English
Język Polski
Degradacja betonu w ponad 100-letniej stacji uzdatniania wody pitnej, przypadek wymywanie wapnia ze zbiorników poddanych długotrwałym obciążeniom wodą
DOI:
https://doi.org/10.24425/ace.2025.155117Abstrakt
Problemy trwałości betonu liczone w dziesiątkach lat nie są częstym przedmiotem badań, mimo że najstarsze konstrukcje wykonane z betonu z cementem portlandzkim mają około 140 lat, a wielkogabarytowe konstrukcje inżynieryjne (takie jak tamy, falochrony), mosty, komory, hale) mają ponad 110 lat. Rozważany zbiornik należy do ostatniej grupy obiektów. W latach 1908-1909 wybudowano stację uzdatniania wody pitnej dla miasta Poznania, które liczyła wówczas 196 tys. mieszkańców. Wodę pobierano bezpośrednio z płynącej obok rzeki Warty. Wymiary obiektu w rzucie wynoszą 65,5 × 21,5 m, a wysokość powyżej terenu 9,0 m, a poniżej 5,0 m. Jest to perła architektury przemysłowej końca XIX i początku XX wieku, posiadająca najnowocześniejsze wówczas na świecie wyposażenie technologiczne. W części podziemnej na całym rzucie wykonano wielkogabarytowy zbiornik żelbetowy ze stropem żebrowym podpartym pośrodku żelbetowymi słupami. Były to czasy, kiedy powstawały pierwsze na świecie odważne konstrukcje z betonu cementowego, z których niewiele zachowało się do czasów współczesnych. Aby ocenić trwałość betonu po kilkudziesięciu latach oddziaływań wody i bardzo dużej wilgotności względnej powietrza, bardzo istotne jest sprawdzenie zmian w jego mikrostrukturze, które wpływają na jego parametry wytrzymałościowe. Autor badań przeprowadził analizę materiałowokonstrukcyjną betonu oraz stanu technicznego ponad stuletniej konstrukcji zbiornika i jego elementów. Stwierdzono obniżoną wytrzymałość betonu na ściskanie oraz liczne pęknięcia ścian i stropu, a także duże nagromadzenie białych nacieków w miejscach zarysowań ścian i stropu. Analizy SEM, EDS i XRD wykazały także, że skład fazowy betonu w grubości stropu jest zmienny. W dolnych warstwach betonu obserwuje się stężenie wodorotlenku wapnia, który na zewnątrz przegród zmienia się w węglan wapnia. Migracja portlandytu w kierunku wnętrza zbiornika przy bardzo dużej wilgotności względnej powietrza (> 95%) wynika z dyfuzji masy spowodowanej różnym stężeniem porowatej cieczy w zewnętrznej i wewnętrznej warstwie przegród. Są to procesy bardzo powolne, trwające kilkadziesiąt lat w trakcie eksploatacji zbiornika. Są korzystne ze względu na stopniowy wzrost zasadowości, co chroni stal przed korozją, ale mogą być szkodliwe ze względu na miejscowy wzrost porowatości i spadek wytrzymałości betonu. Zjawisko to zostało opisane w literaturze jako wymywanie jonów wapnia ze struktury betonu. Liczne artykuły z tego zakresu skupiają się na stworzeniu odpowiednio trwałej konstrukcji betonowej poprzez dozowanie odpowiednich dodatków mineralnych, a nie na kilkudziesięcioletnich obserwacjach użytkowanych obiektów. Dlatego też intencją autora artykułu nie było modelowanie procesu ługowania Ca2+ w laboratorium, ale analiza stopniowej degradacji obiektu przemysłowego poddanego bezpośredniemu oddziaływaniu wody na przestrzeni stu lat.Bibliografia
[1] A.M. Mir, ”Evolution of Concrete Skyscrapers: from Ingalls to Jin Mao”, Electronic Journal of Structural Engineering, vol. 1, no. 1, pp. 2-14, 2001, doi: 10.56748/ejse.1111.
[2] L. Budych , Centennial Hall. Design, building, properties. Wroclaw: DWE, 2013.
[3] A.M. Neville, Properties of concrete, 4th ed. London, 1996.
[4] W.G. Washa and F.K. Wendt, “Fifty Years Properties of Concrete”, Journal of the American Concrete Institute, no. 1, pp. 20-28, 1975.
[5] W.G. Washa, C.J. Saemann, and M. St. Cramer, “Fifty-Year Properties of Concrete Made in 1937”, ACI Materials Journal, vol. 86, no. 4, pp. 367-371, 1989.
[6] F.H. Jackson., “Long -Time Study of Cement Performance in Concrete”, Journal of the American Concrete Institute, vol. 28, no. 12, pp. 1017-1032, 1958.
[7] U. Halvorsen, Corrosion of steel and leaching of lime near cracks in concrete structures. Division of Building Technology, Lund Institute of Technology, 1966 (in Swedish).
[8] M. Połomski and M. Wiatkowski, “Evaluation of the functionality of seepage prevention structures of dam bodies after a long period of operation – a case study of Otmuchów and Nysa reservoirs”, Archives of Civil Engineering, vol. 70, no. 3, pp. 153-171, 2024, doi: 10.24425/ace.2024.150976.
[9] E. Gjørv, “Long –Time Durability of Concrete in Seawate”, ACI Journal, no. 1, pp. 60-67, 1971.
[10] J. Jasiczak and M. Kucz, “The durability of concrete pavements made with the recycled aggregates from 80 years old road concrete”, in : Proceedings 9th International Conference on the Bearing Capacity of Roads, Railways and Airfields. Trondheim, Norway, 2013, pp. 1043-1050.
[11] H. Saito and A. Deguchi, “Leaching test on different mortars using accelerated electrochemical method”, Cement and Concrete Research, vol. 30, pp. 1815-1825, 2000, doi: 10.1016/S0008-8846(00)00377-X.
[12] C. Carde and R. Francois , “Effect of the leaching of calcium hydroxide from cement paste on meThis work was supported by the Poznan University of Technology – Polish Academy of Science under Grant No. 0412/SBAD/0080.chanical and physical properties”, Cement and Concrete Research, vol. 27, no. 4, pp. 539-550, 1997, doi: 10.1016/S0008-8846(97)00042-2.
[13] J.S. Ryu, N. Otsuki, and H. Minagawa, "Long-term forecast of Ca leaching from mortar and associated degeneration", Cement and Concrete Research, vol. 32, no. 10, pp. 1539-1544, 2002, doi: 10.1016/S0008-8846(02)00830-X.
[14] C. Alonso, M. Castellote, L. Lorente, and C. Andrade, “Ground water leaching resistance of high and ultra high performance concretes in relation to the testing convection regime”, Cement and Concrete Research, vol. 36, no. 9, pp. 1583-1594, 2006, doi: 10.1016/j.cemconres.2006.04.004.
[15] J. Jain and N. Neithalath, “Analysis of calcium leaching behavior of plain and modified cement pastes in pure water”, Cement and Concrete Composites, vol. 31, no. 3, pp. 176-185, 2009, doi: 10.1016/j.cemconcomp.2009.01.003.
[16] A. Cheng, S.J. Chao, and W.T. Lin, “Effects of Leaching Behavior of Calcium Ions on Compression and Durability of Cement-Based Materials with Mineral Admixtures”, Materials, vol. 6, no. 5, pp. 1851-1872, 2013, doi: 10.3390/ma6051851.
[17] D. Planel, J. Sercombe, P.L. Bescop, F. Adenot, and J.M. Torrenti, “Long-term performance of cement paste during combined calcium leaching–sulfate attack: Kinetics and size effect”, Cement and Concrete Research, vol. 36, no. 1, pp. 137-143, 2006, doi: 10.1016/j.cemconres.2004.07.039.
[18] J. Jasiczak, W. Majchrzak, and W. Czajka, “Construction of Undulating Walls Using Dry – Mix Shotcrete”, Concrete International, vol. 37, no. 6, pp. 31-35, 2015.
[19] “Japan’s 100-year-Old Otaru Port Breakwater , the Longest Durability Test in the World”, Newsleter 04 JSCE (in Otaru. Pdf).
[20] https://www.aquanet.pl ›rewitalizacja-hali-filtrow,n175.
Pobrania
Opublikowane
Jak cytować
Numer
Dział
