Korozija čeličnih elemenata koji se koriste u građevinarstvu značajno mijenja njihova svojstva i utiče na njihovu ukupnu čvrstoću. Nekoliko faktora poput uvjeta okoline i svojstvenih svojstava materijala upravlja njegovom žilavošću. Dvije glavne mehaničke osobine građevinskog čelika koje definiraju njihovu trajnost i kapacitet su tlačna i vlačna čvrstoća.
Vlačna čvrstoća određuje granicu loma čelika pod vlačnim opterećenjem, dok je tlačna čvrstoća sposobnost čelika da izdrži tlačno opterećenje.
Ovaj članak daje uvid u to kako korozija utiče na vlačnu čvrstoću konstruktivnog i armaturnog čelika u izgradnji.
Razumijevanje vlačne čvrstoće na atomskom nivou
Svojstva konstruktivnog čelika i armaturnih šipki proučavaju se kako bi se razumio uticaj korozije. Interakcija između svojstava čelika i efekta korozije proučava se putem:
- Kristalne rešetke čelika
- Nivo zrna čelika
Kristalna rešetka čelika prikazuje broj atoma i njihov raspored. Dok se nalazi na nivou zrna, kristalna struktura čelika sastoji se od niza pojedinačnih rešetki. Zrna na ovom nivou su različitih veličina i promatraju se na mikroskopskom nivou.
Međutim, čelik može imati nesavršene rešetke s nekim atomima koji nedostaju ili ih zamjenjuju drugi atomi, što se naziva supstitucijski defekt. Ovi se atomi ponekad mogu zaglaviti unutar rešetke, koja je poznata kao međuprostorni defekt.
Svi ovi defekti utiču na svojstva čelika i proizlaze iz procesa legiranja, mehaničkih ili termičkih procesa. Ti se defekti nazivaju tačkastim defektima i ne uočavaju se na nivou zrna. Kristalni defekti mogu prouzročiti deformacije i širenje pukotina koje zauzvrat rezultiraju zaostalim i unutrašnjim naprezanjima. I tačkastii kristalni defekti pospješuju brzinu korozije.
Dva glavna uzroka korozije čelične armature su hlor i ugljen-dioksid. Razbijaju pasivni sloj čelične armature i povećavaju brzinu korozije. Stopa korozije povećava se sa nesavršenostima na njihovom nivou rešetke, kao što je prethodno objašnjeno.
U slučaju armiranobetonske konstrukcije, proizvodi korozije zauzimaju više prostora od originalnih atoma u čeličnoj armaturi. S porastom korozije, prostor oko armature počinje se širiti. Ovo širenje rezultira stvaranjem pukotina jer je beton slab na naprezanje.
Slika 1: Korozija armiranobetonskih konstrukcija
Vremenom te pukotine mogu doći do površine betona. Oblikovanje pukotina stvara put od armaturne šipke do betonske površine. Korozija na betonskoj površini polako prolazi tim putem do armatura, što rezultira korozijom armaturnih šipki.
Učinak korozije na vlačnu čvrstoću
Korozija je hemijska ili elektrohemijska razgradnja metala. Uzrokovana je reakcijom metala s okolinom u prisustvu kisika i elektrolita koji potiču reakciju.
Učinak korozije na vlačnu čvrstoću čelika može se objasniti razmatranjem dvije uobičajene vrste korozije, i to: jednolične korozije i rupičaste korozije.
U slučaju jednolične korozije, korozija se ravnomjerno širi po cijeloj površini elementa čelika. To direktno utiče na smanjenje konstruktivne čvrstoće čelika. Jednolična korozija smanjuje debljinu i težinu čelične ploče ili grede. Kada se izračuna naprezanje za određeno opterećenje za novi presjek, dobija se smanjena vrijednost.
Slika 2: Jednolična korozija u čeličnim konstrukcijama
Rupičasta korozija je veoma lokalizirana korozija u kojoj malo lomljenje zaštitnog sloja rezultira stvaranjem rupe. To dovodi do galvanske korozije u lokaliziranom obliku.
Slika 3: Rupičasta korozija u čeličnim cijevima
Neke studije navode sljedeću povezanost između vlačne čvrstoće i korozije:
- Ukupni pad nominalne vlačne čvrstoće i ukupnog istezanja je funkcija debljine korodiranog sloja. Tu debljina označava dubinu rupica. Sa smanjenjem debljine elementa zbog korozije, vlačna čvrstoća se postepeno smanjuje.
- Korozija smanjuje nominalnu vlačnu čvrstoću. Nominalna (nazivna) čvrstoća je odnos maksimalnog opterećenja i izvornog presjeka. Stoga je nominalna vlačna čvrstoća svojstvo konstrukcije ili komponente, dok je krajnja vlačna čvrstoća svojstvo čelika.
- Rupičasta korozija smanjuje nosivost elementa 2,5 puta više u odnosu na jednoličnu koroziju.
- Korozija čelika smanjuje plastičnost i povećava krtost. Ona mijenja način loma čelika iz plastičnog u krti lom, što je relativno opasno.
- Korozija ima značajnu ulogu u smanjenju plastičnosti čelika. Smanjenje plastičnosti čelika rezultira povećanjem njegove krtosti. Ovaj efekt može pretvoriti ponašanje plastičnog loma betona u krti lom, što može dovesti do urušavanja konstrukcije.
- Korozija također rezultira koncentracijom naprezanja u čeliku, što smanjuje ukupnu nosivost.
Korozija postoji u različitim oblicima elemenata konstrukcije. Stoga je važno proučiti različite slučajeve kako bi se razumjeli i predložili odgovarajuće popravke da bi se izbjegle nezgode.
