Name: why concrete can fail around rebar
Uploaded: 2024-11-07T14:48:46.000Z
Duration: 1 min 27 s
Channel: JoVE

בתוך מסת בטון, בסיסיות גבוהה של סידן הידרוקסידי עם pH של כ -13 מגנה על חיזוק פלדה מפני קורוזיה על ידי יצירת שכבת תחמוצת ברזל מגינה, מצב המכונה פסיביות.
בשל פוטנציאלים אלקטרוכימיים משתנים, אזורים אנודיים וקתודיים נוצרים על פני הפלדה.
אזורים אלה מגושרים על ידי תמיסת מלח במלט hydrated, מתנהג כמו אלקטרוליט.
יוני ברזל טעונים חיובית מהאנודה מתמוססים לתמיסת המלח.
לעומת זאת, אלקטרונים בעלי מטען שלילי נעים אל הקתודה, נספגים על ידי האלקטרוליט ומגיבים עם מים וחמצן ליצירת יוני הידרוקסיל.
ברזל הידרוקסיד נוצר כאשר יוני הידרוקסיל מתחברים עם יוני הברזל. חמצון הבא של הידרוקסיד ברזל מוביל להיווצרות חלודה.
יתר על כן, יוני כלוריד במשחת המלט שמסביב יוצרים חומצה הידרוכלורית בנקודות אנודיות, מפרקים את שכבת ההגנה של הפלדה וגורמים לקורוזיה.
לאחר שהפלדה מחלידה, היא גדלה בנפחה ומפעילה לחץ שיכול להוביל לסדקים וחיפוי בטון.
שימוש בפלדה מצופה אפוקסי או אבץ או הפחתת חדירות הבטון יכולים להפחית קורוזיה בפלדה.

קורוזיה של פלדה מזוינת

Corrosion of Reinforcement

<div dir="rtl">
קורוזיה של פלדה מזוינת בתוך הבטון היא תהליך המושפע מתכונות החומר ומהשפעות חיצוניות. רמת ה-pH הגבוהה של כ-13, הנוצרת על ידי ההידרוקסיד הסידן שבבטון, מספקת בהתחלה הגנה לפלדה המזוינת באמצעות קידום יצירת שכבת תחמוצת ברזל פסיבית על פני השטח שלו.
עם זאת, עם הזמן ובתנאים מסוימים כמו קרבונציה, חדירת כלורידים והיווצרות סדקים, מצב ההגנה הזה עלול להיפגע. בפלדה ישנם אזורים עם פוטנציאלים אלקטרוכימיים שונים, הידועים כאזורים אנודיים וקטודיים. הדבק הצמנטי המותקן בבטון, המכיל מלחים, פועל כאלקטרוליט המחבר בין אזורים אלה. באזורי האנודה, הברזל מהפלדה מתמוסס בכיוונים חיוביים אל תוך האלקטרוליט, בעוד שבאזורי הקתודה, האלקטרונים נצרכים בתגובות שכוללות מים וחמצן מהבטון שסביבם, ליצירת יוני הידרוקסיד.
יוני ההידרוקסיד הללו מתחברים עם הברזל המומס ליצירת הידרוקסיד ברזל, שמתחמצן בהמשך והופך לחלודה. נוכחות של יוני כלור מחמירה את התהליך הזה, וגורמת לקורוזיית גימום מקומית באמצעות יצירת חומצה הידרוכלורית התוקפת את שכבת תחמוצת הברזל המגנה. תהליך הקורוזיה יכול להרחיב את הפלדה, לגרום לסדקים בבטון ולהתפוררותו.
צעדים למניעת קורוזיה של פלדה מזוינת כוללים שימוש בציפויים מגנים כגון אפוקסי או אבץ על הפלדה עצמה, או שיפור איכות הבטון להפחתת החדירות שלו, ובכך לעכב את חדירתם של גורמים מאכלים.
</div>

בתוך מסת בטון, בסיסיות גבוהה של סידן הידרוקסיד עם pH של כ 13 מגן חיזוק פלדה מפני קורוזיה על ידי יצירת מגן ...

Education

JoVE Core

Civil Engineering

הנדסה אזרחית

Unit 1

יחידה 1

Permeability of Concrete

חדירות בטון

KEY TERMS AND CONCEPTS

מונחי מפתח ומושגים

why concrete can fail around rebar

Steel reinforcement in concrete can corrode when its protective environment changes. Fresh concrete is highly alkaline because of calcium hydroxide, with a pH of about 13. That high pH helps form a passive iron oxide layer on the steel surface, which slows corrosion.

Over time, carbonation, chloride ingress, and cracking can weaken this protection. Concrete contains hydrated cement paste with salts, and it acts as an electrolyte. Different areas of the steel then behave as anodic and cathodic regions, which creates a small electrochemical cell.

At the anodic regions, iron dissolves into the electrolyte as positively charged ions. At the cathodic regions, electrons are used in reactions with water and oxygen in the surrounding concrete to form hydroxyl ions. These hydroxyl ions combine with the dissolved iron to make ferric hydroxide, which then oxidizes into rust.

Chloride ions make the problem worse. They can cause localized pitting corrosion by forming hydrochloric acid that attacks the protective iron oxide layer. As rust builds up, the steel expands and can crack the concrete, leading to spalling.

Corrosion can be reduced in a few ways. Protective coatings such as epoxy or zinc can be applied to the steel. Another option is to improve concrete quality so it is less permeable and slows the entry of corrosive agents.

Why Concrete Can Fail Around Rebar

permeability of concrete

Concrete Durability and Water Penetration

Concrete durability depends partly on how easily water and gases can move through it. This property, called permeability, is important for judging water-tightness and resistance to chemical attack in concrete structures. Permeability is measured with comparative lab tests. In a typical test, the sides of a concrete specimen are sealed, water pressure is applied to the top surface, and the amount of water that passes through is measured. The test is often run for about ten days until a steady...

sulfate attack on concrete

Concrete Damage from Sulfate Exposure

Concrete damage from sulfate exposure starts with a whitish discoloration, often first seen at the edges and corners. As the attack continues, the concrete can crack and spall. This deterioration happens when sulfates react with hardened concrete and create new compounds that take up more space than the materials they replace. Sulfates may enter concrete from soil, groundwater, or industrial effluents. Inside the concrete, they can form calcium sulfate and calcium sulfoaluminate. The reaction...

effect of sea water on concrete

Seawater Damage and Concrete Durability

Seawater can damage concrete by changing its chemistry, increasing porosity, and lowering strength. In marine settings, concrete is exposed to dissolved salts and repeated wetting, so its durability depends on how much water can enter the material. One major form of damage is the breakdown of ettringite and gypsum, two concrete minerals that can dissolve in seawater. As these materials are lost, the concrete becomes more porous. Salt can also crystallize inside pores, especially above the...

acid attack on concrete

Concrete Damage from Low pH Water

Concrete damage from low pH water happens when acids react with the hydrated cement paste. This reaction dissolves the paste, so the concrete becomes softer and weaker. The problem is often seen in chimneys, sewers, and industrial settings. The amount of damage depends on how acidic the water is. When pH falls below 6.5, the attack becomes more severe. A pH below 4.5 can cause major concrete damage. The rate of damage also depends on how fast hydrogen ions move through the cement gel. This...

alkali aggregate reaction in concrete

How Moisture Cracks Alkali-Reactive Concrete

Alkali-aggregate reaction in concrete can weaken a structure when siliceous minerals in the aggregate react with alkaline hydroxides from cement. The reaction makes an alkali-silica gel, which pulls in water and swells. As the gel expands inside the rigid cement paste, it creates pressure that can crack and disrupt the concrete. The damage comes from both osmotic hydraulic pressure and the swelling of the solid reaction products. Particle size also matters. Fine siliceous particles can cause...

corrosion of reinforcement

Steel reinforcement in concrete can corrode when its protective environment changes. Fresh concrete is highly alkaline because of calcium hydroxide, with a pH of about 13. That high pH helps form a passive iron oxide layer on the steel surface, which slows corrosion. Over time, carbonation, chloride ingress, and cracking can weaken this protection. Concrete contains hydrated cement paste with salts, and it acts as an electrolyte. Different areas of the steel then behave as anodic and cathodic...

key terms and concepts

Learn how concrete’s high pH protects steel rebar, why carbonation and chlorides trigger rust, and how coatings and dense concrete help prevent cracking.

Why Concrete Can Fail Around Rebar | JoVE K12

JoVE Core Civil Engineering provides a foundational exploration of essential construction materials in civil engineering, focusing on bricks, stones, steel, wood, and concrete through easy-to-understand animated videos. This collection covers the properties, manufacturing processes, and practical applications of these materials. Additionally, the accompanied science-in-action videos demonstrate the research experiments performed in laboratories.

civil engineering

Why Concrete Can Fail Around Rebar

Description

Transcript