Zabezpieczenie i regeneracja zagrożonych korozją konstrukcji z betonu.

Transkrypt

1 KO N S T R U KC J E E L E M E N T Y M AT E R I A ŁY Zabezpieczenie i regeneracja zagrożonych korozją konstrukcji z betonu. Elektrochemiczne odtworzenie ochronnych właściwości otuliny betonowej (cz. IV) Dr inż. Mariusz Jaśniok, dr hab. inż. Adam Zybura, Politechnika Śląska, Gliwice. Wprowadzenie Okres użytkowania konstrukcji żelbetowych można przedłużyć, gdy oprócz prawidłowo wykonanej otuliny betonowej zostaną zastosowane zabiegi specjalne. Do takich zabiegów zalicza się między innymi pokrywanie powierzchni wkładek powłokami cynkowymi i z tworzyw sztucznych oraz ochronę inhibitorową substancjami powstrzymującymi lub spowalniającymi korozję stali. Zabezpieczenie zbrojenia przed korozją wykonuje się także zaawansowanymi metodami elektrochemicznymi, do których należy ochrona katodowa stosowana w konstrukcjach żelbetowych od lat 7. XX wieku. Wymienione zagadnienia przedstawiono sukcesywnie w cyklu artykułów [ ]. Niniejszy artykuł stanowiący ostatnią część tego cyklu, dotyczy kolejnych metod elektrochemicznych opracowanych na podstawie ochrony kato- a) b) dowej, a umożliwiających w stosunkowo krótkim czasie odzyskanie przez otulinę betonową właściwości ochronnych. Przedstawia ono zasady, technikę i przebieg elektrochemicznej ekstrakcji chlorków oraz realkalizacji skarbonatyzowanego betonu oraz przykłady remontowanych obiektów. Problemy elektrochemicznej regeneracji konstrukcji żelbetowych ujęto obszerniej w monografii [].. Ogólna charakterystyka elektrochemicznych metod regeneracji betonu Rys.. Zasady odzyskania przez otulinę właściwości ochronnych w przypadku: a) ekstrakcji chlorków, b) realkalizacji skarbonatyzowanego betonu; według [] Ochrona katodowa wymaga montażu instalacji elektrycznej oraz ciągłej obsługi od momentu wystąpienia procesów korozyjnych aż do chwili zakończenia użytkowania obiektu. Projektując obiekt budowlany o zakładanej dużej trwałości można przewidzieć ochronę katodową i przystosować do niej konstrukcję. tomiast objęcie ochroną katodową istniejących budowli stwarza wiele złożonych problemów. Trudności wiążą się z zapewnieniem dobrej przewodności elektrycznej zbrojenia oraz prawidłowym wykonaniem znacznej liczby połączeń przewodów instalacji z prętami. Ponadto umieszczenie na powierzchni elementów żelbetowych układu anodowego wraz z warstwą otaczającego betonu powiększa gabaryty, zmienia oryginalny wygląd budowli oraz powoduje wzrost obciążeń. Prawidłowe działanie ochrony katodowej jest uzależnione od dobrej przewodności elektrycznej betonu, która występuje w konstrukcjach wilgotnych, szczególnie w obecności chlorków. tomiast w warunkach suchych stosowanie ochrony katodowej jest bardzo ograniczone. W wielu przypadkach technologia ochrony katodowej może utrudniać eksploatację lub nie być akceptowana, np. ze względów estetycznych w budowlach zabytkowych. Istnieje możliwość uniknięcia wymienionych niedogodności przez okresowe zintensyfikowanie towarzyszących ochronie katodowej zjawisk sprzyjających ograniczeniu korozji stalowych wkładek otoczonych betonem. Szczególne znaczenie ma działanie pola elektrycznego oraz reakcje katodowe na zbrojeniu. Procesy te realizuje się podczas krótkiego zabiegu polegającego na przepływie prądu stałego między zamontowaną PRZEGLĄD BUDOWLANY 7-8/ 7

2 KONSTRUKCJE ELEMENTY MATERIAŁY na powierzchni betonu siatką anodową umieszczoną w elektrolicie zewnętrznym oraz prętami zbrojeniowymi konstrukcji (rys. ). Siły pola elektrycznego umożliwiają przemieszczanie się w cieczy porowej betonu jonów i powodują ekstrakcję chlorków (rys. a). tomiast powstające na powierzchni zbrojenia jony wodorotlenowe oraz wnikające z elektrolitu alkalia sprzyjają realkalizacji skarbonatyzowanego betonu (rys. b). Odtwarzanie właściwości ochronnych otuliny konstrukcji żelbetowych przez elektrochemiczną regenerację wdrożono do praktyki eksploatacyjnej w Norwegii opracowując w 985 roku sposób ekstrakcji chlorków oraz w 987 roku metodę realkalizacji skarbonatyzowanego betonu [5]. Zasady ekstrakcji chlorków i realkalizacji są identyczne jak ochrony katodowej, jednak dzięki wyższym parametrom prądowym czas trwania zabiegu może być ograniczony do okresu wykonywanej naprawy []. Przywrócenie właściwości ochronnych betonu jest możliwe zarówno w przypadkach korozyjnego zagrożenia chlorkami lub karbonatyzacją, jak też łącznego uszkodzenia struktury betonu obydwoma niekorzystnymi wpływami środowiska [7, 8, 9]. e Ca Linie sił pola elektrycznego OH Rys.. Schemat procesu elektrochemicznej ekstrakcji chlorków z betonu; według [, ] opis w tekście PRZEGLĄD BUDOWLANY 7-8/ 7 K OH K e 5 Zabiegi elektrochemiczne stanowią alternatywę napraw wykonywanych tradycyjnie przez wymianę fragmentu otuliny. Jednak dokonując miejscowej wymiany betonu należy zwrócić uwagę, że wyeliminowanie procesów anodowych w części skorodowanej może spowodować ich wzbudzenie w sąsiednich strefach, dotychczas nieuszkodzonych []. Przy wyborze sposobu naprawy trzeba zatem bezwzględnie docenić elektrochemiczny aspekt lokalnej zmiany bezpośredniego środowiska stali zbrojeniowej i dążyć do zapewnienia jednorodnych właściwości uzupełniającej zaprawy i pozostającego betonu. Uzyskanie jednorodnych warunków elektrochemicznych na styku zbrojenia z betonem powinno przesądzać o wyborze sposobu zabezpieczenia konstrukcji.. Przebieg elektrochemicznej ekstrakcji chlorków W razie zagrożenia konstrukcji żelbetowej korozją chlorkową, uszkodzenie zbrojenia może zostać powstrzymane w wyniku odsolenia betonu za pośrednictwem pola elektrycznego [5,, ]. skutek elektrochemicznego odsalania zmniejsza się koncentracja jonów chlorkowych przy powierzchni zbrojenia. Zmniejszenie koncentracji jonów chlorkowych poniżej wartości,% masy cementu umożliwia odbudowanie pasywnej warstewki tlenkowej w miejscach wcześniej aktywnych i zahamowanie przebiegu reakcji anodowych. Schemat procesu ekstrakcji chlorków przedstawiono na rysunku. Powierzchnię zawierającego chlorek betonu pokrywa się elektrolitem, w którym umieszcza się metalową siatkę. Siatkę łączy się z biegunem dodatnim źródła prądu stałego, natomiast zbrojenie 5 elementu żelbetowego z biegunem ujemnym tego źródła. Przeważnie stosuje się prąd o natężeniu,5, lub maksymalnie, A/m powierzchni betonu oraz napięcie 8 V []. Jako elektrolit używa się roztwory OH, CO, Ca(OH) oraz zwykłą wodę wodociągową. Jednak najlepszą skuteczność usuwania chlorków stwierdzono w nasyconym roztworze Ca(OH) []. Przeważnie zabieg ekstrakcji trwa 8 tygodni [, ]. Czas ten jest proporcjonalny do gęstości przyjętego prądu. Podstawowym czynnikiem procesu są siły pola elektrycznego, które powodują migrację jonów znajdujących się w cieczy porowej betonu. Jony ujemne, zwłaszcza chlorkowe i wodorotlenowe OH, przepływają w kierunku anody zewnętrznej, natomiast występujące naturalnie w cieczy porowej kationy sodu, potasu K i wapnia Ca przemieszczają się w kierunku zbrojenia (katody). skutek przepływów wymuszonych polem elektrycznym zmienia się rozkład koncentracji poszczególnych jonów. W szczególności na powierzchni zbrojenia zmniejsza się koncentracja jonów chlorkowych. Jony chlorkowe migrując przez system porów kumulują się w elektrolicie zewnętrznym oraz utleniają się na siatce anodowej []. Po włączeniu źródła prądu zbrojenie elementu żelbetowego staje się katodą, na której powierzchni przebiegają reakcje redukcji wodoru i elektrolizy wody [7, ]. () () Wskutek reakcji katodowej () w otoczeniu prętów zbrojeniowych tworzą się jony wodorotlenowe. Powstawanie jonów wodorotlenowych zwiększa odczyn zasadowy cieczy porowej, ograniczając dodatkowo korozyjne działania chlorków. tomiast wydzielanie w reakcji katodowej () gazowego wodoru stwarza zagrożenie zbrojenia. Zagrożenie to jest związane z możliwością wnikania atomów H w strukturę stali zbrojeniowej i powstania tzw. kruchości wodoro- 5

3 KO N S T R U KC J E E L E M E N T Y M AT E R I A ŁY e e elektromigracja Ca CO OH - elektroliza OH elektroosmoza elektrolit CO CO - K beton elektrycznego, mechanizm realkalizacji jest bardziej złożony. Oprócz wymienionych zjawisk elektrolizy i elektromigracji jonów, szczególne znaczenie ma elektroosmoza powodująca wtłaczanie z zewnątrz zasadowego elektrolitu do porów betonu [5,, 5]. Do zjawisk wspomagających realkalizację zalicza się także absorpcję roztworu elektrolitu zewnętrznego oraz dyfuzję jego składników. Rys.. Schemat procesu elektrochemicznej realkalizacji betonu wej (zmniejszającej jej wytrzymałość) oraz obniżeniem przyczepności zbrojenia do betonu, wskutek rozklinowującego działania gromadzącego się gazowego H. Stosowane obecnie do zabiegu parametry prądu zapewniają tworzenie się wodoru w niedużych ilościach, pozwalających na jego odprowadzenie przez pory betonu bez wystąpienia niekorzystnych skutków.. Procesy realkalizacji skarbonatyzowanego betonu Głównym celem procesu elektrochemicznej realkalizacji jest odtworzenie w betonie otuliny wysokiego odczynu zasadowego cieczy porowej, umożliwiającego odbudowanie na powierzchni stali zbrojeniowej zwartej warstewki pasywnej [8, ]. Powtórne powstanie warstewki a) b) tlenkowej na obszarze wcześniej aktywnym powoduje powstrzymanie procesów korozyjnych. Ponadto zmiana składu cieczy porowej w bezpośrednim otoczeniu wkładek wpływa znacząco na zmniejszenie niebezpieczeństwa ponownego rozwoju korozji. Schemat procesu elektrochemicznej realkalizacji przedstawiono na rysunku. Podobnie jak podczas ekstrakcji chlorków, powierzchnię skarbonatyzowanego betonu pokrywa się alkalicznym elektrolitem, w którym umieszcza się siatkę anodową. Siatkę oraz zbrojenie elementu żelbetowego łączy się ze źródłem prądu stałego. Elektrolitem jest najczęściej roztwór węglanu sodu ( CO ) [, 5]. Składniki elektrolitu przemieszczają się systemem porów do wnętrza betonu. Pomimo identycznego jak w procesie ekstrakcji chlorków układu Rys.. Rozwiązania techniczne stosowane podczas ekstrakcji chlorków i realkalizacji: a) elektrolit natryskowy, b) wodoszczelne kasety; beton konstrukcji, siatka anodowa, źródło prądu, włókna celulozowe, 5 pojemniki kasetonowe, elektrolit 5 5. Technika ekstrakcji chlorków i realkalizacji betonu Pierwszy eksperymentalny zabieg ekstrakcji chlorków wykonano w Norwegii w kąpielisku w Trondheim. Zastosowano napięcie 5 V oraz prąd o gęstości,8 A/m betonu. Podczas trwającego 9 tygodni zabiegu powstrzymano zaawansowany proces korozji zbrojenia. Zastosowany sposób opatentowano w 985 roku [5], jako technologię Norcure [, 7, 8]. Do zabiegów wykonywanych technologią Norcure stosuje się sprzęt systemu Martech. Rozwiązania opracowane początkowo do ekstrakcji chlorków przystosowano następnie do realkalizacji skarbonatyzowanego betonu i opatentowano w 987 roku [5, 8]. Zabieg wykonywany technologią Norcure rozpoczyna się od przygotowania zbrojenia konstrukcji. Liczba połączeń zbrojenia z biegunem ujemnym źródła prądu zależy od ciągłości elektrycznej prętów. Przeważnie przyjmuje się jedno połączenie na 5 m betonu [, 9]. Ciągłość elektryczną zbrojenia określa się na podstawie pomiarów oporności. Zaleca się, aby między sąsiednimi punktami połączenia opór wynosił około, Ω. W praktyce dopuszcza się opory większe, dochodzące nawet do, Ω []. Przewody łączące zbrojenie wymagają na styku z betonem bardzo starannej izolacji, np. z żywicy epoksydowej [9]. System anodowy składa się z siatki metalowej osadzonej w zbiorniku elektrolitu na powierzchni betonu. PRZEGLĄD BUDOWLANY 7-8/ 7

4 KONSTRUKCJE ELEMENTY MATERIAŁY Charakterystyczne rozwiązania systemów anodowych przedstawiono na rysunku. Początkowo stosowano siatkę stalową, ulegającą jednak szybkiemu uszkodzeniu. Obecnie siatka anodowa jest wykonywana z tytanu platynowanego, który umożliwia bezawaryjne wielokrotne użycie. W przypadku ekstrakcji chlorków, elektrolit stanowi najczęściej nasycony roztwór Ca(OH) lub woda wodociągowa, natomiast realkalizację przeprowadza się używając jednomolowego roztworu CO [7, 8, 9]. Elektrolit utrzymuje się na powierzchni betonu i siatki anodowej za pośrednictwem narzuconych agregatem włókien celulozowych, tkaniny filcowej lub pojemników kasetonowych [7, 8]. Stosując włókna celulozowe, siatkę anodową mocuje się na listwach drewnianych lub uchwytach z tworzywa sztucznego. Tkanina filcowa jest używana w przypadku zabiegów prowadzonych na dużych płaszczyznach poziomych, np. płytach mostów. Siatka anodowa znajduje się między dwiema warstwami tkaniny tworząc gotowy zestaw przygotowany do użycia w rolkach. Zarówno narzucone włókna celulozowe, jak i tkanina filcowa podczas zabiegu jest regularnie zwilżana. Pojemniki kasetonowe są wykonane z tworzywa sztucznego PRZEGLĄD BUDOWLANY 7-8/ 7 5 Rys. 5. System komputerowego monitorowania i regulacji zabiegów elektrochemicznych: zbrojenie elementu żelbetowego, siatka anodowa, elektrolit, zestaw prostowników, 5 sterownik, komputer; według [] i mają wbudowaną siatkę anodową. W styku z powierzchnią betonu znajduje się elastyczna uszczelka piankowa zabezpieczająca przed wyciekiem elektrolitu. Kasety stosuje się do zabiegów wykonywanych na oddzielnych, mniejszych obszarach o gładkiej i płaskiej powierzchni betonu. Zasilanie realizuje się prostownikami umożliwiającymi regulację prądu przy napięciu V. Po włączeniu zasilania gęstość prądu w układzie doprowadza się do optymalnego poziomu, A/m betonu [, 8, 9]. Przebieg procesu nadzoruje się prowadząc ciągłą obserwację prądu i napięcia. Zmiany parametrów elektrycznych wskazują potrzebę nawilżenia układu anodowego. Znajdujące się w systemie Martech prostowniki automatycznie dostosowują różnicę potencjałów między anodą i katodą do żądanej gęstości prądu wyjściowego [, ]. Działaniem układu elektrochemicznego steruje system komputerowego monitorowania i regulacji. Program bieżąco rejestruje przebieg procesu, sprawdza pracę urządzeń generujących prąd oraz informuje o występujących odchyłkach (rys. 5). Kontrolę postępu odsalania lub realkalizacji przeprowadza się przed zabiegiem, w jego trakcie oraz po zakończeniu procesu. Postęp odzyskiwania przez otulinę właściwości ochronnych określa się na rozdrobnionych próbkach betonu lub wyciętych rdzeniach. Miejsca pobrania próbek planuje się w pobliżu prętów zbrojeniowych oraz między prętami. Ocenę wykonuje się fabrycznymi zestawami testów do określania zawartości chlorków lub zasięgu karbonatyzacji [, 7]. Precyzyjniejsze badania polegają na analizach chemicznych modelowych roztworów cieczy porowych wykonanych z pobranego betonu. W przypadku uzyskania wyników odbiegających od oczekiwanych i wskazujących na błędy metodologiczne lub laboratoryjne, przeprowadza się badania kontrolne na wzorcowych próbkach o znanej zawartości chlorków lub stopniu karbonatyzacji. Zabieg realkalizacji trwa tygodni [, ]. Po stwierdzeniu, że w otoczeniu zbrojenia stężenie chlorku jest mniejsze od,% masy cementu lub ciecz porowa charakteryzuje się wskaźnikiem ph>, zabieg elektrochemiczny można zakończyć [7]. Dalszą ocenę skuteczności naprawy na podstawie pomiarów rozkładu potencjału stacjonarnego lub bardziej zaawansowanych badań polaryzacji liniowej przeprowadza się dopiero po upływie miesięcy. Okres ten jest potrzebny do cofnięcia się ujemnej polaryzacji zbrojenia, powstającej podczas przepływu prądu elektrycznego. Dopiero po wykonaniu kontrolnych pomiarów elektrochemicznych można podjąć decyzję o demontażu osprzętu i pracach wykończeniowych, albo kontynuowaniu zabiegu na całym obiekcie lub jego fragmentach por. [, 8]. Podczas prac wykończeniowych powierzchnię betonu myje się wodą, natomiast ubytki betonu w miejscach odkuć i pobrania próbek uzupełnia zaprawą do napraw. W odpowiedzialnych konstrukcjach eksploatowanych w agresywnych środowiskach zaleca się instalowanie elektrod porównawczych pozwalających na kontrolowanie 7

5 KO N S T R U KC J E E L E M E N T Y M AT E R I A ŁY 8 a) m Rys.. Ekstrakcja chlorków przeprowadzona na moście Lingenau w Austrii: a) schematyczny widok mostu, b) redukcja chlorków na podstawie badań jednej z pobranych próbek rdzeniowych; przed zabiegiem, po zabiegu [] stanu zbrojenia przez dłuższy czas po zabiegu []. Dodatkowym zabezpieczeniem może być zewnętrzna powłoka spełniająca często funkcje dekoracyjne.. Przykłady regeneracji obiektów metodą ekstrakcji chlorków b) s t ę ż chlorkó w,,5,,5., cem. masy [%],-,,5-,5 [cm] L iczba po m i arów [ %] -5 <E <- mv (Cu/CuSO ) kor Opatentowaną w 985 roku technologię Norcure w pierwszej kolejności zastosowano do regeneracji obiektów komunikacyjnych zagrożonych korozją chlorkową. Duża wilgotność betonu oraz obecność w cieczy porowej jonów ułatwiały przepływ prądu i sprzyjały odzyskaniu właściwości ochronnych. elektrochemiczne usunięcie chlorków z betonu zdecydowano się podczas remontu łukowego mostu autostradowego Lingenau w regionie Vorarlberg w Austrii [] rys. a. Most o rozpiętości łuku l = m został wzniesiony w 98 roku Po ponad -letniej eksploatacji stężenie chlorków w betonie osiągnęło % masy cementu. Zabieg wykonywano przez 5 tygodni uzyskując redukcję chlorków o 7% w porównaniu z zawartością początkową rys. b. Latem 989 roku metodą Norcure przeprowadzono ekstrakcję chlorków z betonu filarów mostu drogowego Burlington Bay Skyway w stanie Ontario w Kanadzie [5, ]. Zawartość chlorków dochodziła do,% masy betonu, wielokrotnie przekraczając stężenie krytyczne wynoszące,7% tej masy. Zabieg wykonano stosując włókna celulozowe oraz siatkowe anody tytanowe. W ciągu 8 tygodni zredukowano chlorki do 87% stężenia początkowego. Pomiary potencjału stacjonarnego i polaryzacji liniowej wskazywały na zachowanie stanu pasywnego zbrojenia w ciągu lat od chwili przeprowadzenia ekstrakcji. Rysunek 7 ujmuje zmiany liczby pomiarów potencjału stacjonarnego o wartościach wskazujących na zagrożenie korozyjne ( 5 < E kor mv Cu/CuSO ), które określono na zorientowanych względem stron świata powierzchniach filaru. Wyniki uzyskane na powierzchni północnej niepoddawanej ekstrakcji wykazują skuteczność zabiegu wykonanego na pozostałych powierzchniach. Ekstrakcję chlorków zastosowano z pomyślnym skutkiem w 99 roku do zabezpieczenia żelbetowej ściany tunelu drogowego w Szwajcarii (autostrada N5, obiekt nr S8) []. Ścianę tunelu o długości m wykonano w 98 roku. W pobliżu poziomu jezdni zawartość chlorków w betonie była bardzo duża i dochodziła do % masy cementu. W miejscach położonych powyżej m od poziomu drogi stężenie jonów nie przekraczało,%. powierzchni ściany elektrolit stabilizowano za pośrednictwem natryskiwanych włókien celulozowych, natomiast anodową siatkę tytanową mocowano do drewnianych listew. Zabieg trwał 8 tygodni. pięcie wynosiło V, natomiast gęstość prądu początkowo przyjęto równą,75 A/m, a następnie zmniejszono do wartości, A/m. Rozkład całkowitego stężenia chlorków wolnych i związanych w kierunku grubości ściany tunelu zamieszczono na rysunku 8. Ujęto wyniki badań w trzech charakterystycznych miejscach oraz wartości średnie przed zabiegiem i po ekstrakcji. Analizując wyniki chemicznych badań próbek pobranych ze ściany tunelu zauważono, że proces ekstrakcji powodował w miejscach o największej zawartości chlorków Czas po ekstrakcji [miesiąc] Strona północna zachodnia południowa wschodnia Rys. 7. Zmiany potencjału stacjonarnego wskutek ekstrakcji chlorków na jednym z filarów mostu Burlington Bay Skyway w stanie Ontario w Kanadzie [] PRZEGLĄD BUDOWLANY 7-8/ 7

6 KONSTRUKCJE ELEMENTY MATERIAŁY St ę ż e nie ch l o r k ów [% masy cementu],5,,5,,5,,5 8 Głębokość [mm] Rys. 8. Rozkład chlorków w kierunku grubości ściany tunelu drogowego w Szwajcarii (autostrada N5, obiekt nr S8) przed zabiegiem i po ekstrakcji [] St ę ż e nie ch l o r ku [ % m a sy c e m entu ] 8,,5,5 redukcję ich stężenia o około 5% []. Podobna zależność wystąpiła także w innych odsalanych obiektach. Chlorki usuwano elektrochemicznie z betonu podpory wiaduktu drogowego (obiekt 5) położonego w kantonie Solothurn w Szwajcarii [5]. Dochodząca do % masy cementu zawartość chlorków została zredukowana do 5% stężenia początkowego, na skutek przepływu prądu o gęstości A/m betonu. Zabieg realizowano w latach stosując tytanową siatkę anodową oraz włókna celulozowe. W 989 roku rozpoczęto trwającą do 99 roku ekstrakcję chlorków z podpór mostu koło miejscowości Herstal w Belgii [5].,5 5,5 Głębokość [cm] PRZEGLĄD BUDOWLANY 7-8/ 7 7 7,5 8,5 Przed zabiegiem nr nr nr średnia Po zabiegu nr nr nr średnia Rys. 9. Rozkład stężenia chlorków w próbkach betonu pobranych z konstrukcji magazynu środków do usuwania lodu w miejscowości Frohnleiten (Austria) [] 9,5,5 próbka nr próbka nr próbka nr próbka nr próbka nr 5,5,5 5,5 7,5 Zastosowano stalową siatkę anodową oraz włókna celulozowe. Chlorek został zredukowany przeciętnie o około 8% wartości początkowej. Metodą elektrochemiczną odsolono żelbetową płytę parkingu w Sztokholmie [5]. Stężenie chlorków dochodziło do % masy cementu. Zabieg wykonywano przez 5 dni. Zastosowano napięcie między a V oraz gęstość prądu, A/m betonu. Analizy zawartości chlorków przeprowadzone przed zabiegiem, w trakcie oraz po zabiegu wskazywały na zadowalające rezultaty ekstrakcji. W 99 roku przeprowadzono elektrochemiczne odsalanie betonu dojazdowej rampy oraz nawierzchni krytego parkingu w Oslo [5]. Proces realizowano na powierzchni m za pośrednictwem tytanowych anod siatkowych oraz mat z geotekstyliów. Dzięki elektrochemicznej ekstrakcji chlorków uratowano żelbetową konstrukcję budynku w stacji utrzymania dróg w miejscowości Frohnleiten położonej w austriackiej Styrii []. W magazynie zawierającym zapas na okres najbliższych lat środków do usuwania lodu nastąpiła bardzo intensywna penetracja do betonu chlorków, osiągających w strefach brzegowych konstrukcji stężenie około 5,5% masy cementu (rys. 9). Przeprowadzona elektrochemiczna ekstrakcja metodą Norcure spowodowała wyraźną redukcję chlorków, jednak po pierwszym zabiegu poziom stężenia chlorków w dalszym ciągu stanowił korozyjne zagrożenie zbrojenia. Ekstrakcję chlorków zastosowano do szczególnego przypadku regeneracji płyty dachowej rezydencji QAFCO w Umm Said w Katarze [5]. Podczas wznoszenia budowli wykonano beton używając piasku morskiego. W wyniku tej nieprawidłowości stężenie chlorku w betonie wynosiło,5,8% masy cementu, natomiast potencjał stacjonarny znacznie odbiegał od akceptowanych wartości. Podczas zabiegu stosowano napięcie 5 V oraz prąd o gęstości,5, A/m betonu przez 5 dni. Po przeprowadzonej ekstrakcji zawartość chlorków obniżyła się do około,% masy cementu. Pomiary potencjału stacjonarnego wskazywały na zmianę wartości z sugerujących istnienie procesów elektrodowych na świadczące o zahamowaniu korozji. 7. Przykłady regeneracji skarbonatyzowanego betonu Po raz pierwszy w skali technicznej realkalizację zastosowano w 988 roku do zabezpieczenia fasady budynku Norweskiego Banku rodowego w Stavanger []. Elewacja wykonana z ręcznie groszkowanego betonu oraz otulina o zmiennej grubości sprzyjały karbonatyzacji, a następnie roz- 9

7 KO N S T R U KC J E E L E M E N T Y M AT E R I A ŁY 5 N a CO [ m ol/l] w porach beton u,9,8,7,,5,,,, Głębokość [mm] Rys.. Zawartość CO w porach betonu ścian zewnętrznych kościoła św. Marka w Bettlach (Szwajcaria) [] wojowi korozji, obejmującej 7% zbrojenia. Zabieg przeprowadzono podczas lata 988 roku stosując M roztwór CO. przeznaczonej do realkalizacji powierzchni m zastosowano 5 niezależnych obwodów elektrycznych. Powierzchnię zrealkalizowanego betonu pozostawiono w stanie naturalnym bez żadnej dodatkowej ochrony. Przed zabiegiem określono grubość otuliny, zasięg strefy skarbonatyzowanej testem fenoloftaleinowym oraz na podstawie analiz chemicznych stężenie sodu i zawartość chlorków. Ponadto sporządzono mapy potencjału stacjonarnego i wyznaczono gęstość prądu korozyjnego metodą polaryzacji liniowej. Wymienione pomiary powtórzono po wykonaniu realkalizacji, a następnie po, i 5 latach. Wszystkie wyniki uzyskane w tych okresach były do siebie zbliżone, a wartości potencjału stacjonarnego i gęstości prądu korozyjnego wskazywały na utrzymywanie się stanu pasywnego zbrojenia w całym okresie po realkalizacji []. W lecie 989 roku przeprowadzono realkalizację zewnętrznych części -piętrowego centralnego budynku Uniwersytetu Technicznego w Trondheim w Norwegii [5]. Realkalizacji poddano rzędy smukłych, mocno zbrojonych słupów żelbetowych oraz płytowe elementy elewacyjne. Głębokość karbonatyzacji dochodziła do 5 mm,8,,, 9,8 9, 9, 9, 9 porowej ph cieczy RA przed RA po Położenie próbki cm 5 cm cm 5 zbrojenie Próbka P P P P 5 cm CO ph próbka obejmując całą grubość otuliny zbrojenia. Do zabiegu zastosowano stalowe siatki anodowe oraz celulozowe włókna nasączone M roztworem CO. Gęstość prądu wynosiła,,5 A/m powierzchni betonu przy napięciu V. Realkalizację przeprowadzono na powierzchni m przez okres 5 dni. Po zabiegu całą elewację zabezpieczono powłokami malarskimi ograniczającymi dostęp CO. Zagrożoną korozją elewację kościoła św. Marka w Bettlach w Szwajcarii poddano realkalizacji w lecie 99 roku []. Kościół jest wykonany z betonu na kruszywie lekkim. Znacznej karbonatyzacji dochodzącej do mm sprzyjała gruboziarnista powierzchnia zewnętrzna oraz znaczna porowatość. Po wykonaniu realkalizacji połowę powierzchni betonu zabezpieczono powłoką malarską, natomiast drugą połowę pozostawiono bez ochrony. Obawiając się przy dużej porowatości betonu możliwości wypłukania węglanu sodu, sprawdzono jego zawartość w pobranych próbkach po i latach od zabiegu. Podczas realkalizacji do porów betonu wprowadzono,, mol/l węglanu sodu, przy wymaganym stężeniu CO >, mol/lporów. Wykonane po latach analizy zawartości węglanu sodu w pobranych próbkach nie wykazały żadnych zmian w stosunku do stanu bezpośrednio po realkalizacji i jedynie słabą tendencję do wymywania na głębokości 5 mm od powierzchni zewnętrznej (rys. ). Obliczone trwałe ph roztworu porowego miało wartości większe od,5, co pozwoliło uznać skuteczność realkalizacji za właściwą. Realkalizacji została poddana wieża kontrolna o wysokości 5 m koło miejscowości Zelzate w Belgii [5]. Głębokość karbonatyzacji wahała się w granicach 8 mm. Zawartość chlorków wynosiła,% masy betonu. Otulina zbrojenia miała grubość od 5 55 mm. Realkalizację przeprowadzono w dwóch częściach. W pierwszej części zabieg wykonano na polu powierzchni m stosując napięcie V oraz prąd o gęstości,,5 A/m betonu. Całkowita realkalizacja trwała dni. W drugiej części realkalizacji poddano pole powierzchni m przyjmując napięcie V oraz prąd A/m. W tych warunkach skarbonatyzowany beton został całkowicie zrealkalizowany w ciągu 9 dni. Zabiegowi realkalizacji poddano płytę żelbetową stropu tunelu drogowego Alberg Tunnel na granicy regionów Tyrol i Vorarlberg w Austrii [] (rys. a). Duże stężenie spalin samochodowych spowodowało w płycie stropowej karbonatyzację betonu na głębokości dochodzącej do mm. Stosując technologię Norcure zredukowano głębokość karbonatyzacji o 8% (rys. b). W Japonii realkalizację wykonano na fasadzie zamku w Osace, który jest dokładną kopią spalonej drewnianej budowli z XVI wieku [5]. Monument, mający znaczenie historyczne i stanowiący dużą atrakcję turystyczną, wzniesiono w 9 roku w konstrukcji żelbetowej. Po latach karbonatyzacja betonu objęła ponad 5 m powierzchni i osiągnęła głębokość 57 mm. Elektrochemiczny zabieg rozpoczęto w czerwcu 99 roku i wykonywano przez miesiące. PRZEGLĄD BUDOWLANY 7-8/ 7

8 KONSTRUKCJE ELEMENTY MATERIAŁY a) b) 8. Podsumowanie płyta z asi ę g karbonatyzacj i [mm] Rys.. Realkalizacja przeprowadzona w Alberg-Tunnel (Austria): a) położenie realkalizowanej płyty stropowej, b) wyniki badań próbek pobranych z dwóch miejsc; przed zabiegiem, po zabiegu [] PRZEGLĄD BUDOWLANY 7-8/ 7 8 K/Ka K/Ka Obecnie elektrochemiczna regeneracja otuliny betonowej jest coraz częściej wykonywana zagranicą w eksploatowanych przez kilkadziesiąt lat budowlach o dużym znaczeniu gospodarczym lub historycznym. Po pierwszych zastosowaniach o charakterze doświadczalnym realizuje się zabiegi w skali technicznej na obiektach, mając zasadniczo na celu skuteczną naprawę miejsc, w których wystąpiły symptomy korozji zbrojenia. Podstawową zaletą elektrochemicznych metod regeneracji żelbetu jest odzyskanie właściwości ochronnych jedynie wskutek działania pola elektrycznego, bez ingerencji mechanicznej. Przeprowadzona w ten sposób naprawa umożliwia zachowanie oryginalnej struktury powierzchni budowli i jej walorów architektonicznych. Z tego powodu zarówno realkalizacja, jak i ekstrakcja chlorków może być stosowana szczególnie przy renowacji obiektów zabytkowych. Jednak naprawa metodą elektrochemiczną jest generalnie droższa niż wymiana i reprofilacja powierzchniowych warstw betonu. podstawie niemieckich kalkulacji z 99 roku orientacyjny koszt elektrochemicznej realkalizacji m powierzchni betonu wynosił DM, ekstrakcji chlorków 5 DM, natomiast według tych samych źródeł cytowanej w pracy [] ochrony katodowej 5 DM []. prawa sposobem tradycyjnym tej samej powierzchni kosztowałaby w Niemczech 5 5 DM []. Wybór metody naprawy zagrożonych korozją obiektów żelbetowych zależy zatem nie tylko od stopnia i przyczyny uszkodzenia, ale także od ekonomicznej strony przedsięwzięcia. BIBLIOGRAFIA [] Jaśniok M., Zybura A., O przeciwkorozyjnym działaniu otuliny betonowej na zbrojenie. Zabezpieczenie i regeneracja zagrożonych korozją konstrukcji z betonu (cz. I). Przegląd Budowlany,, 7, s. 5 [] Jaśniok M., Zybura A., Zabezpieczenie prętów zbrojeniowych powłokami ochronnymi oraz inhibitorami. Zabezpieczenie i regeneracja zagrożonych korozją konstrukcji z betonu (cz. II). Przegląd Budowlany,, 7, s. [] Jaśniok M., Zybura A., Katodowa i protektorowa ochrona zbrojenia. Zabezpieczenie i regeneracja zagrożonych korozją konstrukcji z betonu (cz. III). Przegląd Budowlany, 5, 7, s. 8 5 [] Zybura A., Zabezpieczenie konstrukcji żelbetowych metodami elektrochemicznymi. Monografia. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice [5] Miller J. B., A milestone in concrete infrastructure repair desalination and realkalisation, International Technology Menager, NCT a.s., Oslo, Norway. Draft [] Pocock D., Chloride extraction and realkalisation six years on, Construction Repair, Concrete Repairs, Vol. 9, No., 995, pp. 7 [7] Banfill P. F. G., Features of the mechanism of realkalisation and desalination treatments for reinforced concrete, International Conference on Corrosion and Corrosion Protection of Steel in Concrete, 8 July, 99, pp [8] Polder R. B., Hondel H. J., Electrochemical realkalisation and chloride removal of concrete State of the Art, Laboratory and Field Experience, Rehabilitation of Concrete Structures, Proceedings of the International RILEM/ CSIRO/ACRA Conference, pp. 5 7 [9] Chatterij S., Simultaneous chloride removal and realkalisation of old concrete structures, Cement and Concrete Research, 99, Vol., No., pp. 5 5 [] Andrade C., Electrochemical aspects of repair methods, International Conference on Structural Improvement through Corrosion Protection of Reinforced Concrete, Conference Documentation E79, London 99 [] Jungwirth D., Grübl P., Windisch A., Elektrochemische Schutzverfahren für bewehrte Bauteile aus baupraktischer Sicht, Beton und Stahlbetonbau 8, H. 7, 99, s. 7 7 [] Mietz J., Elektrochemische Schutzverfahren zur Beseitigung von Korrosionsrisiken an Stahlbetonbauwerken, Bauingenieur 8, 99, s [] Polder R. B., Walker R. J., Page C. L., Electrochemical desalination of cores from a reinforced concrete coastal structure, Magazine of Concrete Research, Vol. 7, Dec. 995, pp. 7 [] Banfill P. F. G., Rehabilitation of corroding concrete by electrolytic realkalisation, Durability of Building Materials and Components 7, Volume Two, 99, pp. 9 [5] Jungwirth D., Grübl P., Windisch A., Elektrochemische Schutzverfahren für bewehrte Bauteile aus baupraktischer Sicht, Beton und Stahlbetonbau 8, H. 8, 99, s. 9 9 [] Materiały firmy FOSROC, NORCURE desalination,.99 [7] Hondel H. J., Polder R. B., Electrochemical realkalisation and chloride removal of concrete, Construction Repair, September/October 99, pp. 9 [8] Nustad G. E., Decter M., Moving into the lead with electrochemical repair technology, Fosroc s International Magazine FOCUS, 995, pp. 8 [9] Anderson G., Chloride extraction and realkalisation of concrete, Hong Kong Contractor, July/August 99, pp. 9 5 [] Kaltenegger W., Martischig G., New gentle method of concrete repair, First Slowak Conference on Concrete Structures, Bratislava 99, pp. 5 [] Roti J. A., Electrochemische Verfahren zur Betoninstandstellung, Schweizer Ingenieur und Architekt SIA, H. 8/8, April 99 [] Elsener B., Molina M., Böhni H., The electrochemical removal of chlorides from reinforced concrete, Corrosion Science, Vol. 5, No. 5, 99, pp [] Materiały firmy Elektrochemische Beton Instandsetzung ECBIS AG, Muesmattweg 8A, CH- Allschwil 5