Niekonwencjonalne sposoby zabezpieczenia i regeneracji zagrożonych korozją konstrukcji z betonu

Transkrypt

1 Politechnika Śląska Katedra Konstrukcji Budowlanych Niekonwencjonalne sposoby zabezpieczenia i regeneracji zagrożonych korozją konstrukcji z betonu Dr hab. inż. Mariusz Jaśniok, prof. Pol. Śl.

2 Zakres prezentacji Przebieg degradacji korozyjnej żelbetu Ochrona katodowa zbrojenia Naprawa metodą ekstrakcji chlorków Regeneracja metodą realkalizacji

3 Degradacja żelbetu wskutek oddziaływania środowiska Belka żelbetowa CO 2 Cl - CO 2 Cl - CO 2

4 Beton nieskażony film pasywny wkładka zbrojeniowa świeży beton ph > 12,5

5 Karbonatyzacja betonu świeży beton ph > 12,5 CO 2 CO 2 CO 2

6 Karbonatyzacja betonu uszkodzony film pasywny Fe 2+ beton skarbonatyzowany ph < 11,8 CO2 Ca(OH) 2 CaCO 3 H2O reakcja karbonatyzacji

7 Karbonatyzacja betonu Fe reakcja anodowa (s) Fe 2 (c) 2e 2e - 2e (OH) 2(OH) Fe 2+ 2 H O 2 (c) O2 (g) 4e 4 OH(c) reakcja katodowa

8 Oddziaływanie chlorków świeży beton ph > 12,5 Cl Cl Cl

9 Oddziaływanie chlorków Fe 2+ uszkodzony film pasywny wżery korozyjne Cl Cl Cl Cl

10 Oddziaływanie chlorków Fe reakcja anodowa (s) Fe 2 (c) 2e wżery korozyjne Fe 2+ Fe 2+ Fe 2+ 2 H O 2 (c) O2 (g) 4e 4 OH(c) reakcja katodowa

11 Zabezpieczanie zbrojenia w betonie metodą ochrony katodowej

12 Zasady i metody ochrony zbrojenia wg PN-EN Oznaczenie Zasada Metoda RP IR CC Utrzymanie lub przywrócenie stanu pasywnego stali zbrojeniowej (Preserving or Restoring Passivity) Podwyższenie oporności elektrycznej otuliny betonowej (Increasing Resistivity) Kontrola obszarów katodowych (Cathodic Control) zwiększenie grubości otuliny wymiana betonu realkalizacja (elektrochemicznie) usunięcie chlorków ograniczenie zawilgocenia impregnacja/uszczelnianie powłoki ochronne (okładziny) ograniczenie dostępu tlenu powłoki ochronne CP CA Ochrona katodowa (Cathodic Protection) Kontrola obszarów anodowych (Control of Anodic Areas) zewnętrzne źródło prądu powłoki na zbrojeniu inhibitory korozji

13 Idea ochrony katodowej stal zbrojeniowa w cieczy porowej Potencjał wzgl. E [ V ] Cu/CuSO 4 1,6 2,0 2-1,2 FeO4 1,6 0,8 Korozja 3+ Fe 1,2 0,4 0,8 Fe O 2 0 Pasywność 0,4-0,4 Korozja Fe 2O3 n H 2O 2+ Fe 0-0,8-0,4-1,2 Fe 3O4-0,8-1,6 Odporność Fe(OH) 2 Fe Korozja -1,2-1, ph roztworu 3 Potencjał wzgl. E [ V ] H ochrona katodowa

14 Schemat ochrony katodowej źródło prądu zbrojenie beton anoda (siatka) trwałe pokrycie

15 Ochrona katodowa mostu zestaw prostowników zbrojenie układ anodowy przewody elektrody odniesienia

16 Ochrona katodowa mostu GalvaCorr układ anodowy przewody

17 Przykłady realizacji ochrony katodowej

18 EUROTUNEL Szczególną budowlą, w której na etapie projektowym przewidziano ochronę katodową jest Eurotunel pod Kanałem la Manche

19 EUROTUNEL Koszt prowadzenia korozyjnego monitoringu Eurotunelu wynosi rocznie około USD

20 EUROTUNEL Schemat ochrony katodowej Terminal Folkestone anody Kanał La Manche długość całk. 50 km 38 km pod dnem m trwałość plan. 120 lat Terminal Calais

21 tunel główny 760 cm EUROTUNEL Schemat ochrony katodowej tunel serwisowy 480 cm + beton B60 otulenie 35 mm stężenie Cl 1,7% 100 m anoda

22 Naprawa betonu metodą realkalizacji

23 Zasady i metody ochrony zbrojenia wg PN-EN Oznaczenie Zasada Metoda RP IR CC Utrzymanie lub przywrócenie stanu pasywnego stali zbrojeniowej (Preserving or Restoring Passivity) Podwyższenie oporności elektrycznej otuliny betonowej (Increasing Resistivity) Kontrola obszarów katodowych (Cathodic Control) zwiększenie grubości otuliny wymiana betonu realkalizacja (elektrochemicznie) usunięcie chlorków ograniczenie zawilgocenia impregnacja/uszczelnianie powłoki ochronne (okładziny) ograniczenie dostępu tlenu powłoki ochronne CP CA Ochrona katodowa (Cathodic Protection) Kontrola obszarów anodowych (Control of Anodic Areas) zewnętrzne źródło prądu powłoki na zbrojeniu inhibitory korozji

24 Przebieg realkalizacji betonu źródło prądu beton skarbonatyzowany ph < 11,8 siatka metalowa alkaliczny elektrolit 1M Na 2 CO 3

25 Przebieg realkalizacji betonu 2 H O 2e 2 OH 2 H 2 H 2 OH- Katoda H + O 2 Na Anoda 2 H2O 4e O2 4H

26 Przebieg realkalizacji betonu film pasywny beton zrealkalizowany ph > 11,8

27 Naprawa betonu metodą ekstrakcji

28 Zasady i metody ochrony zbrojenia wg PN-EN Oznaczenie Zasada Metoda RP IR CC Utrzymanie lub przywrócenie stanu pasywnego stali zbrojeniowej (Preserving or Restoring Passivity) Podwyższenie oporności elektrycznej otuliny betonowej (Increasing Resistivity) Kontrola obszarów katodowych (Cathodic Control) zwiększenie grubości otuliny wymiana betonu realkalizacja (elektrochemicznie) usunięcie chlorków ograniczenie zawilgocenia impregnacja/uszczelnianie powłoki ochronne (okładziny) ograniczenie dostępu tlenu powłoki ochronne CP CA Ochrona katodowa (Cathodic Protection) Kontrola obszarów anodowych (Control of Anodic Areas) zewnętrzne źródło prądu powłoki na zbrojeniu inhibitory korozji

29 Poziom graniczny Przebieg ekstrakcji chlorków wżery korozyjne źródło prądu beton skażony chlorkami ph > 12,5 Stężenie Cl - siatka metalowa elektrolit woda lub Ca(OH) 2

30 Przebieg ekstrakcji chlorków 2 H O 2e 2 OH 2 H 2 wżery korozyjne H 2 Cl - OH- Katoda Cl H O Cl - Cl - Anoda 2 H2O 4e O2 4H

31 Poziom graniczny Przebieg ekstrakcji chlorków film pasywny po ekstrakcji przed ekstrakcją beton po ekstrakcji Cl - Cl - Cl - Stężenie Cl -

32 Technika realkalizacji i ekstrakcji

33 Technika realkalizacji i ekstrakcji 1 Sprawdzenie ciągłości zbrojenia (pomiar rezystancji)

34 Technika realkalizacji i ekstrakcji 2 Spawanie prętów w celu zapewnienia ciągłości zbrojenia

35 Technika realkalizacji i ekstrakcji 3 Mocowanie siatki metalowej za pomocą drewnianych listew do powierzchni betonu

36 Technika realkalizacji i ekstrakcji 4 Wykonywanie elektrycznych połączeń siatki metalowej i zbrojenia ze źródłem prądu stałego

37 Technika realkalizacji i ekstrakcji 5 Nakładanie elektrolitu z włókami celulozowymi na powierzchnię betonu

38 Technika realkalizacji i ekstrakcji Maty filcowe rozwijane z rulonów; między nimi siatka anodowa 6 Przed zabiegiem maty nasączane są elektrolitem, podczas procesu kontroluje się ich wilgotność

39 Technika realkalizacji i ekstrakcji 7 Włączenie źródeł prądu i komputerowa kontrola przebiegu realkalizacji

40 8 Technika realkalizacji i ekstrakcji Wycinanie rdzeni betonowych z realkalizowanego słupa żelbetowego do testu fenoloftaleinowego Zwilżone fenoloftaleiną rdzenie betonowe; kolor czerwony beton zrealkalizowany

41 Przykłady obiektów poddanych realkalizacji i ekstrakcji

42 Elektrochemiczna realkalizacja betonu 1583 budowa zamku w drewnie 1931 replika zamku w żelbecie po 64 latach karbonatyzacja 57mm realkalizacja na pow m 2 Żelbetowa replika zamku w Osace (Japonia)

43 Elektrochemiczna realkalizacja betonu 1958, 1970 i 1985 r. konwencjonalne naprawy betonu (skucie i reprofilacja) 1993 zaawansowana karbonatyzacja 1995 zabieg realkalizacji sekcje o pow. do 500 m 2 montuje zespół 3 osobowy w ciągu 3-4 dni Budynek 10. piętrowy w Oslo

44 Elektrochemiczna realkalizacja betonu Jest częścią systemu kolei podziemnej w Londynie ( Grade II obiekt zabytkowy) 1. odcinkiem kolei otwartym w 1863 r 1996 zabieg realkalizacji pow. realkalizacji m 2 Uxbridge Railway Station, UK

45 KOSZTY Naprawa PCC Ochrona katodowa Ekstrakcja chlorków Realkalizacja

46 Politechnika Śląska Katedra Konstrukcji Budowlanych Niekonwencjonalne sposoby zabezpieczenia i regeneracji zagrożonych korozją konstrukcji z betonu Dr hab. inż. Mariusz Jaśniok, prof. Pol. Śl.