Budowle hydrotechiczne morskie - wymagania materiałowe

Dla przypomnienia: termin morskie budowle hydrotechniczne obejmuje wszelkie budowle nawodne i podwodne usytuowane w obszarach morskich, w rejonie bezpośredniego kontaktu z akwenami morskimi, to jest w pasie technicznym wybrzeża morskiego w portach i przystaniach morskich. W powszechnej ocenie stopień zagrożenia budowli hydrotechnicznych i ich uszkodzenia korozyjne są  efektem skumulowanych negatywnych  procesów chemicznych, fizycznych i biologicznych. Procesy destrukcji są nieuchronne i zdeterminowane termodynamicznie do stanu minimum energetycznego i wzrostu entropii.

Doświadczenia potwierdzają, że szczególnie narażone na zjawiska destrukcyjne spowodowane działaniem jonów chlorkowych pochodzących z wody i spreju solnego są pirsy, falochrony, nabrzeża, mola, dalby i wszelkie inne budowle znajdujące się w bezpośrednim kontakcie z akwenami morskimi.  Podstawowy  mechanizm korozji chlorkowej (należy pamiętać również o innych mechanizmach korozyjnych działających równolegle) polega na migracji roztworu wodnego zawierającego jony chlorkowe w głąb konstrukcji, co skutkuje stopniowym "dziurawieniem" warstwy pasywnej stali zbrojenia. W efekcie, po zniszczeniu warstwy pasywnej, na powierzchni stali powstają obszary o różnych potencjałach pomiędzy metalem i elektrolitem tworzącym ciecz porową w betonie. Tworzą się lokalne ogniwa korozyjne składające się z punktowych katod i anod. Efekty procesów fizyko-chemicznych prowadzą do systematycznej degradacji konstrukcji i utraty projektowych właściwości technicznych.

Obok opisanego mechanizmu destrukcji spowodowanego jonami chlorkowymi, znaczące zagrożenie dla hydrotechnicznych żelbetowych budowli morskich stanowią również: zmienny słup cieczy, falowanie, sztormy, oblodzenia powierzchni, mgła solna, uszkodzenia mechaniczne od płynących jednostek, zanieczyszczenia produktami ropopochodnymi  i pochodzenia organicznego. Dodać należy, że w budowlach o których mowa występują miejsca sprzyjające lub intensyfikujące zagrożenia korozyjne. Zaliczyć do nich można między innymi: nieciągłość ochrony powierzchni zastosowanymi materiałami, wtórny efekt korozji określany terminem "halo", wadliwą geometrię powierzchni, wszelkie rysy i pęknięcia, połączenia odmiennych struktur materiałowych (stal-beton),obrzeża stalowe i ocynkowane, elementy kotwiące i odbojowe, przejścia instalacyjne itp. W sumie mamy do czynienia ze specyficznymi wymaganiami dla technologii postępowania i materiałów w znacznym stopniu bardziej skomplikowanymi niż w przypadku innych budowli inżynierskich np. budowli komunikacyjnych. Stosowanie tu rozwiązań ochronnych typu dyspersyjne powłoki polimerowe lub silanowo-siloksanowe impregnaty hydrofobizujące z uwagi na środowiskowe warunki pracy o których mowa wcześniej okazuje się nieskuteczne.

Jak zostało to praktycznie udowodnione, jako optymalne rozwiązanie materiałowe uznać należy zastosowanie w naprawach i ochronie antykorozyjnej budowli hydrotechnicznych morskich kompozytów polimerowo-cementowych, zarówno w postaci  zapraw naprawczych i powłok ochronnych. W zaprawach naprawczych i powłokach stosowane są polimerowe (kopolimerowe) proszki redyspergowalne uzyskane przez odparowanie z dyspersji. Najczęściej dla materiałów powłokowych stosowany jest kopolimer styrenowo-akrylowy a poliakrylan butylu dla zapraw naprawczych typu PCC. Działanie spolimeryzowanego modyfikatora ma w przypadku materiałów PCC ma głównie charakter fizykochemiczny. Najczęściej materiał powłokowy uzyskuje się jako roztwór wodny (emulsję) kopolimeru z aktywnym wypełniaczem w postaci cementu portlandzkiego i mikrowłókien syntetycznych. Materiał  naprawczy (zaprawa naprawcza) stanowi kompozyt złożony z kopolimeru, cementu portlandzkiego lub siarczanoodpornego, mikrokrzemionki koloidalnej, starannie wyselekcjonowanych kruszyw o różnych granulacjach i mikrowłókien syntetycznych. Mikrostruktura polimerowo-cementowa dwóch wzajemnie przenikających się struktur polimerowej i cementowej skutkuje szeregiem specyficznych walorów użytkowych. Pozwala ona na uzyskanie powłoki zabezpieczającej powierzchnie betonu przed penetracją agresywnych czynników środowiskowych (szczególnie jonów chlorkowych) a równocześnie umożliwiającej "oddychanie betonu" i materiałów naprawczych (zapraw naprawczych typu PCC) skutecznie łączących naprawiane lub standaryzowane podłoże z materiałem naprawczym. Materiały polimerowo-cementowe o których mowa są skuteczne w niskich i zmiennych temperaturach, wodoszczelne, wykazują wysoki opór dyfuzyjny dla dwutlenku węgla, są odporne na chlorki i zmienny kontakt z wodą, są odporne na ścieranie i udary mechaniczne. Opisany mechanizm działania oraz zespół właściwości materiałów polimerowo-cementowych uzasadnia celowość ich stosowania w naprawach i ochronie żelbetowych morskich budowli hydrotechnicznych.

Szczegółowy opis naprawy budowli hydrotechnicznych na wybranych przykładach będzie przedmiotem odrębnego opracowania.

Krzysztof Saramowicz