Účinnost migrujících inhibitorů koroze

V roce 2002 proto vznikl výzkumný projekt Evropského společenství SAMARIS (Sustainable and Advance MAterials for Road INfraStructure), aby prozkoumal různé inovativní technologie pro železobetonové konstrukce dopravní infrastruktury. V rámci projektu byla zkoumána i technologie migrujících inhibitorů.

Mostní objekty jsou navrhovány s životností až 120 let, nicméně díky problémům způsobeným korozí čelí správci těchto objektů řadě výzev, jak udržovat konstrukci provozuschopnou a řídit délku servisního intervalu a životnosti konstrukce. Tradiční způsoby oprav a sanací jsou vždy velkým zásahem a omezením pro uživatele. Často se stává, že oprava nedosáhne ani zdaleka očekávané životnosti a tím se celá údržba daného objektu výrazně prodražuje.

 

V důsledku karbonatace se snižuje přirozená vysoká alkalita betonu (pH 12,5), která pasivuje výztuž. Po čase, kdy je konstrukce vystavena oxidu uhličitému, vodě, chloridům a dalším agresivním látkám, klesne pH betonu pod 9. Nastane iniciační fáze, kdy koroze sice neprobíhá, ale beton ztratil svou pasivační schopnost. Jakmile betonem prostupuje voda a kyslík, začíná postupný proces koroze výztuže – propagační fáze. Její produkty mají větší objem, než původní ocel a svým tlakem způsobují tvorbu trhlin, čímž proces ještě urychlují, odlupují se krycí vrstvy a beton ztrácí své kvality. Rychlost rozvoje koroze výztuže závisí na hutnosti betonu a i na přítomnosti chloridů.

Koroze výztuže je katodicko-anodickou reakcí, kdy dochází k uvolňování iontů železa a tyto reagují s hydroxylovými ionty z katody.

Reakce na anodě:

Fe => Fe₂+ + 2e^–.

 

Na anodě uvolněné elektrony jsou pohlcovány na katodě.

Reakce na katodě:

H₂O + 1/2 O₂ + 2e^– => 2 OH^– (redukce kyslíku).

 

Reakce iontů anody a katody:

Fe₂+ + 2 OH^– => Fe(OH)₂

 

Jedná se o povrchově nanášený inhibitor, který penetruje do betonu v kapalné a později v plynné fázi. Na výztuži vytvoří 100–1000 Angrstromů silnou chemickou vrstvu, která nahrazuje hydroxylové skupiny a chloridové ionty z povrchu výztuže. Tímto omezuje přístup kyslíku na katodě a rozpouštění železa na anodě.

Druh inhibitoru, kterým je Sika^® Ferrogard^®-903⁺, má dvojí efekt: je to anodický i katodický inhibitor při relativně malé koncentraci.

 

Za posledních 15 let lze napočítat více než 160 odborných statí, článků a dokumentů zabývající se problematikou inhibitorů. Ze závěrů lze dovodit, že:

• Aplikace povrchových inhibitorů mohou prodloužit životnost železobetonové konstrukce tím, že oddalují iniciační fázi koroze a redukují rychlost koroze, pokud tato již začala a pokud jsou splněny určité podmínky.

• Inhibitory koroze účinkují vytvořením ochranné vrstvy na výztuži.

• Zvyšují hranici obsahu chloridových iontů potřebných pro start koroze.

• Nahrazují chloridové ionty na povrchu výztuže.

 

Literatura také dává veliký důraz na účinnost inhibitorů, která je ovlivněna těmito parametry:

• množství chloridových iontů na povrchu výztuže,

• rozsah karbonatace, pokud jsou chloridy přítomny,

• rozsah koroze,

• propustnost betonu,

• úroveň vlhkosti.

 

V rámci rozsáhlého projektu SAMARIS byly provedeny nejprve laboratorní zkoušky samotných ochranných technologií (inhibitorů) v roztocích a následně byly provedeny zkoušky na vyzrálém betonu. Výsledky zkoušek samotných inhibitorů ukazují, že:

• Amino-alkoholy účinně omezují korozi.

• Poměr mezi obsahem chloridů a množstvím inhibitorů je velmi důležitý.

• Účinnost inhibitoru silně závisí na rozsahu koroze výztuže.

• Inhibitor tvoří chemicky vázanou povrchovou vrstvu.

 

Při testování na hotových vzorcích vyzrálého železobetonu byly potvrzeny výše uvedené body, ale konkrétně se ukázalo, že:

• Inhibitory jsou účinné za podmínek, kdy obsah chloridů není extrémně vysoký a pokud koroze není příliš rozvinuta.

• Pokud už je rozsah koroze značný, inhibitory koroze jsou méně účinné, a proto je nutné zvolit vhodnou strategii údržby konstrukce.

• Absolutní hodnota obsahu chloridů je méně důležitá než kombinace obsahu chloridů s rozsahem koroze.

• Nebyla prokázána škodlivost amino-alkoholů u betonu.

 

V rámci projektu byl proveden korozní monitoring na objektu Kingsway Bridge ve Velké Británii. Na objektu byla měřena rychlost koroze, tj. úbytek oceli v ym za rok, na površích opatřených různými ochrannými technologiemi. C1R byl povrch opatřený asfaltovým hydroizolačním pásem, C2R byla nejpříznivější kombinace inhibitoru a izolačního pásu, C3R byl povrch bez ochrany a C4R byl povrch pouze s inhibitorem. Zkouškami se prokázalo snížení rychlosti koroze (o 30 %) a je důležité si povšimnout, že nezávisle na umístnění na konstrukci povrchy ošetřené inhibitorem vykazují menší rychlost koroze.

Na dalším objektu, Fleet Flood Span Bridge ve Velké Británii, jsou sledovány změny v rychlosti koroze mezi ošetřeným a neošetřeným povrchem. V současné době jsou rychlosti u obou případů velmi nízké, kolem 8 ym/rok, a zkouška je zatím nevypovídající. Objekt byl pro SAMARIS zajímavý i něčím dalším. Na objektu probíhaly sanační práce vždy každých zhruba 5 let, kdy došlo k selhání opravy z důvodu vytvoření anod. Správce objektu přistoupil k použití Sika^® Ferrogard^® 903⁺ s tím, že bude současně probíhat korozní monitoring. Tento ukázal na nízké rychlosti koroze na opravovaných místech i po pěti letech a servisní interval bylo možné posunout.

Projekt SAMARIS přinesl zhodnocení a výsledky zkoušek v laboratoři a na konkrétních mostních dílech a na jejich základech byla vytvořena příručka pro správce objektů týkající se použití inhibitorů koroze. Při návrhu použití inhibitoru by mělo být zváženo:

• Obsah chloridových iontů – studie stanovuje obsah chloridů méně než 1 % k hmotnosti cementu na úrovni výztuže jako podmínku, kdy se dá uvažovat o opravě s použitím inhibitorů.

• Zkarbonatovaný beton – je vhodné stanovit pomocí analytických metod, které jsou jednoduché a společnost Sika jimi disponuje, propustnost betonu pro inhibitor. Zda je či není příliš hutný ani příliš porézní.

• Rozsah koroze v době opravy – tento aspekt je velmi důležitý při posuzování efektivity použití inhibitoru.

 

Je velmi důležité si uvědomit, že povrchově nanášené migrující inhibitory koroze nejsou zázrakem, co zastavuje korozi výztuže, ale že „kupují“ čas správcům mostních děl a že se s pomocí nich dá navrhnout a realizovat ekonomicky výhodné řešení, které prodlouží životnost konstrukce.

Další informace najdete na www.sika.cz.