A VASBETONSZERKEZETEK IDOÁLLÓSÁGÁNAK KULCSA A BETONSTRUKTÚRA MINOSÉGE Szalay Tibor*
RÖVID KIVONAT Az eddig általánosan alkalmazott szilárdságú és teljesíto képességu beton (továbbiakban: normálbeton) sajátos jellegzetessége a csökkent idoállóság. A vonatkozó kutatások és építési tapasztalatok szerint a vasbeton-szerkezetek szükséges és kello, vagyis megfelelo, illetve elégséges tartósságát, mindenekelott a HSC/HPC (nagyszilárdságú és nagyteljesítményu) beton alkalmazásával lehet elérni. Ebben a dolgozatban a struktúrahibák sajátos feltárásával foglalkozunk és ennek alapján a szóban forgó HSC/HPC beton jelentoségére kívánunk rámutatni.
1. BEVEZETÉS A XX. század elso harmadáig általános tapasztalat volt, hogy vasbeton tartósságát (idoállóságát) a beton anyaga és a viszonylag egyszeru szerkesztési szabályok önmagukban garantálják. Késobb az erotani tervezés eszközeinek fejlodésével, az anyagtani és méretezés-elméleti ismeretek bovülésével, a feszítési technológia elterjedésével párhuzamosan megindult a szerkezeti méretek eroteljes csökkentése. A fogyasztói társadalommal járó környezeti hatások (pl. a hidak sózása, a savas esok) megjelenése, továbbá adott esetben, a tervezési - kivitelezési - használati hibák együttesen, vagy külön-külön eredményezték, hogy emelkedtek a fenntartási költségek. Egyre gyakrabban kellett a használatot korlátozni (pl. hidaknál a sebességet csökkenteni), majd a szerkezet megerosítését, vagy esetenként a lebontást elrendelni. A vasbetonszerkezetek korlátlan tartósságába vetett illúzió szertefoszlott. A tartóssággal kapcsolatos kedvezotlen tapasztalatok, illetve a korróziós károk okainak elemzése és azok elkerülésének lehetoségei, a szakmai konferenciák állandó témája lett. A tapasztalatcsere és a szélesköru kutatások eredményeként a tartósság biztosításának eszköztára napjainkban kezd kialakulni. Elsorendu feladattá vált a vasbetonszerkezetek tartósságát befolyásoló tényezok felderítése és a megelozés eszközeinek kimunkálása. A szerkezeti hibák tanulmányozása alapján a kutatások igazolták, hogy a csökkeno idoállóság, az alkalmazott beton eredendoen kedvezotlen minoségi állapotának a következménye. Az eleve kedvezotlen minoségi állapot az adott beton molekuláris-, mikro- és makro-struktúrájának közvetlen következménye. Az eddig általánosan alkalmazott szilárdságú és teljesíto képességu beton (továbbiakban: normálbeton) sajátos jellegzetessége a csökkent idoállóság. A vonatkozó kutatások és építési tapasztalatok szerint a vasbeton-szerkezetek szükséges és kello, vagyis megfelelo, illetve elégséges tartósságát, mindenekelott a HSC/HPC (nagyszilárdságú és *
okl. vegyészmérnök, a kémiai tud. doktora, Debreceni Egyetem, TTK Fizikai Kémiai Tanszék
nagyteljesítményu) beton alkalmazásával lehet elérni. Ebben a dolgozatban a struktúrahibák sajátos feltárásával foglalkozunk és ennek alapján a szóban forgó HSC/HPC beton jelentoségére kívánunk rámutatni.
2. A BETON FO KOMPONENSEI ÉS AZOK LEGFOBB JELLEMZOI 2.1. A cementko összetétele, rácsszerkezetének makro-, mikro- és molekuláris felépítése A mindennapi értelemben vett betont, meghatározott arányú portlandcement (= PC), adalékok (homok és kavics, különleges esetekben adalékszerek stb.) és víz összekeverésével készítik, homogenizálják, formázzák, öntik, tömörítik, vibrálják stb. A homok és a kavics is szilikátásvány, ezért a felületükön lévo, alvó terminális (= véghelyzetu) -Si-OH –csoportokat, a cement hidratációs hoje/reakcióentalpiája felaktiválja. Miáltal ezek ugyanúgy oxigénhidas -Si-O-Si- kötéseket létesítenek (2-2 OH –csoportból, 1-1 vízmolekula kilépésével), mint általában a hidraulikus/cementáló tulajdonságú anyagok általában, a következo séma szerint.1 Ismert, hogy a PC jól meghatározott oxid- és fázis-összetételu. [4] Ezek a fémoxidok, részben bázisanhidridek (döntoen „égetett mész”: CaO=C, a cementko, tágabb értelemben a beton 1. fokomponense). Másrészt savanhidridek (foként SiO 2 = S, ez a 2. fokomponens), továbbá az amfoter tulajdonságú (a körülményektol, azaz a közeg pH-jától függoen, savként vagy bázisként viselkedo anyag) alumínium-oxid (Al2 O3 =A) és a vas(III)-oxid (Fe2 O3 =F). A következo összetételu ásványi fázisok C3 A, C3 S, ? -C2 S, C4 AF, elobb vízmolekulák felvételével hidratálódnak, majd leadásával, „átrendezodnek”. Ezek alkotják a kalcium-szilikát-hidrátokat (=CSH). Ezekbol elobb cementgél, majd cementko lesz. Ez egy több/kevesebb SiO 4 –tetraéderbol álló, közös oxigénatomokkal, mint oxigénhidakkal összekapcsolt térrács, (ld. 3 lábjegyzet), aminek a negatív elektromos töltését, túlnyomóan kalciumionok kompenzálják. A szilárdság hordozója tehát az (-Si-O-Ca-O-Si-O-)n (sematikus) összetételu lánc, ami azonban közel sem lineáris, mert az Si-atomoknál, a tér 3 irányában elágazik, n értéke nem állandó, esetenként n >> 1. Könnyen belátható, hogy az olyan rácsidegen oxoanionok beépülése, mint az SO4 2- és CO3 2-, rontja a szilikátrács2 homogenitását, az Na+, K+ és Mg2+ kationok pedig a rácsközi helyekrol szorítják ki a kalciumionokat, mert jellemerosebbek. 1
A tiszta SiO2 –nek legalább 12 kristály-módosulata létezik, (a szennyezettnek pedig, több mint 22). Közülük az α - kvarc fordul elo a legáltalánosabban, minthogy sok kozetnek, pl. gránitnak és homokkonek, fo ásványi összetevoje. Az SiO2 fo kristály-módosulatai végtelen elrendezésu, tetraéderes {SiO4 }–egységekbol tevodnek össze, amelyekben a tetraéder csúcsain az oxigének közösek. Az amorf SiO2 nagyon porózus változata a szilikagél. Ez vízmegköto anyagként (abszorbensként) vált ismertté. Az SiO2 – H2 O kettos anyagi rendszer már önmaga is bonyolult. Ha pl. nagy nyomáson, 1 – 2 % vizet adunk az SiO2 -höz, akkor olvadáspontja akár 800 o C –kal is lecsökkenhet, ami valószínuleg annak a következménye, hogy az –Si-O-Si- kötéseket terminális –Si-OH –csoportok váltják fel, ami szerkezetromboló hatásként jelenik meg. (Bovebben l. pl.[2, 3].) 2 A kénsav (H2 SO4 ) sokkal, a szénsav (H2 CO3 ) pedig kevésbé eros sav, mint a kovasav. Az erosebb jellemu elemek/ionok kiszorítják a gyengébbeket. Az elemek jellemerosségétol függ a fémionok hidrolízise is. [3] Pl. a vas(II)-ionok OH- -ionokat kötnek meg ekkor, és a keletkezo Fe(OH)+ vagy
A cementko 3. fokomponense a víz. A beton lényegét kifejezo CSH betuszó azonban eltakarja a rendkívül változatos kémiai/ásványi összetételt. 2.2. A víz többszörös szerepe a betonban A cement és az adalékok mellett, a beton tulajdonságait leginkább a víztartalom határozza meg. Emiatt egyrészt eloírják, másrészt a gyártás és a beépítés helyén egyaránt ellenorzik a víz (v) és a cement (c) tömegének a hányadosát, a v/c –tényezot, illetve a víz és az összes hidraulikus/cementáló kötoanyag (b) tömegének a hányadosát (v/b). A PC megkötéséhez, a kémiailag szükséges víz mennyiségét, v/c = 0,20 - 0,23 értékure becsülik. Az ilyen beton azonban nem bedolgozható, a mindennapi gyakorlatban (szokásosan) elérheti a 0,6 értéket is. A nagyteljesítményu és nagy szilárdságú beton készítésekor a 0,30 – 0,35 érték tartására törekszenek. (A megfelelo konzisztenciát képlékenyíto szerek használatával érik el. L. plasztifikátorok és szuperplasztifikátorok.) A víznek azonban csak egy része kötodik meg hidrátként, kisebb része felületi erokkel3 „abszorbeálódik”, a maradék viszont szabad vízként, mint oldószer és közeg, az anyagtranszportot (vagyis a koncentrációk, a homérséklet, a nyomás és az ozmózisnyomás kiegyenlítodését) segíti elo. 2.3. A pórusrendszer és folyadékának jellemzoi A hagyományos betonokban általában 1 – 2 nm átméroju légpórusok és kb. 1 ? m méretu kapilláris pórusok képzodnek. Az ilyen betonoknak, általában és viszonylag nagy a permeábilitása. [5] (Szárazon azonban nagy lehet a levego/gáz-átereszto képessége is!) Könnyen belátható, hogy a cementkoben kialakuló pórusrendszer nagysága és minosége a betonkeverék kezdeti víztartalmának a függvénye. A pórusok lehetnek nyitottak, vagy zártak. A nyitott pórusok közvetlen összeköttetésben lehetnek egymással és a felülettel. A nyitottakat szokás kapillárispórusoknak, a zártakat pedig légpórusoknak nevezni. [6] A bezárt folyadékot gyakran, helytelenül pórusvíznek mondják. Jóllehet ez egy telített oldat, amelyben az oldott anyagok, foként ionok koncentrációja függ a szennyezettségtol, a homérséklettol és a nyomástól. Ha a pórusfolyadék összetételét könnyen és pontosan meg lehetne határozni, akkor a beton újlenyomataként használhatnánk. Napjainkban különös figyelmet fordítanak a pórusfolyadékok vizsgálatára, annak ellenére, hogy nagy nehézségekbe ütközik. Már maga a mintavétel is problematikus. A cementkobol 320-375 MPa (= több mint 3000 atm!) nyomással Fe(OH)2 mellett, felszaporodnak a hidrogénionok (protonok), ezért a közeg savanyodik. (A beton kialakulásakor a kevésbé oldékony, pl. Mg/OH/ 2 ) kiválásakor, közvetlenül is savanyodhat az oldatfázis.) 3 A Coulomb -féle törvény szerint két ellentétes elektromos töltés (e i ) között fellépo elektrosztatikus ero (P), a közöttük lévo távolság (r) négyzetével és a közeg relatív permittivitásával (ε) fordítva arányos: P = e1 e2 /(r2 ε). A ε(víz) = kb. 80. A fémoxidok határfelületén ez utóbbi 10 alá is csökkenhet, ezért ott az ionok, és a víz dipólusú molekulái, a szokásosnál sokkal erosebben tudnak megkötodni. (L. még kapilláris vízbeszívás.)
préselik ki, választják szét a folyadék és a szilárd fázist. [7 – 9] Többek között megállapították, hogy a cement hidratációja kezdeti szakaszában az ásványi fázisok jelentos része még változatlan állapotban van, ezért a folyadékfázis ionjai nincsenek oldási egyensúlyban, a folyamatos oldódás és kicsapódás jellemzi a rendszert. A referencia-idotartam (28 nap) alatt azonban, az oldási egyensúly csaknem teljessé válik. Következésképpen a legtöbb cement esetében ekkorra, vagyis a közel teljes megszilárdulás után, az oldat összetétele már nem változik. Az alkálifémionok (Na+ és K+) dönto része a hidratáció kezdetén megy oldatba. További dúsulásuk csak a víz (oldat) térfogatának a csökkenésére vezetheto vissza. Pl.: PC és v/c = 0,5 alkalmazásakor, 1 nap elteltével, az oldat pH-ja már meghaladja a 13,6 értéket, de 28 elteltével sem lesz ennél lényegesen nagyobb, alig haladja meg a 13,8 értéket. Mivel a korszeru, nagyteljesítményu betonok v/c –tényezoje ennél lényegesen kisebb, ezért az oldatfázis ionkoncentrációja jelentosen nagyobb lehet. Ennek egyik mértéke, a hidroxidionok koncentrációja, meghaladhatja a 600 mol/liter, azaz 0,6 mol/dm3 értéket is. 10x10x60 mm - es, cementko és habarcs – mintákkal végzett kísérletek során, 1 napos nedves, vagy levegoatmoszférás tárolás esetében, az összetétel-változás már jól érzékelheto volt. Az 1 éves tárolás után végzett analízis tanúsága szerint, az alkáliáknak vízben oldódó részének a koncentrációja jelentosen lecsökkent, ami nyilvánvalóan kihat a pórusfolyadék összetételére is, pl. a pH értéke lényegesen lecsökkent. Miközben azonban, pl. a szulfátionokra jutó arányuk/hányaduk változatlan maradt. A pH-érték csökkenésére vezeto külso behatások mellett, a pórusfolyadék összetételét más mechanizmusok is befolyásolhatják. Ezek közé tartozik az alkálifémionoknak a megkötodése, a fellépo alkáliszilikát-reakció következtében (ASR, l. késobb is). [7]
3. A BETON ÉS A VASBETON MEGBETEGEDÉSEI Az ismert (gyakorlati okokból megengedett) mértéku szulfát, klorid stb. rácsidegen szennyezések mellett, fokozottan számolni kell a beton állapotát döntoen megváltoztató, külso (behatoló) szennyezodésekkel, illetve tényezokkel is, mint pl. savas esok, szulfátos talajvizek, iparvidéki vagy tengeri atmoszférák, fagyásgátló, vagy csúszáscsökkento sók, mutrágya-hulladékok. 3.1. A beton savanyodása és következményei 3.1.1. Az elkarbonátosodás A tiszta és száraz levego CO2 tartalma 0,031 térfogat %, illetve 0,047 tömeg %. Azt sem árt tudni, hogy az 1 m3 , vízgozzel telített levegonek, mennyi a víztartalma: 0 (o C): 4,87 (g); 10: 9,36; 20: 17,16; 30: 30,09. A CO2 a levegobol közvetlenül gázként, de foként oldott alakban juthat be a betonba. A CO2 a homérséklettol (T) és a nyomástól (p) függoen, elobb fizikailag oldódóik a vízben, majd kémiai reakcióba lép, és szénsavat (H2 CO3 ) képez. Ezt követoen a szénsav igen gyorsan ionjaira (H+, HCO3 - és CO3 2-) bomlik. A beton lúgos pH- tartományában azonban csak CO3 2- alakjában fordulhat elo. A „száraz” betonban esetleg- szabad CO2 –ként is. Következésképpen a beton rácsközi helyein lévo
kalciumionokkal közvetlenül reagál, miközben CaCO3 keletkezik, és hidrogénionok szabadulnak fel, ezért minél több széndioxid hatol be, annál inkább „savanyodik” a beton, (mert a visszamaradó protonok /H+/ a hidroxidionokkal vízmolekulává egyesülnek. Következésképpen a közegben fokozatosan csökken hidroxidionok koncentrációja.) Savas esok hatására (az esovíz pH-értéke, akár 4 alá is lecsökkenhet) a betonelemek peremén felléphet a „cseppkoképzodési mechanizmus”. Ugyanis a semlegeshez4 közeli pH-tartományban stabilis a HCO3 - -ion, ezért a szénsav –döntoenebben az alakban jelenik meg, könnyen képez kalcium-hidrogén-karbonátot Ca(HCO3 )2 . Mivel jól oldódik, ezért „kimosódik”. Az elpárolgó víz miatt a felületen „cseppkövek” jelennek meg és növekednek. A karbonátosodás sebessége függ a környezet CO2 koncentrációjától, a beton átjárhatóságától (permeábilitásától) és nedvességtartalmától (a nedvesség gátolja a gázállapotú CO2 közvetlen behatolását), a károsodottság fokától, a környezet relatív nedvességtartalmától. A homérséklet növekedésével is fokozódik, ha a környezet relatív nedvességtartalma eléri az 50 – 70 % -ot. A karbonátosodás mélysége –jó közelítésselaz ido négyzetgyökével arányos: 1 és 4 év között megduplázódik, majd ismét megkétszerezodik 4 és 10 év között. [10] 3.1.2. A szulfátionok jelenléte, behatolása és ezek következményei: az ettringitképzodés A cementhez gyakran adagolnak gipszet (CaSO4 = Cs), részben a klinker orlésének a megkönnyítésére, részben pedig a megkötodés (hidratáció) lassítására. A vezetékes víz is tartalmaz szulfátionokat (mennyiségét az ivóvíz szabvány korlátozza). A talajokban és talajvizekben is ez az egyik leggyakrabban eloforduló ion. A kémia sokirányú fejlodése lehetové tette, hogy a beton, illetve magának a cementnek a tulajdonságait, kemikáliákkal hatásosan befolyásoljuk, megváltoztassuk. Ismert, hogy a felületaktív képlékenyítok mellett, kiterjedten alkalmaznak kötéskésleltetoket és –gyorsítókat, légpórus-képzoket stb. Sok esetben pedig magának a portlandcementnek az összetételét is megváltoztatják. Ezek közül kiemeljük a viszonylag sok alumínium-oxidot tartalmazó cementek alkalmazását. (Pl. a celit = C3 A gyorsan, és nagy hofejlodés közben hidratálódó klinkerásvány.) Említhetjük még a heterogén (= „salakos”) cementek térhódítását is [11], amelyek eredetüknél fogva eleve, több szulfátot és alumíniumot is tartalmazhatnak. Ez a tény is bizonyára hozzájárult ahhoz, hogy elotérbe került az ettringit viselkedésének a tanulmányozása. [7, 12-19] A gyorsan reagáló celit (C3 A) a vízzel (= H) C3 AH6 , a kalcium-hidroxiddal (Ca/OH/2 = CH) együtt pedig C4 AH13 összetételu fázist képez. Szulfátionok, illetve gipsz (Cs) közremuködésével viszont ettringit (C3 A.3 Cs.H32 ) is kialakulhat, aminek lebomlásával (is) létrejöhet a kevesebb vizet tartalmazó „monoszulfát” (C 3 A.Cs.H12 ). [20] Az ettringit képletébol következik, hogy móltérfogatát a nagy víztartalom határozza meg, ezért mind keletkezése, mind lebomlása jelentos térfogatváltozással jár. Könnyen belátható, hogy az ettringitet tartalmazó cementko, illetve beton duzzadt állapotba kerül, majd vízvesztéssel zsugorodik, ami kihat a beton permeábilitására, azaz 4
A sav/bázis határon, a hidrogén- és a hidroxidionok koncentrációja azonos ([H+]=[OH-]=1.10-7 ), ezért a semleges közeg pH-értéke = 7, mert a pH = -log[H+].
az oxigén-, a széndioxid-, a víz– és általában az iontranszportjára. Az ettringit képzodésére, idoben elhúzódva is sor kerülhet, mindenekelott az adalék/cementko határfelületi rétegében, vagy zónájában. Ezt nevezi a szakirodalom elhúzódott ettringitképzodésnek (angol betuszóval DEF). Az ettringittel kapcsolatos ismeretek összefoglalását és a legújabb eredményeket találhatjuk meg a [7] közleményben. Számos forrásra hivatkozva megállapítják a szerzok, hogy az ettringit stabilitása erosen függ közegének (az oldatfázis) ionkoncentrációjától, még konkrétabban a pH-jától. A stabilitás alsó határánál a pH=10,7. A szokásos beton oldatfázisának a pH-ja pedig -kezdetben- kb. 13. Ez lehet a magyarázata annak, hogy az ettringit képzodésének ugyan adottak a feltételei a friss betonkeverékekben, de keletkezése és jelenléte -a finom eloszlás és kis mennyiség miatt- a legmodernebb eszközökkel (röntgenanalízissel, differenciál-termanalízissel, pásztázó elektron-mikroszkóppal) is csak nehezen, vagy egyáltalán nem mutatható ki. Használat közben az oldatfázis összetételének a változásával, mindenekelott pHjának a csökkenésével, újra képzodhet az ettringit. Foként a pórusrendszerben, a fázishatárokon és általában a rácshibák környezetében. A gyakori beázások miatt, különösen a már károsodott betonban, fokozódik az átjárhatóság. A szerkezet „átmosódik”, szó szerint is kilúgozódik. Az elhúzódó ettringitképzodésnek, vagyis az ettringit ismétlodo, tehát másodlagos megjelenésének és kikristályosodásának ez a magyarázata. Megjegyzés: Az Ózd-környéki salakházak meghibásodásainak legfobb oka éppen az ettringit-képzodés, illetve ennek következménye a betonszerkezet gyengülése/roncsolódása (l. nagymértéku- repedezés). 3.2. A kloridionok behatolása Érdekes tapasztalat következménye, hogy a beton készítésekor a „bekevert” klorid mennyisége, a cementre vonatkoztatva, elérheti az 1 %-ot 5 , de a kész betonba késobb (útsózásból, tenger- vagy talajvízbol stb.) behatoló már nem lehet több 0,2 %nál, sot a feszített betonok esetében még a 0,1 %- ot sem haladhatja meg. [10] (Magyarázat: a kloridionok dönto többsége kémiailag megkötodik a szilárd fázisban és csak kisebb hányada marad oldatban és lesz mozgékony, szennyezi a pórusfolyadékot.) Érdemes hangsúlyozni, hogy a kloridionok jelenléte és hatása nemcsak a betonacél korróziója vonatkozásában káros, hanem a betonmátrix egésze szempontjából is, mert a CaCl2 igen jól oldódó vegyület, ezért nedvesség hatására a kalciumionok kimosódnak, „mobilizálódnak”, következésképpen folyamatosan gyengül a beton szilárdsága. 3.3. Az alkáliszilikát-reakció (ASR) Általános értelemben minden kalcium-szilikát-hidrát CSH) „puccolánreakció” terméke. Puccolánaktívnak az olyan természetes eredetu anyagokat nevezik, mint pl. a 5
A tengerparti, vagy sóval (általában ionokkal) szennyezett adalékok, és a különféle adalékszerek felhasználásakor is, nagy figyelmet kell fordítani a betonkeverék várható teljes kloridion-tartalmára. (L. a pécsi toronyház 1985-ben nagy feltunést keltett esete.)
trasz (vagy vulkáni tufa, aminek egy része, cc. sósavban kovasavként oldódik), de bizonyos ipari melléktermékek és hulladékok is azok. Az utóbbiakat, foként környezetvédelmi okból, ma elterjedten használják a cement leggyengébb „láncszemének”, a fölös CaO –nak a megkötésére, amikor is járulékos CSH keletkezik. [11, 21, 30] A puccolánaktív anyagok azonban lassítják a beton kötodését és megszilárdulását, aminek az ellensúlyozására megemelik a cement alkálifémoxidtartalmát. Innen ered az alkáliákkal aktivált reakció (AAR) megnevezés, ami egy sajátos változata az alcímben exponált és tágabban értelmezheto alkáliszilikátreakciónak (ASR). Az alkáliszilikát-reakció veszélyessége a képzodo, vízben viszonylagosan jól oldódó alkálifém-szilikátokban rejlik, amely anyagok a jelenlévo víz mennyiségétol függoen, vagy oldatba mennek és idovel kimosódnak a betonból, vagy csak megduzzadnak, ezért mindkét jelenség megnöveli a betonmátrix zsugorodási és repedezési hajlamát.
4. A BETONACÉL-BETÉTEK KORRÓZIÓJA A betonba ágyazott acél korrózióját -jó közelítéssel- úgy foghatjuk fel, mint az elemi, vagy fémvas oxidációját és oldatba menetelét általában. Lényeges azonban a különbség a vas „egyszeru” kémiai és az „összetett” elektrokémiai oldódása között. Mindkettoben oxidálódnak a vas atomjai, tehát elektronokat adnak le, de a folyamat tartóssá válásához a felszabaduló elektronokat, valamilyen anyagnak (ionoknak vagy molekuláknak) folyamatosan el kell használniuk. A „sima” kémiai oldódáskor (pl. sósavban) a fémvas oxidációja és a vas(II)-ion oldatba menetele, azonos ponton zajlik 2 proton elektronfelvételével. A semlegesülo hidrogénionokból, elobb atomok, majd molekulák és végül hidrogéngáz-buborékok keletkeznek.) Az elektrokémiai oldódáskor az elektronleadás (oxidáció) és az elektronfelvétel (redukció) térben elkülönülve, elektronok és ionok közremuködésével, egymástól legalább 0,4 nm távolságban következik be. Ekkor a fém felületén, különbözo okokból az elozetesen („eloélettol” függoen) kialakult, különbözo (elektrokémiai) potenciálú helyeket, az iontartalmú víz, mint elektrolit „rövidre zárja” (az áramkör külso részét)6 , a belso áramkört pedig elektronok zárják, minthogy az anódos helyeken felszabaduló elektronok, magában a fémben áramlanak a katódos helyekre. Az anódos helyeken tehát vas(II)-ionok (Fe2+) mennek oldatba, a katódos helyeken pedig esetünkben, oxigén és vízmolekulák együtt és egyszerre veszik fel az elektronokat, hidroxidionok keletkeznek (H2 O+1/2O2 =2OH-). Ezek a helyi mikro-, vagy lokálelemek folyamatosan ionokat termelnek, amelyekbol elobb, viszonylag jól oldódó vas(II)-hidroxid (Fe/OH/2 ), és újabb oxidációval, a végtermék, a csaknem oldhatatlan vas(III)-hidroxid (Fe/OH/3 ) keletkezik. Ez utóbbi könnyen veszt vizet, ezért a korrózió terméke, a rozsda -a körülményektol függoen- változó összetételu. (Többnyire mégis csak Fe3 O4 .x H2 O, vagy FeO/OH/ alakban adják meg.) 6
Szabad térben a szilárd anyagok felületén a levegobol kicsapódó (= „szorbeálódó”) víz, molekuláris méretu réteget képez, amelyben a széndioxid, különbözo összetételu nitrogén - és kénoxid-gázok, mint savanhidridek feloldódnak, majd ionizálódnak, és kiegészülnek a beton ionos szennyezéseivel. Tehát elektrolit-film jön létre.
A mikrocellás mechanizmusú korróziónál sokkal veszélyesebb a makrocellás, amelyben az acélbetéteknek csak a kisebbik hányada anód, nagyobb részük pedig katód. (A kis helyre koncentrálódó fémoxidáció következménye a lyukkorrózió. Jóllehet, a korrózió teljes folyamatában az acélbetétek összessége részt vesz, legalább is azok, amelyek elektromosan össze vannak kötve, közöttük a fémes (= elektron-) és ionos vezetés miatt, korróziós áramkör jöhet létre.) [30] A betonban a vas természetes védelmet élvez, amíg a felületén a passzív réteg tönkre nem megy, pl. savanyodás következtében legyengül („elvékonyodik”, l. ózonlyuk), vagy a kloridionok elkezdik „átjárni”, kilyukasztani. Ugyanis a vas(II)hidroxid a kloridionokkal, vízben jól oldódó hidroxi-kloro-vas(II)-komplexekké alakul, és miután ezek a komplexek a fém felületérol –vízzel- könnyen kimosódnak, a határrétegben pedig elbomlanak. A kloridionok tehát felszabadulnak és kialakul a végtermék, a rozsda, azaz vas(III)-hidroxid. Ezért tudnak a kloridionok ciklikusan részt venni a korrózió fokozásában, amíg a rozsdában betemetodve, koncentrációjuk lecsökken, hatástalanná minimalizálódik. Feltétel azonban, hogy utánpótlásuk megszunjék. A betonmátrixban belso mechanikai feszültségek gerjednek, mert a rozsda móltérfogata ([V]=[cm3 /mol]) erosen függ az összetételtol: V(Fe=elemi vas)=7,11; V(FeO)=12,5; V(Fe3 O4 )=14,1; V(Fe/OH/2 =26,43; V(Fe2 O3 )=30,42; V(Fe/OH/3 )=34,25; V(Fe/OH/3 .3 H2 O)=44,8. [23, 24] A vasbeton-szerkezetekben tehát a rozsda, és ennek feszíto hatása, ugyanúgy a betonmátrix kedvezotlen átalakulásának a következménye, mint az ettringit szekunder megjelenése a beton mikrorepedéseiben. Még sem mondhatjuk, hogy akár a rozsda, akár az ettringit, mint következmény, ártatlan lenne, ne fokozná a beton egészének a tönkremenetelét, megrepedezését, felhasadozását és réteges leválását.
5. A BETONMÁTRIX ÁLLAPOTÁNAK DIAGNÓZISA Aligha kell bizonygatni, hogy bármely betonszerkezet állapotának hu tükörképe („újlenyomata”) lehet a cementkobe ágyazott pórusfolyadék összetétele, ezért ennek folyamatos ellenorzése (monitorozása) ideális lenne. Egyelore ez megoldhatatlannak látszik. Hosszú ideju és sokféle tapasztalat alapján azonban mégis lehetne valamit kezdeni azokkal a vizsgálati eredményekkel, amelyeket pl. az összeroncsolt betonminták, desztillált vizes extraktuma kémiai összetételének, pH-jának, pontosan eloírt módon való meghatározásával nyerhetünk. A [25] közlemény részletezi, hogyan lehet hatékonyan elvégezni a hibafeltárást, vagy diagnózist. Már induláskor célszeru eldönteni, hogy (i) rövid, szukre szabott feltárást akarunk-e, vagy (ii) kello körültekintéssel választunk megoldást a teljes köru felújításhoz. A [26] közlemény a betonszerkezetu építmények felújítása „szuk határainak” a kibovítésérol ad áttekintést. Az elore lépést a költségkímélo, elektrokémiai elveken alapuló, technikai eljárások tették lehetové.
6. A FELÚJÍTÁS ÉS GYÓGYKEZELÉS ELJÁRÁSAI: AZ ELEKTROKÉMIAI VISSZALÚGOSÍTÁS ÉS KLORIDKIVONÁS Manapság nagy figyelmet fordítanak az építoiparban is mindazokra a lehetoségekre, amelyeket az elektrokémiai elveken alapuló, környezetkímélo és tiszta technikák, eljárások és módszerek nyújtanak. [10, 22, 25 és 26] 6.1. Katódos védelem (CP) külso egyenáram-forrással Ezt a technikát már 1973 óta alkalmazzák ([26] 4. hivatkozása). A vasbetonszerkezet külso felületére, egy megfeleloen rögzített, inert fémlemez, mint anód és a védendo acélbetétek, mint katód között, külso áramforrás segítségével, állandó potenciálkülönbséget hoznak létre, vagyis a betonacélt katódosan polarizálják.7 Az eljárást új, de agresszív külso (tengeri atmoszféra) hatásának kitett építmények védelmére is használják, vagy amikor a régi épületek elektrokémiai visszalúgosítása, illetve kloridion-tartalmának a csökkentése nem megoldható, vagy sajátosak a körülmények, mint pl. a gyakran sózásnak kitett útfelületek, hidak esetében. 6.2. Galvanikus védelem (GP) A galvanikus, vagy mártír anódos védelmet már több mint 150 éve alkalmazzák, de csak mostanában használják vasbeton-szerkezetek védelmére is. [26] Más szerzok szerint [22] azonban a betontámfalak védelmére szolgáló cinkbevonatok különbözo típusainak a tanulmányozása 1918 –ig nyúlik vissza. Halstead a cinkkel bevont („galvanizált”) és 54 évig betonba zárt, tengeri atmoszféra hatásának kitett acélbetéteket vizsgálta és azt állapította meg, hogy a betét rozsdásodása csak néhány, elszigetelodött helyen következett be. Ugyanis a cink-védofilm, mártír fémként, hamarabb oxidálódik, mint a bevont fém (az acélbetét). A keletkezo cinkoxid térfogata kb. 50 %-kal nagyobb, mint az elemi cinkké, ezért ez nem idéz elo akkora mechanikai feszültséget, mint a vasrozsda. Még sem egyértelmuen elonyös a galván-bevonatok alkalmazása. [22] (16. hivatkozás.) Jobb változat, ha a mártír anódot a betonelem külso felületére, vagy peremére helyezik, és megfelelo áramkört létesítenek a betonacél-betétekkel. Ekkor a mártír anód oxidációjakor felszabaduló elektronok visszaáramlanak az acélbetétekre és ezáltal katódosan polarizálódnak. Ez az eljárás olcsóbb és még önszabályozó is, szemben a külso áramforrást alkalmazó CP -vel. 6.3. A diszkrét galvánanódos védelem (DGA) A hagyományos (részleges) felújítás kiegészítésére fejlesztették ki ezt az eljárást. [26] Ekkor az egyedi cinkanódokat, speciális habarcsba ágyazzák be, és ezzel azt érik el, hogy a cinkdarabok tartósan aktívak maradnak. Az eljárást a részlegesen 7
A vas elektrokémiai egyensúlyi potenciálja és a közeg - pH -ja függoségét szemlélteto, ún. Pourbaix-féle diagram tanúsága szerint, a mintegy – 0,5 V-nál negatívabb („katód”-) potenciál alatt a vas termodinamikailag stabilis, azaz a korrózióval szemben, immúnis állapotban van. [27]
felújított betonelemekben ajánlják alkalmazni, polarizálják, és meggátolják a betétek korrózióját.
ahol
az
acélbetéteket
katódosan
6.4. Az elektrokémiai kloridkivonás (ECE) Ezzel az eljárással a betonmátrix kloridion-koncentrációját, a korróziót gerjeszto szint alá lehet csökkenteni. Ekkor is –átmenetileg- külso, inert és elektrolitba ágyazott anódot helyeznek a védendo betonelem peremére és a betonacél-katóddal áramkört létesítve, külso egyenáram-forrásból, tipikusan 1 A/m2 suruségu egyenáramot hajtanak át. Ekkor a betonacél, a negatív töltésu kloridionokat taszítja, miáltal mozgásba jönnek és a külso anód felé áramlanak. Eközben a felületen semlegesülo hidrogénionok, hidroxidionokat hagynak hátra, következésképpen a betonacél környezete visszalúgosodik, a kloridionok koncentrációja pedig lecsökken. (A külso elektrolittartályban gyulnek össze.) Elektrolízis közben, idoszakosan be- és kikapcsolják az áramot és az anód elektrolit-tartályában frissre cserélik ki az elektrolitot. Miután a tervezett árammennyiséget áthajtották, a Cl –ionok koncentrációváltozását meghatározzák. (A kloridion-analízist l. BS1881: Part 124, vagy AASHTO T260.) 6.5. Az elektrokémiai visszalúgosítás (ERA) Hasonlóan járnak el, mint a 6.4. pontban leírt kloridion-kivonás esetében, vagyis itt is külso anódot alkalmaznak. Ekkor az elektrolittartályba káliumkarbonát-oldatot öntenek. Most a betonacél felé káliumionok vándorolnak, de ott helyettük a víz hidrogénionjai redukálódnak és a hátra hagyott OH- - ionok visszalúgosítják a határréteget, miközben a karbonát (és más anionok) a külso anód felé áramlanak és összegyulnek az elektrolittartályban, mert az anódon az OH- - ionokból, elektronleadással oxigénmolekulák keletkeznek. 7 – 10 napos elektrolízis után, a határrétegben az oldatfázis pH – ja tipikusan, 10,5 – rol 11,5 – re, vagy még magasabb értékure változik. Figyelmeztetés: Itt is, mint minden esetben, amikor hidrogén - és oxigéngáz fejlodésével (= durranógáz-elegy keletkezésével) lehet számolni, rendkívül körültekintoen kell dolgozni! (L. pl. ólom- vagy savas akkumulátorok elektromos feltöltése.)
7. A BETEGSÉGEK MEGELOZÉSE NAGYTELJESÍTMÉNYU BETONOK ALKALMAZÁSÁVAL A század- és ezredfordulón senki sem foglalkozhat úgy betonnal, hogy ne törodjék annak tartósságával. (L. a környezeti károsító hatások fokozódása: ózonlyuk, savas eso, ipari, mezogazdasági és kommunális szennyezés stb.) Ennek nyomán az utóbbi évtizedekben kialakult „betonkrízis” intenzív kutatómunkára ösztönzött világszerte. Számos történelmi forrás és példa felhasználásával azonban mégis arra lehetett következtetni, hogy a beton roncsolódása nagy hasonlóságot mutat a természetes köveknek az idojárás következtében fellépo „geológiai” átalakulásával. [28]
7.1. A cementko és a beton leggyengébb “láncszeme”, a CaO [4, 11, 29, 30] A 3.3. fejezetben utaltunk már arra, hogy a portlandcement (PC), illetve az ebbol keletkezo cementko (és beton) leggyengébb láncszeme a kalcium-oxid, szakszerubben (kémikus nyelven kifejezve pedig a gélképzodés és megszilárdulás után, inkább) a kalcium-hidroxid (Ca/OH/2 ), ami túlnyomóan a pórusrendszer folyadékában gyulik össze, és a vízben sokkal jobban oldódó alkálifém-hidroxidokkal együtt lesz „a pórusvíz” legfobb jellemzoje. (Nedvesség behatására ennek felhígulásával, illetve kimosódásával és kilúgozódásával lehet számolni.) A hagyományos portlandcementek esetében a CaO-fölösleg mintegy 10-20 %. [4, 29] Nem szabad azonban elfelejteni, hogy sok évtizedes tapasztalat kellett ahhoz, hogy az összetétel „optimalizálódjék”. Ennek nyomán standardizálták a PC-t. Az ásványi fázisok kalcium-oxid fölöslege, a szilikátokhoz képest (l. elobb is) eredményezi azt, hogy a felszabaduló hidratációs ho, egyrészt –gyakorlati szempontból- elfogadható sebességuvé teszi, mintegy beszabályozza a cementgél és –ko kialakulását, másrészt az adalékszemek, de foként –szemcsék felületén, reakcióképes állapotba hozza, „aktiválja” az alvó, terminális –Si-OH –csoportokat. Tehát ezekbol is oxigénhidas –Si-O-Si-, illetve –Si-O-Ca-O-Si- kötések alakulnak ki, vagyis beton jön létre. És mint láttuk, a beton „természetes” pH-ja (kb. 13) is ennek köszönheto. Tehát ebben a nagyon összetett és térben erosen gátolt, heterogén rendszerben, elegendo ido kell ahhoz, hogy a reaktánsok –mindenekelott- a kalcium-hidroxid és a reaktánsvíz (az oldószervíz segítségével) eljussanak a CSH-kialakulás gócaira, vagy helyeire, vagyis hogy egyenletesen eloszolhassanak a betonkeverék egészében, tehát „homogenizálódhassanak”, miáltal mindig és egyértelmuen, az elvárt szerkezet jöjjön létre, aminek elemi feltétele természetesen egy optimális molekuláris felépítés.) 7.2. A járulékos CSH-képzodés és a különféle mikroszilikátok kapcsolata A mikroszilikátok (= „mikroszilika”), vagyis a puccolántulajdonságú anyagok sokfélesége ismert, amelyek legfobb jellegzetessége, hogy nagy, vagy legalább is jelentos az „aktív kvarc”-tartalmuk. Származásukat illetoen lehetnek természetes(traszok) és mesterséges eredetuek. Ez utóbbiak példái: a szilikapor, ami a vas- és acélöntéseknél használt öntohomok maradványa, vagy bányahomok zúzásával/orlésével nyert, igen nagy fajlagos felületu, „vegytiszta” finomkvarc, szilikátpernye (silica fume), szénpernye, amely lehet szállópor (fly ash), vagy kemencefenék-hamu (bottom ash) és orölt kohósalak (ground granulated blast-furnace slag). A legfontosabb jellemzojük, hogy nagy fajlagos felületuek és nagyon sok terminális –Si-OH –csoportot tartalmaznak, ezért a betonkeverékben –hidratáció közben- megkötik a szóban forgó „fölös” kalcium-hidroxidot, vagyis a cement ásványi fázisaihoz hasonlóan, kalciumszilikát-hidrátokat képeznek, amely utóbbiak mintegy járulékos CSH-nak tekinthetok. [30] A mikroszilikátokkal készített beton azért lehet szuper (nagyteljesítményu és nagy szilárdságú), mert egyrészt v/b-tényezojét eleve kicsi (0,28-0,34 körüli) értékunek választják, másrészt rendkívül tömör, ahol b az összes bekevert hidraulikus, cementáló
tulajdonságú anyag mennyiségét jelöli. Következésképpen az ilyen beton átjárhatósága (= permeábilitása”) jelentosen lecsökken. [29, 30] Nyilvánvalóan az lenne az optimális, ha a bekevert aktív kvarc teljes egészében átalakulna járulékos CSH-tá, de ez sok mindentol függ [31]. Az eredetileg fölös mennyiségu kalcium-oxid/hidroxid megkötését követoen, a maradék aktív kvarc szemcsék „finom adalékként” lesznek részei a betonszerkezetnek. (Oröltségi fokuktól függoen, a szemcsék részben, vagy teljesen átgélesednek, ezért sokkal jobban feltapadnak az adalékszemek durva és érdes felületére, mint a hagyományos cement szemcséi, vagyis jobb minoségu cementenyvként hatnak. Következésképpen az ilyen betonmassza mozgékonyabb, jobban tömörödik, minthogy az adalékszemek könnyebben elcsúsznak és mozdulnak el egymástól. L. még öntömörödo beton [32].) 7.3. A betonok átjárhatósága (permeábilitása) Könnyen belátható, hogy a megszilárdult beton tartósságát nagymértékben befolyásolja tömörsége, vagy átjárhatósága. Hiszen a környezet károsító hatásai, mindenekelott a nedvesség és az agresszív anyagok/ionok, illetve molekulák, mint pl. a klorid- és szulfátionok, vagy az oxigén- és a széndioxid-molekulák behatolása mértékétol függenek. Az 1. táblázat különbözo betonok effektív diffúziós együtthatóit (D, m2 /s) tartalmazza, amely adatokból kitunik, hogy milyen mértékben függ a semleges oxigénmolekulák és a negatív elektromos töltésu kloridionok diffúziója a betonok minoségétol. [33, 30] A táblázatból kiolvasható, hogy a nagy tömörségu mikrobetonban az oxigénmolekulák effektív diffúziós együtthatója 1 nagyságrenddel kisebb, mint a hagyományos betonban. Még fontosabb azonban, hogy a kloridionok esetében ez az eltérés már 2 nagyságrendet ér el. A magyarázat kézenfekvonek látszik: a térbeli szilikátrács negatív elektromos töltésburka és az ezt kompenzáló, részlegesen még mindig gyengén (parciálisan) pozitív töltésu kalciumionok egyaránt fékezoen hatnak a negatív töltésu kloridionok mozgására. Szemben az oxigénmolekulák esetével, amikor ez a fékezés már nem lehet ennyire jelentos. (Különösen az acélbetétek korróziója szempontjából fontos ez a markáns eltérés.) 1. táblázat: Az oxigénmolekulák és a kloridionok effektív diffúziós együtthatója (D, m2 /s) különbözo betonokban [33] Hagyományos betonban TR31 betonban* Mikrobetonban O2 ClO2 ClO2 Cl21.10-8 5.10-12 5.10-8 1.10-12 2,1.10-8 1,2.10-14 Megjegyzés: * UK Concrete Society Technical Report szerint definiált 31. sz. beton Aligha nem tanulságos röviden kitérni még egy friss közlemény ide vonatkozó megállapításaira is. [34] E szerzok (ugyanúgy, mint a [33] cikké) megállapítják, hogy a beton karbonátosodásának a becsléséhez is alapveto fontosságú lenne ismerni a széndioxid diffúzióját is a betonban. Ezeket az adatokat azonban, közvetlen kísérleti úton nem lehet
meghatározni. Ti. a betonban a széndioxid túlnyomóan nem gázhalmazállapotú, hanem kisebb részben fizikailag oldott, de mégis semleges molekulaként, nagyobb részben azonban kémiailag átalakulva, negatív töltésu anionként (CO3 2-, és nagyon ritkán esetleg, HCO3 - alakban) mozog. Ráadásul a beton reaktív közeget jelent a széndioxid ezen elofordulási alakjai számára! A szerzok nagyon szemléletesen utalnak arra is [34], hogy a betonban a transzport részben a fázishatárokon, részben pedig levegovel, vagy pórusfolyadékkal kitöltött pórusrendszeren át zajlik, illetve következik be. Következésképpen a molekulák és ionok diffúziója, igen nagy mértékben függ a beton mindenkori nedvességétol. „Gázként” csakis a száraz betonban tud a széndioxid-molekula mozogni! Mindezek ellenére, minkét közlemény szerzoi elfogadják az oxigénmolekulára érvényes adatok extrapolálását, vagyis a szóban forgó cikkekben nem részletezett „átvitelét” a széndioxid-molekulákra. A [34] közleményben még a következo –meglepo- megállapítás is olvasható (l. 141. oldal utolsó sora): „… a betonba behatoló kloridionok gyorsabban mozognak, mint az oket kíséro nátriumionok…” Általánosan ismert ugyanis, hogy az ellentétes töltésu, és eltéro méretu ionok, rendkívül rövid ido alatt, azonos (átlagos) sebességet érnek el, akár egyszeru diffúzióról, akár elektromos erotér hatására történo ionvándorlásról van szó. Ne feledjük, hogy a kalcium-klorid rendkívül jól oldódó vegyület, és keletkezésével mobilizálódik a beton (a kloridionok elektrosztatikus erokkel „elszívják” a rácsközi helyeken eredetileg megkötött, kalciumionokat is). Utalnunk kell még arra is, hogy az anyagtranszportban a kapilláris erok fellépése a pórusokban is jelentos tényezo lehet, különösen, ha a nedvességtartalom ingadozik.
8. KÖVETKEZTETÉSEK Igyekeztünk rámutatni arra, hogy hogyan segíti elo a kémiai (molekuláris) szemléletmód a vasbeton-szerkezetek keletkezésekor és ezt követoen is, a használat közben lezajló fizikai és kémiai folyamatok megértését, továbbá hogyan lehet a már károsodott szerkezeteket költségkímélo, kevésbé környezetszennyezo, vagy éppen tiszta elektrokémiai technikákkal, eljárásokkal felújítani. Adott esetekben (l. hidak, utak) pedig már eleve alkalmazni, pl. a katódos védelmet. A hivatkozott forrásmunkák eredményeit úgy kíséreltük összefoglalni, hogy jól értheto legyen, pl. a cementko (beton, habarcs stb.) lényegét kifejezo hidratált fázisok, a kalcium-szilikát-hidrátok (CSH) keletkezése és mibenléte. A beton molekuláris szintu felépítésének a felvázolása bizonyára jobban érthetové teszi, miért okoznak kárt már eleve, de különösen behatolás után, a rácsidegen anyagok, különösképpen pedig az idegen ionok. Jóllehet, már eddig is nagy figyelmet fordítottak a víznek a beton kialakulásában és tartósságában betöltött közvetlen és közvetett szerepére, de talán még sem haszontalan nyomatékosítani ennek bonyolultságát és összetettségét. Hiszen a víz nemcsak reaktáns és termék, hanem egyben oldószer és közeg is: Az anyagok és a ho transzportjában, a koncentrációk, a homérséklet, a nyomás és az ozmózis nyomás kiegyenlítodésében, valamint a kapilláris erok érvényesülésében játszott fontos és
sajátos szerepe aligha nem sokkal nagyobb figyelmet érdemel, mint eddig. A víz jelenlétének vázolt minoségei és mennyiségei, az utólagosan megjeleno formái (tisztán vagy szennyezetten) és „eltunései”, közvetlenül is belso feszültségeket gerjesztenek, illetve repedezésekhez vezetnek. A vasbeton-szerkezet egészében bekövetkezo ki- és átalakulási folyamatokban, változásokban tehát mind közvetlenül, mind közvetve (a rozsda – és az ettringit képzodésében, az elsavanyodásban, karbonátosodásban, a különféle anyagok kimosódásában, vagy a kilúgozódásban, a kloridionok agresszivitásának az érvényesülésében) meghatározó a szerepe. A betonra jellemzo állandó mobilitás okozója. „Pórusvízként” pedig mint valamiféle ujjlenyomat, huen tükrözi a beton mindenkori állapotát.
9. ÖSSZEFOGLALÁS A muszaki és a természettudományok nagyléptéku fejlodése, de különösen az anyagtudományok kialakulása és eszközeinek elterjedése, hatalmas lendületet adott az építoiparnak, valamiféle újjászületésének lehetünk tanúi. Ennek egyik látványos eredménye az építo vegyi anyagok tömeges megjelenése és elterjedése, sokféle és sokcélú alkalmazása, illetve kihasználása. Miközben a fejlodést az iparág vezetoi és oktatói igyekeznek követni, valamiféle fokozódó elvárás nyilvánul meg az új építo anyagok és eljárások megismerése, megértése és szakszeru kezelése, körültekintobb használata iránt. A szukszavú, olykor félrevezeto, netán csak megtéveszto gyártmányismertetok, szórólapok szerzoi biztosan titoktartásra kényszerülnek. De talán még ettol függetlenül is, segítené a jobb eligazodást, a vonatkozó kémiai ismeretek és általában, a kémikusi gondolkodási mód elsajátítása. Ebben a tanulmányban a hagyományosan épített vasbeton-szerkezetek károsodásának okaival és felújításának lehetséges megoldásaival foglalkoztunk. Felvázoltuk azt is, hogy miért elonyös a nagyteljesítményu és nagy szilárdságú, szuper betonok alkalmazása.
KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS A dolgozat a T32 055 OTKA támogatásával készült, melyért a szerzo köszönetét fejezi ki.
HIVATKOZÁSOK [1] [2]
[3]
Clark, L.: Concrete Education in a changing world. CONCRTE, January 2000, pp. 24-25 Greenwood, N. N., Earnshaw, A.: Az elemek kémiája, I. kötet. Nemzeti Tankönyvkiadó, Bp. 1999, pp. 459 Baes, C. F., Mesmer, R. E.: The Hydrolysis of Cations. J. Wiley & Sons, New York, 1976, pp. 337
[4] [5]
[6] [7] [8]
[9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17]
[18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25]
West, A. R.: Solid state chemistry and its applications. J. Wiley & Sons, New York, 1985, pp. 639 McCurrich, L. H., Decter, M. H.: Refurbishment of structures using newgeneration flowing microconcrete (Praper presented at ’Concrete’95 –Concrete Institute of Australia/FIP International Conference, Brisbane, Australia: 4-7 September 1995) Balázs Gy.: Építoanyagok és kémia. Muegyetemi Kiadó, Bp. 1994, pp. 53 Stark, J., Bollmann, K.: Ettringitbildung im erhälteten Beton –ein oder kein Problem? Beton und Stahlbetonbau, 95 (2), 104 (2000) Constantiner, D., Diamond, S.: Pore solution analysis: are there pressure effects? Mech. Chem. Degrad. Cem.-Based Syst., Proc. Mater. Res. Soc. Symp. 1997, pp. 22-29 Constantiner, D., Diamond, S.: Fixation of alkalis in cement pore solutions, mint [8], de pp. 67-74 Parker, J.: Carbonations and chlorides in concrete. CONCRETE, September 1997, pp. 18-20 Révay, M., Opoczky L.: A HCM Rt. által gyártott trassz- és kompozit portlandcementek néhány jellemzo tulajdonsága, BETON VII (1), 3 (1999) Casanova, I. et al.: Aggregate expansivity due to sulfide oxidation – II. Physicochemical modeling of sulfate attack. Chem. Concr. Res. 27 (11), 1627 (1997) Adams, L. D.: Ettringite, the positive side. Int. Conf. Microsc 1997, 19th, 1-13 Herfort, D. et al.: Mineralogy of sulfate rich klinker and the potential for internal sulfate attack, mint [13], de pp. 64-85 Thaulow, N. et al.: What causes delayed ettringite formation? Mint [8], de pp. 219-226 Ishida, A. et al.: Expansive behavior of slag cement with expansive additives. Proc. Int. Congr. Chem. Cem., 10th, 1997, 3, 3iii017, pp. 8 Michaud, V. et al.: Experimental simulation of stability of ettringite in alkali silica solutions, produced bt alkali-silica reaction in concrete. Mint [16], de 1997, 4, 4iv065, pp. 9 Skalny, J. et al.: DEF: a form of sulfate attack. Mater. Constr. (Madrid) 46 (244), 5 (1996) Collepardi, M.: Damage by delayed ettringite formation (DEF), CONCRETE INT., January 1999, pp. 69-74 Mint [6], de pp. 221 Szalay T., Szalai K.: A vasbeton korrózióállósága (I). A víz és a mikroszilika a korrózióvédelemben. BETON VI (4), 3 (1998) Emmons, P. H., Vaysburd, A. M.: Corrosion protection in concrete repair: myth and reality. CONCRETE INT. March 1997, pp. 47-56 D’Ans*Lax: Taschenbuch für Chemiker und Physiker. Springer, Berlin, 1967. Dritte Aufl. Band I, I-336 Bürge, T. A.: The role of corrosion inhibitors in high performance concrete. FIP Symp. ’97, Johannesburg, 659-666 (* ennek 1. ábrájából interpolált értékek) Grantham, M.: Diagnosis of car park defects to ensure effective repairs. CONCRETE, November/December 1999, pp. 22-24
[26] Haboubi, L.: Extending the boundaries of concrete repair – an electrochemical approach to cost-effective durability. CONCRETE, January 2001, pp. 50-53 [27] Kiss L.: Az elektrokémia alapjai. Muszaki Könyvkiadó, Bp. 1983, pp. 138 [28] Roy, D. M., Jiang, W.: Concrete chemical degradation: ancient analogs and modern evaluation. Mech. Chem. Degrad. Cem.-Based Syst., Proc. Mater. Res. Soc. Symp. 1997, pp. 14-21 [29] Farkas Gy., Szalai K.: A szuperbeton, betontechnológiai korszakváltás. (A BETON ÉVKÖNYV 2000, 7. fejezete.) MÉASZ, Bp. 1999. pp. 138-154 [30] Szalay T.: A betonszerkezetek lehetséges károsodásai. Mint elobb, de 10. fejezet, pp. 174-187 [31] Újhelyi J.: Vitairat. BETON VIII (3), 21 (2000) [32] Grube, H., Rickert, J.: Selbstverdichtender Beton – ein weiterer Entwickelungsschritt des 5-Stoff-Systems Beton = Self compacting concrete – another stage in the development on the 5-component system of concrete. BETON 49 (4), 239 (1999) [33] McCurrich, L. H., Decter, L. H.: Refurbishment structures using new-generation flowing microconcrete. (Paper presented at ‘Concrete’95 Concrete Institute of Autralia/FIP Int. Conf., Brisbane, Australia, 4-7 September 1995) [34] Steffens, A., Dinkler, D., Ahrens, H.: Modellierung und numerische Analyse von Karbonatisierung und Chloridbindung in Betonbauteilen. BETON – und STAHLBETONBAU 96 (3), 138 (2001)
