kloridien tunkeutuminen betoniin

Kloridi-ionit ovat hyvin tehokkaita passiivisuutta aiheuttavien suojakalvojen särkijöitä. Kloridit voivat aiheuttaa raudoituksen ruostumisen myös karbonatisoitumattomassa betonissa. Yleisimmin betoniin tunkeutuu klorideja suolauksen seurauksena tai merivedestä. Rakenteiden pinnoille, joihin suolainen vesi pääsee vaikuttamaan, syntyy kloridipitoisuusgradientti eli kloridipitoisuus alenee tasaisesti syvyyden funktiona. Kloridi-ionit (CI-) pääsevät vapaasti kulkeutumaan betoniin kosteuden mukana. Kloridi-ionit (CI-) eivät tunkeudu betoniin yhtä helposti kuin vesi. Niiden tunkeutuminen tapahtuu vähitellen betonin kokonaan tai osittain vesitäytteisiin huokosiin pääasiassa kloridien pitoisuuseron eli diffuusion vaikutuksesta. Betonin kloridipitoisuuteen ei muodostu niin jyrkkää rajaa kuin karbonatisoituneen ja karbonatisoitumattoman betonin välille, vaan kloridipitoisuus pienenee tasaisesti betonin pinnalta syvemmälle mentäessä.  Viereisessä kuvassa on esitetty periaatepiirros kloridien tunkeutumisesta betoniin. Betonin pintaosaan kloridit voivat tunkeutua myös veden mukana, mutta syvemmälle betoniin ne etenevät hitaasti diffuusiolla eli väkevyyserojen tasoittumisen kautta. Siksi on oleellista tietää, mikä on kriittinen kloridipitoisuus eli kloridipitoisuuden kynnysarvo, jota suurempi kloridipitoisuus  rikkoo passiivikalvon ja käynnistää raudoituksen korroosion. Kriittinen kloridipitoisuus vaihtelee jonkin verran, mutta se on noin 0,03...0,07 % betonin painosta.

Portlandsementtibetonilla on suuremman pH-arvon vuoksi korkeampi kriittisen kloridipitoisuuden arvo kuin masuunisementtibetonilla. Kriittisen kloridipitoisuuden suuruuteen vaikuttaa myös sementin kyky sitoa klorideja, koska vain huokosvedessä olevat kloridit aiheuttavat raudoituksen korroosiota. Sementin kyky sitoa klorideja riippuu muun muassa sen kalsiumaluminaattipitoisuudesta. Betonin karbonatisoiduttua sen aiemmin sitomat kloridit vapautuvat, mikä johtaa raudoituksen nopeaan ruostumiseen. Sementtimäärän kasvattaminen lisää betonin kykyä sitoa klorideja kemiallisesti. On myös hyvä huomata, että kloridit eivät vaurioita itse betonia, vaan sen sisältämää raudoitusta.

 

Kloridien lähteet

Lisäaineiden, betonin kiviaineksen, sementin sekä seosaineiden mukana betoniin tulevien klordien määrä on tarkkaan rajattu.  Betonin käyttökohteen määrittämä betonin suurin sallittu kloridipitoisuus painoprosentteina sementin määrästä on esitetty alla olevassa taulukossa.

1) Jos käytetään II-tyypin seosaineita, jotka otetaan huomioon sementtimäärässä, kloridipitoisuus lasketaan sementin ja seosaineen yhteenlasketusta määrästä

Betonin käyttökohde

Kloridiluokka

Suurin sallittu 
kloridipitoisuus [paino-%]
sementin määrästä1)

Raudoittamaton betonirakenne, joka ei sisällä
muitakaan metalliosia, lukuun ottamatta korroosionkestäviä
nostoelimiä

Cl 1,0

1,0
Raudoitettu betonirakenne tai muita metalliosia
sisältävä betonirakenne
Cl 0,2
 
0,2
Jännitetty betonirakenne Cl 0,2 0,2

Typillisimmät kloridien (ulkopuoliset) lähteet ovat merivesi sekä jäänsulatusaineiden suolat. Suomessa klorideille altistuvat erityisesti siltojen reunapalkit, väli- ja maatuet, siltapilarit, meluseinät, parkkihallien rakenteet, pysäköintitasot sekä laiturirakenteet ja muut merirakenteet. Esimerkiksi siltoihin kloridit siirtyvät sekä virtaavan veden,  roiskeveden, aurattavan lumen että vesisumun mukana. Vesisumun mukana ne voivat liikkua melko pitkiäkin matkoja ja siirtyä ilmavirtausten mukana merkittävissä määrin myös rakenteiden suojapuolille.

 

Kloridikorroosion ehkäiseminen

Kloridikorroosion estämisessä betonirakenteen tiiviys on ensiarvoisen tärkeä. Tiiviys saavutetaan käyttämällä alhaista vesi-sementtisuhdetta ja esimerkiksi silikajauhetta. Tällöin myös notkistavien lisäaineiden käyttö on yleensä välttämätöntä. Suoja kloridikorroosiota vastaan edellyttää myös halkeilun estämistä. Kloridikorroosion eteneminen halkeilleen betonin raudoitteissa on niin nopea, että suolaroiskeille ja suolasumulle alttiina olevien rakenteiden sallittua suuremmat halkeamat tulee imeyttää, injektoida tai muuten suojata klorideilta.

Kloridien pääsyä betoniin voidaan pienentää selvästi vähentämällä tai estämällä kloridipitoisen veden tunkeutumista betoniin. Vesi tunkeutuu betoniin kapillaarihuokosten kautta. Siksi kloridien tunkeutumista voidaan estää tai sitä voidaan ainakin vaikeuttaa

  • rakenteellisin keinoin eli vaikuttamalla mekaanisesti veden pääsyyn kapillaarihuokosiin:
    • estämällä kloridipitoisen veden, roiskeiden tai suolasumun pääsy rakenteen pinnalle ulkoisin rakennelmin kuten katoksin ja seinämin
    • vähentämällä vedenimeytymisen aikaa johtamalla kloridipitoinen vesi nopeasti pois rakenteen pinnalta kallistuksin ja viemäröinnein paikkaan, jossa siitä ei ole haittaa
  • betoniteknisin keinoin eli valmistamalla betonia, jonka kapillaarihuokoisuus on alhainen
  • käyttämällä erityisiä suojausmenetelmiä ja aineita kuten
    • betonille soveltuvaa vedenimeytymistä estävää pinnoitusta
    • impregnointia, jossa kapillaarihuokosten pinnat käsitellään kemiallisesti vettähylkiviksi
    • jo valun yhteydessä betonin pintakerrosta tiivistävää muottikangasta.

Oleellinen merkitys kloridien tunkeutumisessa on betonin tiiviydellä ja tämän vuoksi erityisesti vesi-sideainesuhteella, joka ensisijaisena vaikuttaa muodostuvan kapillaarihuokosverkoston määrään ja yhtenäisyyteen. Tiiviyttä lisääviä betonin suhteituskeinoja ovat myös kiviaineksen rakeisuuden ja muodon säätö sekä rakeisuuskäyrän optimointi tiiviisti pakkautuvaksi ja hienoainesmäärän vastaava säätö. Betonin tiiviyteen voidaan vaikuttaa myös lisäämällä betoniin silikaa tai muuta vastaavasti toimivaa ja mielellään ainakin ajan kuluessa reagoivaa materiaalia. Tällöin sementtipasta sekä myös sen heikoin kohta eli pasta-kiviainesrajapinnat muodostuvat mahdollisimman tiiviiksi. Lisäksi betoni tulee aina tiivistää valun yhteydessä huolella. Tiiviyteen voidaan edelleen vaikuttaa käyttämällä pinnan huokoisuutta alentavaa muottimateriaalia ja jälkihoitamalla betoni hyvin.

Koska vain vapaat eli huokosvedessä olevat vesiliukoiset kloridit voivat liikkua betonissa, merkitystä on myös sideaineen kyvyllä sitoa klorideja. Tähän kykyyn vaikuttavat sekä sideaineen määrä että koostumus. Kloridit voivat sitoutua kemiallisesti sementtimineraaleihin ja fysikaalisesti sementtikiven sisäisille pinnoille. Eri sideaineiden kyky sitoa klorideja poikkeavat toisistaan. Esimerkiksi masuunikuona sitoo klorideja hidastaen näin niiden tunkeutumista betonissa. Sulfaatinkestävä SR-sementti sitoo klorideja huonosti, sen vuoksi pelkästään sen käyttöä kloridirasitetuissa kohteissa ei suositella. 

Sideainekoostumus vaikuttaa huokosveden emäksisyyteen eli hydroksyyli-ionien (OH-) määrään ja siten myös korroosion alkamisen kannalta kriittiseen kloridipitoisuuteen. Esimerkiksi silika toisaalta tiivistää betonia, mutta toisaalta pienentää sementtikiven kykyä sitoa klorideja ja myös huokosveden emäksisyyttä eli laskee kriittisen kloridipitoisuuden arvoa.

Tietyt betonin koostumustekijät voivat edesauttaa sisäistä mikrohalkeilua. Erityisesti korkealujuusbetoneissa on niiden sisäisen kuivumisen vuoksi vaarana mikrohalkeamien muodostuminen. Ulkoinen jälkihoito tehoaa huonosti tiiviiseen betoniin, johon vesi ei pääse kunnolla tunkeutumaan. Sisäiset mikrohalkeamat kasvattavat betonin läpäisevyyttä ja kloridien diffuusiota.

 

Lisää aiheesta:
Betonin karbonatisoituminen
Betonin halkeilu
Betonirakenteiden käyttöikäsuunnittelu ja rasitusluokat

 

Palaa takaisin Betonin säilyvyys -pääsivulle                                                                                                         palaa sivun alkuun