Izolacje.com.pl

Zaawansowane wyszukiwanie

Badania elektrochemiczne stali zbrojeniowej chronionej powłoką cynkową w kontakcie z cieczą porową betonu

Electrochemical tests of reinforcing steel protected with galvanized coating in contact with concrete pore solution

Widok stanowiska pomiarowego do przeprowadzenia badania polaryzacyjnego próbki pręta zbrojeniowego
Rys. archiwum autorów

Widok stanowiska pomiarowego do przeprowadzenia badania polaryzacyjnego próbki pręta zbrojeniowego


Rys. archiwum autorów

Cynkowanie zbrojenia ma istotny wpływ na wydłużenie trwałości elementów żelbetowych. Jednakże zastosowanie w betonie ocynkowanych prętów zbrojeniowych może wywoływać również niepożądane skutki.

Zobacz także

BASCOGLASS Sp. z o. o. Pręty kompozytowe do zbrojenia betonu

Pręty kompozytowe do zbrojenia betonu Pręty kompozytowe do zbrojenia betonu

Pręty kompozytowe wykorzystywane są w konstrukcjach budowlanych od kilkudziesięciu lat. Wysoka odporność na korozję, duża wytrzymałość na rozciąganie, obojętność elektromagnetyczna oraz łatwość cięcia...

Pręty kompozytowe wykorzystywane są w konstrukcjach budowlanych od kilkudziesięciu lat. Wysoka odporność na korozję, duża wytrzymałość na rozciąganie, obojętność elektromagnetyczna oraz łatwość cięcia to główne czynniki decydujące o wyborze prętów kompozytowych jako zbrojenia konstrukcji. Liczne realizacje, w których zastosowano takie zbrojenie oraz pozytywne wyniki wielu badań świadczą o tym, iż jest ono dobrą alternatywą dla klasycznej stali zbrojeniowej.

dr inż. Marcin Górski, dr inż. Bernard Kotala, mgr inż. Rafał Białozor Przykłady zastosowania prętów FRP oraz deskowań traconych

Przykłady zastosowania prętów FRP oraz deskowań traconych Przykłady zastosowania prętów FRP oraz deskowań traconych

Pręty kompozytowe stwarzają wiele możliwości zastosowania w konstrukcjach budowlanych wszędzie tam, gdzie tradycyjne zbrojenie stalowe przestaje być efektywne. Wśród nich największą popularnością w realizacjach...

Pręty kompozytowe stwarzają wiele możliwości zastosowania w konstrukcjach budowlanych wszędzie tam, gdzie tradycyjne zbrojenie stalowe przestaje być efektywne. Wśród nich największą popularnością w realizacjach budowlanych cieszą się pręty kompozytowe oparte na włóknie szklanym. Ciekawą propozycją wykorzystania materiałów FRP jest ich zastosowanie w budownictwie betonowym jako deskowanie tracone. Nie jest to metoda powszechna i znajduje uznanie głównie w Stanach Zjednoczonych.

Czytaj całość »
Keramzyt i styropian jako lekkie wypełnienia nasypów drogowych Keramzyt i styropian jako lekkie wypełnienia nasypów drogowych

inż. Łukasz Górecki, mgr inż. Krzysztof Grzegorzewicz Keramzyt i styropian jako lekkie wypełnienia nasypów drogowych

Intensywny rozwój infrastruktury drogowej skutkuje prowadzeniem nowych szlaków komunikacyjnych na terenach dotąd niewykorzystywanych ze względu na wystąpienie w podłożu gruntów słabych i bardzo ściśliwych....

Intensywny rozwój infrastruktury drogowej skutkuje prowadzeniem nowych szlaków komunikacyjnych na terenach dotąd niewykorzystywanych ze względu na wystąpienie w podłożu gruntów słabych i bardzo ściśliwych. W takich przypadkach najczęściej stosuje się wzmocnienie podłoża poprzez zastosowanie pali, kolumn, zbrojenia geosyntetykami.

Czytaj całość »
 

O czym przeczytasz w artykule?

Abstrakt

  • Przygotowanie próbek do badania, stanowisko pomiarowe i metodyka badań
  • Wyniki badań impedancyjnych i ich analiza

W artykule opisano badania wpływu czasu na zachowanie ocynkowanej stali zbrojeniowej w kontakcie z syntetyczną cieczą porową betonu. Przedmiotem badań był gładki pręt zbrojeniowy ze stali gatunku St3S. Pręt poddano procesowi cynkowania ogniowego. Uzyskano powłokę gr. 100 mm. Wyciętą z ocynkowanego pręta próbkę stali zanurzono w roztworze cieczy porowej o pH = 13,4. W ciągu 4 godzin od zanurzenia próbki w roztworze wykonano w układzie trójelektrodowym serię 6 pomiarów metodą elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej.

Electrochemical tests of reinforcing steel protected with galvanized coating in contact with concrete pore solution

The article describes a study of the impact of time on the behavior of galvanized reinforcing steel in contact with synthetic concrete pore solution. The object of study was a smooth rebar made of St3S steel grade. Rebar was hot-dip galvanized to obtain coating thickness of 100 mm. A steel sample cut off the galvanized rebar was dipped in synthetic concrete pore solution with pH= 13.4. Within 4 hours of immersion of the sample in the solution, a series of 6 measurements were taken, using electrochemical impedance spectroscopy in a three-electrode system.

Ochrona powłokowa zbrojenia w betonie jest na świecie popularnym sposobem bezpośredniej ochrony prętów zbrojeniowych przed korozją [1]. Obecnie najczęściej - oprócz powłok epoksydowych - jako zabezpieczenie stali zbrojeniowej w betonie stosuje się ogniowe powłoki cynkowe [2].

Mimo że ocynkowane pręty zbrojeniowe wprowadzane są do konstrukcji betonowych od kilkudziesięciu lat, to jednak w Polsce w zasadzie nie wykonuje się konstrukcji z ocynkowanym zbrojeniem. Trudno również w krajowych czasopismach znaleźć publikacje poruszające od strony badawczej problemy ochrony powłokowej zbrojenia w betonie, chociaż opublikowano wiele artykułów dotyczących badań powłok cynkowych na stali w środowiskach innych niż beton [3], [4], [5].

Analiza literaturowa wskazuje [1], [6], że cynkowanie zbrojenia wpływa na wydłużenie trwałości elementów żelbetowych. Istnieje jednak ryzyko korozji cynku w świeżej mieszance betonowej.

Wynika to z faktu, że cynk w roztworach o pH > 13,3 zaczyna korodować [1], w przeciwieństwie do stali nieocynkowanej, która przy wysokim pH jest w stanie pasywnym. Jest to istotne zagrożenie, ponieważ odczyn świeżej mieszanki betonowej charakteryzuje pH = 12,5–13,5 [7].

W niniejszym artykule:

  • podjęto próbę oceny problemu korozji stali zbrojeniowej w świeżej mieszance betonowej, odwzorowując beton roztworem syntetycznej cieczy porowej o pH = 13,4,
  • wykonano pomiary metodą elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej na próbce ocynkowanego pręta zbrojeniowego,
  • oraz skupiono uwagę na ocenie zmian szybkości korozji w funkcji czasu.

Czas trwania serii pomiarów ograniczono do pierwszych 4 godz. od momentu zanurzenia próbki w roztworze cieczy porowej.

Przygotowanie próbek, stanowisko pomiarowe i metodyka badań

RYS. 1. Widok próbki pręta zbrojeniowego o średnicy 8 mm: 1 – przewód elektryczny, 2 – badana elektroda, 3 – żywica epoksydowa; rys. archiwum autorow

RYS. 1. Widok próbki pręta zbrojeniowego o średnicy 8 mm: 1 – przewód elektryczny, 2 – badana elektroda, 3 – żywica epoksydowa; rys. archiwum autorow

RYS. 2. Widok stanowiska pomiarowego: 4 – badana elektroda, 5 – elektroda pomocnicza, 6 – elektroda odniesienia, 7 – kapilara Ługina, 8 – pojemnik, 9 – syntetyczna ciecz porowa, 10 – potencjostat

RYS. 2. Widok stanowiska pomiarowego: 4 – badana elektroda, 5 – elektroda pomocnicza, 6 – elektroda odniesienia, 7 – kapilara Ługina, 8 – pojemnik, 9 – syntetyczna ciecz porowa, 10 – potencjostat

Przedmiotem badań był pręt zbrojeniowy o średnicy 8 mm ze stali gładkiej gatunku St3S. Ze względu na to, że nie ma żadnych krajowych przepisów ani zaleceń dotyczących cynkowania prętów zbrojeniowych, zdecydowano się potraktować pręty zbrojeniowe jak zwykłe produkty stalowe do cynkowania.

12-metrowe pręty zostały pocięte na 1,5-metrowe odcinki z przyspawanymi na jednym z końców uchwytami do zamocowania w trakcie zanurzania w stopionym cynku.

Bezpośrednio przed zasadniczym procesem cynkowania pręty zostały mechanicznie oczyszczone, wytrawione przez zanurzenie w roztworze kwasu solnego i umieszczone w suszarni w celu usunięcia resztek kwasu.

Pręty wprowadzano do wanny cynkowniczej w pozycji pionowej.

Kąpiel w stopionym cynku o temp. ok. 450˚C trwała 2 min.

W wyniku cynkowania ogniowego na każdym z prętów uzyskano powłokę ochronną gr. ok. 100 mm.

Z ocynkowanych prętów wycięto metalową próbkę dł. 50 mm ( RYS. 1 ). Jeden z końców próbki zaopatrzono w przewód elektryczny umożliwiający podłączenie do układu pomiarowego.

W celu wyznaczenia powierzchni czynnej elektrody badanej oba końce próbki zostały zatopione w żywicy epoksydowej.

Badania polaryzacyjne przeprowadzono na stanowisku pomiarowym pokazanym na RYS. 2.

Ocynkowana próbka stali zbrojeniowej stanowiła elektrodę badaną.

Elektrodę pomocniczą wykonano w formie walcowej siatki ze stali odpornej na korozję.

Trzecią elektrodę stanowiła elektroda odniesienia (Cl–/AgCl, Ag), która została wprowadzona do układu przez kapilarę Ługina.

Trzy elektrody zostały umieszczone w pojemniku wypełnionym syntetyczną cieczą porową i podłączone do potencjostatu.

Jako syntetyczną ciecz porową zastosowano roztwór wodorotlenków 0,06 M KOH + 0,2 M NaOH + 0,001 M Ca(OH)2 o pH=13,4 [8].

W tak przygotowanym układzie pomiarowym, po ustabilizowaniu się potencjału na poziomie zmienności 0,1 mV/s, wykonano serię 6 pomiarów metodą elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej (EIS).

Badania prowadzono w trybie potencjostatycznym, w odstępie 30 min, 60 min i 90 min, w zakresie częstotliwości 0,02 Hz-100 kHz.

Stosowano sinusoidalny sygnał zaburzający o amplitudzie potencjału 10 mV względem potencjału korozyjnego.

Wyniki badań impedancyjnych i ich analiza

Zestawienie porównawcze serii 6 pomiarów impedancyjnych pokazano na  RYS. 3 , RYS. 4 i RYS. 5.

Analizując widma impedancyjne na wykresie Nyquista ( RYS. 3 ), można zauważyć bardzo wyraźną zależność zmiany umownej średnicy spłaszczonego półokręgu od czasu kontaktu cynku z cieczą.

Umowną średnicę należy w tym przypadku utożsamiać z oporem przeniesienia ładunku, odwrotnie proporcjonalnym do szybkości korozji. Oznacza to, że od pierwszego momentu kontaktu ocynkowanej próbki z cieczą porową nastąpiła korozja cynku, której szybkość z upływem czasu wzrastała.

Należy zauważyć, że w końcówce zakresu niskoczęstotliwościowego każde z widm ma charakterystyczne "zawinięcie", wskazujące na ujawnienie się pewnych cech indukcyjnych.

Cechy indukcyjne widm są silniejsze w początkowej fazie kontaktu cynk - ciecz porowa i stopniowo zanikają wraz ze wzrostem szybkości korozji - por. [9].

Natomiast na wykresach Bode ( RYS. 4 i RYS. 5 ) w zakresie niskoczęstotliwościowym zarówno rozkład wartości modułu impedancji Z, jak i rozkład wartości kąta przesunięcia fazowego j są typowe dla rozwoju korozji metalu.

Analizę wyników badań impedancyjnych przeprowadzono z zastosowaniem elektrycznego schematu zastępczego, w którym Rs odpowiada rezystancji fazy ciekłej, natomiast Rt charakteryzuje opór przeniesienia ładunku przez granicę faz metal – elektrolit. Pojemność warstwy podwójnej na metalu opisują parametry Y0 i a elementu stałofazowego CPE.

RYS. 3-5. Wyniki badań impedancyjnych próbki stali zbrojeniowej: wykres Nyquista (3), wykresy Bodego (4, 5); rys.: archiwa autorów
TABELA. Wyniki analizy badań ocynkowanej stali zbrojeniowej w cieczy porowej betonu metodą EIS

TABELA. Wyniki analizy badań ocynkowanej stali zbrojeniowej w cieczy porowej betonu metodą EIS

Wyniki analizy badań impedancyjnych zamieszczono w TABELI. Według zależności Sterna-Geary’ego [10] obliczono gęstości prądu korozyjnego ikor = B/RtAp. Przyjęto współczynnik B = 26 mV i powierzchnię polaryzacji próbki Ap = 7,53 cm2.

Wnioski

Z analizy obliczonych wartości gęstości prądu korozyjnego ikor wynika, że powłoka cynkowa na stalowej próbce bardzo intensywnie koroduje. W badanym okresie 4 godz. od chwili zanurzenia próbki w cieczy szybkość korozji cynku wzrastała, jednak przyrost szybkości korozji wykazywał tendencję malejącą.

Podobne trendy odnotowano również w pracy "Growth behavior of lanthanum conversion coating on hot-dip galvanized steel" [11], ale dotyczyły one oceny trwałości powłok cynkowych w innych roztworach wodnych.

W kontekście zastosowania ocynkowanego zbrojenia w betonie otrzymane wyniki badań wskazują na konieczność kontrolowania składu mieszanki betonowej pod kątem jej pH. Jak wynika z badań doświadczalnych [1], gdyby pH cieczy porowej mieściło się w granicach 11,5-13,2, powłoka cynkowa nie powinna korodować.

Dotychczas w kraju nie publikowano żadnych badań elektrochemicznych ocynkowanej stali zbrojeniowej w betonie ani w cieczy porowej betonu. Natomiast badania powłok cynkowych na stali w innych niż beton środowiskach są już od kilkudziesięciu lat z powodzeniem prowadzone, a pozytywne wyniki tych badań powszechnie i efektywnie stosowane w praktyce. Przedstawione w artykule badania są zatem również próbą zwrócenia uwagi na popularną za granicą metodę powłokowej ochrony stali zbrojeniowej w betonie.

Literatura

  1. S.R. Yeomans, "Galvanized Steel Reinforcement in Concrete", "Elsevier", 2004.
  2. M. Jaśniok, A. Zybura, "Zabezpieczenie i regeneracja zagrożonych korozją konstrukcji z betonu (cz. 2). Zabezpieczenie prętów zbrojeniowych powłokami ochronnymi oraz inhibitorami", "Przegląd Budowlany", nr 2/2007, s. 26-32.
  3. H. Kania, P. Liberski, J. Wojtynek, J. Szuścik, "Ocena ochronnych właściwości antykorozyjnych powłok cynkowych po 20-letniej eksploatacji w środowisku kopalnianym", "Ochrona przed Korozją", nr 10/2010, s. 465-470.
  4. J. Kobus, "Korozja cynku a środowisko", "Ochrona przed Korozją", nr 10/2005, s. 320-323.
  5. A. Królikowski, "Kilka uwag o działaniu ochronnym powłok cynkowych na stali", "Ochrona przed Korozją", nr 10/2004, s. 258-263.
  6. FIB bulletin 49, "Corrosion Protection of Reinforcing Steels. Technical Report", 2009.
  7. M. Jaśniok, T. Jaśniok, "Metody diagnostyki zagrożenia korozyjnego zbrojenia w konstrukcjach żelbetowych. Charakterystyka procesu korozji zbrojenia w betonie cz. I", "Przegląd Budowlany", nr 2/2007, s. 20-25.
  8. M. Tullmin, L. Mammoliti, R. Sohdi, C. Hansson, B. Hope, "The Passivation of Reinforcing Steel Exposed to Synthetic Pore Solution and the Effect of Calcium-Nitrite Inhibitor", "Cement Concrete and Aggregates", nr 17/1995, s. 134-144.
  9. R. Ghosh, D.D.N. Singh, "Kinetics, mechanism and characterisation of passive film formed on hot dip galvanized coating exposed in simulated concrete pore solution", "Surface and Coatings Technology", nr 16-17/2007, s. 7346-7359.
  10. A. Zybura, M. Jaśniok, T. Jaśniok, "Diagnostyka konstrukcji żelbetowych. Badania korozji zbrojenia i właściwości ochronnych betonu", t. 2, PWN, Warszawa 2011.
  11. S. Zhang, G. Kong, J. Lu, C. Che, L. Liu, "Growth behavior of lanthanum conversion coating on hot-dip galvanized steel", "Surface and Coatings Technology", nr 3/2014, s. 654-659.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!

Galeria zdjęć

Tytuł
<
>
przejdź do galerii

Powiązane

Materiały prasowe news Lafarge wprowadza na rynek beton zeroemisyjny i niskoemisyjny

Lafarge wprowadza na rynek beton zeroemisyjny i niskoemisyjny Lafarge wprowadza na rynek beton zeroemisyjny i niskoemisyjny

Lafarge w Polsce oferuje pierwszy beton o zerowym i obniżonym śladzie węglowym. W obu przypadkach obniżenie śladu węglowego o 48% jest możliwe dzięki przygotowaniu odpowiedniej receptury, a także wykorzystaniu...

Lafarge w Polsce oferuje pierwszy beton o zerowym i obniżonym śladzie węglowym. W obu przypadkach obniżenie śladu węglowego o 48% jest możliwe dzięki przygotowaniu odpowiedniej receptury, a także wykorzystaniu surowców oraz cementu o niskim śladzie węglowym. W przypadku betonu zeroemisyjnego dalsza redukcja do zera możliwa jest z pomocą systemu kompensat ONZ.

Czytaj całość »
Jak uchronić branżę budowlaną i sektor cementowy przed falą bankructw w czasie epidemii? Jak uchronić branżę budowlaną i sektor cementowy przed falą bankructw w czasie epidemii?

Materiały prasowe news Jak uchronić branżę budowlaną i sektor cementowy przed falą bankructw w czasie epidemii?

Stowarzyszenie Producentów Cementu w pełni docenia i popiera działania podjęte przez Rząd, które mają na celu zminimalizowanie wpływu epidemii koronawirusa na naszą gospodarkę. Zagraża nam kryzys ekonomiczny,...

Stowarzyszenie Producentów Cementu w pełni docenia i popiera działania podjęte przez Rząd, które mają na celu zminimalizowanie wpływu epidemii koronawirusa na naszą gospodarkę. Zagraża nam kryzys ekonomiczny, który może doprowadzić do bardzo poważnych zakłóceń na rynku i oddziaływać na poszczególne branże, sektory i na całe łańcuchy dostaw. W takiej, niespotykanej dotąd sytuacji, kluczowe jest aby podjąć wszelkie możliwe działania w celu utrzymania funkcjonowania sektora budowlanego, który multiplikuje...

Czytaj całość »

Materiały prasowe news Rośnie wartość rynku prefabrykacji betonowej

Rośnie wartość rynku prefabrykacji betonowej Rośnie wartość rynku prefabrykacji betonowej

Kumulacja inwestycji w gospodarce, niedobór wykwalifikowanych pracowników budowlanych, pełne portfele zamówień generalnych wykonawców i podwykonawców oraz wzrost kosztów produkcji sprawiły, że w ciągu...

Kumulacja inwestycji w gospodarce, niedobór wykwalifikowanych pracowników budowlanych, pełne portfele zamówień generalnych wykonawców i podwykonawców oraz wzrost kosztów produkcji sprawiły, że w ciągu zaledwie kilku lat polski rynek prefabrykacji betonowej podwoił swoją wartość. Co więcej, w najbliższych latach branżę czekają dalsze, choć już mniej dynamiczne, wzrosty. Sprzyjać jej będzie prognozowany wzrost kosztów pracy w budownictwie, wszechobecna presja na skrócenie czasu realizacji obiektów...

Wybrane dla Ciebie

Źródło OZE z dopłatą 50% »

Źródło OZE z dopłatą 50% » Źródło OZE z dopłatą 50% »

Łatwa hydroizolacja skomplikowanych powierzchni dachowych »

Łatwa hydroizolacja skomplikowanych powierzchni dachowych » Łatwa hydroizolacja skomplikowanych powierzchni dachowych »

Docieplanie budynków to nie problem »

Docieplanie budynków to nie problem » Docieplanie budynków to nie problem »

Trwały kolor tynku? To możliwe! »

Trwały kolor tynku? To możliwe! » Trwały kolor tynku? To możliwe! »

Piany poliuretanowe, otwartokomórkowe »

Piany poliuretanowe, otwartokomórkowe » Piany poliuretanowe, otwartokomórkowe »

Zatrzymaj cenne ciepło wewnątrz »

Zatrzymaj cenne ciepło wewnątrz » Zatrzymaj cenne ciepło wewnątrz »

EKOdachy spadziste »

EKOdachy spadziste » EKOdachy spadziste »

Skuteczna walka z wilgocią w ścianach »

Skuteczna walka z wilgocią w ścianach » Skuteczna walka z wilgocią w ścianach »

Trwałe drzwi na zewnątrz i do wnętrz »

Trwałe drzwi na zewnątrz i do wnętrz » Trwałe drzwi na zewnątrz i do wnętrz »

Oszczędzanie przez ocieplanie »

Oszczędzanie przez ocieplanie » Oszczędzanie przez ocieplanie »

Uszczelnianie fundamentów »

Uszczelnianie fundamentów » Uszczelnianie fundamentów »

Prawidłowe wykonanie elewacji w systemie ETICS to jakość, żywotność i estetyka »

Prawidłowe wykonanie elewacji w systemie ETICS to jakość, żywotność i estetyka » Prawidłowe wykonanie elewacji w systemie ETICS to jakość, żywotność i estetyka »

Copyright © 2004-2019 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa, w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
Portal Budowlany - Izolacje.com.pl

Ta witryna wykorzystuje pliki cookies do przechowywania informacji na Twoim komputerze. Pliki cookies stosujemy w celu świadczenia usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczane w Twoim urządzeniu końcowym. W każdym momencie możesz dokonać zmiany ustawień przeglądarki dotyczących cookies. Nim Państwo zaczną korzystać z naszego serwisu prosimy o zapoznanie się z naszą polityką prywatności oraz Informacją o Cookies. Więcej szczegółów w naszej Polityce Prywatności oraz Informacji o Cookies. Administratorem Państwa danych osobowych jest Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Sp.K., nr KRS: 0000537655, z siedzibą w 04-112 Warszawa, ul. Karczewska 18, tel. +48 22 810-21-24, właściciel strony www.izolacje.com.pl. Twoje Dane Osobowe będą chronione zgodnie z wytycznymi polityki prywatności www.izolacje.com.pl oraz zgodnie z Rozporządzeniem Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/679 z dnia 27 kwietnia 2016r i z Ustawą o ochronie danych osobowych Dz.U. 2018 poz. 1000 z dnia 10 maja 2018r.