Agresja chemiczna wody względem betonu

Rodzaje agresji chemicznej względem betonu

W wyniku działania wody na beton mogą zachodzić trzy niszczące mechanizmy:

• wymiana
• wypłukiwanie
• odpryskiwanie

W reakcji wymiany kwasy reagują z alkalicznymi produktami hydratacji, usuwają jony wapnia z betonu i niszczą tym samym matrycę cementową. Wymiana uchodzi za najsilniejszą formę agresji chemicznej.

Reakcja wypłukiwania powoduje rozpuszczanie produktów hydratacji cementu przez miękką wodę o niskim stężeniu soli wapnia i magnezu. Woda rozpuszcza wodorotlenek wapnia na powierzchni betonu, co może doprowadzić do uszkodzeń mikrostruktury betonu. Na ten mechanizm szczególnie narażone są elementy transportujące wodę – rury, przepusty, kanały.

Odpryskiwanie zachodzi wówczas, gdy w porowaty beton wnikają agresywne jony, powodujące reakcje chemiczne. Ekspansja produktów tych reakcji powoduje naprężenia i pękanie.

Ekspozycja betonu a rodzaj agresji wody

Beton narażony jest nadziałanie wody gruntowej, opadowej oraz tej magazynowanej np. w zbiornikach. Poziom agresji zależny będzie dodatkowo od procesów fizycznych związanych z ekspozycją różnych elementów konstrukcyjnych.

Rury i przepusty poddawane są działaniu wody gruntowej, której ruchliwość, a tym samym agresywność zależy od rodzaju gleby.

Zbiorniki i inne obiekty magazynujące wodę poddawane są statycznej ekspozycji wody.

Kanały i tunele transportujące miękką wodę narażone są na agresję fizyczną i chemiczną ze względu na duże turbulencje.

Miękka woda, o niskiej zawartości składników mineralnych, występująca w wodach opadowych oraz gruntowych gleb krzemionkowych o niskiej zawartości wapna może powodować:

• powierzchniowe wypłukiwanie betonu
• utratę alkaliczności na powierzchni a tym samym rozkład spoiwa
• wewnętrzne zgrubienie mikrostruktury, a tym samym utratę właściwości użytkowych (np. przecieki w kanałach)

Czynniki wpływające na stopień agresywności wody

Niszcząca działalność wody może być potęgowana przez wpływ dodatkowych czynników fizycznych, chemicznych i środowiskowych.

Na stopień agresywności wody wpływają:

• temperatura otoczenia – wyższa przyspiesza reakcje między wodą a spoiwem cementowym; reaktywność podwaja się przy wzroście temperatury o 10-20°C, agresja chemiczna jest silniejsza latem, niż zimą
• wartość pH, determinująca potencjał wody w zakresie rozpuszczania (wodę uznaje się za agresywną przy pH<5,5)
• twardość wapniowa
• turbulencje płynącej wody i prędkość przepływu
• karbonatyzacja betonu – może znacznie zredukować zjawisko wypłukiwania spoiwa cementowego poprzez reakcję chemiczną przekształcenia wodorotlenku wapnia w stabilny węglan wapnia

Ochrona betonu przed agresją wody

Kluczowe jest rozpoznanie warunków środowiskowych, w których projektowana konstrukcja będzie funkcjonować.

Zapewnienie oczekiwanej trwałości betonu narażonego na agresywne działanie wody wymaga uwzględnienia na etapie projektowania mieszanki betonowej czynników agresywnych i skomponowanie jej z odpowiednich kruszyw w zmienionych proporcjach.

W niektórych konstrukcjach zaleca się stosowanie powłoki ochronnej z betonu lub materiałów organicznych.

Niekiedy rozwiązaniem może być zastosowanie prefabrykatów betonowych, które w określonych warunkach mogą mieć lepszą trwałość ze względu na silnie zagęszczoną matrycę betonu, a także poddawane są procesom karbonatyzacji jeszcze przed ekspozycją na wodę, co w konsekwencji zmniejsza stopień początkowej agresji powodującej wypłukiwanie stwardniałego spoiwa cementowego.