בטון מזויין, שיקום והגנה מפני קורוזיה גלוונית

מבוא

בכל העולם משתמשים לקונסטרוקציות בבטון מזוין במשך מאות שנים ובכל מקום יש אותה בעיה להתמודד עם הקורוזיה של בטון המזוין. הדרישה להארכת קיים המבנה, שימור המבנה ובהרבה מקרים בטיחות ושרות המבנה נובע הצורך של התמודדות בקורוזיה. מבנה מבטון מזוין הסובל מקצב קורוזיה מתקדם של זיון הבטון, הופך להיות מטרד בטיחותי. נפילות של גושים או חלקי הבטון וירידה בקוטר מוטות הזיון הקונסטרוקטיבי, המבנה הופך להיות מסוכן לסביבה עד כדי סכנת קריסה.

כדי למנוע זאת נדרשות פעולות מהירות של הארכת קיים המבנה ע"י בלימת התקדמות של קצב הקורוזיה, שיקום וחיזוק המבנה (שיחזור), בחירה והתקנת הגנה גלוונית מתאימה לסוג הקורוזיה והסביבה בה המבנה מתפקד.

תאור השלבים לבחירת הטיפול ושיטות הגנה גלווניות

שיטות הגנה קתודיות או אנודיות דנות בטכנולוגיה של פתרונות ומוצרים הנדסיים כולל מתן שירותים של פיקוח ובקרה (Monitoring), להגנה נגד קורוזיה. השיטות ידועות ומוכרות ביישומים על בסיס ידע עתיק ימים ושימוש בטכנולוגיות מלפני מאות שנים כגון אנודות הקרבה של מתכת בעלת נטייה להתפרק גבוהה יותר לעומת מתכת אחרת.

חברות רבות בעולם משקיעות הון עתק למחקר ופיתוח בשיטות,חומרים,ופתרונות משולבים של שיקום וחיזוק מבנים קונסטרוקטיביים של פלדה ובטון מזוין. בעולם כולו מופנים משאבים גדולים להתמודדות בבעיות קורוזיה. בארצות הברית למשל אומדן התקציב ההולך לפתרונות וטיפולי הגנה נגד קורוזיה, בסדר גודל של כ-3% מתל"ג של המדינה.

תהליך השיקום מתחיל מ:

זיהוי מיקום ,עומק וגודל שטח הפגיעה.
בדיקות ואנליזות כימיות לזיהוי סוגי מנגנוני הקורוזיה(קרבונציה,כלורידים או השפעות מסביבה אגרסיבית אחרת).
קבלת החלטות של שיטת טיפול וניקוי להסרת אזורים שנפגעו.
בחירת שיטות וחומרים לתיקון ושיחזור שטחים הפגועים.
בחירת שיטת הגנה גלוונית על כל שטן בטון המשוקם ובסביבתו המורחבת.

תאור השלבים לבחירת סוג הטיפול להגנה

סוגי הגנה גלוונית

ידועות מספר שיטות גלווניות להגנה והארכת קיים של מבנה מבטון מזוין:

אנודת הקרבה Galvashield XP - Sacrificial Anode Unit

מערכות הגנה גלוונית מבוססות על התופעה המוכרת של היווצרות זרם גלווני בין שתי מתכות שונות. כאשר מדובר על המערכת אבץ – פלדה, האבץ (שמאופיין בפוטנציאל חשמלי נמוך יותר) , עובר תהליך קורוזיה ומונע החלדת הפלדה. בצורה זו מסוגל אבץ לשמור על הזיון בבטון מתופעות קורוזיה גם בסביבת כלורידים.

שיקום מקומי של מבני בטון גורם להפרש פוטנציאלים על פני הזיון ומעודד היווצרותם של תאים גלווניים. תאים אלו מאיצים קורוזיה של פלדה סביב האזור המשוקם. אנודות הקרבה מסוג Galvashield XP + מושתלות בבטון סביב האזור המשוקם לביטול תאים גלווניים ושמירה על שלמות הזיון למשך תקופת השרות. ליחידות ההקרבה צורת דסקית בקוטר 63 מ"מ ועובי 27 מ"מ והן עשויות מגרעין אבץ, היצוק במטריצה צמנטית מוליכה. יחידות אלו קלות ונוחות לחיבור למוטות זיון החשופים. מיד לאחר ההשתלה המערכת מתחילה לעבוד ללא כל מנגנון הפעלה נוסף.

דוגמאות של אנודת הקרבה - Galvashield

אנודה GALVANODE ASZ + ציפוי שכבת אבץ בהתזה

מופעל בסביבה לחה,ציפוי על בסיס אבץ, להגנה נגד קורוזיה במבני בטון מזוין. GALVANODE ASZ+, עובד מצוין בסביבה לחה, מפעיל את האנודה על בסיס אבץ המיועדת להגנה גלוונית של זיון הפלדה שבבטון.

GALVANODE ASZ+ מייצר זרם בצפיפות גבוהה יותר מאשר אבץ הרגיל, ע"י כך מייצר זרם הגנה מתאים למניעת קורוזיה בסביבה ימית ולא בסביבה ימית.

GALVANODE ASZ+ הינו תהליך של בנית שכבת אבץ על תשתית הבטון ומתקשר חשמלית לפלדת זיון הבטון.

מבנים אופיניים לטיפול בשיטה זו הם: גשרים, מבנים ימיים, חניונים לרכבים, מפעלים תעשייתיים, בטון מזוין קונבנציונאלי, בטון דרוך.

דוגמאות להגנה גלוונית בהתזה

ZincLayerAnode - ZLA

פויל אבץ המשמש להגנה על הבטון מזוין נגד החלדה של מוטת הפלדה. ZLA הינה אנודת הקרבה שתוכננה במיוחד לאפשר הגנה אלקטרוכימית הידוע גם בשם הגנה קטודית, להגנה ומניעת קורוזיה במוטות הזיון שבבטון. זרם הדרוש להגנה קתודית מסופק ע"י חיבור הגלווני של מוטות הזיון וציפוי האבץ שמהווה חלק ממערכת ZLA,ללא שום ספק כוח חיצוני או דומה לו. ZLA מיושם על השטח החיצוני של הבטון. מחובר חשמלית למוטות פלדה, בצורה זו יש סגירת מעגל חשמלי. צורת ההדבקה לבטון וחיבור חשמלית לזיון הבטון מאפשר לזרם לעבור דרך שכבת הדבק והבטון במובן של הולכה יונית( שני החומרים יקראו אלקטרוליטיים).

התקנה של Zinc Layer Anode

סוגי הגנה קתודית עם זרם מאולץ

אנודה - EBONEX לזרם מאולץ (Impressed Current Protection)

יחידות EBONEX מהוות אנודות נפרדות להגנה על מבני בטון, המשרת בסביבה קורוזיבית. האנודות מושתלות בבטון ומשמשות להפעלת זרם חשמלי מאולץ (ICCP System) , אשר מגן על הזיון. היחידות עשויות סגסוגת של טיטניום וסיליקט קרמי, ומצוידות במנגנון לאוורור ושחרור הגזים, הנוצרים במהלך השרות. המערכת מכילה גראוט מיוחד לספיגת חומצות והקניית שרות רב שנתי ממושך בתנאים קורוזיביים.

כדי לאפשר גמישות מרבית למתכנני מערכות ההגנה, האנודות מיוצרות ומסופקות בקטרים ובאורכים שונים. האנודות מייצרות מתח ברמה של mV 100, הנדרש לפי התקן האמריקאי National Association of Corrosion Engineers Standard RP 0290 להגנה קתודית יעילה.

הגנה בשיטת זרם מאולץ

טיפולים אלקטרוכימיים

Norcure Cloride Extraction

Norcure Cloride Extraction, הינו תהליך אלקטרו כימי (ECE) בו מוצאים את יוני הכלורידים שזיהמו את שכבת הבטון. תהליך נוסף שקורה ליד הזיון של הפלדה הינו תהליך הפסיבציה.

הוצאת הכלורידים נעשית ע"י הפעלת שדה חשמלי בפרקי זמן שונים בין בטון ומוטות הפלדה שבתוכו.שדה חשמלי מופעל בין הרשת המותקנת על חזית הקיר לבין זיון הבטון. תוך כדי התהליך יוני הכלור נעים כלפי חוץ של תשתית פני שכבת הבטון ובאותו זמן בעזרת האלקטרוליזה על מוטות הפלדה הקיימים מייצרים סביבה אלקלית גבוהה יותר(pH מעל 10 לפחות), והתהליך מסתיים כאשר הפלדה שבבטון עוברת תהליך פסיבציה.

Norcure Cloride Extraction - דוגמא

Norcure Re-Alkalization

תהליך Norcure Re-Alkalization הינו תהליך אלקטרוכימי (ECE) בו מופעל שדה חשמלי בין מוטות הפלדה לרשת החיצונית המוצמדת, הפעלת השדה גורם להוצאת הקרבידים והעלאת רמת הpH - בסביבת 10 לפחות, אשר מספיק לספק המשך הגנה על מוט הזיון.

Norcure Re-Alkalization - דוגמא

יעקב (ישקה) שיינהולץ

יועץ שיקום, איטום והגנה נגד קורוזיה. בוגר פקולטה להנדסת חומרים (מטלורגיה) אוניברסיטת ב"ש תואר B.Sc שנת 1976. משנת 1995 עובד בענף הבניה כמהנדס בחברות העוסקות ביבוא ושיווק חומרי שיקום בטון מזוין, חומרי איטום, דבקים, רובה, מוספים לתערובות מלטיות, מוספים לבטון, גראוטים צמנטיים ואפוקסיים, חומרים על בסיס שרפים להזרקה ועוד חומרים "חכמים" רבים אחרים בתחום ענף הבניה. משנת 2007 התחלתי את הפעילות כיועץ עצמאי בתחום איטום מבנים, שיקום ושימור מבנים, הגנות נגד שיתוך (קורוזיה) במבנה בטון מזוין ומבנה משולב עם קונסטרוקציות מפלדה וכו`.