości 10 cm i wysokości 70 cm. Próbkę usytuowano w skrajni poziomej jezdni drogi klasy Z ½ o średniej liczbie pojazdów w dniach powszednich około 12 tys. przez 16 godzin/dobę. Na fot.1 przedstawiono widok na próbkę poddaną ekspozycji.
Fot. 1. Widok na próbkę
Raz w miesiącu wykonywano pomiary potencjałów korozyjnych zarówno pręta chronionego protektorem TopZinc R70 jak i pręta bez ochrony katodowej. Na rys. 1 przedstawiono wartości potencjałów mierzonych przez okres 120 miesięcy. Należy zaznaczyć, że w okolicy 77 miesiąca czyli po około 6 latach ekspozycji na próbce pojawiły się mikrozarysowania. Analizując wykres pomierzonych potencjałów korozyjnych pręta chronionego widać jak w pierwszych miesiącach potencjał systematycznie spadał aż po około 7 miesiącach ustabilizował się na poziomie -550mV i później w zależności od panujących warunków wilgotnościowych wahał się w zakresie od -500mV do -600mV, co oznacza, że był on chroniony przez protektor TopZinc R70. Analizując wykres potencjału pręta niechronionego można dostrzec, że w pierwszych miesiącach potencjał dosyć szybko wzrósł do wartości około -100mV i do około 67. miesiąca prowadzonych badań cały czas był na takim poziomie.
Rys. 1. Porównanie potencjałów korozyjnych
Zgodnie z kryterium ASTM-C 876-91 prawdopodobieństwa wystąpienia korozji dla potencjału -100mV jest mniejsze niż 5%, czyli na pręcie w tym czasie nie występowały procesy korozyjne. Od 67 miesiąca, aż do 115 miesiąca badań potencjał spadał systematycznie i osiągnął wartość około -430mV i do końca prowadzonego badania w 120 miesiącu, taki potencjał utrzymał się.
Zgodnie z kryterium ASTM-C 876-91 prawdopodobieństwa wystąpienia korozji dla potencjału -430mV jest większe niż 95%, czyli na pręcie występują procesy korozyjne. Po 120 miesiącach prowadzonych badań połowę próbki zniszczono w celu odkrycia prętów zbrojeniowych i ich oceny wizualnej oraz wykonania badań stężenia chlorków i pH zaprawy w otulinie prętów.
Na fot. 2 przedstawiono widok na pręt chroniony w miejscu połączenia z protektorem ochronnym TopZinc
R70.
Fot. 2. Widok na chroniony pręt zbrojeniowy w miejscu podłączenia protektora TopZinc R70
Na fot. 3 przedstawiono widok na pręt chroniony w odległości około 40 cm od miejsca podłączenia z protektorem ochronnym TopZinc R70.
Fot. 3 Widok na chroniony pręt zbrojeniowy w odległości około 40 cm od miejsca podłączenia do protektora TopZinc R70
Na fot. 4 i 5 przedstawiono widok na pręt bez zapewnionej ochrony katodowej TopZinc.
Fot. 4 Widok na pręt bez ochrony katodowej, widoczna korozja całej powierzchni pręta
Fot. 5 Widok na pręt bez ochrony katodowej, widoczna korozja całej powierzchni pręta, zbliżenie
Na fot. 6 przedstawiono widok na próbkę z widocznymi wyraźnymi rysami które wystąpiły w okresie około 77 miesiąca prowadzonych badań.
Fot. 6 Widok na próbkę z widocznymi rysami
Na fot. 7 i 8 przedstawiono sposób przeprowadzenia badań z pomiaru pH i zawartości chlorków w otulinie betonowej w sąsiedztwie prętów. Badania wykazały, że pH otuliny wokół pręta chronionego wyniosło 11,8 , a w przypadku pręta nie chronionego pomierzona wartość pH wyniosła 8,7. W obydwu przypadkach pomiar zawartości chlorków wyniósł 0,5%. Analiza makroskopowa próbki po rozbiciu była zgodna z otrzymanymi wynikami pomiarów potencjałów korozyjnych. Pręt chroniony protektorem TopZinc R70 zgodnie z otrzymanymi wynikami pomiarów potencjałów był chroniony do wartości potencjału rdzenia protektora, natomiast pręt bez ochrony katodowej po zarysowaniu się próbki i migracji chlorków w bardzo szybkim czasie, bo po około 103 miesiącach, był na całej powierzchni skorodowany.
Fot. 7 Pomiar pH w obszarze otuliny prętów
Fot. 8 Pomiar ilości chlorków w otulinie prętów
Podsumowując, po 120 miesiącach ekspozycji próbki w odpowiadającej klasie XD3, XF4 Protektor TopZinc R70 skutecznie ochronił pręt zbrojeniowy, podczas gdy pręt niechroniony katodowo po 120 miesiącach uległ korozji. Oznacza to, że ochrona katodowa prętów zbrojeniowych TopZinc jest metodą skuteczną i to skuteczną dla bardzo długich czasów eksploatacji, które mógą wynosić nawet >100lat. Po zakończeniu oględzin próbki i wykonaniu badań skorodowany pręt oczyszczono z produktów korozji, pręt chroniony protektorem TopZinc R 70 pozostawiono bez zmian a połowa próbki z chlorkami w ilości 0,5% w stosunku do masy cementu ponownie zreprofilowano co do kształtu zaprawą cementową normową i ponownie poddano identycznej ekspozycji jak przez ostatnie 120 miesięcy. Zdecydowano się na takie rozwiązanie ponieważ rzeczywistość związana z naprawami konstrukcji zwłaszcza mostowymi tradycyjnymi metodami z zastosowaniem zapraw PCC i posiadającymi już skażenie chlorkami, już po pierwszym roku eksploatacji wykazuje uszkodzenia jak sprzed naprawy i dlatego postanowiono sprawdzić to zjawisko w przyszłych badaniach polowych. To zjawisko zostało dokładnie opisane przez mgr inż. Tomasza Kordjaka w artykułach pt. Naprawy mostowych konstrukcji z betonu zbrojonego uszkodzonych wskutek korozji chlorkowej Część 1 i Część 2, opublikowanych w Ochronie przed Korozją.
Niestety jeszcze zbyt mała świadomość tego zjawiska wymaga nagłaśniania i wytłumaczenia, dlaczego mimo przeprowadzonej prawidłowo naprawy żelbetu czyli oczyszczeniu prętów do klasy czystości Sa 2 ½, zabezpieczeniu zbrojenia warstwą antykorozyjną, reprofilacją PCC i wykonaniem powłoki ochronnej, ale istnieniu chlorków w sąsiadujących, a czasem nawet w całych bszarach konstrukcji powoduje, że już po jednym miesiącu może dojść do korozji zbrojenia, które zostało „prawidłowo” naprawione. Problem polega na tym, że jeśli konstrukcja jest skażona chlorkami i dokonana zostanie naprawa ubytków zaprawami PCC bez chlorków, jak tylko dojdzie do kontaktu w konstrukcji cieczy w porach betonu z chlorkami z cieczą w porach świeżej zaprawy bez zawartości chlorków to zgodnie z zasadą wyrównania stężeń roztworów dojdzie do błyskawicznej migracji chlorków do świeżej zaprawy PCC i bardzo szybkiej korozji „tradycyjnie naprawionego” zbrojenia. W przypadku niskich otulin już po nawet jednym miesiącu widoczne będą pęknięcia w obszarze wykonanej naprawy, rdzawe wykwity lub odspojenia miejsc z zaprawa naprawczą.
Dlatego w przypadku naprawy obiektów, które były eksploatowane w środowiskach o klasach ekspozycji typu XD lub XF i wykonywaniu ich napraw należy dodatkowo wdrażać inne niż tradycyjne rodzaje napraw czyli zgodnie z normą PN-EN 1504 Zasada 10 Ochrona Katodowa lub Zasada 11 Inhibitory Korozji. Wykonane badania polowe trwające 120 miesięcy wykazały, że w przypadku skażenia próbki chlorkami i ochrony katodowej pręta zbrojeniowego protektorem TopZinc R70 nie dochodzi do jego wtórnej korozji.
System TopZinc ochrony stali zbrojeniowej tworzą protektory do ochrony katodowej zbrojenia odmiany:
- TopZinc R (montaż bezpośredni na zbrojeniu)
- TopZinc R+ (montaż pośredni – połączenie jedynie przewodami metalicznymi)
- TopZinc RS o najmniejszych możliwych wymiarach, szczególnie dedykowany do konstrukcji remontowanych i konstrukcji z zaniżona otuliną.
Nowym produktem jest inhibitor korozji TopGard FE. Jest to aktywny inhibitor korozji do ochrony zbrojenia dodawany do mieszanek betonowych, zapraw cementowych i zapraw naprawczych oraz można go nanosić na powierzchnię betonu w okolicy otuliny prętów zbrojeniowych. Inhibitor korozji TopGard FE szczególnie jest zalecany do nasączania otuliny betonowej przy zaniżonej normowo otulinie prętów zbrojeniowych na skutek błędów wykonawczych. Praktyka wykonawcza remontów konstrukcji żelbetowych wskazuje, że bardzo ważnym elementem w trakcie naprawy żelbetu jest oczyszczenie prętów zbrojeniowych. Nie zawsze jest możliwe wykorzystanie metod strumieniowo ściernych. Dlatego opracowaliśmy czyścik do prętów zbrojeniowych TopZinc RR. Już po 15 minutach od naniesienia TopZinc RR produkty korozji są neutralizowane i otrzymujemy powierzchnię pręta zbrojeniowego w klasie czystości porównywalnej do Sa 2 ½. Produkty TopZinc tworzą teraz kompleksowy system ochrony antykorozyjnej stali zbrojeniowej.
Bibliografia
- Badania polowe wykonane przez firmę Top Building Sp. z o.o.
- Kordjak T. 2018. „Naprawy mostowych konstrukcji z betonu
zbrojonego uszkodzonych wskutek korozji chlorkowej” Część
1.” Ochrona przed Korozją nr 61 (1) : 19-23. - Kordjak T. 2018. „Naprawy mostowych konstrukcji z betonu
zbrojonego uszkodzonych wskutek korozji chlorkowej” Część
2.” Ochrona przed Korozją nr 61 (2) : 48-51. - PN-EN 1504: „Wyroby i systemy do ochrony i napraw konstrukcji betonowych”.
- ASTM-C 876-91: – Kryterium prawdopodobieństwa wystąpienia procesów korozyjnych.
- PN-EN ISO 12696: – Ochrona Katodowa Stali w Betonie.
- Czarnecki L., Łukowski P., Garbacz A. 2017. Naprawa i ochrona
konstrukcji z betonu. Warszawa: PWN. - Królikowski A. 1998. „Elektrochemiczne badania korozyjne
w budownictwie” „Kontra 98” Zakopane 14-17 maj 1998
s, 197-200.
mgr inż. Marcin Majewski
Top Building Sp. z o.o.
mgr inż. Tomasz Kordjak
Diagnostyka i Naprawy Konstrukcji, Warszawa