תהליכי בלייה בבטון, חלק א`

מבוא
 
בארכיטקטורה המודרנית לבטון החשוף חלק נכבד בגימור חזיתות בניינים. פני הבטון החשוף נחשפים לאטמוספירה החיצונית ולמרכיבים הפועלים בה.
כתוצאה מכך עובר מרקם הפנים של הבטון החשוף שינויים עם הזמן, המתבטאים בד"כ בשלב הראשוני  בשינוי צבע ולאחר מכן אף לבליה.
חלק מהחומרים שבאטמוספירה חודרים לתוך מרקם הפנים של הבטון וגם אם אינם גורמים כל נזק לפני הבטון, ישנו חשש להיווצרות קורוזיה של מוטות הזיון שבקרבת פני הבטון.

באטמוספירה רגילה נגרם הדבר בד"כ ע"י חדירת דו תחמוצן הפחמן(קרבונציה) שבאויר ביחד עם רטיבות דרך כיסוי הבטון או דרך סדקים אל תוך מוטות הזיון . בקרבת הים או במגע עם הקרקע הגורם העיקרי לתחילת תהליך הקורוזיה הוא דיפוזיה של מלחים המכילים כלורידים.

תהליך הקורוזיה של מוטות הפלדה שבקרבת פני הבטון גורם לאיכול הפלדה ולהופעת סדקים על פני הבטון בשלב הראשון, ולנשירת חלקי בטון בשלב השני.
 
בסקירה זו נבחן את הגורמים המשפיעים על התפתחות קורוזיה בפלדת הזיון כפי שהיא מתבטאת במשטחי בטון חשופים .
נעמוד על ההבדלים בין שני תהליכי שיתוך עיקריים, חדירת דו תחמוצת הפחמן (קרבונציה) וחדירת הכלורידים לבטון החשוף.
העבודה מתייחסת בין השאר גם למנגנוני ההגנה שהבטון מפתח כנגד שיתוך, כמו גם את בעיות הבלייה השונות הנגרמות למשטחי הבטון עקב תהליכי הקורוזיה, מידת חומרתן ודרגות הסיכון שלהן.

לסיכום נפרוס כמה דרכים להתמודדות עם בעיות הבליה הנובעות באופן ישיר מתהליכי השיתוך של הבטון החשוף ונסקור מספר אסטרטגיות תיקון של הבלייה בבטון בהתאם לגורם הבלייה.


קורוזיה מהי?
 
הקורוזיה בפלדת הזיון היא התופעה הכי נפוצה הגורמת לנזק במבנה. תהליך זה הוא יוצא דופן מכיוון שהפלדה בבטון מוגנת היטב מפני קורוזיה בזכות הסביבה האלקלינית הנוצרת כתוצאה מתהליך ההידרציה של הצמנט. התהליך הנפוץ של בלייה במבנה מדגיש את רגישות מערכת ההגנה של הבטון המזוין או הדרוך המושפעת מחומרת תנאי השירות הסביבתיים .הגורמים הסביבתיים הללו כגון קרבונציה והתקפת כלורדים מפחיתים את שכבת הפסיבציה של הפלדה.  גורמים נוספים המשפיעים על אחוזי הקורוזיה כוללים: סדקים בבטון, טמפ`, לחות, חמצן ואיכות בטון ירודה או עובי כיסוי לא מתאים לברזל.
בהעדר תנאים שיגרמו לבלייה בבטון ה-pH הגבוה של הבטון מגיב עם הפלדה ויוצר שכבת הגנה – שכבת הפסיבציה. כל עוד שכבה זו נשמרת הקורוזיה הנוצרת היא זניחה והפלדה נשארת מוגנת.

 

חשוב לציין כי ההתנגדות החשמלית של הבטון יורדת גם עם גידול באחוז המלחים שבו , ולכן עלולה להיווצר קורוזיה בבטון עם כלורידים גם בלחות יחסית נמוכה יותר מזו הדרושה בבטון ללא כלורידים . בבטון יבש כמו באיזורים צחיחים אין כמעט סכנה של קורוזיה לפלדת הזיון בבטון .על אף שהתהליך אינו צורך מים , דרושה בכל זאת לחות מספקת בבטון להתהוות הקורוזיה אשר בתנאי מדבר אינה מושגת.
 
התנאים להתפתחות קורוזיה בבטון

בכדי שתהליך הקורוזיה יימשך צריכים להתקיים מספר תנאים:  
התנגדות חשמלית ולחות יחסית – הבטון שמשמש כאלקטרוליט שדרכו עוברים היונים , צריך להיות בעל לחות יחסית אופטימלית מעל 50%והתנגדות חשמלית לא גבוהה מידי . המוליכות החשמלית תלויה ביכולת המעבר של היונים דרך מי חללים מאנודה לקטודה . ההתנגדות החשמלית תלויה בגורמים הבאים:
1.
מבנה החללים
2. תכולת הרטיבות
3. הרכב מי החללים שצריכה להיות תמיסה אלקטרוליטית המכילה מטענים .

חשוב לציין כי ההתנגדות החשמלית של הבטון יורדת גם עם גידול באחוז המלחים שבו , ולכן עלולה להיווצר קורוזיה בבטון עם כלורידים גם בלחות יחסית נמוכה יותר מזו הדרושה בבטון ללא כלורידים . בבטון יבש כמו באיזורים צחיחים אין כמעט סכנה של קורוזיה לפלדת הזיון בבטון .על אף שהתהליך אינו צורך מים , דרושה בכל זאת לחות מספקת בבטון להתהוות הקורוזיה אשר בתנאי מדבר אינה מושגת .


קצב אספקת החמצן

תהליך הקורוזיה צורך חמצן באופן שוטף ולאחר שהחל, תלוי קצב התפתחות הקורוזיה ישירות בקצב אספקת החמצן למערכת.
באין חמצן - תפסיק התפתחות הקורוזיה. למעשה, לא קיימת סכנה ממשית של קורוזיה למוטות הזיון בתוך הבטון, כאשר פנוי מכוסים בציפוי לא חדיר לחמצן כמו בשכבה ביטומנית עבה.
אחד האמצעים להגנה על פלדה בבטון, הוא יצירת שכבת כיסוי על הפלדה בעלת חדירות נמוכה לחמצן ובעובי גדול, זאת על מנת למנוע אספקת חמצן מספקת - הדרושה לתהליך הקורוזיה.

הגורמים המשפיעים על קורוזיה על מוטות הזיון


לפלדה נטייה גבוהה להתחמצן , כלומר להגיב בתהליך כימי עם החמצן שבאויר בהתאם לראקציה הבאה:

התוצר  הסופי  של  תהליך  החמצון  מהווה  למעשה  את  מוצרי  הקורוזיה  המתאפיינים  בנפחם  הרב, כמעט  פי שתיים , לעומת  נפח  הפלדה  ממנו  נוצרו . לנפח  הגדול  של  מוצרי  הקורוזיה  תפקיד  מרכזי  בתהליך  הרס  הבטון  בשל  קורוזיה  של  מוטות  הזיון  שבקרבת  פני  הבטון.
הגידול בנפח מוצרי הקורוזיה העוטפים את פלדת הזיון גורר עימו מאמצים ולחצים על שכבת הבטון סביב פלדת הזיון, עקב כך נחלשת עם הזמן מעטפת הבטון של פלדת הזיון ומתחילים להיווצר בה סדקים משניים אשר הולכים ומתרחבים עם הזמן.
ראשיתו של תהליך הקורוזיה יתקיים תמיד באיזור המגע בין פני המוט לבין המים שבנקבי הבטון. תהליך הקורוזיה תלוי בהפרש פוטנציאלים בין אתרים שונים של גבי המתכת ומתפקד כתא אלקטרוליטי לכל דבר. התא מורכב מאנודה וקטודה שמחוברת ביניהן בצורה חשמלית ובצורה אלקטרוליטית. מוטות הפלדה משמשים כמוביל חשמלי והמים בנקבי הבטון כאלקטרוליט.
להלן מבנה מנגנון התא האלקטרוכימי של תהליך הקורוזיה :