Protectosil CIT – inhibitor koroze nové generace

Protectosil CIT^® je inhibitor koroze nejnovější generace od společnosti DEGUSSA, přinášející revoluční řešení v ochraně železobetonových konstrukcí proti korozi. Protectosil CIT^® u nových konstrukcí výrazně snižuje nebezpečí koroze výztuže, u aktivní koroze výztužných vložek ji výrazně redukuje a pasivuje výztuž. Hlavní předností je jednoduchá a rychlá aplikace. Funkčnost systému potvrzují nezávislé zkušební zprávy a dlouhodobé reference.

Silany se ve stavební praxi používají již od roku 1972. Díky svým vlastnostem se uplatňují jako výtečná ochrana železobetonu před účinky chemických a rozmrazovacích látek. Vlastní vývoj společnosti Degussa v této oblasti přinesl i hmatatelný výsledek – Protectosil CIT^®. Protectosil CIT^® není jen ochranný nátěr na železobetonové konstrukce, je to aktivní inhibitor koroze prověřený mnohaletou praxí. Princip působení koroze v železobetonu (resp. ve výztužných vložkách) je známý, ale neškodí si ho občas připomenout. Koroze výztužných vložek začíná, klesne-li alkalita pod pH 9. To bývá způsobeno reakcí CO₂ s volným Ca(OH)₂, známou jako karbonatace betonu. Elektrochemickou reakcí dochází ke zvětšování objemu výztužných složek a k oddělování krycí betonové vrstvy. K obdobnému jevu dochází i v přítomnosti agresivních chloridových iontů, kde elektrochemické reakce vedou k rozpouštění oceli a k vytváření oxidů železa. Reakce zobrazuje obr. 1.

Je nutné si povšimnout, že při těchto reakcích nedochází k celkovému úbytku chloridových iontů. Ty zůstávají ve hmotě, lokálně napadají výztužné vložky (dochází k důlkové korozi), což má za následek rychlé oslabení průřezu oceli i s možnými následky (statická únosnost). Pro pokračování této reakce je potřeba „jen“ O₂ a H₂O.

Silany jako účinná ochrana výztuže v železobetonových konstrukcích Jak již bylo zmíněno, nabízejí silany poměrně hospodárnou ochranu železobetonu před účinky koroze výztužných vložek. Mohou být syntetizovány s množstvím podskupin, umožňujících cíleně zlepšit vlastnosti betonu. Změnou délky reaktivní skupiny molekul lze ovlivňovat penetrační schopnost či reaktivitu. Během posledních 20 let se ve stavební praxi používaly silany a siloxany hlavně jako hydrofobizační nátěry. Pokud byly aplikovány na nových, korozí nenapadených konstrukcích, hlavně v prostředí s vysokou agresivitou (průmyslové zóny, mořské pobřeží, atd.), jasně prokázaly vysoký stupeň ochrany.

Důvodů, proč tomu tak je, je několik:

• malé reaktivní molekuly tvoří kapaliny s nízkou viskozitou a malým povrchovým napětím,
• důkladná penetrace do betonu,
• chemická vazba s křemičitanovými sloučeninami betonu,
• chemická vazba s vrstvou oxidu železitého,
• snížení průsaku vody (a tím i chloridových iontů) až o 90 %.

Organofunkční skupiny

Obr. 2 ukazuje molekulu silanu (SiH₄), v níž jsou vodíky nahrazeny samostatnou alkylovou funkční skupinou (–R) a třemi alkoxidovými skupinami (–OR´). Vývoj vedl k náhradě alkoxidových skupin skupinami organofunkčními, např. organofluoridovými, které zajistily vysokou odpudivost pro případné následné nátěry (antigraffiti). Průlomem pak bylo vytvoření silanové molekuly obsahující organoaminovou skupinu (–R–NH₂), která účinkuje jako inhibitor koroze. Většina inhibitorů koroze (alkylaminů typu R–NH₂) se nanáší na povrch a postupně migruje ochrannou betonovou vrstvou k oceli. Skupiny –NH₂ tak zajistí dodatečnou pasivaci povrchu výztužné vložky. Odborná literatura však upozorňuje na skutečnost, že účinnost látky klesá díky vymývání a těkavosti, hlavně ve vlhkém prostředí. Protože silanové molekuly jsou chemicky vázány na cementovou matrici, je inhibitor koroze Protectosil CIT^® trvale zakotven v betonu a nemůže se vypařovat či být vymýván z podkladu.

Předsvědčivé výsledky

Inhibitor Protectosil CIT^® tak dokáže ochránit výztuž i v betonu s trhlinami. Porušený vzorek byl po 48 týdnů vystaven cyklickému namáhání (ponor do solného roztoku, vysušení), ale díky inhibitoru koroze Protectosil CIT^® se rychlost koroze ve výztužných vložkách snížila o 99 % oproti neošetřenému vzorku (obr. 4). Pokud se na neošetřený vzorek po 12 týdnech cyklického namáhání, kdy rychle rostla koroze, nanesl inhibitor koroze Protectosil CIT^®, došlo k okamžitému zpomalení růstu koroze přibližně o 92 % i v situaci, že cyklické korozívní namáhání bylo obnoveno. Skutečnost, že se inhibitor koroze Protectosil CIT^® nevymývá ani při dlouhodobém cyklickém namáhání, předurčuje tento prostředek nejen k ochraně nových železobetonových konstrukcí, ale hlavně k ošetření konstrukcí již napadených korozí.

Nezanedbatelná je i velice snadná aplikace běžným ručním postřikovacím zařízením. Měření účinnosti inhibitoru koroze Protectosil CIT® na stavbách V posledních letech se průběh koroze ve výztužných vložkách nejčastěji zjišťuje nedestruktivně a to pomocí měření tzv. lineárního polarizačního odporu (viz obr. 3).

Metoda se zkráceně označuje LPR (z anglického Linear Polarization Resistance measurement) a lze s její pomocí stanovit rychlost probíhající koroze, nikoliv okamžitý stav zkorodovanosti.

Měření lze uspořádat tak, že se mezi dvě identické samostatné oddělené vložky v betonovém bloku přiloží malé napětí (cca 20 mV) a měří se procházející proud. Měření má vypovídací hodnotu, je-li proudová odezva na přiložené napětí přibližně lineární, což je dobře splněno pro malá napětí hluboko pod hodnotou tzv. samovolného korozívního potenciálu (free corrosion potential). Blíže o tom v [1], [2], [3].

Čím strměji roste proud s napětím (stále hovoříme o lineální oblasti při velmi malých napětích), tím rychleji probíhá koroze. Již to má velký význam; z pouhé strmosti voltampérové charakteristiky lze snadno porovnat rychlost koroze před a po sanačním zásahu, nebo lze porovnat rychlost koroze stejné oceli v různých prostředích a v různém uspořádání. Moderní přístroje ale umožňují větší komfort: Převrácená hodnota součinitele úměrnosti mezi proudem a napětím, tzv. polarizační odpor (polarization resistance) se nechá vyjádřit jako zlomek, v jehož čitateli je konstanta (B), závislá na elektrochemickém mechanismu koroze a velikosti korodující plochy, a ve jmenovateli hustota tzv. korozívního proudu j_corr (corrosion current density). Přístroj, který zná velikost konstanty B, měří při napětí U a snímá procházející proud I, vrací přímo hodnotu hustoty korozivního proudu j_corr:

Z hustoty korozivního proudu, který se udává v A/m², lze pak nejen srovnávat rychlosti koroze v různých případech, ale stanovit (nebo odečíst z tabulek, viz [4]) i absolutní údaje, např. denní úbytek hmotnosti ocelové výztuže z 1 m² jejího povrchu v důsledku přeměny na rez. Tato nedestruktivní měření lze provádět nejen v laboratořích, ale i na stavbách a to i opakovaně (obr. 4 a 5).

Zkušenosti firmy Degussa z více než desetiletého působení na poli ochrany železobetonových konstrukcí za použití inhibitoru koroze Protectosil CIT^® v USA jasně prokazují úspěšnost zastavení koroze v konstrukci.

Prvním příkladem je nadzemní parkoviště v Pensylvánii, s průměrnou teplotou v zimním období -6 °C, s intenzivním solením na stáních i komunikacích. Inhibitor koroze Protectosil CIT^® byl v roce 1994 aplikován na konstrukci viditelně zasaženou korozí. Zároveň byla změřena aktuální rychlost koroze: před ošetřením byla hustota korozívního proudu cca 1,6 µA/cm² a po ošetření na tomtéž vzorku pod 0,2 µA/cm² (obr. 5). Rozdíl proudů byl dán tím, že se vlivem inhibitoru zvýšil korozívní polarizační odpor, což znamená, že se zhoršily podmínky pro postup koroze. Rychlost koroze se tak zpomalila cca o 88 %. Porovnáním hodnot hustoty korozívního proudu, které byly každoročně měřeny na stejném vzorku za stejných podmínek až do posledního vyhodnocovaní v r. 2001, je jasně vidět, že se meziroční přírůstky korozívního proudu prakticky nekonaly a že se tudíž koroze působením přípravku Protectosil CIT^® dlouhodobě téměř zastavila.

Druhým zkušebním příkladem vhodnosti použití inhibitoru koroze Protectosil CIT^® byly pobřežní apartmány na Floridě, kde díky vysoké teplotě a vlhkosti vzduchu s vysokou salinitou a díky nízkému krytí výztuže v betonu docházelo k rychlé degradaci balkónů. V místě výztužných vložek byly patrné trhliny a prokvétající koroze. I zde se po aplikaci inhibitoru koroze Protectosil CIT^® zpomalil průběh koroze nejméně o 80 %.

Shrnutí

Obě výše uvedené mnohaleté referenční studie provedené přímo na stavbě, podpořené nezávislými zkouškami prokázaly, že použitím inhibitoru koroze Protectosil CIT^® se u nových konstrukcí výrazně sníží nebezpečí koroze výztužných vložek a u konstrukcí stávajících dojde velice rychle k zastavení aktivní koroze a k »zakonzervování « pasivního stavu. Inhibitor koroze Protectosil CIT^® navíc brání vzniku tzv. kruhové anody v místech opravovaných novými sanačními maltami.

Literatura a zdroje:

[1] M. Stern, A. L. Geary: Electrochemical Polarization, Journal of the Electrochemical Society, Vo. 104, No. 1, January 1957, str. 56.
[2] http://www.corrosion-doctors.org/Electrochem/LPR.htm
[3] http://www.khdesign.co.uk/techniques/linear.htm
[4] http://www.corrosion-doctors.org/Principles/Conversion.htm

---

¹) Ing. Jiří Litera, obchodně-technický ředitel firmy Degussa stavební hmoty, s. r. o., redakčně zpracováno podle podkladů firmy Degussa.