Zgodnie z założeniami normy PN-EN 1990 (Eurokod 0) konstrukcje powinny być projektowane w taki sposób, aby w zakładanym okresie użytkowania – z uwzględnieniem oddziaływań środowiskowych i przyjętego poziomu utrzymania – nie nastąpiła utrata ich funkcjonalności ani bezpieczeństwa użytkowania [1]. Dla obiektów takich jak parkingi wielopoziomowe, standardowy projektowy okres użytkowania wynosi co najmniej 50 lat. Wieloletnia doświadczenie wykazuje, że bez skutecznych działań prewencyjnych korozja zbrojenia prowadzi do istotnego skrócenia trwałości użytkowej konstrukcji.
W ciągu ostatnich dwóch dekad w Polsce powstały setki garaży podziemnych i nadziemnych, eksploatowanych często w środowiskach o wysokim stopniu narażenia na działanie chlorków. W wielu przypadkach obiekty te nie były odpowiednio utrzymywane, a działania naprawcze ograniczały się do nieskutecznych miejscowych napraw powierzchni betonowych. W rezultacie, już po kilkunastu latach eksploatacji, obserwuje się w nich znaczne uszkodzenia betonu i korozję zbrojenia – niejednokrotnie na długo przed upływem projektowanego okresu użytkowania.
Głównym czynnikiem powodującym degradację stropów żelbetowych w parkingach jest skażenie betonu jonami chlorkowymi pochodzącymi głównie z błota pośniegowego zawierającego środki odladzające, nanoszonego przez koła pojazdów [2]. Obecność jonów chlorkowych na głębokości zbrojenia w betonie niszczy warstwę pasywną i umożliwia rozpoczęcie procesów korozyjnych na powierzchni stali zbrojeniowej [12]. W konsekwencji następuje korozja zbrojenia, uszkodzenie otuliny betonowej, zmniejszenie przekroju prętów oraz spadek nośności konstrukcji.
Jak pokazują badania prowadzone m.in. w Australii, Holandii, Portugalii i Wielkiej Brytanii oraz w Polsce, klasyczne metody napraw (np. skuwanie betonu, zabezpieczenie zbrojenia, reprofilacja zaprawami PCC) w konstrukcji skażonej chlorkami często okazują się niewystarczające i mogą prowadzić do zjawiska wtórnej korozji (tzw. odtwarzającej się anody) w sąsiedztwie stref naprawianych [4-9]. Dlatego w ostatnich latach coraz większe znaczenie zyskują metody elektrochemiczne, w tym szczególnie ochrona katodowa zbrojenia (CP, Cathodic Protection), jako jedno z nielicznych rozwiązań skutecznie zatrzymujących procesy korozyjne [8-9].
Zgodnie z normą PN-EN ISO 12696:2022, ochrona katodowa może być stosowana zarówno jako środek naprawczy, jak i zapobiegawczy w nowych konstrukcjach. Ochrona katodowa przy zastosowaniu anod galwanicznych wymusza przesunięcie potencjału elektrochemicznego stali do wartości, przy której reakcje utleniania żelaza zostają znacznie spowolnione lub całkowicie zatrzymane. Liczne realizacje, w tym na terenie Niderlandów, Portugalii czy Wielkiej Brytanii, potwierdzają, że prawidłowo zaprojektowany i monitorowany system ochrony katodowej może skutecznie wydłużyć trwałość konstrukcji nawet o 30–50 lat [3,5,7-8].
W związku z powyższym, coraz częściej inwestorzy oraz projektanci decydują się na zastosowanie ochrony katodowej jako trwałego rozwiązania naprawczego w obiektach narażonych na działanie chlorków. W niniejszym artykule przedstawiono przykład zastosowania systemu zabezpieczenia antykorozyjnego w dwóch garażach wielostanowiskowych zlokalizowanych w Polsce. Artykuł omawia stan techniczny obiektów, zastosowane rozwiązania projektowe oraz wybrane aspekty realizacyjne i eksploatacyjne.
Problemy tradycyjnych napraw konstrukcji żelbetowych skażonych chlorkami
W przypadku żelbetowych stropów garaży wielopoziomowych, które uległy skażeniu jonami chlorkowymi, przez wiele lat dominującą metodą naprawczą było oczyszczenie odsłoniętego zbrojenia do klasy czystości Sa 2½, zabezpieczenie prętów powłoką antykorozyjną, reprofilacja ubytków przy użyciu zapraw PCC (ang. Polymer-Cement Concrete) oraz aplikacja powłok ochronnych na powierzchnię betonu.
Choć zabiegi te prowadzą do tymczasowego przywrócenia stanu technicznego elementu, to w przypadku betonu skażonego chlorkami ich skuteczność jest ograniczona. W momencie kontaktu porów świeżej zaprawy PCC (nieskażonej) z porami starego betonu zawierającego jony chlorkowe, następuje szybka migracja chlorków w kierunku naprawianej strefy – zjawisko to jest zgodne z mechanizmem dążenia do wyrównania gradientu stężeń. Powoduje to wtórne skażenie naprawionej otuliny i prowadzi do inicjacji korozji zbrojenia w obszarze świeżo wykonanej naprawy.
Dodatkowo, na styku betonu starego i nowego może wystąpić zjawisko tzw. odtwarzającej się anody (ang. incipient anode), czyli lokalnego przyspieszenia korozji w strefach przylegających do miejsca naprawy, które nie zostały oczyszczone z chlorków [3,7]. Mechanizm ten został dobrze opisany w literaturze i wielokrotnie potwierdzony w eksploatacyjnych obserwacjach konstrukcji [7].
Co więcej, jeśli grubość otuliny po reprofilacji nadal nie spełnia wymagań normowych dla danej klasy ekspozycji (np. wg PN-EN 1992-1-1:2008 [10]), to zarysowania, rdzawe wykwity i odspojenia zaprawy mogą wystąpić już po kilku tygodniach od zakończenia prac. Takie objawy świadczą o tym, że proces korozji nie został powstrzymany, a jedynie chwilowo zamaskowany [8].
W związku z tym, stosowanie wyłącznie napraw materiałami mineralnymi naprawczymi np.PCC w konstrukcjach żelbetowych skażonych chlorkami okazuje się rozwiązaniem nietrwałym i niewystarczającym. W tego typu przypadkach coraz częściej rekomenduje się zastosowanie metod elektrochemicznych – zwłaszcza ochrony katodowej – jako skutecznego narzędzia do długofalowego zatrzymania procesu korozji.
Przykłady projektów napraw parkingów wielopoziomowych z zastosowaniem ochrony katodowej
Przykład I – Ochrona katodowa płyty żelbetowej parkingu podziemnego
Dwupoziomowy garaż podziemny, stanowiący część budynku biurowego, był użytkowany od 2008 roku. Strop międzykondygnacyjny wykonano jako monolityczną płytę żelbetową, od góry wykończoną posadzką z żywicy syntetycznej. W pierwotnym projekcie nie przewidziano żadnych warstw izolacji przeciwwilgociowej ani odwodnienia stropu (fot. 1a).
W trakcie przeglądu technicznego, na spodniej powierzchni stropu stwierdzono liczne zacieki oraz wykwity solne (fot. 1b). W miejscach występowania rys pobrano 20 próbek betonu z głębokości 1–3 cm, celem oznaczenia zawartości chlorków w laboratorium. Wyniki badań wykazały istotne przekroczenie dopuszczalnego stężenia jonów chlorkowych, określonego dla konstrukcji żelbetowych jako 0,4% masy cementu – średnia zawartość w próbkach była czterokrotnie wyższa [11].
W związku z zaawansowanym skażeniem otuliny chlorkami oraz brakiem możliwości skutecznego usunięcia całej zanieczyszczonej warstwy betonu, w 2021 roku opracowano projekt naprawczy stropu międzykondygnacyjnego z zastosowaniem galwanicznej ochrony katodowej zgodnie z zasadą 10 normy PN-EN 1504-9 [12]. Zastosowano system protektorów cynkowych TopZinc Anode, montowanych metodą pośrednią – bez bezpośredniego styku z prętami, lecz za pomocą przewodzącego kleju elektrochemicznego (fot. 2). System protektorów cynkowych mocowanych metodą pośrednią do prętów zbrojeniowych ma za zadanie ograniczyć szybkość procesów korozyjnych w rejonach skażonych chlorkami oraz wydłużyć trwałość użytkową stropu międzykondygnacyjnego.
Fot. 1 a) Widok ogólny na spód stropu. b) Zbliżenie na występującą rysę w stropie z wykrystalizowanym chlorkiem sodu pod zbrojeniem dolnym.
W ramach projektu technologicznego przewidziano zabezpieczenie dolnej siatki zbrojeniowej (Ø12 mm oraz Ø16 mm) poprzez rozmieszczenie anod cynkowych na powierzchni stropu międzykondygnacyjnego. System TopZinc Anode dostępny jest w dziewięciu wariantach różniących się masą rdzenia cynkowego oraz wymiarami, co umożliwia dostosowanie ochrony do konkretnego układu zbrojenia i stopnia skażenia betonu.
Dobór liczby i rozmieszczenia anod dokonano indywidualnie na podstawie wyników badań i obliczeń projektowych, z uwzględnieniem średnicy, ilości i rozstawu zbrojenia. Połączenie anod ze zbrojeniem zrealizowano za pomocą dedykowanego systemu montażowego, w tym kleju przewodzącego TopZinc Conductive, zapewniającego trwałe i skuteczne przewodzenie prądu ochronnego.
Zastosowanie tego rozwiązania umożliwiło:
-
ograniczenie postępującej korozji zbrojenia,
-
stabilizację potencjału elektrochemicznego w strefie otuliny betonowej,
-
znaczące wydłużenie trwałości użytkowej konstrukcji,
-
minimalizację konieczności usuwania betonu i zachowanie ciągłości eksploatacji obiektu.
Fot. 2. Widok na anody TopZinc Anode przymocowaną do spodu stropu. (Źródło fot. Top Building Sp. z o.o.)
Przykład II – Ochrona katodowa podciągów i słupów w garażu podziemnym
Drugi analizowany przypadek dotyczy garażu podziemnego o konstrukcji monolitycznej żelbetowej, zlokalizowanego na trzech kondygnacjach podziemnych. Długotrwałe przecieki przez nieszczelną dylatację doprowadziły do migracji wody zawierającej jony chlorkowe w głąb konstrukcji. W rezultacie doszło do zaawansowanej degradacji otuliny betonowej oraz korozji zbrojenia w rejonie podciągów i słupów (fot. 3).
Wcześniejsze naprawy z zastosowaniem tradycyjnych metod – głównie miejscowej reprofilacji zaprawami PCC – okazały się nieskuteczne, a w niektórych przypadkach przyczyniły się wręcz do przyspieszenia procesów korozyjnych.
W 2025 roku wykonano kompleksowe badania diagnostyczne obejmujące m.in. analizę zawartości chlorków w betonie oraz pomiary potencjału korozyjnego. Wyniki wskazały na znaczne przekroczenie dopuszczalnego poziomu chlorków w stosunku do masy cementu oraz 95-procentowe prawdopodobieństwo aktywnej korozji zbrojenia. Oceniane elementy posiadały główne zbrojenie o średnicach Ø25 mm i Ø32 mm oraz strzemiona Ø8 mm i Ø10 mm.
Fot. 3. Widok na podciągi (Źródło fot. Torotech sp. z o.o)
Na podstawie wyników opracowano projekt naprawy zakładający:
-
skucie zniszczonej otuliny betonowej w miejscach występowania ubytków,
-
oczyszczenie prętów zbrojeniowych,
-
zastosowanie ochrony katodowej z użyciem cynkowych protektorów galwanicznych,
-
reprofilację powierzchni betonu przy użyciu materiałów PCC,
-
wzmocnienie podciągów taśmami z włókien węglowych.
W strefie przypodporowej podciągów, na długości 2,5 m, zastosowano protektory cynkowe TopZinc RS 210, montowane bezpośrednio do oczyszczonego zbrojenia (fot. 4). W pozostałych fragmentach podciągów i słupów, gdzie otulina nie była zdegradowana, zamontowano anody TopZinc Anode, mocowane pośrednio za pomocą przewodzącego kleju TopZinc Electric Anchor i kotew mechanicznych (fot. 5-6).
Po zakończeniu montażu systemu ochrony katodowej, przeprowadzono reprofilację powierzchni elementów oraz wzmocnienia konstrukcyjne. Zastosowanie galwanicznego systemu ochrony katodowej pozwoliło na zatrzymanie procesów korozyjnych i wydłużenie trwałości użytkowej elementów konstrukcyjnych, narażonych na agresję chlorkową.
Fot. 4. Widok na protektory cynkowe TopZinc RS 210 przymocowaną zbrojenia podciągu. (Źródło fot. Torotech sp. z o.o)
Fot. 5. Widok na anody TopZinc Anode przymocowane do podciągu . (Źródło fot. Torotech sp. z o.o)
Fot. 6. Widok na podłączenie do zbrojenia za pomocą TopZinc Electric Anchor oraz łacznika. (Źródło fot. Torotech sp. z o.o)
Podsumowanie
W ostatnich latach obserwuje się systematyczny wzrost liczby wielopoziomowych parkingów żelbetowych wymagających pilnych działań naprawczych. Konstrukcje te, często projektowane bez odpowiednich zabezpieczeń przeciwwilgociowych oraz eksploatowane w warunkach agresji chlorkowej, ulegają przyspieszonej degradacji. Dotychczas stosowane klasyczne metody naprawy – oparte głównie na reprofilacji uszkodzonej otuliny betonowej – okazują się w takich przypadkach nieskuteczne i mogą prowadzić do wtórnej korozji zbrojenia, tzw. zjawiska odtwarzającej się anody.
Zgodnie z zasadą 10 normy PN-EN 1504-9 oraz wymaganiami aktualnej PN-EN ISO 12696:2022, w przypadku konstrukcji skażonych chlorkami oraz poddanych karbonatyzacji, rekomendowaną technologią naprawy jest zastosowanie ochrony katodowej zbrojenia. Technologia ta, odpowiednio zaprojektowana i monitorowana, umożliwia skuteczne zatrzymanie procesów korozyjnych bez konieczności całkowitego usuwania skażonego betonu, wydłużając trwałość konstrukcji nawet o kilkadziesiąt lat.
Kluczowym elementem procesu projektowego jest przeprowadzenie kompleksowej diagnostyki technicznej, obejmującej:
-
oznaczenie zawartości jonów chlorkowych,
-
pomiary głębokości karbonatyzacji betonu,
-
pomiary potencjału korozyjnego i rezystywności,
-
ocenę gęstości prądu korozyjnego.
Coraz częściej systemy ochrony katodowej są wyposażane w stałe układy pomiarowe z anodami odniesienia, umożliwiające zdalny monitoring i bieżącą ocenę efektywności ochrony. Takie podejście pozwala na optymalny dobór rozwiązań materiałowych i technicznych, precyzyjne określenie stanu technicznego oraz skuteczne zarządzanie ryzykiem korozyjnym.
Zrealizowane przykłady napraw wskazują, że systemy oparte na anodach galwanicznych – takie jak TopZinc – mogą stanowić efektywne i trwałe rozwiązanie w przypadku konstrukcji żelbetowych narażonych na oddziaływanie chlorków. Przy zachowaniu zgodności z aktualnymi normami oraz zapewnieniu odpowiedniego monitoringu, ochrona katodowa pozwala nie tylko na wydłużenie okresu eksploatacji konstrukcji, ale również na znaczną redukcję kosztów związanych z późniejszymi, powtarzającymi się naprawami.
Bibliografia:
[1] PN-EN 206, Beton – Wymagania, właściwości, produkcja i zgodność, Polski Komitet Normalizacyjny, 2014.
[2] L. Hebda, D. Białecki, M. Majewski, „Korozja chlorkowa – niedoceniany czynnik destrukcji w garażach wielostanowiskowych”, Przegląd Budowlany, vol. 93, no. 9–10, pp. 157–160, 2022.
[3] R. Brueckner, R. Cobbs, C. Atkins, “A review of developments in cathodic protection systems for reinforced concrete structures,” MATEC Web of Conferences, vol. 361, 02001, 2022. DOI: 10.1051/matecconf/202236102001.
[4] K. Tuutti, Corrosion of steel in concrete, Stockholm: CBI Research, 1982.
[5] A. Cheaitani, “Review of Cathodic Protection Systems for Concrete Structures in Australia,” in Proc. CORROSION 2017, New Orleans, LA, Mar. 26–30, 2017, pp. 1–9. AMPP. DOI: 10.5006/C2017-09024.
[6] M. Majewski, A. Banaś, „Ochrona katodowa stali zbrojeniowej w długoletnim okresie eksploatacji”, Mosty, pp. 55–58, 2021.
[7] R. B. Polder, A. W. M. van den Hondel, “Cathodic protection of reinforcement in concrete – overview and experience over 30+ years,” MATEC Web of Conferences, vol. 364, 01001, 2022. DOI: 10.1051/matecconf/202236401001.
[8] A. Banaś, D. Białecki, M. Majewski, A. Kuryłowicz, „Zasady prowadzenia napraw kolejowych konstrukcji żelbetowych uszkodzonych wskutek korozji chlorkowej i karbonatyzacji zgodnie z normą PN-EN 1504”, Materiały Budowlane, pp. 571–582, 2023.
[9] J. Cardoso, J. Costa, Z. Lourenço, “Cathodic protection of concrete structures: A case study of Madeira airport,” MATEC Web of Conferences, vol. 409, 04004, 2025. DOI: 10.1051/matecconf/202540904004.
[10] PN-EN 1992-1-1:2008, Eurokod 2 – Projektowanie konstrukcji z betonu – Część 1-1: Reguły ogólne i reguły dla budynków, Polski Komitet Normalizacyjny.
[11] PN-EN 14629:2008, Wyroby i systemy do ochrony i napraw konstrukcji betonowych – Metody badań – Oznaczanie zawartości chlorków w betonie, Polski Komitet Normalizacyjny.
[12] PN-EN 1504-9:2008, Wyroby i systemy do ochrony i napraw konstrukcji betonowych – Część 9: Ogólne zasady dotyczące stosowania wyrobów i systemów, Polski Komitet Normalizacyjny.
dr inż. Anna Banaś Politechnika Gdańska, Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska
mgr inż. Daniel Białecki TOP BUILDING Sp. z o.o.
mgr inż. Marcin Majewski TOP BUILDING Sp. z o.o.