«

»

Coroziunea betonului (I). Cauze si fenomene

Share

Betonul de ciment este un material durabil ca rezultat al compozitiei si structurii sale, care determina o comportare   corespunzatoare in elemen­tele de beton corect dimensionate la sarcini mecanice, bine executate si exploatate in timp, in lipsa unor agresivitati chimice (biochimice) intense.

In procesul exploatarii constructiilor din beton si beton armat, ele sunt supuse actiunilor lichidelor, gazelor si substantelor solide. Sub actiunea acestor substante are loc procesul de coroziune a betonului si a elementelor componente.

 

Aspecte privind coroziunea betonului

Factorii care influenteaza procesul de coroziune a betonului, a pietrei de ciment in particular, pot fi grupati in trei categorii, si anume: fizici, chimici si biochimici.

Dintre factorii fizici care influenteaza coroziunea constructiilor de beton, se remarca, in primul rand, temperatura.

Cresterea gradientului de temperatura duce la o marire a gradientului de concentratie; se intensifica astfel fenomenele de difuziune avand drept consecinta accentuarea proceselor corozive.

Fenomenele mecanice de tensionare si erodare a betonului determinate de temperatura si variatiile de temperatura ale mediului agresiv, de fenomenele de contractie la hidratarea cimentului, precum si de variatiile de nivel si miscarea mediului agresiv, reprezinta fenomene fizice favorizante ale coroziunii.

Fenomenul fizic fundamental in coroziunea betoanelor este insa acela de solubilizare de catre agentii agresivi a produselor de hidratare ai cimentului, in particular a Ca (OH)2.

Actiunea coroziva de maxima importanta determinata de agentii corozivi presupune interactiuni chimice intre constituentii acestora din urma si pro­dusii de hidratare ai cimentului Portland, reactii chimice care se deosebesc prin caracterul lor si natura produsilor de interactiune, provocand astfel actiuni corozive dupa mecanisme diferite.

In afara factorilor fizici si chimici, coroziunea cimentului este provocata si de factori biochimici (actiunea bacteriilor, muschilor, algelor, ciupercilor).

Dupa analizarea unui numar mare de date experimentale si de informatii privind comportamentul practic al betoanelor in medii agresive, V. M. Moskvin a dat urmatoarea clasificare:

 

Coroziunea de tipul I

Se manifesta in urma dizolvarii unor produsi de hidratare ai cimentului (Ca(OH)2), de catre apa sau alte lichide. Coroziunea de tipul I nu atinge proportii excesive decat atunci cand puterea de dizolvare a apei agresive este mare si cand exista posibilitatea unei schimbari a apei.

 

Coroziunea de tipul II

Aceasta are loc ca rezultat al unei reactii de schimb de baza intre compusii usor solubili din piatra de ciment si solutia agresiva, sub actiunea acizilor, formandu-se saruri care, fiind solubile in apa, se dizolva si se elimina din beton. In rezultat, structura betonului devine mai poroasa, iar rezistenta lui mecanica se micsoreaza.

 

Coroziunea de tipul III

Este rezultatul atacului unor anumitor saruri. In faza ei initiala se poate observa o intarire a betonului, porii si golurile umplandu-se cu formatii cristaline care au tendinta sa imbunatateasca densitatea betonului. Deoarece cristalele de sulfatoluminat de calciu si de sulfat de calciu hidratat, formate in pori ca un rezultat al actiunii sulfatice, au tendinta sa creasca si sa expandeze, tensiunile interne provocate distrug betonul.

 

Procesele de coroziune au, de cele mai multe ori, ca rezultat o degradare si o distrugere treptata a betonului, de aceea durabilitatea betonului este esentiala atunci cand acesta se proiecteaza ca material.

 

Cauze ale coroziunii betonului

Tipuri de coroziuni

Coroziunea prin levigare a beto­nului din cauza apei moi

Din cauza unor conditii de mediu foarte diferite, constructiile pot fi supuse actiunii unor ape de compozitii diferite, la ape de rau moi sau industriale deduri­zate si pana la ape subterane sau de suprafata puternic mineralizate. In prima etapa, este levigat hidroxidul de calciu existent in piatra de ciment, ulterior dizolvat si levigat.

Intensitatea levigarii din cauza apei moi este influentata de urmatorii factori: duritatea apei, starea stagnanta sau curgatoare a apei, cantitatea de apa care percoleaza sub presiune, tempe­ratura apei moi, tipul cimentului, densitatea betonului, calitatea si starea suprafetei betonului, dimensiunile si vechimea betonului.

Duritatea apei si efectele ei

Duritatea apei este in functie de ioni Ca2+ si Mg2+ si de compusii lor. Carbonatii acizi ai acestor metale, si anume Ca (HCO3) si Mg (HCO3)2, determina duritatea lor carbonica, asa-numita duritate temporara, iar celelalte saruri ale lor (sulfati, cloruri) determina duritatea permanenta care ramane si dupa fierbere.

Un grad german de duritate cores­punde la 10 mg de CaO sau de un compus echivalent de calciu sau magneziu, dizolvat intr-un litru de apa.

La suprafata betonului in contact cu aerul, hidroxidul de calciu se transforma in carbonat de calciu (carbonatare).

Pe baza duritatii totale (grade germane), apa se imparte in urmatoarele grupe: foarte moale 00 – 40, moale 40 – 80, semidura 80 – 120, aproape dura 120 – 180, dura 180 – 250, foarte dura 250 – 500, extrem de dura, peste 500.

Efectele apei moi de rau si ale apei freatice in miscare

Constructiile din beton supuse unor ape stationare sau cu viteza foarte mica de curgere sufera un proces de coroziune prin dizolvare-levigare, practic, neglijabil. Cresterea vitezei apei care spala suprafata constructiei de beton, prin inlocuirea permanenta a apei inconjuratoare, determina existenta unui gradient mare de concentratie a CaO, intre interiorul betonului si apa din jurul sau.

Efectele apei dulci percoland sub presiune

Apa care percoleaza sub presiune are o actiune agresiva marita. Apa percolata iese din beton cu un continut marit de hidroxid de calciu care se carbonateaza in contact cu atmosfera, sub efectul bioxidului de carbon.

Pericolul pe care il prezinta apa de percolare pentru beton creste cu puritatea apei. Percolarea poate fi evitata fie fabricand un beton dens, fie printr-un tratament de suprafata sau prin etansarea (izolarea) suprafetei betonului.

Efectul apei moi calde

Efectul cresterii temperaturii solutiei agresive este foarte mic la cimentul Portland. Coroziunea este mai putin importanta la 70 0C decat la 25 0C.

Efectul tipului de ciment

Cimenturile cu un continut bogat in C3S, a carui hidratare este insotita de formarea unei cantitati mari de hidroxid de calciu, nu sunt rezistente la apa moale, recomandandu-se cimenturi amestecate cu trass sau cimentul de furnal.

Efectul densitatii betonului

Hidroxidul de calciu este levigat de apa moale din straturile exterioare ale betonului, care, din aceasta cauza, devine poros. Aceasta in schimb ofera posibilitatea lichidului agresiv de a patrunde in partile interioare. Levigarea este mult mai intensa in betoane slab compactate, cu structura poroasa.

Efectele suprafetei betonului

Este favorabil efectul stratului carbonat. In cazurile foarte severe, poate fi necesar sa se aplice o metoda de protectie prin care sa se impiedice complet contactul dintre beton si lichidul agresiv. In acest scop, se folosesc diferite vopsele bituminoase si diferite straturi de etansare.

Realizarea unei suprafete netede cu ajutorul unui martor de ciment poate fi recomandata oricand, acesta impiedicand in mod efectiv penetratia apei moi in interiorul constructiei de beton.

Dimensiunile si varsta betonului

Durabilitatea betonului in medii agresive depinde si de dimensiunile constructiei, un factor care trebuie luat in consideratie, cand se evolueaza proprietatile de levigare ale apei. Pericolul levigarii la viteze mari de curgere si la presiuni moi, este mult mai cimentat cand constructiile sunt subtiri, si nu groase.

In procesul coroziunii, varsta beto­nului are un rol important. Procesele de hidratare, de intarire etc., sunt mai dezvoltate si se reduce potentialul reactiv al compusilor individual sensibili la atac. Exista o relatie inversa intre varsta betonului si sensibilitatea sa. Rezistenta lui la levigare creste cu varsta.

 

Factori chimici si biologici

Avarii produse de coroziunea armaturilor

Se cunoaste faptul ca, la elementele din beton armat, barele de armatura trebuie protejate impotriva oxidarii. Stratul de protectie al armaturilor este destul de mic (uneori 15 mm) si acest strat este cateodata defectuos executat din motive tehnologice (fisurat, segregat, poros, dislocat).

Astfel, armaturile vin in contact direct cu agentii corozivi: apa, umiditate, aer, agenti chimici sub forma de gaze sau solutii.

Un caz aparte il constituie coroziunea electrolitica. In prezenta sarurilor dizolvate in apa, betonul devine bun conducator de electricitate.

Fenomenul curentilor de dispersie (curenti vagabonzi) este cunoscut, dar dificil de depistat si observat, ei fiind accidentali sau chiar provocati (in cazul protectiilor catodice). Curentul electric (care poate atinge chiar valori de sute de amperi intensitate) provoaca in armaturi fenomene de electroliza.

Avarii produse de reactii chimice  si biologice

Cauzele aparitiei degradarilor aflate in medii agresive sunt:

• dizolvarea unor produsi de hidratare ai cimentului (hidroxid de calciu);

• formarea produsilor de reactie usor solubili;

• formarea unor compusi care maresc volumul si pot distruge betonul prin expansiune.

Compusii chimici existenti in natura, in ape, gaze sau sub forma de siruri, actioneaza intr-un fel sau altul asupra betonului, ajungand sa-l degradeze sub diverse forme si prin diverse mecanisme. Printre cei mai importanti agenti chimici, amintim: apa de mare, cu formare de hidroxid de magneziu ce scade proprietatea lianta, compusii de amoniu scad rezistentele mecanice si nasc produsii expandabili, sulfatii produc mariri de volum ce conduc la fisurari si dislocari in masa de beton, ionii clorurati scad pH-ul betonului sub 9, corodeaza armaturile si exfoliaza betonul, apa dulce spala varul liber din ciment creand un sistem poros, sirurile alcaline cristalizeaza in compusi care expandeaza betonul.

Trebuie amintiti si factorii de amplificare ai coroziunii: coroziunea betonului sub actiunea apei freatice curgatoare, coroziunea betonului sub actiunea variatiilor nivelului apei freatice si coroziunea betonului sub actiunea apei freatice calde. Toate acestea pot fi controlate prin factorii de compozitie ai betonului/mortarului (cimenturi) si prin protectii de suprafata.

In concluzie, se poate spune ca semnele unui atac chimic constau in dezagregarile suprafetelor elementelor, marirea fisurilor si a rosturilor, dislocari generale ale maselor de beton, umflari.

 

Bibliografie

1. Biczok, Imre, Coroziunea si protec­tia betonului, Ed. Tehnica, Bucuresti, 1965.

2.Teoreanu, Ion s.a., Durabilitatea betonului, Ed. Tehnica, Bucuresti,  1982.

3.Budan, Constantin, Contributii in managementul si ingineria proceselor de constructii, privind lucrarile de intretine­rea, repararea si consolidarea elementelor din beton si beton armat, Teza de doctorat, UTCB, martie 1998.

4.Teodorescu, M., Budan, C., Tehnologia lucrarilor de intretinere, repa­ratii si consolidari , Ed. UTCB, 1996.

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 34 – ianuarie-februarie 2008

 

Autori:
conf. univ. dr. ing. Constantin BUDAN,
prep. univ. drd. ing. Mihai NISTE,
prep. univ. drd. ing. Iulian SPATARELU – Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti



Daca v-a placut articolul de mai sus
abonati-va aici la newsletter-ul Revistei Constructiilor
pentru a primi, prin email, informatii de actualitate din aceeasi categorie!
Share

Permanent link to this article: http://www.revistaconstructiilor.eu/index.php/2008/02/28/coroziunea-betonului-i-cauze-si-fenomene/

Lasă un răspuns

Adresa de email nu va fi publicata.