Čo je korózia armatúry v betóne?

Elektrochemický mechanizmus korózie ocele v betóne

Korózia betonárskej ocele v betóne je fundamentálne elektrochemický proces, ktorý vyžaduje štyri simultánne podmienky. Tieto štyri elementy tvoria to, čo inžinieri nazývajú koróziový článok. Podľa ACI 222R-01 (Ochrana metalov v betóne proti korózii), štyri esenciálne komponenty sú anóda, aktívny korodujúci povrch ocele, kde nastáva oxidácia železa a produkujú sa elektróny, katóda, pasívny alebo nobilnejší povrch ocele, kde redukcia kyslíka konzumuje elektróny, elektrolyt, pórová voda betónu obsahujúca rozpuštené ióny, ktorá transportuje ióny medzi anódou a katódou, a elektrické spojenie, samotná betonárska oceľ, ktorá umožňuje tok elektrónov z anódy na katódu. Odstránenie ktoréhokoľvek z týchto štyroch elementov haltuje aktívnu koróziu úplne.

Chemické reakcie v play sú dobre rozumene. Na anodickom mieste, atómy železa oxidujú na železové ióny, Fe → Fe²⁺ + 2e⁻. V vysoko oxidizujúcich prostrediach, železové ióny ďalej oxidujú na ferické ióny, Fe²⁺ → Fe³⁺ + e⁻. Tieto ióny potom reagujú s hydroxilovými iónmi a rozpušteným kyslíkom, aby produkovali známe produkty korózie, rdzú. Na katodickom mieste, rozpuštený kyslík a voda kombinujú s dostupnými elektrónmi, 2H₂O + O₂ + 4e⁻ → 4(OH⁻). Táto katodická reakcia produkuje hydroxilové ióny, ktoré migrujú smerom anódy cez pórový roztok betónu, udržujúc elektrochemický obvod. Celková reakcia môže byť sumarizovaná ako železo plus voda plus kyslík dávajúce hydroxidy a oxidy železa, rdzú, ktorá eventuálne zničia betónový kryt.

Korózia manifestuje sa v dvoch distinktnych formách závisne od priestorného vzťahu medzi anódou a katódou. Makročlánková korózia nastáva, keď anóda a katóda sú široko separované, centimetre až metre apart. To je typické v chlorídmi-kontaminovaných konstrukciach, kde lokalizovaný pitting formuje intenzívne anodické zóny obklopené veľkými pasívnymi katodickými oblasťami, hýbúc agresívne galvanické toky. Makročlánkové toky môžu byť merané direktne pomocou techník nulorezistenciového ampermetra a sú dominantným mechanizmom v mostových deckoch podrobených odmrazovacím solom. Mikročlánková korózia nastáva, keď anóda a katóda sú v esencii na tom istom mieste, separované len milimetre. To je typické uniformnej karbonatáciou-indukovanej korózii, kde celý povrch ocele stáva sa aktívnym simultánne.

V zdravom, nekarbonatovanom betóne, vysokoalkalický pórový roztok (pH 12,5 až 13,5) promovuje formáciu tesno adherujúceho pasívneho filmu na povrchu ocele, tenkej vrstvy oxidov železa (Fe₃O₄ a Fe₂O₃) a hydroxidov len nanometre hrubej. Tento film funguje ako neprepustná bariéra ďalšej oxidácii, redukujúc rýchlosť korózie na zanedbateľné úrovne. Pasívny stav je charakterizovaný koróziovou tokovou hustotou pod 0,1 μA/cm², odpovedajúcou rýchlosti straty sekcie ocele menej než 0,001 mm na rok. Aktívna korózia začína, keď koróziová toková hustota prekračuje 1,0 μA/cm², desaťnásobné zvýšenie z pasívnych podmienok. Pourbaix diagram (potenciál verzus pH) mapuje stabilné regióny železa v vodných prostrediach a jasne ukazuje, že pri pH nad 12,5 železo leží v pasiváciovej zóne, kde ochranné oxidy sú termodynamicky stabilné. Pri pH pod približne 9,5 pasívny film stáva sa nestabilným a aktívna korózia je termodynamicky možná. Pri intermediálnom pH 9,5 až 10,5 film je v tranzícii a stav korózie závisí od potenciálu.

Chlorídmi-indukovaná korózia

Chlorídmi-indukovaná korózia je najrozšírenejšia a najagresívnejšia forma znehodnocovania armatúry v modernej betónovej infraštruktúre. Chlorídové ióny (Cl⁻) neútočia direktne pasívnu vrstvu cez chemické rozpuštenie. Namiesto toho spôsobujú lokalizovaný rozpad cez viacstupňový mechanizmus. Chlorídové ióny migrujú cez betónový kryt na povrch armatúry hýbené koncentráciovými gradientmi (Fickian difúzia) a kapilárnou absorpcíou. Na povrchu ocele, Cl⁻ adsorbuje na pasívny film na defektných miestach ako inklúzie, diskontinuity mlynovej škály alebo grainové granice. Lokalná acidifikácia nastáva kvôli hydrolyze železových iónov, Fe²⁺ + H₂O → Fe(OH)⁺ + H⁺. Vznikajúce nízko-pH prostredie rozpušta pasívny film lokálne, tvoriac aktívny pit, ktorý funguje ako anóda. Okolna pasívna oceľ funguje ako katóda, tvoriac agresívny makročlánok. Pittingová korózia pokračuje cez autokatalytický mechanizmus, nízke pH vnútri pitu atrahuje viac chlorídových iónov cez elektromigráciu, čo ďalej akceleruje rozpuštenie. Rýchlosti rastu pitu môžu dosiahnuť 0,5 až 1,0 mm na rok v ťažkých morských prostrediach, vedúc k rýchlej lokalizovanej strate sekcie, ktorá je staticky nebezpečnejšia než uniformná korózia, pretože tvorí koncentrácie napätia v oceli.

Kritický chlorídový prah (CTL) je množstvo chlorídu v hĺbke armatúry dostatočné na iniciáciu korózie. Prah variuje signifikantne závisne od chemie cementu, kvality betónu a prostredných podmienok. ACI 222R reportuje všeobecný rozsah 0,15 až 0,40 percenta chlorídu masou cementu pre konvencionálne armovaný betón. Európska prax (CEB/Eurocode basis) typicky adoptuje 0,40 percenta masou cementu. V termínoch objemu betónu, US prah je približne 0,6 až 0,9 kg/m³ (1,0 až 1,5 lb/yd³). Výskum Hausmann (1967) a Gouda (1970) ustanovil, že pomer chlorídu k hydroxylu (Cl⁻/OH⁻) v pórovom roztoku je kontrolujúci parameter, pri pH 12,6 maximálny tolerovateľný pomer Cl⁻/OH⁻ je 0,29, zatiaľ čo pri pH 13,3 stúpa sa mierne na 0,30. C₃A (trikalcium aluminát) obsah cementu signifikantne afektuje prah, pretože C₃A chemicky viaže chlorídy tvoriac kalcium chloroaluminát (Friedelova soľ, 3CaO·Al₂O₃·CaCl₂·10H₂O), odstraňujúc ich z pórového roztoku a zvyšujúc efektívny prah. Cementy s C₃A obsahom nad 8 percent poskytujú substanciálne lepšie viazanie chlorídov než tie s nízkym C₃A.

Chlorídy vstupujú do betónu z oboch interných a externých zdrojov. Interné zdroje zahŕňajú kalcium chlorídové akcelerujúce admixtúry (teraz obmedzené na maximum 0,1 až 0,5 percenta chlorídového iónu masou cementu v väčšine kódov), chlorídmi-kontaminované agregáty a míchacú vodu. ACI 318 budovný kód zakázal kalcium chloríd v armovanom betóne od 1977 z tohto dôvodu. Externé zdroje sú ďaleko signifikantnejšie pre konstrukcie v službe. Odmrazovacie soli (sodium chloríd NaCl, kalcium chloríd CaCl₂, magnesium chloríd MgCl₂) aplikované na mostové decky, parkovacie konstrukcie a cesty tvoria najagresívnejšiu chlorídovú expozíciu v temperatných klímach. Mostové decky v snežných regiónoch môžu prijať 100 až 500 kg soli na lane-km na zimnú sezónu. Morská expozícia, morský spray, soľná mgla a tidalové mokro-suché cyklovanie, afektuje pobrežné konstrukcie, pričom splashová zóna je najťažšie prostredie, kde chlorídové koncentrácie môžu dosiahnuť 1 až 3 percenta váhou cementu vnútri rokov. Morsko-submergované konstrukcie zažívajú pomalšie vniknutie chlorídov kvôli kontinuovanej saturácii limitujúcej dostupnosť kyslíka na armatúre, ale korózia môže stále nastávať, ak kyslík je prítomný.

Kritický koncept v manažmente chlorídovej korózie je viazanie chlorídov. Nie všetky chlorídy v betóne prispievajú k riziku korózie. Chemické viazanie nastáva, keď kalcium alumináty reagujú s chlorídmi tvoriac Friedelovu soľ, imobilizujúc približne 40 až 60 percent celkových chlorídov v obyčajnom Portland cementovom betóne. Fyzické viazanie zahŕňa adsorpciu chlorídov na povrchy kalcium-silikát-hydratového (C-S-H) gélu a uväznenie v nepripojených póroch. Suplementárne cementové materiály (SCM) ako fly ash a ground granulated blast-furnace slag zvyšujú viazaciu kapacitu kvôli ich vyššiemu aluminátovému obsahu. Kriticky, karbonatácia uvoľňuje viazané chlorídy, keď CO₂ reaguje s Friedelovou soľou, rozkladá chloraluminátové zlúčeniny a uvoľňuje predtým imobilizované chlorídy do pórového roztoku na karbonatáciovom fronte. Tento synergický efekt znamená, že karbonatovaný betón môže mať vyššiu voľnú chlorídovú koncentráciu v hĺbke armatúry než nekarbonatovaný betón, aj keď celkový chlorídový obsah je identický.

Karbonatáciou-indukovaná korózia

Karbonatácia je chemická reakcia medzi atmosferickým dioxidom uhlíka (CO₂) a alkalickými komponentmi hydratovaného cementového pastu. Primárna reakcia je medzi portlanditom, kalcium hydroxidom Ca(OH)₂, a rozpušteným CO₂, Ca(OH)₂ + CO₂ (vodný) → CaCO₃ (kalcit) + H₂O. Sekundárne reakcie konzumujú kalcium-silikát-hydratový (C-S-H) gél, kalcium alumináty a kalcium aluminoferrity, hoci pomalšie. Precipitácia kalcium karbonátu plní póry lokálne, temporárne redukujúc permeabilitu na karbonatáciovom fronte, ale tento benefit je offsetovaný progresívnym znížením pH. Reakcia redukuje pH betónu z normálneho rozsahu 12,5 až 13,5 dolu na približne 8,3 v plne karbonatovanom betóne. Depasiváciový prah pre oceľ je približne pH 9,5, pod touto hodnotou pasívny film oxidu železa nie je viac termodynamicky stabilný a začína sa rozpuštať.

Polní inspektori používajú fenolftaleínový indikátorový test na rýchlu detekciu karbonatácie. 1-percentný roztok fenolftaleínu v etanole je sprýjovaný na čerstvo zlomený povrch betónu. V alkalickom betóne (pH nad približne 8,0 až 9,5) indikátor stáva sa pink až magenta. V karbonatovanom betóne (pH pod prahom) roztok ostáva bezfarebný. Hĺbka bezfarebnej zóny meraná z expozovaného povrchu reprezentuje hĺbku karbonatácie. Tento test musí byť vykonaný na čerstvo zlomenom povrchu, nie na rezaných alebo pílených povrchoch, pretože proces rezania môže rozmazať alkalitu a produkovat nepresné výsledky. Test je immediátny, lacný a poskytuje jasnú vizuálnu granicu medzi karbonatovaným a nekarbonatovaným betónom.

Hĺbka karbonatácie sleduje kvadratný-koreň-času vzťah, d = k × √t, kde d je hĺbka karbonatácie v milimetrech, k je koeficient rýchlosti karbonatácie v mm/√rok a t je čas v rokoch. Koeficient rýchlosti k závisí silne od kvality betónu a expozíciových podmienok. Dense, dobre dizajnovaný betón s nízkym pomerom voda-cement (pod 0,40) vykazuje k hodnoty 1 až 3 mm/√rok, čo znamená, že by trvalo 70 až 625 rokov, aby karbonatácia dosiahla typickú hĺbku krytu 25 mm. Stredná kvalita betónu (w/c 0,45 až 0,55) má k 3 až 5 mm/√rok, dosahujúc 25 mm v 25 až 70 rokoch. Zlá kvalita betónu s vysokými w/c pomerami (nad 0,60) a nízkym cementovým obsahom má k hodnoty 5 až 10 mm/√rok, dosahujúc 25 mm v len 6 až 25 rokoch. Veľmi zlá kvalita betónu prekračuje 10 mm/√rok, dosahujúc kritické hĺbky krytu v menej než 6 rokoch. Tieto modely predpokladajú konštantné expozíciové podmienky, aktuálna polná karbonatácia môže byť akcelerovaná pukami, cyklovým mokrením a zvýšenými koncentráciami CO₂ v urbánnych alebo industriálnych prostrediach.

Najagresívnejší rozsah relatívnej vlhkosti pre karbonatáciu je 50 až 70 percent. Pod 40 percent RH, pórová voda je nedostatočná pre rozpuštenie CO₂ a iónový transport. Nad 80 percent RH, vodou-plnená pórová sieť impeduje difúziu CO₂ gasu, pretože gas musí rozpuštiť sa a difundovať cez vodu, čo je 10 000-krát pomalšie než gasová difúzia. Mokro-suché cyklovanie signifikantne akceleruje karbonatáciu alternatívne facilitujúc CO₂ difúziu počas suchých periód a poskytujúc nevyhnutnú vodu pre karbonatáciovú reakciu počas mokrých periód. Konstrukcie v schronených, intermitentne mokrených lokáciach, ako undersides mostových deckov, parkovacích garážových soffitov a interiérových budovných kolumn, sú zvlášť vulnerabilné karbonatáciou-indukovanej korózii.

Na rozdiel od chlorídmi-indukovanej korózie, ktorá je lokalizovaná a pittingová v prírode, karbonatáciou-indukovaná korózia tenduje byť uniformná (všeobecná) korózia nad veľkými oblasťami. Pretože depasivácia je rozšírená, celý povrch ocele vnútri karbonatovanej zóny stráca ochranu, anodické a katodické miesta sú intímne zmiešané na mikroskále. Rýchlosti korózie v karbonatovanom betóne sú typicky nižšie než v chlorídmi-kontaminovanom betóne, zriedka prekračujúc 0,1 mm na rok straty sekcie. Avšak, veľká afektovaná oblasť môže stále viesť k signifikantným statickým konsekvenciám cez kumulatívnu stratu sekcie a expanzívne pukanie krytového betónu.

Kritická interakcia nastáva medzi karbonatáciou a chlorídovou kontamináciou. Karbonatácia uvoľňuje viazané chlorídy z Friedelovej soli, zvyšujúc voľnú chlorídovú koncentráciu na karbonatáciovom fronte. Simultánne, kritický chlorídový prah znižuje sa, keď pH padá, pri pH 11,5 prah môže byť 2 až 3-krát vyšší než pri pH 10,0. Kombinovaný efekt znamená, že konstrukcie s oboma karbonatáciou a chlorídmi, ako mostové decky podrobené obom odmrazovacím solom a atmosferickému CO₂, zažívajú akcelerovanú koróziu pri nižších celkových chlorídových koncentráciach, než by ktorýkoľvek mechanizmus sam predpovedal. Toto synergické znehodnocovanie je jeden z najvyzívajúcejšich problémov trvanlivosti v existujúcej betónovej infraštruktúre.

Produkty korózie a expanzia objemu

Korózia železa produkuje rozsah zlúčenín závisne od dostupnosti kyslíka, vlhkostných podmienok a prítomnosti agresívnych iónov. Zhao et al. (2011) vykonali extensívnu X-ray difrakciu (XRD), termogravimetriu (TG) a diferenciálnu termálnu analýzu (DTA) vzoriek rdze zberaných z armovaných betónových konstrukcií v rôznych prostrediach a identifikovali osem distinktných zlúčenín. Najčastejšie sú železový oxid (FeO, wüstit), čierny v farbe s expanziou objemu 1,8-krát pôvodné železo, magnetit (Fe₃O₄), tiež čierny, expandujúci na 2,0-krát, železový hydroxid (Fe(OH)₂), zelenkasto-biely, expandujúci na 3,75-krát, ferický hydroxid (Fe(OH)₃), červeno-hnedý, expandujúci na 4,2-krát, goethit (α-FeOOH), žlto-hnedý, akaganeit (β-FeOOH), hnedý, chlorídmi-bohatý, a lepidokrocit (γ-FeOOH), oranžovo-hnedý. Plne hydratovaný ferický hydroxid (Fe(OH)₃·3H₂O) dosahuje maximálny expanzíový pomer 6,4-krát pôvodný objem železa. Hoci Fe₂O₃ (hematit) je frekventne detekovaný v vzorkách rdze, je všeobecne konziderovaný, že origínuje z mlynovej škály formovanej počas manufactúry ocele, nie z samotného koróziového procesu, pretože jeho formácia vyžaduje temperatúry nad 200°C.

Pomer expanzie objemu, objem produktu korózie delený objemom pôvodného konzumovaného železa, je fundamentálny parameter governujúci pukanie krytového betónu. Celkový rozsah expanzie je 2,0 až 6,4-krát, so špecifickým pomerom závisným od mixu produktov korózie formovaného pod danými prostrednými podmienkami. Typ produktu korózie formovaného závisí primárne od dostupnosti kyslíka a vlhkosti, v kyslíkom-bohatých prostrediach dominujú vyššie oxidy a hydroxidy (Fe(OH)₃, γ-FeOOH), produkujúc väčšiu expanziu, v kyslíkom-limitovaných prostrediach dominujú nižšie oxidy (Fe₃O₄, FeO), produkujúc menej expanzie ale potenciálne hlbšie penetráciu korózie. Interiérové suché prostredia typicky produkujú goethit a maghemit s nižšími expanzíovými koeficientmi (1,8 až 2,5). Pobrežné a morské prostredia produkujú akaganeit, chlorídmi-bohatú fázu, ktorá formuje sa preferenčne v prítomnosti vysokých chlorídových koncentrácií, s expanzíovými koeficientmi 2,0 až 3,5. Industriálne prostredia s oboma chlorídovou a sulfátovou expozíciou produkujú zmiešané hydroxy-oxidy s expanziou dosahujúcou 2,5 až 6,0.

Expanzívny tlak generovaný formáciou rdze vnútri konfinovaného betónu je na rádu 50 až 100 MPa. To prekračuje tenzilnú pevnosť väčšiny statického betónu faktorom 10 až 50, typická tenzilná pevnosť betónu sa pohybuje od 2 do 5 MPa. Konsekvencie sú predikovateľné a dramatické, pukanie betónu začína pri hĺbkach korózie tak malých ako niekoľko desiatok mikrometrov (0,02 až 0,05 mm uniformnej straty ocele). Výskum indikuje, že expanzia objemu len 1,5 až 2 percenta je dostatočná, aby puknula betónový kryt, čo znamená, že prvá tenká vrstva formácie rdze je už dostatočná na iniciáciu poškodenia. Akonáhle pukanie nastáva, tvorí preferenčné cesty pre vlhkosť, kyslík a ďalšie chlorídy dosiahnuť armatúru, akcelerujúc koróziový proces v samo-perpetuujúcom cykle. Pukanie tiež redukuje konfinement, umožňujúc viac priestoru pre produkty korózie expandovať bez generovania ďalšieho tenzilného napätia, to je dôvod, prečo rýchlosti korózie môžu sa javiť, že spomaľujú po extensívnom pukaní, hoci podložná strata sekcie kontinuuje.

Vidné indikátory korózie armatúry

Vidné manifestácie korózie armatúry sledujú charakteristický progresívny sekvenc, ktorý umožňuje zažitým inspektorom vyhodnotiť závažnosť a extent poškodenia z povrchu betónu. Najrannejší vidný znak je rdzavé mapovanie, červenohnedé až tmavohnedé zafarbenie na povrchu betónu spôsobené rozpustnými zlúčeninami železa (primárne Fe²⁺ a Fe³⁺ iónmi) migrujúcimi cez pórovú sieť betónu a emergujúcimi na povrchu. Tieto mapy často sledujú geometrický obrazec podložnej armatúrovej siete, poskytujúc vizuálnu mapu aktívnych zón korózie. Intenzita mapy koreluje približne s aktivitou korózie, ale nie direktne so stratou sekcie, malý aktívny pit môže produkovat extensívne povrchové mapovanie, zatiaľ čo pokročilá uniformná korózia môže produkovat relatívne málo povrchového zafarbenia, ak betón je dense.

Po mapovaní, drobné pozdĺžne pukanie vyvíja sa paralelne s direkciou armatúry. Tieto puky rezultujú z tenzilných hoop napätí generovaných expandujúcimi produktmi korózie okolo individuálnych barov. Orientácia puku sleduje layout armatúry, pozdĺžne puky javia sa direktne nad a alignované s podložnými barmi. Šírky puku progredírujú od vlasových (pod 0,1 mm) na mierne (0,1 až 0,5 mm) na pokročilé (nad 0,5 mm). Šírky puku prekračujúce 1,0 mm indikujú ťažkú koróziu, kde integrita krytového betónu je substanciálne kompromitovaná a immediátna intervencia je pravdepodobne vyžadovaná. Ako viaceré susedné bary korodujú, gridový obrazec pukania emerguje, puky v dvoch ortogonálnych direkciach sledujúcich gridový obrazec armatúry konstrukcie.

Delaminácia reprezentuje nasledujúci stádium, kde interné horizontálne puky propagujú vnútri betónu na úrovni armatúry, separujúc krytový betón od podložného zdravého materiálu. Delaminácia je často nevidná holým okom, ale môže byť detekovaná kladivovým sonovaním alebo reťazovým ťahaním, štandardné techniky definované v ASTM D4580 (Štandardná prax pre meranie delaminácie v betónových mostových deckoch). Zvukový betón produkuje jasný, zvonový ton, keď je údený kladivom alebo reťazou. Delaminovaný betón produkuje dutý, bubnový zvuk, pretože separovaná vrstva vibruje nezávisle. Reťazové ťahanie cez mostový deck produkuje distinktívny rattle nad delaminovanými oblasťami, ktorý je jasne rozoznateľný od solidného zvuku nad intaktným betónom. Kvalifikovaní inspektori môžu mapovať delamináciové granice s remarkabilnou precíziou používajúc tieto simple akustické metódy, a výsledky môžu byť markované direktne na povrchu decku s sprýjovou farbou pre dokumentáciu a plánovanie reparácie.

Odlupovanie je terminálny vidný stádium, kde delaminovaný betón odpadá z povrchu, padajúc v flakoch alebo kusoch. Odlupovanie typicky začína na rohoch, krajoch a konstrukciových škárach, kde betónový kryt je najtenší, potom progredíruje vnútri, ako korózia pokračuje. Odhaľená armatúra s vidnou rdzou a merateľnou stratou sekcie je definitívny indikátor pokročilej korózie. Fragmenty betónu na zemi pod konstrukciou sú očividný, ale často prehliadaný znak, reprezentujú bezpečnostné riziko z padajúcich debris a indikujú, že konstrukcia vyžaduje immediátnu pozornosť. Iné indikátory zahŕňajú eflorescenciu, biele krystalické depozity kalcium karbonátu, ktorá môže sprevádzať karbonatáciu a indikovať, že vlhkosť pohybuje sa cez betón. Ktorákoľvek odhaľená armatúra s vidným ubytkom (redukcia v diametre baru) vyžaduje statické vyhodnotenie licencovaným profesionálnym inžinierom, aby určil zostatkovú kapacitu. ACI 222R zdôrazňuje, že korózia musí byť konfirmovaná via mapovania polučlánkového potenciálu alebo direktnej expozície, pretože rdzavé mapovanie samo môže origínovať z plytkých inklúzií železa, častíc mlynovej škály v agregáte alebo povrchovej kontaminácie, ktorá nereprezentuje aktívnu statickú koróziu.

Limity detekcie korózie

Všetky vizuálne inšpekciové metódy, vrátane automatizovanej klasifikácie, zdieľajú inherentné limity v detekcii korózie. Fundamentálny konštraint je, že korózia iniciuje v hĺbke armatúry, typicky 25 až 75 mm pod povrchom, a môže progredírovať roky predtým, než akákoľvek vidná manifestácia javí sa. Počas tejto iniciáciovej fázy, chlorídy akumulujú na armatúre cez difúziu, pasívna vrstva rozpadá sa a aktívna korózia začína, všetko bez akéhokoľvek externého vidného indikátora. Tuutti model koróziového služobného života explicitne delí užitočný život konstrukcie na iniciáciový period (počas ktorého agresívne agenty penetrujú na armatúru, ale žiadne poškodenie nenastáva) a propagáciový period (počas ktorého produkty korózie akumulujú a poškodenie stáva sa vidným a progredíruje). V chlorídmi-kontaminovaných mostových deckoch s adekvátnym betónovým krytom (50 až 75 mm), iniciáciový period môže trvať 10 až 20 rokov alebo viac, počas ktorého žiadne povrchové znaky nie sú prítomné. V karbonatovaných konstrukciach, iniciáciový period je určený rýchlosti difúzie CO₂ a môže podobne trvať dekády pre dobrú kvalitu betónu.

Povrchovo-vidná inšpekcia tiež nemôže kvantifikovať rýchlosť korózie, rýchlosť, ktorou strata sekcie nastáva. Konstrukcia s extensívnym rdzavým mapovaním môže mať aktívne rýchlosti korózie 0,01 mm/rok (nízka) alebo 0,1 mm/rok (vysoká), vizuálny jav sam nemôže rozoznať medzi nimi. Rýchlosť korózie vyžaduje elektrochemické meranie používajúce techniky lineárnej polarizáciovej rezistencie (LPR), ktoré aplikujú malú perturbáciu napätia a merajú výsledný tokový odpoved. Tieto merania nie sú dosiažiteľné cez vizuálne prostriedky samé.

Subpovrchová delaminácia, horizontálne pukanie v hĺbke armatúry, je nevidná, dokým delaminovaná oblasť nestane sa dostatočne veľká, aby produkovala detekovateľný akustický odpoved počas reťazového ťahania alebo kladivového sonovania. Malé delaminácie môžu ostať nedetekované počas rutinnej vizuálnej inšpekcie, a aj mierne delaminácie môžu byť prehliadnuté, ak inšpekcia nezahŕňa systematické sonovanie. Hĺbka karbonatácie a profil chlorídovej koncentrácie v rôznych hĺbkach vyžadujú destruktívne vzorkovanie (drilling a zber prachu v inkrementálnych hĺbkach pre chemickú analýzu) alebo špecializovanú NDT, nemôžu byť vyhodnotené z povrchového javu. Tieto limity znamenajú, že vizuálne-len inšpekciové systémy, bez ohľadu na to, ako sofistikované, musia byť používané ako časť multi-metódového vyhodnotovacieho programu, ktorý zahŕňa elektrochemické testovanie a, kde je to opravdané, limitované destruktívne vyšetrovanie.

Automatizovaná vizuálna detekcia povrchovo-vidnej korózie je intencionovaná komplementovať, nie zamenať, komplexné vyhodnotenie NDT. Jej hodnota leží v systematickom a konzistentnom dokumentovaní lokácie, extentu a závažnosti vidných indikátorov korózie cez veľké konstrukcie, čo umožňuje inspektorom fokusovať NDT resursy na oblasti s najväčšou pravdepodobnosťou aktívnej subpovrchovej korózie.

Metódy vyhodnotenia korózie

Mapovanie polučlánkového potenciálu (ASTM C876)

Testovanie polučlánkového potenciálu je najrozšírenejšia elektrochemická metóda pre detekciu aktívnej korózie v armovanom betóne. Technika meria elektrochemický potenciál betonárskej ocele relatívne k referenčnej elektrode umiestnenej na povrchu betónu. Štandardná referenčná elektroda pre polné použitie je copper/copper sulfátový (Cu/CuSO₄) polučlánok, bežne skrátený ako CSE. Meriaci obvod skladá sa z referenčnej elektrody pripojenej na vysokoimpedančný voltmeter (>10 MΩ), ktorý je pripojený na betonársku oceľ cez expozovaný bar alebo drilovaný a tapovaný pripoj. Elektrický kontakt na povrchu betónu je udržovaný cez mokrú špongiu alebo pórový plug. Operátor pohybuje referenčnú elektrodu cez povrch betónu v gridovom obrazci, typicky na 1-metrovom spaciovaní pre iniciálne survey a 0,5-metrovom alebo bližšom pre detailné vyšetrovanie suspektných oblastí.

Interpretácia sleduje ASTM C876 kritériá. Potenciály väčšie než −200 mV (CSE) indikujú menej než 10-percentnú pravdepodobnosť aktívnej korózie. Potenciály medzi −200 a −350 mV reprezentujú neistú zónu, kde koróziová aktivita je možná, ale nie konfidentne predikovateľná. Potenciály negatívnejšie než −350 mV indikujú väčšiu než 90-percentnú pravdepodobnosť aktívnej korózie. Tieto kritériá aplikujú na necoatovanú betonársku oceľ v atmosfericky expozovanom betóne s normálnym vlhkostným obsahom. Najhodnotnejší output testovania polučlánkového potenciálu je mapa potenciálových kontúr, plánový pohľad na konstrukciu ukazujúci zóny negatívnejšieho potenciálu (anodické aktívne oblasti) a pozitívnejšieho potenciálu (katodické pasívne oblasti). Najstrmšie potenciálové gradienty, kde potenciál mení sa o viac než 100 mV nad krátkou distančou, indikujú granice medzi aktívnymi a pasívnymi zónami, kde koróziový tok je koncentrovaný.

Kritické faktory influencujú čítania polučlánkového potenciálu nad samotnú aktivitu korózie. Vlhkostný obsah betónu signifikantne afektuje čítania, mokrý betón produkuje negatívnejšie potenciály aj bez aktívnej korózie. Karbonatácia betónu šiftuje potenciály o −200 až −400 mV. Chlorídová kontaminácia produkuje potenciály −400 až −600 mV v mokrom betóne. Suchý betón produkuje potenciály 0 až +200 mV bez ohľadu na stav korózie. Dostupnosť kyslíka je major faktor, vodou-saturiraný betón s limitovaným kyslíkom môže produkovat potenciály −900 až −1000 mV, ktoré nevyhnutne neindikujú aktívnu koróziu, radšej, tieto čítania reflektujú nízko-kyslíkový stav submergovaného alebo kontinuovane saturiraného betónu. RILEM TC 154-EMC technický komité poskytuje komplexné vedenie na interpretáciu polučlánkových dát zohľadňujúc tieto konfoundujúce faktory, vrátane tabuliek očakávaných potenciálových rozsahov pre rôzne betónové podmienky.

Meranie rezistivity betónu

Elektrická rezistivita betónu governuje tok koróziového toku medzi anodickými a katodickými miestami. Nízko-rezistivitý betón poskytuje konduktívnejšiu cestu pre iónový transport cez pórový roztok, umožňujúc vyššie rýchlosti korózie. Rezistivita je meraná používajúc Wenner štyri-probový array, štyri rovnako spacované elektrody pritisnuté na povrch betónu. Alternujúci tok je aplikovaný medzi externými dvoma probami, a výsledný potenciálový rozdiel je meraný medzi internými dvoma probami. Rezistivita ρ je kalkulovaná ako, ρ = 2πa × V/I, kde a je spacovanie prob, V je merané napätie a I je aplikovaný tok. Použitie alternujúceho toku prevenuje polarizáciu elektrod a vyhýba sa direktným tokovým chybám, ktoré by afektovali merania polučlánkového potenciálu na tom istom povrchu.

Interpretáciové guideliney klasifikujú riziko korózie založené na rezistivite. Hodnoty pod 5 kΩ·cm indikujú veľmi vysokú pravdepodobnosť korózie, betón poskytuje esenciálne žiadnu rezistenciu iónovému toku. Hodnoty 5 až 10 kΩ·cm indikujú vysokú pravdepodobnosť. Hodnoty 10 až 20 kΩ·cm indikujú nízku až miernu pravdepodobnosť. Hodnoty nad 20 kΩ·cm indikujú nízku pravdepodobnosť, korózia je nepravdepodobná, aj keď iné podmienky (potenciál, kyslík, chlorídy) sú favorizujúce. Dominantný faktor kontrolujúci rezistivitu je vlhkostný obsah, saturiraný betón môže mať rezistivitu pod 10 kΩ·cm, zatiaľ čo oven-suchý betón môže prekročiť 1000 kΩ·cm. Temperatúra tiež signifikantne afektuje rezistivitu, s 20 až 30-percentným znížením pre každé 10°C zvýšenie. Pomer voda-cement a rafinácia pórovej struktúry (pomocou SCM) sú sekundárne, ale dôležité faktory, dobre vyzretý, nízko-w/c betón s silica fume môže mať 5 až 10-krát vyššiu rezistivitu než konvencionálny betón.

Sadowski (2013) proponoval kombinovanú vyhodnotovaciu metodológiu používajúcu oba polučlánkový potenciál a rezistivitu betónu na klasifikáciu betónu do troch oblastných typov. Typ 1 oblasti majú nízky potenciál (pod −350 mV) a nízku rezistivitu (pod 10 kΩ·cm), indikujúc väčšiu než 90-percentnú pravdepodobnosť aktívnej korózie. Typ 2 oblasti majú vysoký potenciál (nad −200 mV) ale nízku rezistivitu (pod 10 kΩ·cm), korózia je neistá, ale nízka rezistivita znamená, že ak depasivácia nastáva, rýchlosti korózie budú vysoké. Typ 3 oblasti majú vysoký potenciál (nad −200 mV) a vysokú rezistivitu (nad 20 kΩ·cm), pravdepodobnosť korózie je pod 10 percent. Tento kombinovaný prístup je spoľahlivejší než ktorákoľvek metóda samá.

Meranie rýchlosti korózie (Lineárna polarizáciová rezistencia)

Lineárna polarizáciová rezistencia (LPR) je jediná polná technika, ktorá poskytuje direktné kvantitatívne meranie rýchlosti korózie, rýchlosti, ktorou strata sekcie ocele nastáva. Metóda aplikuje malú perturbáciu napätia (typicky ±10 až 30 mV okolo koróziového potenciálu) a meria výsledný tokový odpoved. Polarizáciová rezistencia (Rp) je kalkulovaná z slope potenciál-tok krivky na koróziovom potenciáli. Koróziová toková hustota (icorr) je derivovaná používajúc Stern-Geary rovnicu, icorr = B / Rp, kde B je Stern-Geary konštanta (približne 26 mV pre oceľ v aktívnom stave v betóne, pohybujúca sa od 13 do 52 mV závisne od toho, či anodická alebo katodická reakcia je rýchlosť-kontrolujúca).

Rýchlosť korózie v termínoch straty sekcie ocele je kalkulovaná ako, Vcorr (mm/rok) = 0,0116 × icorr (μA/cm²). Interpretácia icorr hodnôt sleduje ustanovené prahy. Hodnoty pod 0,1 μA/cm² (0,001 mm/rok) indikujú pasívny stav, zanedbateľná korózia. Hodnoty 0,1 až 0,5 μA/cm² (0,001 až 0,006 mm/rok) indikujú nízku koróziu. Hodnoty 0,5 až 1,0 μA/cm² (0,006 až 0,012 mm/rok) indikujú miernu koróziu. Hodnoty 1,0 až 5,0 μA/cm² (0,012 až 0,058 mm/rok) indikujú vysokú koróziu. Hodnoty nad 5,0 μA/cm² (nad 0,058 mm/rok) indikujú veľmi vysokú akcelerovanú koróziu. Pri rýchlosti korózie 5 μA/cm², #4 (12 mm) armovací bar by stratil približne 25 percent svojej krížovej sekciovej oblasti v 20 rokoch, rýchlosť, ktorá jasne vyžaduje intervenciu.

Komerciálne LPR instrumenty zahŕňajú iCOR® (Giatec Scientific), Gecor 8 (James Instruments) a iné zariadenia používajúce konfinovaný guard ring konfiguráciu. Guard ring konfinuje polarizáciový tok na známu oblasť povrchu ocele, typicky 100 až 200 cm², umožňujúc spoľahlivý kalkuláciu icorr prevenujúc aplikovaný tok od rozširovania na neznámu oblasť. Limity zahŕňajú senzitivitu na temperatúru a vlhkosť (merania by mali byť brané pri relatívne stabilnej temperatúre, ideálne 20±5°C), potrebu znalosti polarizovanej oblasti (ktorú guard ring adresuje) a potenciálne podhodnotenie lokalizovanej pittingovej korózie (ktorá averaguje signál nad meriacou oblasťou). Maximálna efektívna hĺbka pre spoľahlivé LPR meranie je približne 10 cm pod povrchom betónu. ASTM G59 poskytuje štandardnú testovaciu metódu pre laboratórne LPR merania, zatiaľ čo RILEM TC 154-EMC poskytuje guideliney pre polnú aplikáciu.

Ďalšie metódy NDT

Klasifikácia závažnosti korózie

Závažnosť korózie je klasifikovaná používajúc štyri-stádový model adaptovaný z Tuutti modelu služobného života a FHWA vedenia. Stádium 1, Iniciácia reprezentuje period, počas ktorého agresívne agenty (chlorídy alebo CO₂) penetrujú betónový kryt a dosahujú armatúru, ale korózia ešte neiniciovala. Žiadne vidné znaky nie sú prítomné. Polučlánkové potenciály sú nad −200 mV. Koróziová toková hustota je pod 0,1 μA/cm². Strata sekcie je nulová. Stádium 2, Aktívna, Bez Delaminácie začína, keď korózia iniciuje. Produkty rdze začínajú formovať sa, ale ešte nevygenerovali dostatočný expanzívny tlak, aby puknuli betón. Rdzavé mapovanie môže javiť sa na povrchu ako prvý vidný indikátor. Polučlánkové potenciály padajú pod −350 mV. Koróziová toková hustota pohybuje sa od 0,1 do 1,0 μA/cm². Strata sekcie je menej než 1 percent. Stádium 3, Delaminácia nastáva, keď expanzívny tlak prekračuje tenzilnú pevnosť betónového krytu. Pozdĺžne pukanie javí sa pozdĺž armatúry. Kladivové sonovanie odhaľuje duté, delaminované oblasti. Koróziová toková hustota pohybuje sa od 1,0 do 5,0 μA/cm². Strata sekcie dosahuje 1 až 5 percent. Stádium 4, Odlupovanie je terminálny stádium, kde krytový betón odpadá a armatúra stáva sa expozovaná. Koróziová toková hustota prekračuje 5,0 μA/cm². Strata sekcie prekračuje 5 percent. Vidná redukcia v diametre baru stáva sa merateľná s caliprami.

Strata sekcie závažnosti je klasifikovaná v termínoch statickej signifikancie. Strata pod 5 percent reprezentuje nízke riziko s minimálnym efektom na statickú kapacitu. Strata 5 až 10 percent je mierna, nejaká redukcia kapacity môže nastávať a bond medzi oceľou a betónom môže byť afektovaný. Strata 10 až 20 percent je vysoka, signifikantná redukcia kapacity vyžadujúca profesionálne inžinierske vyhodnotenie a pravdepodobne load rating alebo zosilnenie. Strata prekračujúca 20 percent je kritická, statická deficiencia vyžadujúca urgentnú intervenciu, typicky vrátane suplementárnej armatúry, obmedzenia záťaže alebo zameny komponentu. Tieto prahy sú všeobecné guideliney, aktuálna statická signifikancia závisí od typu membera, záťažových podmienok a špecifickej lokácie a distribúcie straty sekcie pozdĺž baru a cez member.

Európsky štandard EN 1504-9 poskytuje komplexný framework 11 princípov pre reparáciu betónu direktne pripojených na manažment korózie. Princíp 1 adresuje ochranu proti vniknutiu (coatings, sealery, impregnácia). Princíp 2 kryje kontrolu vlhkosti. Princíp 3 adresuje restavráciu betónu cez patch reparáciu. Princíp 4 kryje statické zosilnenie. Princípy 7 až 11 direktne adresujú koróziu, prezervácia alebo restavrácia pasivity (realkalizácia, odstránenie chlorídov), zvýšenie rezistivity (hydrofóbna impregnácia), katodická kontrola (limitácia kyslíka na katóde), katodická ochrana (ICCP alebo galvanické anódy) a kontrola anodických oblastí (coating armatúry, inhibitory).

ACI 318-19 definuje expozíciové triedy pre koróziu (Trieda C), ktoré ustanovujú minimálne dizajnové vyžadovania pre nové konstrukcie. Trieda C0 (zanedbateľná expozícia) nemá špecialne vyžadovania nad minimálne statické betónové provisions. Trieda C1 (mierna expozícia, napr. rezidenčné footings, interiérové slaby neexponované odmrazovacím solom) vyžaduje maximálny pomer voda-cementitius materiály 0,50, minimálnu kompresívnu pevnosť 4000 psi a minimálny betónový kryt 1,5 palca (38 mm). Trieda C2 (ťažká expozícia z odmrazovacích solí alebo morského sprayu) vyžaduje maximálny w/cm 0,45, minimálnu pevnosť 4500 psi a minimálny kryt 2,0 palca (50 mm). Trieda C3 (extrémna expozícia z direktnej soľnej vody, agresívnych chemikálií alebo tidal/morských splash zón) vyžaduje maximálny w/cm 0,40, minimálnu pevnosť 5000 psi a minimálny kryt 2,5 až 3,0 palca (63 až 75 mm). Tieto dizajnové provisions cielia extendovať iniciáciový period na dizajnový služobný život, typicky 50 až 75 rokov pre mosty a 75 až 100 rokov pre major infraštruktúru.

Metódy reparácie a mitigácie

Katódová ochrana

Katódová ochrana (CP) je jediná metóda mitigácie korózie, ktorá haltuje aktívnu koróziu cez celú tretovanú konstrukciu, bez ohľadu na chlorídový obsah alebo hĺbku karbonatácie. Princíp je aplikovať externý tok, aby šiftoval potenciál armatúry do imunitného alebo pasiváciového rozsahu, tvoriac celý povrch ocele katódou. Dva typy existujú. Impressed Current Cathodic Protection (ICCP) používa externý DC napájací zdroj (rectifier) pripojený na inertný anódový systém, typicky titanium mesh s mixed metal oxide coating (MMO), konduktívne polymerové coatings na copper bus alebo aktivované titanium ribbon instalované v slotoch rezaných do betónového povrchu. ICCP funguje pri tokových hustotách 2 až 20 mA/m² oblasti povrchu ocele a má očakávaný život 20 až 30+ rokov s pravilným monitorovaním a údržbou. Rectifier umožňuje adjustáciu output toku, aby matchoval meniace sa prostredné podmienky. Galvanic Cathodic Protection (GCP) používa opúšťajúce anódy (zinc alebo magnesium), ktoré korodujú preferenčne, aby ochránili oceľ, používajúc prírodne nastávajúci potenciálový rozdiel medzi anódovým materiálom a oceľou. GCP funguje pri nižších a neadjustovateľných tokových hustotách 0,5 až 8 mA/m² a má očakávaný život 10 až 20 rokov závisne od masy anódy a rýchlosti konzumácie. GCP je preferovaný pre menšie oblasti, patch reparácie v morských konstrukciach a oblasti, kde externý napájací zdroj je nepraktický alebo kde náklad ICCP instalácie nemôže byť justifikovaný.

Široko akceptovaný kriterium pre CP efektivitu je 100 mV polarizáciový decay alebo 100 mV potenciálový šift (NACE SP0290). Po krátkej interrupcii aplikovaného toku (typicky 4 až 24 hodín), potenciál ocele by mal decayovať o aspoň 100 mV z jeho polarizovanej hodnoty, indikujúc, že katodická reakcia úspešne supresuje anodickú koróziovú reakciu. Alternatívne, potenciálový šift o viac než 100 mV v negatívnej direkcii z natívneho (neochráneného) potenciálu je tiež akceptovaný. CP systémy vyžadujú permanentné referenčné elektrody (typicky silver/silver chloríd alebo mangan dioxid) embedované v betóne pre ongoing monitorovanie.

Elektrochemická extrakcia chlorídov

Elektrochemická extrakcia chlorídov (ECE) aplikuje vysokú tokovú hustotu, 0,5 až 2 A/m², medzi externou anódou a armatúrou na krátky tretovací period 6 až 8 týždňov. To je 10 až 100-krát toková hustota používaná v CP. Vysoký tok hýbe negatívne nabité chlorídové ióny preč z armatúry smerom externej anódy na povrchu betónu cez elektromigráciu. Typická efektivita odstránenia chlorídov je 30 až 60 percent celkových chlorídov, s najvyšším odstránením z blízko-povrchového betónu a znižujúcou sa efektivitou pri väčších hĺbkach. ECE je jednorázový tretment, nie permanentná instalácia, externá anóda a elektrolytový systém sú odstránené po tretmente.

Kritické limity aplikujú. ECE nemôže byť používaná na prestresovaných alebo post-tensionovaných konstrukciach kvôli riziku hydrogenového embrittlementu, vysoka toková hustota môže generovať atomický hydrogen na povrchu ocele, ktorý difunduje do vysoko-pevnej ocele, spôsobujúc křehký lom pri napätových úrovniach dobre pod dizajnovou kapacitou (ACI 222R explicitne varuje proti tejto aplikácii). ECE môže alterovať chemiu betónu, potenciálne zvyšujúc riziko alkali-agregátovej reakcie, ak reaktívne agregáty sú prítomné. Proces tiež generuje teplo a môže spôsobiť signifikantné sušenie betónu blízko povrchu, čo môže vyžadovať ponovné mokrenie a extendované vyzrevanie po tretmente. ECE vyžaduje starostlivé monitorovanie kvalifikovanými operátormi a je typicky vykonávaná špecializovanými elektrochemickými reparáciovými kontraktormi.

Elektrochemická realkalizácia

Elektrochemická realkalizácia tretuje karbonatáciou-indukovanú koróziu aplikujúc elektrické pole medzi externou anódou (kovová sieť embedovaná v alkalickom elektrolytom-namočenom blanket) a armatúrou, zatiaľ čo alkalický elektrolyt (typicky 1 M sodium karbonát Na₂CO₃ alebo potassium hydroxid KOH) je udržovaný na externom anódovom povrchu. Tretment restavruje pH betónu z 8 až 9 na nad 10,5 v 1 až 2 týždňoch hýbúc alkalické ióny do betónu. Toková hustota je podobná ECE (približne 1 A/m²), ale trvanie tretmentu je kratšie. Realkalizácia je špecificky pre karbonatáciou-afektované konstrukcie a nie je efektívna pre chlorídmi-indukovanú koróziu. Po tretmente, betónový povrch je typicky umytý, aby odstránil zostatkový alkali, a ochranný coating je aplikovaný, aby prevenoval rýchlu rekarbonatáciu.

Betónová patch reparácia

Štandardná patch reparáciová procedúra per ACI 546R (Vedenie na reparáciu betónu) zahŕňa systematický sekvenc operácií. Po prvé, odstrániť všetok voľný, kontaminovaný a delaminovaný betón, aby expozoval zdravý substrát aspoň 25 mm za armatúrou. Po druhé, čistiť expozovanú armatúru na SSPC-SP6 (komerciálne blastové čistenie, odstránenie všetkých vidných kontaminantov a mlynovej škály) alebo SSPC-SP10 (blízko-biele blastové čistenie, odstránenie skoro všetkého zafarbenia) štandardy, závisne od závažnosti expozície. Po tretie, vyhodnotiť zostatkový krížový sekciu baru, bary s väčšou než 20-percentnou stratou sekcie vyžadujú suplementárnu armatúru. Po štvrté, aplikovať anti-koróziový primer alebo coating na čistenú armatúru (typicky zinc-bohatý alebo epoxy-založený). Po piate, aplikovať bondovací agent na substrát. Po šieste, umiestniť reparáciový mortár konformný ASTM C928 s minimálnou kompresívnou pevnosťou 45 MPa (Trieda R4) a minimálnou bondovou pevnosťou 2,0 MPa. Po siedme, vyzreť per materiálové špecifikácie, typicky 7 dní mokrého vyzrevania alebo aplikácia vyzrevacieho zlúčeniny. Po ôsme, aplikovať ochranný coatingový systém na celú reparovanú oblasť a susedný betón, aby prevenoval rekurenciu.

Metódy odstránenia betónu zahŕňajú hydro-demolíciu (vysokotlakové vodné jetovanie pri 1000 až 3000 bar), široko konziderovaná najlepšia metóda pre veľké oblasti, pretože selektívne odstraňuje znehodnotený betón bez poškodenia zdravého materiálu alebo bondu oceľ-betón, zanechávajúc drsný povrchový profil ideálny pre adhéziu reparáciového mortáru. Chipping hammers (pneumatické alebo elektrické) sú lacné a široko dostupné pre malé oblasti, ale riskujú poškodenie bondu armatúra-betón a tvorenie mikropukov v okolnom zdravom betóne. Diamond saw cutting poskytuje precízne granice pre limity odstránenia, ale je pomalý a lineárny len, vhodný pre definovanie reparáciových graníc, ale nie pre bulk odstránenie.

Coatings armatúry

Epoxy coating per ASTM A775 vyžaduje maximum 6 pinhole defektov na meter a maximum 2 percent poškodenej oblasti na povrchu baru. Kritická nota, epoxy-coatované bary v Florida Keys mostoch zažili predčasné zlyhanie kvôli zlej povrchovej príprave pred aplikáciou coatingu a debondingu coatingu počas manipulácie, transportu a umiestnenia na mieste. Akékoľvek poškodenie epoxy coatingu počas konstrukcie tvorí lokalizované koróziové miesta (anódy), ktoré môžu byť agresívnejšie než necoatované bary kvôli ťažkému makročlánku formovanému medzi malou expozovanou oblasťou ocele (anóda) a veľkou coatovanou oblasťou (katóda). Z tohto dôvodu, viaceré agencie teraz vyžadujú použitie stainless steel alebo galvanizovaných barov v najťažších expozíciových triedach radšej než rely na organické coatings.

Koróziové inhibitory

Koróziové inhibitory sú chemické admixtúry dodávané do betónu počas míchania alebo aplikované ako povrchové tretmenty, ktoré migrujú na armatúru cez difúziu. Kalcium nitrit (Ca(NO₂)₂) je najrozšírenejší anodický inhibitor. Jeho mechanizmus zahŕňa kompeticiu s chlorídovými iónmi na povrchu ocele, NO₂⁻ ióny reagujú s železovými iónmi Fe²⁺, aby reformovali ochrannú pasívnu vrstvu (γ-Fe₂O₃), zatiaľ čo Cl⁻ ióny pokúšajú ju rozbiť. Inhibitor musí byť dodaný v dostatočnej koncentrácii, aby prekročil prah pomeru Cl⁻/NO₂⁻, ak prah je prekročený, korózia stáva sa koncentrovaná na menej, ale agresívnejších pitoch. Typická dosážka je 2 až 6 L/m³ 30-percentného roztoku, odpovedajúca ochrane proti chlorídovým obsahom až do približne 0,7 až 1,2 percenta masou cementu. Amine/karboxylátové blendy (zmiešané inhibitory, ktoré inhibujú obe anodické a katodické reakcie) a migrujúce koróziové inhibitory (amine-založené zlúčeniny, ktoré volatilizujú a difundujú cez betón na armatúru) sú tiež dostupné, ale majú menej ustanovené dlhodobé polné performančné dáta v statickom betóne.

Nákladová komparácia a ekonomická stratégia

Ekonómia reparácie korózie silne favorizuje rannú intervenciu. Aplikácia povrchových sealerov alebo anti-karbonatáciových coatingov stojí $50 až $100 na meter štvorcový a extenduje služobný život o 10 až 20 rokov. Lokalizovaná patch reparácia stojí $200 až $400 na meter štvorcový s extenziou služobného života 5 až 15 rokov. Mierna reparácia odlupovania vyžadujúca substanciálne odstránenie betónu a reinstaláciu stojí $500 až $800 na meter štvorcový pre 10 až 20 rokov ďalšieho života. Ťažká reparácia odlupovania vyžadujúca full-depth deck alebo beam zamenu stojí $1,000 až $2,000 na meter štvorcový pre 20 až 50 rokov služby. Katódová ochrana (ICCP) retrofit instalácia stojí $100 až $500 na meter štvorcový s 20 až 30+ rokov služby pri minimálnych ongoing údržbových nákladoch. Tieto FHWA a industriálne nákladové estimáty demonstrujú, že delayovanie koróziové intervencie o len 5 rokov môže zdvojnásobiť alebo ztrojnásobiť ultimátny reparáciový náklad, klasická “5-ročný delay zdvojnásobí náklad” observácia široko citovaná v mostovom manažmentovom literatúre.

Kľúčové štandardy a referencie