Коррозия бетона и железобетона
Коррозия бетона и железобетона
Одним из больших преимуществ железобетона по сравнению с металлами и другими материалами является его высокая коррозионная стойкость [7]. Однако опыт эксплуатации железобетонных конструкций транспортных сооружений развеял миф о «вечности» железобетона как конструкционного материала, потому что в ряде случаев под воздействием агрессивной среды (атмосферы, грунтов и грунтовых вод, постоянного электрического тока), железобетонные конструкции подвергаются интенсивной коррозии и преждевременному разрушению, что снижает эффективность их применения, а иногда даже создает опасность для движения транспорта [16].
Коррозия бетона (железобетона), подобно коррозии металла, связана с воздействием агрессивной внешней среды, но имеет ряд специфических особенностей.
Стандарт СЭВ СТ4419-83 понятие «коррозия» определяет как процесс необратимого ухудшения технических характеристик строительного материала (бетона) в результате физикохимического, химического, биологического воздействия внешней среды или же химических процессов, протекающих в самом материале, изменяющих его структуру и свойства. Можно сказать, что причиной коррозии бетона является как взаимодействие цементного камня бетона с агрессивными компонентами и факторами внешней среды, так и взаимодействие между составляющими цементного камня.
Бетон – многофазная пористая система, находящаяся в равновесии с водой в порах бетона. При рН=12,5-13 все составляющие бетон фазы устойчивы. При воздействии внешней агрессивной среды равновесие системы нарушается и в бетоне начинают протекать различные процессы, приводящие к коррозии.
Коррозия бетона и железобетона в жидких средах
На мостовые конструкции и транспортные сооружения воздействуют различные жидкие агрессивные среды. Это пресные речные воды (опоры мостов), грунтовые воды, атмосферные осадки в виде дождей, туманов, промышленные водные стоки, щелочные и кислые среды и т.п.
Согласно современным представлениям, коррозию бетона и железобетона классифицируют в жидких средах на 3 вида:
вид – коррозия, связанная с воздействием водных сред с малым содержанием солей с преимущественно нейтральной реакцией (рН=6,8÷7,2);
вид – коррозия при воздействии весьма агрессивных сред, например, кислот, щелочей, некоторых солей, таких, как хлориды натрия или магния;
вид – коррозия, обусловленная проникновением в поры бетона жидких сред, содержащих компоненты, образующие с поровой жидкостью или цементным камнем нерастворимые кристаллические соединения.
Каждый вид коррозии характеризуется своими особенностями, специфическими физико-химическими процессами и реакциями, которые определяют характер коррозионного разрушения. В железобетоне, наряду с коррозией бетона, может протекать коррозия стальной арматуры. Кроме того, наблюдаются и специфические виды коррозии, связанные, например, с воздействием на бетон и железобетон бактерий, грибов, водорослей и т.п.
Коррозия бетона и железобетона в атмосферных условиях
Атмосферная коррозия – наиболее распространённый вид коррозии. При этом на бетон воздействуют такие факторы атмосферы, как температура (колебания температур), влажность, наличие в атмосфере газов, осадки в виде дождя, снега и т.п.
Сухая атмосфера (относительная влажность 0 С расширение льда значительно превосходит расширение бетона; поэтому переход от минусовых температур к положительным (т.е. оттаивание бетона) может быть более опасным, чем замерзание. Существенно ускоряют разрушение бетона при циклическом замораживании – оттаивании наличие растягивающих напряжений в бетоне, солей антиобледенителей в воде (в частности хлоридов), образование кристаллогидратов при охлаждении соединений, обладающих большим объёмом и другие факторы.
Для увеличения морозостойкости бетона необходимо уменьшить капиллярную пористость, водопроницаемость, что достигается обычно правильным подбором соотношения вода/цемент (В/Ц), которое не должно превышать 0,30-0,35. Установлено, что для снижения капиллярной пористости на 1% необходимо уменьшить количество воды затворения на 10 л/м 3 бетона; такой же эффект достигается увеличением расхода цемента на 20÷25 кг/м 3 . Повышение морозостойкости обеспечивается также пропариванием бетона по определённому тепловому режиму.
Значительного повышения морозостойкости можно добиться оптимальным подбором минералогического состава цемента. Установлено, что повышенное содержание трёхкальциевого алюмината, введение молотых минеральных добавок, пористых заполнителей снижают морозостойкость бетонов. Поэтому для повышения морозостойкости используют цементы с минимальным содержанием трёхкальциевого алюмината ( 11,8. Воздействие щелочной среды на сталь переводит её в пассивное состояние, обусловленное формированием на поверхности металла гидроксидов железа. Кроме того, слой бетона, соприкасающийся с арматурой, в той или иной степени, обладает изолирующей способностью и защищает её от коррозии. Коррозионный процесс на стали может развиться в том случае, если будут созданы условия для протекания электрохимических парциальных реакций: катодного процесса деполяризации и анодного процесса растворения. Это возможно в том случае, если нарушается пассивная плёнка, к поверхности стали проникает кислород (деполяризатор катодного процесса), создаются локальные катодные и анодные участки и возникает разность потенциалов, т.е. формируются микрогальванопары.
Нарушение пассивной плёнки, защищающей металл, возможно по следующим причинам: 1) снижение рН поровой жидкости до величин ниже 11,8; 2) проникновение к поверхности стали агрессивных хлорид-ионов и 3) ускорение анодных процессов растворения стали. Снижение рН поровой жидкости возможно при образовании растворимых веществ и вымывании их из цементного камня; это может происходить при воздействии водных растворов кислот, солей, агрессивных газов. Кроме того, в бетоне всегда достаточно влаги, необходимой для снижения рН. Учитывая, что бетон имеет достаточно высокую пористость, весьма высока вероятность проникновения к поверхности арматурной стали кислорода – деполяризатора катодного процесса. Структурная неоднородность арматурной стали, наличие различного рода включений, внутренние напряжения и т.п. создают предпосылки появления микрогальванопар, их активного функционирования, локализации коррозионных процессов, которые могут проявляться в виде питтингов, язв.
Таким образом, для стальной арматуры создаются условия для возникновения и интенсивного протекания коррозионных процессов. Эти процессы могут ускоряться и другими факторами: наличием трещин в бетоне, облегчающих проникновение агрессивных сред к стальной арматуре, собственной коррозией цементного камня, наличием блуждающих токов, недостаточной толщиной слоя бетона.
В результате протекания коррозионных процессов на стали происходит снижение механических свойств металла, появление трещин коррозионного растрескивания, особенно для напряжённой арматуры; образование продуктов коррозии большего объёма, отслоение бетона от арматуры. В конечном счёте, это приводит к разрушению железобетона. Кинетика коррозионного разрушения железобетона иллюстрируется рис. 1.
Рис. 1 Процесс коррозионного разрушения железобетона при воздействии хлоридов
Скорость коррозии арматуры зависит от изолирующей способности защитного слоя бетона, его плотности, толщины, химического состава цемента.
Внешними признаками коррозии арматуры в бетоне являются [8]:
пятна ржавчины на поверхности бетона вдоль расположения стержней;
трещины, ориентированные по направлению арматурных стержней;
отслоение защитного слоя бетона с оголением арматуры, наличие ржавчины на поверхности арматуры.
Состояние арматуры может быть оценено по следующим признакам:
глубине коррозионного поражения и площади коррозионных повреждений;
характеру коррозионных повреждений (сплошная, пятнами, точечная, язвами, налет ржавчины);
толщине и плотности продуктов коррозии.
Арматура в эксплуатационных условиях в бетоне обычно защищена от коррозии благодаря пассивации стали, определяемой уровнем щелочности бетона, который обычно превышает 12,0÷12,5. При этом на поверхности арматуры образуется пассивирующий слой гидроксида железа, который предотвращает разрушение стали. Как отмечалось выше, защитная способность пассивной пленки может быть нарушена или при воздействии углекислых сред на бетон, или в случае превышения критической концентрации хлоридов на поверхности арматуры. То есть коррозия арматуры в бетоне может быть связана с карбонизацией защитного слоя бетона [15], или проникновением и накоплением ионов хлора, или же влиянием кислорода, проникшего через поры, заполненные воздухом (рис. 2).
Рис. 2 Условия возникновения коррозии арматуры
При карбонизации происходит взаимодействие поровой жидкости, содержащей Са(ОН)2, с углекислым газом по реакции:
Са(ОН)2 + СО2 → СаСО3↓ + Н2О
Образующийся карбонат кальция насыщает поры, уменьшает рН, что приводит к изменению структуры и защитной способности бетона к арматуре.
Коррозия арматуры резко возрастает с увеличением содержания хлоридов, бикарбонатной щелочности или температуры окружающей среды.
Пассивная пленка на арматуре может быть разрушена вследствие карбонизации защитного слоя или проникновения через него ионов хлора. Также важны микроклимат на поверхности конструкции или уменьшение щелочности вследствие вымывания поровой жидкости проточной водой. Очевидно, это может иметь место в трещинах в случае бетона низкого качества или при высоком водоцементном отношении.
Защита бетона от коррозии
Коррозийным разъеданием подвергаются многие строительные материалы, в том числе и бетон. Она представляет собой разрушение металлов под воздействием физико-химических или химических факторов окружающей среды. Чтобы предотвратить разрушение в сооружениях из бетона и железобетона существуют различные методы защиты. Это могут быть покрытия поверхности с помощью специального стойкого материала или разнообразными лаками, пропитками.
Определение коррозии
Коррозия представляет собой разъедание строительных материалов под влиянием физических, химических и биологических факторов при контакте с окружающей средой. Бетон имеет в своем составе наименее прочный компонент – это цементный камень. Именно с этой части материала начинается коррозийный процесс. Разрушение случается в результате воздействия различных видов вод, а именно:
- сточных;
- вод в траншеях или трубах;
- морских;
- речных;
- грунтовых.
Наиболее опасны для бетонов грунтовые воды вблизи промышленных предприятий из-за наличия в них химических выбросов. Также при воздействии с бетоном и железобетоном наносят им весомый вред сточные воды. Коррозия бетона воздействует на гидротехнические сооружения, загрязняет воздух, однако, такая концентрация газа в окружающей среде не вредит здоровью человека, но способствует разрушению бетонных конструкций.
Разрушения строительных материалов разнообразны и могут находиться разрушающие микроорганизмы как в прямом контакте, так и внутри структур. Ускоряется разъедание в бетоне при повышенной влажности окружающей среды.
Виды и описание
Существуют разновидности бетонной коррозии:
- Радиационная, которая зависит от дозы ионизирующего облучения и количества цементного камня. Вследствие чего искажается кристаллическая решетка минералов, расширяется заполнитель, который приводит к микротрещинам, макротрещинам в материале, а в дальнейшем к полному разрушению.
- Химическая, происходящая вследствие атмосферных осадков и под воздействием углекислого газа, входящий в состав воздуха. Таким образом, в строительстве бывает газовая коррозия, которая особенно актуальна при большом количестве влаги.
- Биологическая. Разъедания, связанные с биологической коррозией, появляются в результате воздействия химических веществ, получившиеся при эксплуатации бетонных конструкций.
- Физико-химическая коррозия появляется в результате замерзания воды. В жидком состоянии вода попадает в поры материала, а в результате минусовых температур она замерзает. Образовавшийся лед расширяется и распирает постройки, в итоге образуются трещины.
Вернуться к оглавлению
Химические разъедания
Образуются под взаимодействием бетонного камня с веществами окружающей среды. Процессы химической коррозии относятся к трем категориям:
- В результате кристаллизации материалов происходит растрескивание. Трещины являются последствием расширения объема материала из-за низких температур.
- Выщелачивание мягкими водами с последующим образованием белого налета.
- Цементная бацилла, которая является последствием влаги, разрушает бетонные конструкции. На них образуются трещины и растрескивания.
Вернуться к оглавлению
Физико-химическая
В этом случае цементный камень расходится в воде. В результате чего гидроксид кальция вымывается или растворяется. Растворение железобетона из-за воздействия воды случается с различной быстротой. Так, например, плотные массивные конструкции подвластны коррозии лишь по истечении многих десятилетий. В сооружениях с тонкими оболочками, вымывание кальция случается уже через 2-3 года. В момент прохождения вод через бетон, процесс разложения ускоряется во много раз, и уменьшаются прочностные характеристики материала.
Биологические разрушения
Коррозия с образованием больших объемов биологических соединений в камне, является итогом влияния проникающих в бетон различных веществ. Это способствует появлению внутреннего напряжения и трещин в бетонной конструкции. Биологическая коррозия определяется наличием на цементном камне бактерий, мхов, грибков или лишайников.
Биологические разрушения развиваются из-за прямого контакта микроорганизмов с материалом. А также биоорганизмы, которые могут нанести вред материалу, находясь на расстоянии. Развиваются биологические коррозии в условиях техногенной среды с большим содержанием влаги в атмосфере.
Радиационная
Коррозия бетона бывает радиационной, которая возникает в результате радиационного излучения. Она способствует удалению из бетонной конструкции кристаллизованной жидкости и тем самым приводит к нарушению прочности структуры. Продолжительное воздействие радиационного облучения приводит к жидкому состоянию кристаллических веществ. Появляется напряжение в бетонном растворе, и возникают трещины.
Факторы влияния
Коррозия бетона возникает под воздействием следующих обстоятельств, от которых зависит скорость разрушения зданий и сооружений:
- умение поверхности бетонного раствора противодействовать веществам;
- пористость материала;
- вещества, находящиеся в атмосферных осадках;
- капиллярность.
Главная составляющая бетона – это его пористость, которая определяет количество пор и наличие плотности в структуре материала. От пористости бетона зависит возможность влагопоглощения конструкции при таянии снежных масс или других атмосферных осадков. Материал со значительным количеством пор подвластен большей возможности разрушения в результате физико-химической коррозии. Поэтому защита бетона от коррозии должна начинаться на начальном этапе постройки зданий и сооружений, ведь все виды коррозии бетона приводят к разрушению построек.
Антикоррозийная защита
Виды коррозийных разрушений бетона различны и многообразны. Многих строителей интересует вопрос защиты бетонных конструкций от влияния негативных внешних факторов окружающей среды.
Зачастую подвергаются разрушению верхние слои бетона, тогда защита заключается в применении бетона с небольшим количеством капилляров в его структуре. Используя препарат от возникновения трещин еще на начальном этапе строительства, это поможет уберечь сооружения от выщелачивания и вымывания.
Защита от разрушений в виде ржавчины разделяется:
- способы, изменяющие состав бетона, при этом, делая его более прочным и устойчивым к негативным воздействиям окружающей среды;
- мероприятия, связанные с покрытием поверхности материала гидравлическими препаратами;
- комбинированные мероприятия, которые включают в себя покрытие бетона антикоррозийным препаратом с дальнейшим его проникновением вглубь материала.
Применение в состав бетона белитового цемента позволит снизить количество выделяемого гидроксида кальция, что способствует испарению жидкости. Такой компонент позволит уплотнить материал и тем самым прекратит проникновение жидкости через бетонный раствор.
Еще один вид разрушения бетонного сооружения от ржавчины — сульфатная коррозия бетона. Она появляется в результате взаимосвязи сульфатов с камнем в цементе раствора. Разрушение наблюдается в виде искривлений конструкции и распирания конструктивных элементов.
Металлические части конструкции покрывают специальными защитными материалами.
Коррозию бетона, возникшую из-за воздействия вод, предотвращают разными путями. Используют разнообразные добавки, препараты на начальном этапе приготовления бетонного раствора: водоотводы или гидроизоляцию.
Защита бетона от разъеданий подразделяется на: первичную и вторичную. Также подвластны воздействию разъедания ржавчиной сооружения из железобетона. Для их спасения применяют ингибиторы металлической коррозии в момент приготовления бетонного раствора. Таким образом, на составляющих из железобетона образуется пленка, которая останавливает контакт металла с бетоном.
Первичная
Данная защита обусловлена введением дополнительных препаратов в состав бетонной смеси в процессе его приготовления. Такой способ позволит изменить состав смеси и убережет в дальнейшем здания и сооружения от разрушений.
Применяют разнообразные стабилизирующие, гидроизоляционные, пластифицирующие, биоцидные и другие препараты. При выборе вспомогательных препаратов для изготовления раствора отталкиваются от условий эксплуатации бетонного камня. Например, при изготовлении цементного раствора в водах с большим содержанием сульфата снижают количество свинца.
Что используется?
Улучшают бетонный раствор и его прочностные характеристики химические препараты. Они позволяют сократить в порах агрессивные вещества, которые замедляются при движении. А, значит, коррозия арматуры в бетоне подвергается меньшим разъеданиям. Используя химические препараты в качестве добавок в цементный раствор, увеличивают замкнутость пор. Благодаря этому образуется высокая морозостойкость бетона и железобетона. Используют химические добавки: противоморозные, воздухопоглощающие, уплотняющие, замедлители схватывания.
Применение добавок в бетонную смесь, которые повышают морозостойкость.
Применяют добавки, которые способны улучшить сразу пару показателей или, наоборот, один улучшают, другой снижают. Для защиты бетонных сооружений от разъедания его составляющих ржавчиной используют такие добавки:
- сульфатно-дрожжевую бражку;
- мылонафт;
- кремнийорганическую жидкость.
Вернуться к оглавлению
Вторичная
Вторичная защита от разрушений ржавчиной бетонных сооружений и зданий из железобетона заключается в защитном покрытии верхнего слоя цементного камня. Защита состоит из лакокрасочных покрытий и уплотняющей пропитки. Также к ней относят выдержу бетона определенное время на воздухе.
Что используется?
Вторичная защита включает в себя следующие добавки, при которых разъедание ржавчиной бетонных построек сводится к минимуму:
- пропитки с уплотнением;
- покрытия красками и акрилами, с помощью которых образуется защитная пленка;
- защита мастиками, которая актуальна при большом воздействии на бетонный раствор влаги;
- защита оклеиванием полиизобутиленовыми пластинами;
- биоцидные добавки, которые оберегают сооружения от грибков, плесени и микроорганизмов. Большего эффекта можно добиться, используя первичную и вторичную защиту в комплексе.
Вернуться к оглавлению
Заключение
Коррозийные воздействия опасны для бетонных зданий и сооружений из железобетона. Важно следить за постройками и всячески предотвращать появление разъедающей ржавчины. Иначе постройка, на которую ушло много сил и финансов, может полностью пасть. На рынке строительных материалов присутствует множество различных добавок, которые способны спасти постройку от разрушений.
В частности коррозия бетона – это распад его структуры, потеря плотности, прочности и, как следствие, утрата эксплуатационных качеств. Разрушение бетонных элементов начинается с рассыпания или расслоения цементного камня, поскольку заполнители более стойки к агрессивным воздействиям.
Виды коррозии бетона
Вредное, разрушительное влияние на бетон могут оказывать атмосферные осадки, содержащие кислоты и даже воздух поблизости от многих промышленных предприятий (газовая коррозия). А также вода из рек, морей, грунта, дренажных систем и стоков. Когда конструкция выполнена из армированного бетона, то к внешним факторам добавляется еще и опасность возникновения коррозионных процессов в арматуре.
В зависимости от характера содержащихся во внешней среде примесей коррозия бетона и железобетона делится на три типа:
- 1 вид коррозии – разложение цементного камня в результате выщелачивания гидроксида кальция. Этот элемент может присутствовать в бетонной смеси с момента ее формовки, либо образоваться в процессе воздействия на готовую конструкцию воды с вредными примесями. Са(ОН)2 – это компонент, который легче всего растворяется и быстрее всего вымывается из тела бетона, тем самым разрушая его.
- 2 вид – подразумевает распад цементного камня от взаимодействия с кислотами. Этот тип называют химической коррозией В этом случае в конструкции происходит вымывание легкорастворимых известковых продуктов, либо проистекает процесс, обратный этому.Под воздействием агрессивных вод в теле бетона образуются осадки, не обладающие вяжущими свойствами. В результате изделие теряет прочность и превращается в слабую рыхлую массу. В эту категорию можно включить щелочную коррозию, которую вызывает избыток противоморозных добавок при формировании бетонной смеси.
- 3 вид коррозии – это процесс, при котором под воздействием кислоты образуется соединение кальция, не растворимое в воде. СаСО2 или CaSO4 постепенно заполняет свободные поры в массе бетона, увеличивая его объем, что в результате приводит к разрушению конструкции. Из всех видов 3 категории на практике чаще всего встречается сульфатная коррозия.
Понятно, что такое разделение является условным, так как не всегда можно с большой точностью определить, что именно повлияло на разъедание конкретного сооружения.
Коррозионные процессы происходят обычно под влиянием совокупности различных факторов и одновременно может совершаться несколько категорий разрушений.
В том числе значительное влияние на целостность конструкции оказывает отсутствие или наличие коррозии арматуры в железобетоне.
Что приводит к ржавлению арматурного каркаса
Существует несколько причин появления ржавчины на металле внутри бетонной массы. И далеко не всегда это внешние воздействия.
- Внутреннюю коррозию может вызвать наличие большого количества агрессивных компонентов в воде, которой затворяют бетонную смесь. Кроме того, для создания армированного бетона нельзя использовать состав, содержащий более 2% (от массы цемента) хлористого кальция. Поскольку этот элемент значительно ускоряет коррозию арматуры в бетоне при эксплуатации в любой среде.
- Немаловажное значение имеет плотность укладки бетонной смеси. Дело в том, наличие большого количества пор, пустот, раковин дает возможность влаге и воздуху проникать внутрь изделия, к арматурному каркасу. В результате на различных участка металлического контура возникают разные электрические потенциалы, что приводит к электрохимической коррозии.
- Понятие физическая коррозия связано с разрушением бетона в результате его попеременного замораживания и оттаивания. Избежать этой неприятности можно, создав благоприятные условия во время набора бетоном прочности до заданной величины.
Чтобы правильно оценить ситуацию и принять меры для ее исправления, необходимо понять уровень угрозы. Для определения степени коррозии арматуры и бетона применяются физико-химические способы:
- Изучение состава компонентов, вновь образованных в бетонной массе под воздействием агрессивных веществ. Исследования выполняются в лаборатории при помощи дифференциально-термической и рентгено-структурной диагностики на специально отобранных образцах.
- Проведение визуального осмотра измененной структуры бетона в конструкции, используя увеличительную лупу. Этот способ позволяет выявить многие поверхностные дефекты.
- Мощные микроскопы помогают обнаружить характер расположения и соединения элементов цементного камня с зернами заполнителей. А также состояние контакта бетона с арматурой, габариты и направление распространения трещин.
Для определения прочностных характеристик эксплуатируемых конструкций из бетона и железобетона применяются неразрушающие методы контроля в соответствии с рекомендациями и требованиями ГОСТ 18105-86.
Как защитить бетон от коррозии
Методы защиты бетонных и железобетонных конструкций от разрушений из-за ржавчины можно разделить на такие варианты:
- Подкорректировать состав бетонной смеси таким образом, чтобы увеличить его прочностные характеристики, а также устойчивость к вредному влиянию условий эксплуатации. Достичь этого можно использованием специальных добавок или вяжущего с особыми свойствами. Например, белитового цемента, понижающего степень образования гидроксида кальция.
- Употреблять средства по защите арматуры в бетоне от коррозии в процессе формирования стального каркаса.
- Обработать внешние поверхности конструкций гидравлическими смесями.
- Использовать меры по покрытию бетона антикоррозионными препаратами, обладающими свойством глубокого проникновения в тело изделия.
Существует много причин для образования коррозии железобетона, и меры защиты также бывают разными. Их делят на первичные и вторичные. К первым относятся мероприятия, по приданию бетонной смеси улучшенных характеристик. Применяются добавки, оказывающие стабилизирующее, гидроизоляционное действие, а также пластификаторы, биоциды и многое другое. К таким относятся:
- сульфатно-дрожжевая бражка;
- кремнийорганический препарат;
- мылонафт.
В эту же категорию можно включить способы и средства, защищающие металл внутри массы железобетонных изделий. Обычно это антикоррозийные препараты.
Вторичную защиту бетона от коррозии обеспечивает внешнее покрытие бетонных конструкций лакокрасочными, мастичными материалами, либо пропитками с уплотняющими свойствами.
Хороший результат дает гидроизоляционное оклеечное покрытие. Однако наилучшего эффекта можно добиться, используя первичную и вторичную защиту в совокупности.
Коррозия в любом своем проявлении опасна для построек из бетона и железобетона. Поэтому очень важно соблюдать нормы и правила возведения зданий, сооружений. Применять необходимые защитные меры, препятствующие ржавлению конструкций.
Коррозия бетона: виды, методы защиты
Бетон – искусственный камень, при производстве которого используются: цемент, мелкий заполнитель – песок, крупный заполнитель – щебень, вода и добавки, сообщающие пластичной смеси и готовому продукту требуемые свойства. Под воздействием неблагоприятных внешних факторов или вследствие внутренних химических реакций бетон подвергается коррозии – процессу разрушения структуры с ухудшением технических характеристик конструкции вплоть до полного ее выхода из строя. Во избежание аварийных ситуаций и экономических потерь необходимо выбрать оптимальный способ, как предотвратить появление и развитие коррозионного процесса.
Классификация видов коррозии бетона
Существует несколько видов коррозии и вариантов ее протекания.
Растворение компонентов бетонного камня
Один из самых уязвимых для влаги компонентов – гашеная известь (гидрат оксида кальция). Это вещество попадает в бетонную смесь либо в процессе ее изготовления, либо при обработке бетонных элементов водой, загрязненной вредными примесями. При проникновении влаги вглубь бетонной конструкции гидрат оксида кальция легко растворяется и вымывается, что приводит к нарушению структуры цементного камня.
Параметры, влияющие на скорость растворения и вымывания гидроксида кальция:
- Температура, примерно равная +20°C, – наиболее благоприятна для этого процесса. В условиях более высоких температур растворимость этого компонента снижается.
- Продолжительное постоянное воздействие воды. Приводит не только к полному вымыванию гидроксида кальция, но и к разложению других гидратных компонентов – глинозема, кремнезема и оксида железа – до рыхлого состояния, что значительно снижает прочность бетонного камня.
- Чем больше процентное содержание минеральных заполнителей с гидроксидом кальция, тем интенсивнее процесс их вымывания.
Способы значительного замедления разрушающих процессов:
- введение пуццолановых присадок, связывающих гидроксид кальция и повышающих водонепроницаемость бетона;
- применение бетонов повышенной плотности;
- искусственная карбонизация конструкций;
- проведение эффективных мероприятий по гидроизоляции поверхности.
Химическая коррозия
Такая коррозия происходит из-за химреакций между компонентами цементного камня и химически активными средами. В результате этих взаимодействий происходит либо вымывание соединений, легко растворяющихся в воде, либо образование рыхлых осадков, не обладающих вяжущими свойствами. Выделяют несколько подвидов этой коррозии: углекислотная, кислотная и щелочная.
В случае протекания реакции между гидратом оксида кальция (гашеной известью) и углекислым газом, содержащимся практически во всех природных водах, образуется водонерастворимый CaCO3 и вода.
Водонерастворимый карбонат кальция CaCO3 постепенно накапливается в микропорах и микротрещинах бетонного камня, вызывает увеличение его объема и становится причиной трещинообразования и последующего разрушения материала. Карбонат кальция при взаимодействии с водой и углекислым газом образует бикарбонат кальция, представляющий опасность для структуры бетона, а при наличии воды – легко вымывающийся из бетонного элемента. Чем выше концентрация углекислоты в жидкости, тем интенсивнее протекает реакция разрушения конструкции.
При взаимодействии гашеной извести с кислотосодержащими водами в искусственном камне происходит химкоррозия бетона с образованием хлористого кальция, легко удаляемого водой.
Помимо соляной кислоты, чаще всего в природных водах присутствуют серная и азотная кислоты. Серосодержащее соединение кальция – CaSO4, как и карбонат кальция, накапливается в микропорах бетона, постепенно приводя к потере его характеристик. С сульфатами активно реагируют не только гидроксид кальция, но и алюминатные компоненты бетонного камня. Такие реакции являются нежелательными, поскольку в результате их протекания образуются гидросульфоалюминаты.
Самая опасная соль – эттрингит – по мере роста кристаллов вызывает очень сильные напряжения внутри бетонного элемента. Устойчивость бетонного камня к сульфатсодержащим средам во многом зависит от вида минерального вяжущего. Поэтому, если планируется эксплуатация бетона в сульфатсодержащих водах, то при его производстве используются пуццолановый или сульфатостойкий цементы. Кроме неорганических кислот, коррозию могут провоцировать органические кислоты – молочная и уксусная.
Еще один вид химической коррозии – щелочной – вызывает слишком большое количество противоморозных добавок, применяемых при производстве смеси. Чаще всего встречаются реакции между кремнеземом, содержащимся в заполнителях бетонной смеси, и соединениями калия и натрия. Хлориды калия и натрия находятся в засоленных почвах, морской воде, реагентах, используемых в борьбе с гололедом. В результате таких взаимодействий в цементном камне образуются гидратированные соединения, расширяющиеся в условиях высокой влажности с появлением трещин. Из трещин в некоторых случаях может выделяться силикат натрия.
Биокоррозия
Биологическая коррозия возникает в результате негативного влияния грибков, бактерий и водорослей некоторых разновидностей. Они проникают в поры искусственного камня и развиваются в них. Из-за накопления продуктов их жизнедеятельности бетонный камень разрушается.
Для борьбы с разрушением бетонных конструкций из-за агрессивных биофакторов используют биоцидные добавки, глубоко проникающие в поры материала и уничтожающие микроорганизмы.
Физическая
К быстрому разрушению бетонных элементов приводят попеременные циклы замерзания-оттаивания во время набора марочной прочности. Избавиться от этой проблемы можно путем создания нормальных условий для схватывания и твердения бетонной смеси.
Радиационная
Этому виду коррозионного разрушения подвергаются бетоны в результате радиационного облучения, из-за которого из материала удаляется кристаллизованная вода. Удаление жидкости нарушает структуру бетона, снижает его прочность, провоцирует появление трещин.
Способы защиты бетонных и железобетонных конструкций от коррозионного разрушения
Методы защиты бетона и железобетона от коррозионного разрушения делят на первичные и вторичные. К первым относятся:
- Изначальная корректировка состава, цель которой – обеспечение высокой плотности и прочности бетона, хорошей водонепроницаемости.
- Применение спецдобавок и вяжущих с особыми характеристиками. Применяемые добавки – водоудерживающие, пластифицирующие, стабилизирующие. Часто востребованы мылонафт, кремнийорганические жидкости, сульфатнодрожжевые бражки.
- Разработка конструктивных решений, обеспечивающих защиту стальной арматуры.
Целью вторичных защитных мероприятий является исключение прямых контактов поверхности бетонных и железобетонных конструкций с агрессивными средами. Такими способами являются:
- Устройство оклеечной гидроизоляции. Этот вариант используется при контакте бетонной поверхности с влажным грунтом или при его периодическом смачивании жидкостями-электролитами.
- Применение обмазочных гидроизоляционных материалов. Наиболее распространены мастики на базе различных смол.
- Обработка поверхностей пропитывающими составами. Уплотняющие пропитки, повышающие водонепроницаемость поверхностного слоя бетона, часто наносят перед использованием лакокрасочных составов.
- Применение акриловых и лакокрасочных составов – актуально при взаимодействии поверхности бетонного элемента с твердыми материалами или газосодержащими средами.
Коррозия стальной арматуры в железобетонных конструкциях
Для устройства силового каркаса бетонных конструкций используют стальные арматурные стержни с рифленой или гладкой поверхностью. Их основная функция – повысить устойчивость бетона к нагрузкам на сжатие, растяжение, сдвиг. Коррозионное разрушение арматуры значительно снижает прочность всей конструкции. Факторы, провоцирующие потерю прочности каркаса, – воздействие воды, наличие в воздухе хлора, сероводорода и других серосодержащих газов. Вода и газы поступают к стальному каркасу через поры в бетонном камне.
Способы защиты стальной арматуры в бетоне от коррозии:
- Использование рационально составленной бетонной смеси, введение в ее состав ингибиторов, замедляющих коррозионные процессы в стали. Минимальное содержание в бетонной смеси хлоридов и роданидов. Количество хлористого кальция должно быть не более 2% от общей массы вяжущего.
- Пассивирование поверхности стальных стержней перед сваркой или связыванием арматурного каркаса. Пассивирующие вещества вводят и в состав самой бетонной смеси. Чаще всего это нитрит натрия, применяемый в количестве 2-3% от массы вяжущего.
- Улучшение плотности бетона, поскольку чем больше в структуре пустот, тем выше вероятность поступления к стальным стержням воды и агрессивных газов.
- Соблюдение технологических правил укладки силового каркаса в опалубку.
Во избежание преждевременного разрушения железобетонной конструкции необходимо контролировать ее состояние с помощью технологий неразрушающего контроля, предусмотренных ГОСТом 18105-86.
- Строитель с 20-летним стажем
- Эксперт завода «Молодой Ударник»
В 1998 году окончил СПбГПУ, учился на кафедре гражданского строительства и прикладной экологии.
Занимается разработкой и внедрением мероприятий по предупреждению выпуска низкокачественной продукции.
Разрабатывает предложения по совершенствованию производства бетона и строительных растворов.