Corrosion-Induced Degradation of Marine Reinforced Concrete Structures: Case Studies from Polish Ports and Implemented Repair Methods

ABSTRACT: Most marine hydraulic structures, such as breakwaters, quay walls, and piers, operate both above and below the water surface throughout their service life. Maintaining, modernising, or reinforcing these concrete and reinforced concrete structures, which are in constant contact with seawater, poses a significant engineering challenge. Ensuring structural performance and operational continuity during repair work is particularly demanding. This study identifies the main types of environmental impact and the associated mechanisms of concrete degradation in marine infrastructure, including chemical, physical, and mechanical interactions that accelerate deterioration. Documented examples of corrosion damage observed in harbour breakwaters, quay walls, and pier structures are presented, along with proposed repair strategies and their practical implementation. Photographic documentation illustrates the extent of damage, repair processes, and the final condition of the renovated elements. The paper focuses on selected case studies of repair and strengthening works carried out on marine reinforced concrete structures exposed to the aggressive conditions of the Baltic Sea. The analysed facilities are located in Polish ports along the Gulf of Gdańsk, with the exact location of each provided in the respective case description. Each case study includes a detailed account of the applied repair technologies, ranging from surface reprofiling and polymer-cement coatings to low-pressure crack injection, prefabricated GRC elements, and CFRP strengthening systems. The findings demonstrate that accurate diagnosis of deterioration processes, combined with repair strategies tailored to the specific structural type and extent of damage, can effectively mitigate corrosion, restore structural and operational capacity, and significantly extend the service life of port infrastructure.

KEYWORDS: Marine Reinforced Concrete Structures, Corrosion-Induced Degradation, Baltic Sea Environmental Exposure, Repair and Strengthening Methods, Polymer-Cement Coatings (PCC), Glass Fiber Reinforced Concrete (GRC), CFRP Composite Strengthening, Case Studies – Polish Ports

REFERENCES

A. M. Neville, Properties of Concrete, Harlow: Pearson Education, 2012.

P. K. Mehta and P. J. M. Monteiro, Concrete: Microstructure, Properties, and Materials (4th ed.), McGraw-Hill, 2014.

L. Bertolini, B. Elsener, P. Pedeferri i R. Polder, Corrosion of steel in concrete: Prevention, diagnosis, repair, 2nd Edition, Wiley, 2013. - doi:10.1002/9783527651696

J. P. Broomfield, Corrosion of Steel in Concrete: Understanding, Investigation and Repair, 2nd ed., London, UK: Taylor & Francis, 2007.

S. Kańka i R. Sołtysik, „Przykłady zastosowania technologii betonowania pod wodą w remontach budowli hydrotechnicznych.,” PRZEGLĄD BUDOWLANY , 7-8 2010.

Kledyński Z., Remonty budowli wodnych, Warszawa: Oficyna wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 2006.

B. K. Mazurkiewicz, „Nowoczesne rozwiązania konstrukcyjne morskich budowli hydrotechnicznych,” Zeszyty Naukowe Politechniki Gdańskiej. Budownictwo Lądowe, pp. 69-93, 57 2006.

M. Alexander i H. Beushausen, „Durability, service life prediction, and modelling for reinforced concrete structures - review and critique,” Cement and Concrete Research, pp. 17-29, Volume 122, 2019. - doi:10.1016/j.cemconres.2019.04.018

P. Wrochna, „Korozja betonu - rodzaje korozji,” Poradnik inżyniera, 27 06 2021.

M. Fiertak, „Mechanizm korozji betonu w wybranych konstrukcjach budowlanych,” w Konferencja Dni Betonu, 2023.

M. Szyprowska, „Korozja stwardniałego betonu,” Budownictwo monolityczne, 2(9) 2012.

PN-EN 1504-1: 2006 Wyroby i systemy do ochrony i napraw konstrukcji betonowych - Definicje, wymagania, sterowanie jakością i ocena zgodności. Część 1: Definicje.Naprawa i ochrona konstrukcji betonowych.

PN-EN 1504-2: 2006 Wyroby i systemy do ochrony i napraw konstrukcji betonowych - Definicje, wymagania, sterowanie jakością i ocena zgodności. Część 2: Systemy ochrony powierzchniowej betonu.

PN-EN 1504-3: 2006 Wyroby i systemy do ochrony i napraw konstrukcji betonowych - Definicje, wymagania, sterowanie jakością i ocena zgodności. Część 3: Naprawy konstrukcyjne i niekonstrukcyjne.

PN-EN 1504-5: 2006 Wyroby i systemy do ochrony i napraw konstrukcji betonowych - Definicje, wymagania, sterowanie jakością i ocena zgodności. Część 5: Iniekcja betonu.

PN-EN 1504-6: 2007 Wyroby i systemy do ochrony i napraw konstrukcji betonowych - Definicje, wymagania, sterowanie jakością i ocena zgodności. Część 6: Kotwienie stalowych prętów zbrojeniowych.

PN-EN 1504-7: 2007 Wyroby i systemy do ochrony i napraw konstrukcji betonowych - Definicje, wymagania, sterowanie jakością i ocena zgodności. Część 7: Ochrona zbrojenia przed korozją.

PN-EN 1504-8: 2006 Wyroby i systemy do ochrony i napraw konstrukcji betonowych - Definicje, wymagania, sterowanie jakością i ocena zgodności. Część 8: Sterowanie jakością i ocena zgodności.

PN-EN 1504-9: 2010 Wyroby i systemy do ochrony i napraw konstrukcji betonowych - Definicje, wymagania, sterowanie jakością i ocena zgodności. Część 9: Ogólne zasady dotyczące stosowania wyrobów i systemów.

PN-EN 1504-10: 2005; Wyroby i systemy do ochrony i napraw konstrukcji betonowych - Definicje, wymagania, sterowanie jakością i ocena zgodności - Część 10: Stosowanie wyrobów i systemów na placu budowy oraz sterowanie jakością prac.

M. Najduchowska, „Naprawa i ochrona konstrukcji betonowych.,” Prace Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych, pp. 126-135, 8(8) 4 2011.

H. Agerschou, I. Dand i T. Ernst, Planning and design of ports and marine terminals, 2nd ed., London: Thomas Telford Ltd., 2004.

G. Tsinker, Port engineering. Planning. Construction. Maintenance and security, New York : Wiley and Sons, 2004.

B. K. Mazurkiewicz, Encyklopedia inżynierii morskiej, Gdańsk: Oficyna Morska, 2009.

B. Zadroga i T. Mioduszewski, „ Długotrwały wpływ obciążeń środowiskowych na stan techniczny morskich budowli hydrotechnicznych,” Inżynieria Morska i Geotechnika, 6 2018.

B. Zadroga, „Analiza i określenie przyczyn uszkodzenia palisady poddanej skomasowanemu działaniu obciążeń środowiskowych,” Inżynieria Morska i Geotechnika, 3 2017.

I. Wysocka i A. Zielińska-Jurek, „ Korozja betonu. Badanie przebiegu korozji kwasowej betonu cementowego i jego skażenie chlorkami.,” w Seminarium TECHNOLOGIE MATERIAŁÓW BUDOWLANYCH, Gdańsk , 2019.

C. Das, H. Zheng i J. Dai, „A review of chloride-induced steel corrosion in coastal reinforced concrete structures: Influence of micro-climate,” Ocean Engineering, Vol. 2025 2025. - doi:10.1016/j.oceaneng.2025.120794

Y. Gao, „Influence of Chloride Ion Corrosion on the Performance of Reinforced Concrete Beam Bridge in Offshore Environment.,” Archives of Civil Engineering, no. 2 vol. 66 2020. - doi:10.24425/ace.2020.131808

AMPHORACONSULTING, [Online]. Available: https://www.amphoraconsulting.co.uk/concrete-edu/detail/concrete-leaching. [Data uzyskania dostępu: 13 08 2025].

B. Anand i S. Sharma, „Recent Advancements in Mineral and Water Resources Leaching Corrosion of Concrete Due to Soft Water Attack.,” Recent Advancements in Mineral and Water Resources, pp. 155-161, 2016.

L. W. P. Czarnecki, „Modelling of concrete carbonation; is it a process unlimited in time and restricted in space?,” Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences, pp. 43-54, 1 63 2015. - doi:10.1515/bpasts-2015-0006

B. S. Dhanya, S. Rathnarajan, M. Santhanam, R. Pillai, R. Gettu, Dhanya i a. et., „Carbonation and its effect on microstructure of concrete with flyash and ggbfs,” The IndIan ConCreTe Journal, 04 2019.

S. Dandan, C. Zhenjie, H. Changfu, W. Kai, D. Geert i Z. Lihai, „Degradation of concrete in marine environment under coupled chloride and sulfate attack: A numerical and experimental study,” Case Studies in Construction Materials, 17 2022. - doi:10.1016/j.cscm.2022.e01218

L. Zheng, J. Wang, K. Li, M. Wang, S. Li i L. Yuan, „Advances in the Experiments of Leaching in Cement-Based Materials and Dissolution in Rocks,” Materials, 16 2023. - doi:10.3390/ma16247697

L. Q., S. X. B. Šavija, Meng., D. Tsang, S. Sepasgozar i E. Schlangen, „Numerical study of interactive ingress of calcium leaching, chloride transport and multi-ions coupling in concret,” Cement and Concrete Research, Vol. 165 2023. - doi:10.1016/j.cemconres.2022.107072

M. Harilal, B. Anandkumar, R. George, S. Albert i J. Philip, „High-performance eco-friendly ternary blended green concrete in seawater environment,” Hybrid Advances, Vol. 3 2023. - doi:10.1016/j.hybadv.2023.100037

L. Zhang, M. Gan i Q. Xue, „Perspective Chapter: Pore Structure Evolution of Cement and Concrete Induced by CO2 Carbonation,” Transport Perspectives for Porous Medium Applications, 22 April 2024. - doi:10.5772/intechopen.1005097

K. Saramowicz, „Materiały polimerowo-cementowe jako skuteczna ochrona i naprawa powierzchni morskich budowli hydrotechnicznych,” Inżynieria Morska i Geotechnika, 4 2018.

G. Bernardo, A. Guida i I. Mecca, „Advancements in shotcrete technology,” w Structural Studies, Repairs and Maintenance of Heritage Architecture XIV. Transaction series: WIT Transactions on The Built Environment, Spain, WITPress, 2015, pp. 591-602. - doi:10.2495/STR150491

T. Mioduszewski i A. Wawrzyńska, „Zastosowanie włókien węglowych w remontach morskich budowli hydrotechnicznych na przykładzie realizacji wzmocnienia pirsu w Porcie w Gdańsku,” w XV Konferencja Naukowo-Techniczna, PSK PRAKTIKOR STAL-BETON, Józefów k/Warszawy, 2022.

A. Firoozi, D. Oyejobi, S. Avudaiappan i E. Flores, „Emerging trends in sustainable building materials: Technological innovations, enhanced performance, and future directions,” Results in Engineering, Vol 24 12 2024. - doi:10.1016/j.rineng.2024.103521

PPBH Aquaprojekt, Dokumentacja projektowa naprawy parapetu odmorskiego na odcinku głowicowym Falochronu Północnego w Porcie Gdynia, 2011.

PPBH Aquaprojekt, „Dokumentacja projektowa przebudowy Falochronu Północnego w Porcie w Gdańsku,” 2010.

PPBH Aquaprojekt, „Dokumentacja projektowa remontu estakady wraz z wymianą odbojnic w Porcie Gdańsk”.

PPBH Aquaprojekt, „Dokumentacja projektowa remontu podpory estakady, Port Gdańsk,” 2022.

PPBH Aquaprojekt, „Dokumentacja projektowa remontu linii odbojowej nabrzeża kapitanatu w Porcie Gdańsk,” 2023.

PPBH Aquaprojekt, „Dokumentacja projektowa remontu belek poddźwigowych Pirsu w Porcie Gdańsk,” 2005.

PPBH Aquaprojekt, „Dokumentacja projektowa remontu i zabezpieczenia antykorozyjnego konstrukcji odwodnej belki poddźwigowej Pirsu w Porcie w Gdańsku,” 2005.

Citation note:

Wawrzyńska A., Mioduszewski T., Maliszewska A.: Corrosion-Induced Degradation of Marine Reinforced Concrete Structures: Case Studies from Polish Ports and Implemented Repair Methods. TransNav, the International Journal on Marine Navigation and Safety of Sea Transportation, Vol. 19, No. 3, doi:10.12716/1001.19.03.25, pp. 903-914, 2025

BibTeX EndNote

Authors in other databases:

Aleksandra Wawrzyńska: ORCID iD icon

orcid.org/0000-0002-6261-3983 Scopus icon

57204645946

Tomasz Mioduszewski:

Aleksandra Maliszewska:

Other publications of authors:

Innovative and Sustainable Approaches to Urban Waterborne Transport: Insights from Gdynia Port City

Journal Vol. 19 No. 1 - March 2025

A. Wawrzyńska, A. Przybyłowski, M. Baziuk

File downloaded 4 times