Reakcje stali z pręta stalowego z matrycą cementową w strefie przejściowej w zbrojonym betonie

• Autorzy: Kurdowski Wiesław , Trybalska Barbara

Warianty tytułu

EN

The reaction of steel bar with cement matrix in the interfacial transition zone of reinforced concrete

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Artykuł poświęcony jest badaniom zmian budowy i składu strefy przejściowej pręta stalowego z matrycą cementową po różnym czasie eksploatacji od 3 miesięcy do 40 lat. Stwierdzono, że najpierw jony żelaza ze stali dyfundują do matrycy cementowej i reagują z jonami wapnia z utworzeniem uwodnionego żelazianu wapnia. Są dwie drogi powstawania uwodnionego żelazianu wapnia: reakcja jonów żelaza z jonami wapnia w strefie pierwotnie zajmowanej przez portlandyt. A druga jest przemianą fazy C-S-H przez jony żelaza, które stopniowo zastępują krzem. W późniejszym okresie zachodzi dyfuzja jonów wapnia do warstewki pasywacyjnej, a nawet do stali, z dalszą zmianą składu strefy przejściowej. Jednak nie powoduje to zmiany wiązania matrycy cementowej ze stalą, które nawet po 80 latach jest dobre i wynosi od 3 MPa do 4 MPa. A więc zachodzące zmiany składu strefy przejściowej nie powodują wzrostu porowatości w tej strefie i zmiany jej wytrzymałości. Natomiast warstewka pasywacyjna na stali tworzy się powoli, prawdopodobnie bezpośrednio po związaniu betonu. Po trzech miesiącach twardnienia około 30 % powierzchni stali jest pokryte tą warstewką. Po trzydziestu latach warstewka pasywacyjna na stali utrzymuje się w bardzo dobrym stanie, lecz po 40 latach rozpoczęcie jej niszczenia jest już widoczne, a po 80 latach jest już prawie całkowicie zniszczona. Jednak nawet po tym okresie nie znaleziono nawet śladów rdzy na stali po tym okresie.

EN

The paper is devoted to the research of the interfacial transition zone steel bar – cement matrix changes in reinforced concrete after different time of exploitation from 3 months to forty years. It was found that firstly iron ions from steel are diffusing into cement matrix and reacting with calcium ions with hydrated calcium ferrite formation. There are two routs of hydrated calcium ferrite formation: the reaction of calcium and iron ions in the zone previously occupied by portlandite. The second is the transformation of the phase C-S-H by iron ions, which are substituting gradually the silica. Later the calcium ions diffusion into the passive film on steel and even into the steel are occurring with the hydrated calcium ferrite formation and the farther changes of ITZ are causing. However, even after eighty years, the bond of steel with cement matrix is very good, and measured value is in the range 3 MPa to 4 MPa. Thus these processes are totally changed the ITZ composition, however, without porosity increase and with good bond of steel bars with concrete. On the steel bars the passive film is starting slowly to be formed, probably immediately after the beginning of concrete hardening. After three months of the reinforced concrete curing about 30% of steel surface became covered by this film. After thirty years the passive film on steel is remaining in the very good state, after forty years the beginning of destruction starts to be visible, but after eighty years became almost totally destructed. Despite the passivation film destruction no trace of rust was found even on the steel bars in eighty years old reinforced concrete.

Słowa kluczowe

PL

strefa przejściowa; warstwa pasywacyjna; żelazian wapnia uwodniony; wiązanie; pręt stalowy; matryca cementowa; dyfuzja jonów; wapń; żelazo

EN

transition zone; passive film; hydrated calcium ferrite; bond; steel bar; cement matrix; ion diffusion; calcium; iron

• Wydawca: Fundacja Cement, Wapno, Beton
• Czasopismo: Cement Wapno Beton
• Rocznik: 2019
• Tom: R. 22/84, nr 2
• Strony: 104--115
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., il.

Twórcy

autor

Kurdowski Wiesław

• Institute of Ceramics and Building Materials in Warsaw, Poland

autor

Trybalska Barbara

• Academy of Mining and Metallurgy, Faculty of Ceramics, Cracow, Poland

Bibliografia

• 1. Sagoe-Crentsil KK. Glasser FP. In: Page CL, Treadaway KW, Bamforth PB, editors. Corrossion of Reinforcement in Concrete. London: Elsevier; 1990. p. 74
• 2. Arligue G., Grandet J., Ollivier J.P., Mat Constr. 1985;18:263
• 3. Chandra S. Properties of concrete with mineral and chemical admixtures. In: Bensted J., Barnes P., editors. Structure and Performance of Cements, 2nd ed. London, New York: Spon Press; 2002. pp 140-85.
• 4. Bentur A., Diamond S., Mindess S., Cracking processes in steel fiber reinforced cement paste. Cem Concr Res. 1985;15 :331-42.
• 5. Bentur A., Diamond S., Mindess S., The microstructure of the steel fibre-cement interface. J Mater Sci. 1985;20:3610-20.
• 6. Diamond S. Huang Cem. Concr. Res..The ITZ in concrete – a different view based on image analysis and SEM observations. 2001;23:179-88.
• 7. Uchikawa H., Sawaki D., Hanehara S., Influence of kind and added timing organic admixture on the composition, structure, and property of fresh cement paste. Cem Concr Res. 1995;25:353-64.
• 8. Scrivener KL. In: Skalny J.P., editor. Material Science of Concrete. Ohio: American Ceramic Society; 1989. pp. 127- 57.
• 9. Garbacik A., Grzeszczyk S., Kurdowski W., 54th Scientific Conf. KILW PAN, v.5, p. 283, Krynica, Poland 2008.
• 10. Kurdowski W., Tracz T., Śliwiński J., Properties of the concrete pavement of a section of German motorway built in 1935 in the vicinity of Gliwice. Cement Wapno Beton. 2017;6:517-27.
• 11. Kurdowski W., Changes of the Interfacial Transition Zone of steel bars and cement matrix in the old reinforced concrete, paper sent to 15thICCC, Prague, Czech Republic, September 16-20, 2019
• 12. Pichniarczyk P., Wpływ wybranych tlenków metali cieżkich na proces wiązania cementu i jego znaczenie w budownictwie. Wydawnictwo PAN, Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej, Kraków 2018.
• 13. George C.M., Industrial aluminous cement. In: Barnes P., editor. Structure and Performance of Cements. London: Applied Science Publishers; 1983. pp. 415-70.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).