Podstawowe błędy przy projektowaniu i budowie uziomów fundamentowych

5. Dobór odpowiednich materiałów na uziomy sztuczne łączone z uziomem fundamentowym

W przypadku konieczności wykonania dodatkowego zewnętrznego uziomu sztucznego łączonego z uziomem fundamentowym niezwykle istotną kwestią staje się dobór odpowiednich materiałów. Niestety, obecnie jako najtańsze rozwiązanie najczęściej na uziomy dodatkowe pogrążane w gruncie wybiera się stal ocynkowaną, która łączona jest bezpośrednio ze stalą zbrojeniową lub szkieletem uziomu sztucznego ułożonym w betonie bez sprawdzenia, że w takim przypadku różnica potencjałów wyniesie w przybliżeniu 0,4 ÷ 0,9 V. W literaturze technicznej przyjmuje się, na bazie wieloletnich doświadczeń, że różnica potencjałów przekraczająca już 0,5÷0,6 V stwarza warunki sprzyjające przyspieszonej korozji metali w wyniku utworzenia ogniwa korozyjnego w miejscu ich styku. Niestety wiedza na ten temat wśród projektantów i wykonawców jest obecnie mało znana, chociaż dobrze omówiona w podstawowych normach [3,4]. Z tego względu problem właściwego doboru materiału na uziomy dodatkowe do uziomu fundamentowego niezwykle rzadko jest właściwie rozwiązywany przez projektantów, a jeszcze rzadziej przez wykonawców, których tendencja do „poprawiania” projektów jest obecnie na porządku dziennym. A więc tym większa staje się tu rola inspektora nadzoru jako „strażnika porządku technicznego i prawnego” na budowie, który problemy korozji elektrochemicznej powinien potraktować bardzo poważnie.

Przeanalizujmy jednak szczegółowo, wystąpienia jakich zjawisk możemy oczekiwać po podłączeniu do uziomu fundamentowego sztucznego uziomów dodatkowych wykonanych ze stali ocynkowanej ogniowo. Wiadomo, iż stal zatopiona w betonie oraz stal umieszczona w gruncie mają znacząco różne potencjały elektrochemiczne, odpowiednio: – 0,1 V ÷ – 0,3 V oraz – 0,7 V ÷ – 1,0 V [6, 7]. Ich bezpośrednie połączenie powoduje utworzenie ogniwa galwanicznego, które pod wpływem różnicy potencjałów wynoszącej w przybliżeniu 0,4 ÷ 0,9 V jest źródłem prądu płynącego nieustannie od materiału o wyższym potencjale (katoda) do materiału o potencjale niższym (anoda). Zjawisko to zilustrowano na rys. 6. W gruncie następuje przepływ prądu w odwrotnym kierunku powodując korozję materiału o niższym potencjale. Zjawisko to jest tym intensywniejsze im większy jest stosunek powierzchni styku z gruntem lub betonem materiału o wyższym potencjale do powierzchni materiału bardziej elektroujemnego. Prąd ten, nawet jeśli osiąga stosunkowo niewielkie wartości natężenia – rzędu miliamperów, stanowi poważne zagrożenie, ponieważ płynie nieprzerwanie i prowadzi do przyspieszonej korozji stali w gruncie. W takiej sytuacji na dodatkowy uziom należy wybrać materiał, który będzie charakteryzował się potencjałem elektrochemicznym podobnym do tego, jaki ma stal zatopiona w wilgotnym betonie. Najlepsza będzie do tego celu miedź, która ułożona w gruncie ma potencjał 0,0 ÷ – 0,2 V, w związku z czym jej zastosowanie do połączeniu z uziomem fundamentowym jest najbardziej bezpieczne z punktu widzenia zagrożeń korozyjnych. W praktyce, dzięki osiągnięciom technologicznym ostatnich kilku lat, oznacza to możliwość zastosowania zamiennie, stalowych bednarek i prętów pomiedziowanych elektrolitycznie z powłoką ochronną miedzi o grubości min. 70 mm, których wytrzymałość mechaniczna jest wyższa niż całkowicie miedzianych, odporności korozyjna zbliżona, a cena – akceptowalna.

Zagadnienie to jest wyraźnie podkreślone zarówno w normach dotyczących instalacji elektrycznych jak i w normach ochrony odgromowej. W normie PN-EN 62305-3 [4] w punkcie E.5.4.3.2. Uziomy fundamentowe zamieszczono następujące zalecenie:

(…) Kolejny problem wiąże się z korozją elektrochemiczną pod wpływem prądów galwanicznych. Stal w betonie ma w przybliżeniu taki sam potencjał galwaniczny szeregu elektrochemicznego jak miedź w gruncie. A zatem, gdy stal w betonie jest połączona ze stalą w ziemi, to czynne napięcie galwaniczne, równe w przybliżeniu 1 V, powoduje przepływ prądu korozji w gruncie oraz mokrym betonie i rozpuszcza stal w gruncie.

Jeśli umieszczone w gruncie uziomy mają połączenie ze stalą w betonie, powinny być wykonane z miedzi, ze stali pokrytej miedzią lub ze stali nierdzewnej.

W podobny sposób problem ten został przedstawiony także w normie PN-HD 60365-5-54 [3] w punktach 542.2.5 oraz C.4, zgodnie z treścią których stali ocynkowanej nie wolno stosować na uziomy sztuczne łączone z uziomem fundamentowym, a dla zapewnienia dostatecznie długiej żywotności systemu uziemiającego należy stosować elementy wykonane ze stali nierdzewnej lub innej dobrze zabezpieczonej przy pomocy odpowiednich prefabrykowanych powłok chroniących przed wilgocią, czyli np.: stali pomiedziowanej elektrolitycznie.

Z tego wynika, że jako materiały na uziomy sztuczne w gruncie, łączone z uziomem fundamentowym, należy zatem stosować wyłącznie:

• stal nierdzewną,
• stal pomiedziowaną
• lub miedź.

Warto jednak pamiętać, że w warunkach beztlenowych (występujących w glinie) gatunki stali nierdzewnej zawierające nikiel będą korodowały równie szybko co i stal miękka (głównie gatunki austenityczne – stanowiące 65% zapotrzebowania światowego na stal nierdzewną lub gatunek duplex). Miedź jest jednym z najbardziej odpornych na korozję ziemną metali, jednak przy obecnych cenach miedzi oraz stali nierdzewnej najkorzystniejszym – pod względem ekonomicznym – rozwiązaniem jest stosowanie stali pomiedziowanej, czyli pokrytej cienką warstwą miedzi. Aktualnie dostępne na rynku są zarówno bednarki jak i pręty stalowe pomiedziowane elektrolitycznie spełniające wymagania normy PN-EN 62561-2 [9], która szczegółowo określa wymagania dotyczące materiałów dopuszczonych do stosowania na uziomy w gruncie, ich minimalnych wymiarów i powłok ochronnych.