Lapszámok

A MINNOTECH 2016 konferencián Spránitz Ferenc betontechnológus (Dolomit Kft.) a betonok korrózióállóságáról tartott ismertetôt, részletesebben az agresszív környezeti hatásokról, a szabványokban szereplô környezeti osztályokról, a külföldi és hazai tapasztalatokról, a cement szerepérôl. Az elôadás alapján készült cikket a következôkben olvashatják.

•  karbonátosodás okozta korrózió,
•  klorid-korrózió,
•  fagyás-olvadás okozta leromlás,
•  savkorrózió, biogén kénsav korrózió (pl. szennyvízcsatorna hálózat).

1. ábra Biogén kénsav korrózió a szennyvíz csatornában. A thiobacilusok mikrobiológiai oxidációval kénhidrogénbôl 7%-os kénsavat képesek elôállítani, ami a természetben fellépô legerôsebb savas behatás.

Betonjellemzők, környezeti osztályok

A korróziós probléma megközelítése a szakirodalomban: ellenállóképességi jellemzők megismerése és azok kapcsolata, különös tekintettel a klorid-ion áteresztő képességre (1. táblázat).

1. táblázat Betonok ellenállóképességi jellemzôi

A probléma megközelítése az EN szabványokban: a szilárdsági osztályok mellett megjelennek a környezeti osztályok is (2. ábra). Fontos az egységes szemlélet, az elv is jó, de a tartalom vajon kiforrott-e?

2. ábra Az egyes szerkezeti elemek környezeti osztályba sorolása

Mire vonatkoznak az EN 206 szerinti XS és XD osztályok?

A tengervízből származó kloridok által kiváltott vasalati korrózió figyelembe vételére az XS1, XS2 és XS3 környezeti osztályok szolgálnak. Ha nem tengervízből származik a klorid, akkor az XD osztályok szerint kell besorolni a környezetet. Például XD1 osztályt kell választani olyan betonfelületek esetén, amelyek kloridtartalmú permetnek vannak kitéve; XD2 osztályt uszodák betonja és kloridtartalmú ipari hulladék - víznek kitett beton esetén; XD3 osztályt változóan nedves és száraz környezet esetén, útpálya burkolatoknál, parkolóházaknál.

Az új és a korábbi környezeti követelmények összevetéséből azt a következtetést lehet levonni, hogy az új betonszabvány a környezeti feltételek teljesüléséhez betonköbméterenként mintegy 25-50 kgmal nagyobb legkisebb cementtartalmat ír elő, mint amennyit a korábbi környezeti követelmény szerint alkalmazni kellett. A prEN 206-1:1985 betonszabvány tehát 30 éve nem változott lényegesen, és mivel az EN 206:2013 betonszabvány sem fókuszál a szövetszerkezetre, ezért pl. a kloridkorrózió ellen nem tekinthető szakmailag kiforrottnak.

Dr. Ujhelyi János szakmérnököknek szóló jegyzetében (1998-2000) kiemeli, hogy a beton tartósságát nem a szilárdsága, hanem a szövetszerkezete (struktúrája) határozza meg: „A tönkremenetelt előidéző … tényezőkkel szemben általában az ellenállás növekedését várjuk, ha a beton nyomószilárdsága növekszik, de pusztán a nyomószilárdság javulásának hatására az ellenállás javulása nem következik be minden esetben. Bár vitathatatlan, hogy változatlan feltételek mellett általában több bizalmat ébreszt a szilárdabb beton a kevésbé szilárdnál, azonban a szilárd beton legtöbb fizikai és mechanikai tulajdonságát, de mindenekelőtt a tartósságát nem a szilárdsága, hanem a szövetszerkezete (struktúrája) határozza meg. Ebből viszont az következik, hogy az azonos szilárdságú, de különböző szövetszerkezetű betonok tartóssága nagy valószínűséggel eltérő lesz, illetve a nagyobb szilárdságú, de kedvezőtlen struktúrájú betonok tartóssága elmarad a kisebb szilárdságú, de kedvező struktúrájú betonokétól.”

A nyugat-európai országokban jellemzően az XS és az XD osztályokra közel 10 éve írnak elő nemzeti kiegészítéseket, előírva a kloridion-áteresztőképességi tényező maximális értékét a betontakarás vastagságától függően. A fib Nemzetközi Betonszövetség is foglalkozik a kloridkorrózióval, a szervezet által kiadott Bulletin 76 álláspontja szerint „az XD, XS környezeti osztályokra vonatkozó szabványok előírásai nélkülözik a gazdaságos használható ságot és a biztonságot”.

Felvetődik a gondolat, hogy vajon kiforrottak-e az EN 206 szerinti XA osztályok elvárásai? Amikor a beton kémiai korróziónak van kitéve (természetes talajból és talajvízből származó egyes károsító hatásoknak, szulfát duzzadásos korróziónak), akkor az XA környezeti osztályt kell választani. Enyhén agresszív környezet esetén az XA1, mérsékelt esetén XA2, nagymértékben agresszív esetén az XA3 osztályt. A fő probléma a szabványponttal az, hogy a cement - klinker - és így az SR jelű szulfátálló cementtípus - savkorrózióval szemben nem ellenálló. Az EN 206 szabványban sajnos egybemosódik a savállóság és a szulfátállóság kérdése.

Mivel a szennyvizes szakemberek tudják, hogy a gyakorlatban együttesen is előfordul e két korrozív hatás (főként szennyvíz-csatornahálózatokban), ezért az előadó különösen aggályosnak vélte a cementkémiában kevéssé jártas szakemberek számára az EN szabvány e fejezetét. A DIN 1045-2 5.3.2 pontja kijavítja az EN szabvány tévedését az alábbi megjegyzéssel: „az XA3 szerinti vagy annál erősebb kémiai hatás esetén a betont védőréteggel vagy bevonattal kell ellátni; ha egy szakvélemény más megoldást nem javasol”. Nyugat-Európában az előregyártott beton szennyvízaknákat nagyszilárdságú betonból állítják elő, nagy tömörségben, nemzeti szabványok alapján. Németországban kb. 40%-ot tett ki a csatornahálózatokba kívülről bejutó víz. Annak elkerülésére, hogy a kilépő szennyvíz beszennyezze a talajvizet, és ezzel egyidejűleg megakadályozzák a talajvíz bejutását a csatornahálózatba, jól tömített és biztonságos csatornahálózatokra van szükség. Ezért rögzítették minőségi célkitűzés ként az EU víz-keretirányelvében (EU-WRRL) a talajvíz elszennyeződésének, valamint a talajvíz csatornahálózatba jutásának megakadályozását; a jól tömített, biztonságos és hosszú élettartamú tisztítóaknák szükségességét.

Példák csatornázási aknaelemek szabályozására: DIN V 4034-1:

• kellően nagy falvastagságok (pl. min. 15 cm az aknafenéknél)
• kellően nagy szilárdságok (pl. min. C40/50, él menti törőerő min. 80 kN/m, függőleges teherbírás min. 300 kN)
• a csatlakozások tömítettsége és tartóssága nagy biztonságot nyújtson (pl. a fenékelem oldalfala, a csőcsatlakozások, valamint a folyásfenék egy betonozási ütemben készüljön)
• az aknaelemek vegyszerállósága megnövelt mértékű legyen (pl. ATV-DVWK-M 168 szerint) ÖNORM B 4710-1:
• oldódásos és duzzadásos betonkorrózió megkülönböztetése (pl. XA3L) CEMSUISSE-Merkblatt MB 01:
• új környezeti osztály bevezetése (pl. a szennyvízzel érintkező betonszerkezeteknél XAA)

Többféle technológiát fejlesztettek ki az akár bonyolult alakzatú aknaelemek monolitikus gyárthatóságához (mert az utólagos vésés, betonozás tilos). Főleg Németországban és Olaszországban fordul elő az öntömörödő beton használata, melyet a polisztirolhab tömbökből robottechnológiával kialakított és mágnesekkel fémsablonhoz rögzített negatív formára öntenek rá.

A szennyvízaknák előregyártásában Európában leginkább a mindössze 2-3 órás korban még száraz betonmarásra lehetőséget adó „3D” robottechnológia terjedt el, ami már 5 éve Magyarországon is elérhető (1., 2., 3. kép). Ezek a technológiák - a gondosan kikísérletezett és bevizsgált betonösszetételekkel párosulva - garantálják az EU víz-keretirányelve szempontjainak teljesülését.

Mi az álláspont a hazai szabványokban?

2014. márciusban jelent meg az MSZE 15612 előszabvány az előregyártott beton csatornázási aknaelemekről, amelyben három ország specifikus környezeti osztályt határoztak meg. Az XA4(H) osztályt csapadékvíz és kommunális szennyvízre, az XA5(H) osztályt az ipari és mezőgazdasági szennyvízre és az XA6(H) osztályt a nagyon agresszív ipari szennyvízre.

Az aknaelemek gyártási követelménye az, hogy az aknaelem fenékárka (künete) és oldalfala - beleértve a künet kialakítását és a csőcsatlakozásokat - egy betonozási ütemben készüljön, valamint az aknaelem csőcsatlakozásai gyárilag beépített gumitömítést tartalmazzanak. A környezeti osztályokba sorolás szempontjait Dr. Kausay Tibor dolgozta ki (2. táblázat). A kiadás előtt álló új MSZ 4798 szerinti környezeti osztályok is várhatóan kibővülnek az XA4(H), XA5(H), XA6(H) oldódásos korrózióval, amikor a beton ki van téve ipari és mezőgazdasági tevékenységből származó anyagok kémiai korróziójának. (Az MSZ 4798:2016 2016. április 1-én megjelent. A Szerk.) Ez a hazai betonszabvány már foglalkozik a csak oldódásos korróziónak, valamint az egyidejűleg szulfátduzzadásos és oldódásos környezeti hatásnak is (például kénsav) kitett betonhoz alkalmazható cementekkel és kiegészítőanyagokkal. Például, ha a beton egyidejűleg szulfátduzzadásos és oldódásos környezetben van (kénsav esetén), akkor a kohósalaktartalmú CEM II és CEM III cementek alkalmazása a legelőnyösebb; nagyobb korai szilárdság igénye esetén használható a szulfátálló SR típus is, de bármelyik cementtípus esetén metakaolin, szilikapor vagy pernye kiegészítőanyaggal kell javítani és vizsgálatokkal igazolni a savakkal szembeni ellenállóképességet. A betonok áteresztőképességének figyelembevételét már egy magyar műszaki szabályozás is előírja 2016. február 17-től. A Magyar Útügyi Társaság Szakbizottsága által elkészített és a MAÚT gondozásában megjelent hazai műszaki szabályozó dokumentum a kloridkorrózió vonatkozásában is már az új szellemiséget képviseli.

A cement hatása az áteresztőképességre

Ezután Spránitz Ferenc bemutatta, mi lehet az oka annak, hogy a 2000 éves római kori és a kb. 200 éves román - cementes betonok még mindig jó állapotban vannak. A II. század elején épült Pantheonnál különböző testsűrűségű, természetes puccolán kötőanyagú könnyűbetont használtak (Kollár, 1997). Tierney Clark leírja, hogy az 1840-es években a Lánchíd alapjaihoz beocsini mészkőből periodikus lángtüzelésű aknakemencében égettek, és golyósmalomban őröltek románcementet a Magyar Tudományos Akadémia mai épületének telkén, miután kísérletekkel meggyőződtek annak alkalmazhatóságáról. A kísérletek azt mutatják, hogy a hónapokig gondosan utókezelt románcementben az átjárható pórusok túlnyomó része 20 nm alatt van.

Miért dolgozunk akkor portlandcementekkel?

Azért, mert kellően hosszú ideig bedolgozható, kedvező a szilárdulási üteme, jól iparosítható az építési tevékenység, együttdolgozik a beton - acéllal, igen nagy teherbírású, fesztávolságú szerkezetek készíthetők vele. Azonban a tiszta portlandcementek vegyszerállósága gyenge, mert a cementkőben nagy a könnyen kioldható portlandit tartalom (ami egyébként sokáig védelmet nyújt az acélbetéteknek a korrózió ellen), valamint még a gondosan megtervezett, jól tömörített és utókezelt portlandcement alapú betonban is 4-5 nagyságrendnyi az átjárható pórusok mérettartománya, azaz magas az áteresztő képessége.

Mi szükséges az alacsony áteresztő képességhez?

• a víz-cement tényező csökkentése elvileg jó lehet, hiszen lecsökken a cementkő átjárható porozitása
• a szilárdság növelése elvileg szintén jó lehet, hiszen a nagyobb szilárdság kisebb átjárható porozitást eredményez A fenti két szempont mindegyike a cementkő porozitásának csökkentését eredményezi, de ez nem elegendő, mert nincs megbízható általános összefüggés a porozitás és az áteresztés között.
• a legfontosabb tényező a cementek pórusméreteinek az eloszlása (melyet fizikai és kémiai úton is lehet javítani). A cementek pórusméret eloszlása és áteresztőképessége erősen függ a kiegészítőanyag típusától, mennyiségétől és a kortól, ahogy a 3., 4., 5. és 6. ábra mutatja (BME és Szikktilabor Kft. vizsgálatai).

Az előadó megemlítette, hogy a hajdani hazai NT betonos anyagtudományi alapkutatásokból (víz-cement tényező 0,2-0,4 között, nyomószilárdság 50-160 N/mm² között, áteresztőképesség az adott tartományban független mind a víz-cement tényezőtől, mind pedig a nyomószilárdságtól) igen jól lekövethető és műszakilag magyarázható az új fib Bulletin 76 kiadvány néhány, első látásra megdöbbentőnek tűnő állítása. Azért lenne fontos ezeknek a hajdani alap - kutatásoknak a folytatása, mert a különböző korrozív hatásoknak kitett hagyományos betonok hazai alapanyagokból történő anyagtani tervezése jelenleg nem meg oldott.

Összefoglalás

Összefoglalásként az előadó hangsúlyozta, hogy a terveken nem elegendő az aktuális EN 206, ill. MSZ 4798 betonszabvány szerinti jelölés, mert

• nemcsak az egyes környezeti hatásoknak való tartós megfelelés miatt kell alaposan átgondolni a szabványok adta lehetőségeket (pl. kell-e nagy korai szilárdság és tömítettség, ha igen, úgy mikor kell előírni alkalmas kiegészítő anyagot és mikor bevonatot vagy burkolatot, a bevonat milyen felújítási ciklust igényel, mikor és milyen agresszív hatások érik a betont, kell-e megnövelt sav és/vagy szulfátállóság, a károsító közegnek milyen hőmérséklete várható, milyen áteresztőképességű és kortényezőjű betontól várható a kívánt tartósság, vasalt szerkezetnél kell-e számítani a betontakarást csökkentő konvekciós zónára, stb.),
• még a nyomószilárdság minősítésében is van alternatíva az átvevő kisebb vagy nagyobb kockázatára (pl. C30:EN 206=C25:EC2 a Tarwe vagy Student értékelés miatt),
• várható a korróziós környezeti osztályok korszerűsítése Európában.
• Ha a piaci szereplő tartósan megbízható betonszerkezeteket akar, akkor jól kell értelmeznie az aktuális betonszabványokban leírt alternativákat, és ne csak a szabványokat és a szerkezetépítés folyamatát ismerje, hanem értse a szabványokban hivatkozott szakirodalmi forrásokat, a BETON könyvet (kiadó: Magyar Mérnöki Kamara), a fib BULLETIN kiadványokat (kiadó: fib Magyar Tagozat), de inkább - még a tervek kiadása előtt - forduljon hozzáértő szakintézethez. A hallgatóságtól alacsony víz-cement tényezőt és kedvező pórusméret-eloszlást kívánva köszönt el.