Degradarea betonului armat

Degradarea betonului armat

Protectia otelului in beton

Otelul beton este protejat impotriva coroziunii prin pasivitatea data de alcalinitatea betonului(valoarea pH-ului in porii umpluti cu apa trebuie sa fie mai mare de 12,5).

La asemenea valori ale pH-ului,formarea peliculei microscopice la suprafata otelului face imposibila degradarea lui,chiar in prezenta umezelii si oxigenului.

Mecanisme de coroziune

Prin carbonatarea sau prin actiunea ionilor de clor,pelicula miicroscopica formata la suprafata otelului poate fi distrusa local sau pe zone mai mari(schema 6).

Carbonarea betonului

Carbonatarea este reactia chimica care are loc intre hidroxizii de calciu si dioxidul de carbon,care patrunde prin pori in interiorul betonului.

Penetrarea CO2 se face de la suprafata spre interior.Dupa ce betonul a fost carbonat,valoarea pH-ului scade spre 9.

Observatie importanta:Fenomenul de carbonatare nu conduce in mod automat la coroziunea armaturii.Daca sunt indeplinite anumite conditii de umiditate,chiar daca betonul e carbonatat,armatura poate sa nu corodeze.Acest aspect a fost evidentiat prin cercetari in situ,efectiv la constructii vechi.

Astfel,au fost depistate armaturi in stadii avansate de coroziune in medii cu umiditate ridicata(bai,bucatarii)si armaturi neafectate,in medii "uscate",pentru aceleasi valori ale pH-ului betonului.

De aceea,pare hazardata afirmatia ca durata de viata a unei constructii din beton poate fi considerata drept timpul dupa care adancimea de carbonatare a betonului este egala cu adancimea stratului de acoperis cu beton a armaturii(teorie prezentata in unele studii stiintifice).

Carbonarea este mai rapida cand umiditatea relativa este de 50-60%.

Penetrarea clorurilor in beton

In afara de CO2 ionii de clor (prevenind,de exemplu din apa marii)patrund prin pori in interiorul betonului.Difuzia clorurilor este un proces care are loc total sau partial in porii umpluti cu apa,existand,intotdeauna,un echilibru intre clorul legat si ionii de clor liberi.

Dupa carbonatare,clorul este desfacut inca o data,crescand riscul de coroziune.

Observatie:Acest fenomen se intalneste si in cazul folosirii substantelor pentru desghet,cand,datorita umezelii si uscarii suprafetei betonului,ionii de clor patrund in beton prin suctiune capilara,iar prin uscare,apa migreaza in exterior ,producand o imbogatire in cloruri a zonei afectate de umezire si uscare.Grosimea acestei suprafete are o mare importanta ,in special in legatura cu acoperirea cu beton a armaturilot(schema 7).

Depasivizarea in zona fisurilor

Atat CO2 cat si clorul pot patrunde la armaturile din otel prin fisuri,mai repede decat prin betonul nefisurat.,timpul de depasivizare depinzand de deschiderea fisurilor.

Coroziunea otelului

Simplificat,procesul de coroziune al otelului poate fi separat in:

-procesul catodic;

-procesul anodic.

Procesul anodic provoaca ,de fapt,distrugerea fierului:Fe=Fe2+2e

Surplusul de electroni in otel se va combina cu apa si O2 si va forma ioni hidroxil: 2e+1/2O2+H2O=2(HO)

Fierul si ionii hidroxil se vor combina ,formand oxidul de fier Fe20.

Ca o consecinta a celor descrise,coroziunea nu poate avea loc in betonul uscat,procesul electrolitic fiind impiedicat,dar nici in betonul saturat de apa(lipseste O2).

In procesul anodic,pelicula microscopica de pe suprafata otelului se distruge.

Procesul catodic poate avea loc chiar daca pelicula este intacta.

In cazul coroziunii prin cloruri,acest efect cauzeaza coroziunea prin puncte,pentru ca pelicula va fi distrusa numai pe suprafete mici;vor avea,astfel,loc reduceri substantiale ale sectiunii otelului,in adancime.

Efectul de coroziune

-Reducerea sectiunii de armatura din otel,

-reducerea sau chiar pierderea aderentei armaturii cu betonul,

-Desprinderea stratului de acoperire cu beton a armaturilor.

Din schema 8 se observa gravele implicatii ale efectelor corociunii asupra comportarii elementelor din beton armat.

Parametrii care infuenteaza coroziunea sunt conditionati de procesele de difuzie(schema 9):

-carbonatarea-difuzie de CO2 prin porii umpluti cu aer,

-penetrarea clorurilor-difuzia clorurilor prin porii umpluti cu apa,

-coroziunea-difuzia de O2 in porii umpluti cu aer ai betonului armat.

Toti parametrii sunt legati de aspectul grosimii stratului de acoperire cu beton a armaturii,definita prin:

-grosime,

-permeabilitate.

In schema 10 se prezinta influienta grosimii stratului de acoperire asupra carbonarii sau penetrarii clorurilor.

Permeabilitatea stratului de acoperire este influientata ,in mod decisiv,de raportul a/c.

Cand a/c>0,6,permeabilitatea creste considerabil,o data cu cresterea porozitati capilare.

In cazul unei protectii insuficiente (uscare preamatura a suprafetei betonului)

De asemenea,o compactare necorespunzatoare poate duce la cresterea permeabilitatii de zece ori.

Dozajul de ciment prea mare conduce la cresterea capacitatii de legare a CO2 si CI.

In mod normal,un beton cu 300 Kg/m3 ciment este suficient pentru a mentine o permeabilitate corespunzatoare,cu conditia ca a/c< sau =0,5....0,6.

In ceea ca priveste mediul,daca umiditatea este mai mica de 60%riscul de coroziune este scazut,chiar daca betonul e carbonatat.

In betonul saturat cu apa ,riscul este ,de asemenea,redus,datorita lipsei de oxigen(exista,insa,riscul activarii proceselor anodice si catodice la suprafata otelului).

Cele mai favorabile conditii de coroziune a otelului in beton sunt atunci cand exista o variatie umiditate-uscare,combinata cu temperaturi inalte.

Schema 11 se prezinta concluziile referitoare la influienta diferitilor factori care intervin direct sau indirect aupra durabilitatii betonului.

Prezenta umezelii

Toate procesele de degradare presupun prezenta apei ,un factor important fiind umezeala in atmosfera.In aceste conditii ,betonul preia apa mai repede decat o pierde si astfel ,cresterea umiditatii interne este mai mare decat cea a mediului.

Risc: 0=neglijabil ; 1=slab ;2= mediu ; 3=inalt

Nivelul de temperatura

Desi influenta temperaturii tinde sa fie ignorata in definirea agresivitatii,ea este importanta in ceea ce priveste reactiile chimice,care sunt accelerate prin cresterea temperaturii.

Spre exemplu, ocrestere a temperaturi cu 10C cauzeaza o dublare a reactiilor care produc coroziunea.

Acoperirea cu beton

Capacitatea betonului armat de a avea o buna comportare la coroziune depinde de grosimea stratului de acoperire cu beton,de calitatea acestuia(permeabilitatea si alcalinitatea)si de interactiunea dintre suprafata elementului si mediu.

Permeabilitatea este legata direct de raportul a/c.

Comentarii

Intr-o anumita perioada,constructiile au fost proiectate si executate fara a se tine seama de "costurile"suplimentare ce apar din operatiile de intretinere si reparatii ulterioare("viata constructiei").Atingerea unui timp egal cu durata de serviciu a constructiei nu inseamna ,neaparat,demolarea la acest termen.Mentinerea,in continuare,a constructiei implica operatii suplimentare de reparatiisi/sau consolidari,iar alegerea ,ca varianta ,a construirii unei claderi noi,se face si pe bazaunor calcule economice.

Foarte sugestiv pentru importanta asigurarii unei durabilitati corespunzatoare,din fazele de proiectare/executie este asa-zisa "regula celor 5 dolari".Aceasta indica faptul ca pentru obtinerea unei bune durabilitati,in faza initiala ,este necesara cheltuirea unui dolar,pentru intretinere 5 dolari,pentru reparare si intretinere 25 dolari,iar pentru reconditionare 125 dolari.

Observatie extrem de importanta :

Din cercetarile efectuate asupra unor constructii aflate in conditii variate de mediu ,s-a constatat ca o mare pierdere in asigurarea durabilitatii corespunzatoare o reprezinta calitatea initiala a elementelor componente-beton si otel.

Doua aspecte sunt fundamentale:

-Primul este legat de calitatea stratului de acoperire,de asigurarea compactitatii betonului,fara de care,indiferent de reteta de beton utilizata sau de alte masuri,comportarea elementului de beton poate fi compromisa.

Calitatea betonului de acoperire depinde ,in special,de factori legatii de executie(mod de punere in lucru,vibrare,tratate ulterior),fiind deci destul de sensibile la posibilele erori.

-Al doilea aspect il reprezinta neasigurarea prin executie a grosimii stratului de acoperire prevazut in proiect.

In prezent ,in reglementarile europene ,una din conditiile receptionari unei lucrari este controlul statistic al respectari acestor caracteristici esentiale.

Categorii de degradari la constructiile din beton

Se va face o distinctie intre degradarile care apar in medii agresive si cele care apar in medii curente.

a)Prima categorie este specifica constructiilor industriale,care adapostesc procese de productie ,in care sunt utilizate ,sau rezulta substante agresive.

b)A doua categorie este specifica constructiilor de locuit si social-culturale,aflate in medii curate.