Коррозия металла в бетоне
Обновлено: 16.05.2024
РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ЗАЩИТЕ ОТ КОРРОЗИИ БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ
СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ВОДОПОДГОТОВИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
Составитель инж. Б.Г.Олимпиев
УТВЕРЖДЕНЫ Главным инженером Союзтехэнерго Г.Г.Яковлевым 26 января 1982 г.
В Рекомендациях рассмотрены практически все виды коррозии железобетонных конструкций водоподготовительных установок тепловых электростанций. Дана их классификация и отличительные особенности. Рассмотрены и классифицированы некоторые методы защиты конструкций водоподготовительных установок. Приведены составы, характерные особенности, способы изготовления и нанесения защитных покрытий. Предложены конкретные антикоррозионные покрытия для защиты железобетонных конструкций.
Рекомендации предназначены для персонала служб эксплуатации зданий и сооружений энергопредприятий и энергоуправлений Минэнерго СССР и специализированных организаций, выполняющих обследование и ремонт строительных конструкций тепловых электростанций.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. В процессе эксплуатации строительных конструкций водоподготовительной установки ВПУ наблюдаются случаи коррозионного разрушения железобетонных конструкций. Эти явления вызваны либо отклонениями от проекта при производстве защиты или изготовлении и монтаже этих конструкций, либо ошибками при их проектировании, либо неправильной их эксплуатацией.
1.2. Настоящие рекомендации помогут эксплуатационному и ремонтному персоналу оценить фактическое состояние конструкции, точно определить вид, причину возникновения и развития того или иного коррозионного процесса и выбрать наиболее эффективный способ защиты.
2. КОРРОЗИЯ БЕТОНА
Коррозия бетона - это сложный физико-химический процесс взаимодействия его составляющих с внешней средой и образование вследствие этого нежелательных соединений, иногда и их внутреннее перемещение, что чаще всего вызывает снижение прочности бетона или его полное разрушение.
В зависимости от свойств агрессивной среды - газообразной и водной - коррозия может протекать по трем основным направлениям, в соответствии с которыми различаются четыре основных вида коррозии бетона (табл.1).
Классификация процессов коррозии бетона
Растворяющаяся способность воды
Растворение гидрата окиси кальция и гидролиз гидросиликатов и других минералов цементного камня
Растворение, усиленное химическими реакциями (взаимодействие цементного камня с кислотами и кислыми солями)
Содержание ионов водорода
Растворение минералов цементного камня, усиленное действием кислот
То же, сопровождающееся обменными реакциями с солями; в первую очередь c солями магния
Образование в структуре бетона новых веществ с увеличением объема (коррозия кристаллизации)
Образование гидросульфо-
алюмината кальция со значительным увеличением объема
Содержание сульфатов при одновременном содержании хлоридов
Образование водного гипса с тем же эффектом
Высокое содержание солей при наличии испаряющейся поверхности
Накопление в порах бетона солей, способных переходить в другие кристаллогидратные формы с изменением объема
Разрушение контактов заполнителя с цементным камнем
Прохождение постоянного электрического тока
Электролиз компонентов цементного камня с разрушением контактов
2.1. Коррозия выщелачивания
Под выщелачиванием понимают процесс растворения и выноса гидроокиси кальция Са(ОН) из тела бетона фильтрующейся через его толщину водой.
Наиболее опасно, когда вода фильтруется через тело бетона под напором. В зависимости от жесткости фильтрующейся воды и интенсивности фильтрации процесс выщелачивания развивается в одном или двух направлениях.
При сильно фильтрующемся бетоне и постоянном притоке воды фильтрация идет с незатухающей скоростью, что резко снижает плотность бетона, а следовательно, и его прочность.
При бетонах нормальной плотности, высокой временной жесткости фильтрующейся воды, медленном ее поступлении к открытой поверхности конструкции и т.п. в бетоне часто происходит постепенное затухание процесса фильтрации ввиду явлений самоуплотнения бетона и отложения в его порах мельчайших взвешенных в воде минеральных частиц (кальматации пор). Этот процесс (направление) не представляет опасности для устойчивости конструкции, но снижает защитные свойства бетона по отношению к арматуре.
Характерные признаки коррозии выщелачивания - образование белых потеков, хлопьев или сталактитов на внутренней, не соприкасающейся с водой поверхности бетона.
На оборудовании ВПУ этот вид коррозии чаще всего наблюдается с наружной стороны железобетонных емкостей, предназначенных для хранения химических реагентов при разрушении или повреждении внутренней химической изоляции.
2.2. Взаимодействие цементного камня с кислотами и кислыми солями
Между кислотами и кислыми солями, содержащимися в агрессивной среде, и цементным камнем протекают химические реакции, в результате которых образуются легкорастворимые соли и аморфные малорастворимые продукты. И те и другие не обладают вяжущей способностью, нарушается сцепление между компонентами бетона, последний становится рыхлым, теряет свою прочность.
Состояние водных растворов (кислый, нейтральный, щелочной) оценивается через концентрацию ионов водорода с помощью водородного показателя рН.
Оценка степени кислотности или щелочности (значение рН) водных растворов имеет большое значение для распознания вида, направления и скорости коррозионных процессов, а также при оценке степени агрессивности природных вод, содержащих кислоты и кислые соли.
Особенность воздействия отдельных кислот на обычный бетон состоит в том, что они образуют с гидратом окиси кальция (в свободном виде или в виде силикатов и алюминатов) цементного камня кальциевые соли, различные по растворимости и свойствам. Поэтому стойкость обычного бетона в кислотах зависит от степени растворимости этих солей.
Например, сульфаты и особенно хлористый кальций, образующиеся при воздействии на цементный камень соответственно серной и соляной кислот, рыхлые, нестойкие и легко вымываемые водой продукты, значительно ослабляют бетон и способствуют его быстрому разрушению.
Визуально пораженный кислотами бетон имеет шероховатую и рыхлую структуру вследствие потери вяжущих свойств, чаще всего бурого или грязно-белого цвета. Наружные поверхности конструкций шелушатся и отслаиваются от основной массы бетона кусками или лещадками.
Практически степень и глубину поражения бетона кислыми (и другими) средами определяют с помощью индикаторов - веществ, меняющих свой цвет в зависимости от относительной концентрации ионов Н и ОН. Например, индикатор лакмус окрашивается при избытке Н (т.е. в кислой среде) в красный цвет, при избытке ОН (т.е. в щелочной среде) - в синий и в нейтральной среде имеет фиолетовую окраску. Из других индикаторов чаще всего используют фенолфталеин и метилоранж.
С помощью специального набора различных индикаторов можно весьма точно определить значение рН среды.
На ВПУ очень часто интенсивной кислотной коррозии подвергаются конструкции подвальных помещений, увлажняемые агрессивными сточными водами через разрушенные или поврежденные участки водоотводящих каналов, лотков и приямков и при повышении уровня агрессивных грунтовых вод. На каркас кислоты попадают при утечке их из баков кислотных растворов, через неплотности фланцевых соединений трубопроводов и при производстве работ. Сильной кислотной коррозии подвергаются также полы насосных и реагентных отделений.
2.3. Коррозия кристаллизации
Под коррозией кристаллизации понимают механическое разрушение неметаллических строительных материалов (в частности, бетонных и железобетонных конструкций) от внутренних напряжений, возникающих при увеличении объема твердой фазы материалов, вследствие отложения продуктов коррозии, замерзания вод или кристаллизации солей в порах.
2.3.1. Сульфатная коррозия
Особый вид коррозии возникает при действии на бетон природных вод, содержащих сульфаты. В бетоне под действием агрессивных вод, содержащих сульфаты - сернокислые соединения (CaSО, NаSO, MgSO и др.), разрушение проявляется в виде разбухания и искривления конструктивных элементов. В этом случае не только не происходит удаления составляющих из объема цементного камня, а наоборот, в результате химических реакций между ним и веществами, поступающими из внешней среды, образуются новые соединения, объем которых превышает объем твердой фазы компонентов цементного камня. Типичный пример такой коррозии - образование "цементной бациллы" - гидросульфоалюмината кальция. Гидросульфоалюминаты кальция занимают объем, в два с половиной раза больший, чем исходный алюминат кальция. В результате появляются внутренние напряжения, которые могут превысить предел прочности бетона при растяжении и тем самым вызвать появление трещин.
Результатом этого вида коррозии иногда бывают образования на поверхности бетона пузырей - явление местного расслаивания. Оно состоит в том, что от бетона начинают отскакивать плоские круглые осколки.
Наиболее интенсивно процесс коррозии идет при наличии сернокислого магния (MgSO) или другой соли магния.
Особенность воздействия растворов солей магния на цементный камень - их химическое взаимодействие не только с известью, но и с гидроалюминатами и гидросиликатами, составляющими структуру цементного камня, что приводит к увеличению объема и сильному трещинообразованию. Низкая плотность бетона, наличие трещин, пустот, могут привести к быстрому разрушению бетона при этом виде коррозии.
На ВПУ в строительных конструкциях сульфатная коррозия чаще всего развивается совместно с коррозией выщелачивания.
Сильным разрушениям от этого вида коррозии подвергаются полы помещения мерников кислоты и щелочи, складов хранения реагентов.
2.3.2. Кристаллизация солей в порах бетона
При постоянном воздействии на бетон и железобетон, имеющих открытую испаряющую поверхность, минерализованных растворов в порах бетона накапливаются и кристаллизуются соли. В дальнейшем они переходят из безводной или маловодной формы в кристаллогидраты с высоким содержанием воды и увеличением объема, что создает значительное кристаллизационное давление.
Например, накопление хлористого натрия в порах бетона в дальнейшем приводит к образованию двуводного кристаллогидрата (NaCl·2HO), занимающего объем, в 2-3 раза больший, чем безводная соль. Следовательно, в бетоне достаточно содержания 43,5% соли от объема его пор, чтобы появилась возможность развития напряжений.
На ВПУ накопление растворов солей происходит в основном за счет капиллярного подсоса и испарения воды на внутренних поверхностях строительных конструкций помещений солевого хозяйства.
Вода считается агрессивной по этому виду коррозии, если содержание, растворимых солей в ней превышает 10 г/л для бетона нормальной плотности, 20 г/л для бетона повышенной плотности и 50 г/л для бетона особо плотного.
2.3.3. Щелочная коррозия
Этот вид коррозии, возникающий в результате взаимодействия заполнителей со щелочными металлами или их солями, исследован сравнительно недавно.
Причиной разрушения являются процессы, происходящие в зоне контакта поверхности заполнителя из некоторых пород и щелочей, содержащихся в цементе, введенных в состав бетона при затворении или при увлажнении бетона в процессе эксплуатации щелочными растворами.
Разрушениям были подвержены бетоны, в которых в качестве заполнителя были применены породы, содержащие аморфный кремнезем и прежде всего опал, а также халцедон, кремний, вулканическое стекло и т.д.
Разрушение характеризуется увеличением объема бетона в результате процессов, возникающих при взаимодействии кремнезема заполнителя и щелочей цемента, дополнительно введенных при затворении или при увлажнении щелочами.
Природа процесса разрушения полностью не выяснена, но можно предположить, что происходит набухание гелевой составляющей цементного камня; возможно и развитие осмотического давления в порах [1, 2] .
Разрушение при щелочной коррозии проявляется в виде сетки трещин и белых налетов в этих трещинах. При более значительном поражении бетона наблюдаются изменения состояния породы на контакте с цементным камнем.
На ВПУ щелочной коррозии подвергаются железобетонные перекрытия при попадании на них щелочей из емкостей, утечке щелочей из трубопроводов и т.д.
2.4. Прочие виды коррозии
2.4.1. Влияние минеральных масел на бетон
Под действием минеральных масел прочность бетона постепенно снижается на 20-25%, что связано с изоляцией воды бетона от его составляющих и расклинивающим действием тонких масляных пленок.
Изоляция воды от составляющих бетона возможна после окончательной пропитки бетона маслами, в то время как снижение прочности бетона за счет расклинивающего действия масляных пленок проявляется через довольно продолжительное время.
На ВПУ чаще всего интенсивному замасливанию подвергаются фундаменты насосов из-за неправильной эксплуатации маслопроводов, а машинное масло - достаточно сильная агрессивная среда по отношению к бетону на обычном портландцементе.
2.4.2. Влияние на бетон высоких температур
Под действием высоких температур (более 150 °С) бетон обезвоживается, в конструкциях происходит усадка и температурные деформации, расшатывается структура бетона, понижается модуль упругости (примерно на 30%), снижается сцепление арматуры с бетоном (примерно на 50%) и конструкции разрушаются.
Предельная температуростойкость железобетона составляет: в сжатых элементах 150 °С, в изгибаемых с обычным армированием 100 °С, в предварительно напряженных со стержневым армированием 80 °С и проволочным 60 °С. Длительное воздействие на бетон высоких температур, постоянных и переменных, вызывает в нем различные по физической природе процессы, суммарный эффект которых приводит к постепенному снижению структурной прочности (коррозии) и разрушению бетона.
3. КОРРОЗИЯ АРМАТУРЫ
Под коррозией металлов в общем виде понимают процесс постепенного разрушения металлов вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с коррозионной средой.
В железобетонных конструкциях в качестве арматуры применяются стали различных марок, которые в процессе эксплуатации подвергаются различным видам коррозии (табл.2).
Коррозия стали в бетоне
Терминология ASTM (G 15) определяет коррозию как «химическую или электрохимическую реакцию между материалом, обычно металлом, и его средой, которая вызывает разрушение материала и его свойств». Для стали, находящейся в бетоне, коррозия означает образование ржавчины, которая больше исходного объема в 2-4 раза и не имеет никаких из полезных свойств. Коррозия также вызывает появление ямок и дырок на поверхности армирующей стали, уменьшая потенциал прочности из-за ухудшения сцепления с бетоном.
ПОЧЕМУ важна коррозия в бетоне?
В железобетоне (бетоне с арматурой) используется сталь для придания материалу эластичных свойств, необходимых в конструкциях. Это предотвращает повреждения бетонных структур, подверженных нагрузкам на растяжение и изгиб из-за ветров, веса конструкции и температурных циклов. Однако, когда сталь корродирует, образование ржавчины приводит к потери сцепления между сталью и бетоном и последующим расслоению и откалыванию. Если это оставить неисправленным, ухудшится целостность структуры. Уменьшение сцепления приводит к снижению потенциала прочности. Это особенно пагубно при нагрузках на растяжение в преднапряженном железобетоне.
ПОЧЕМУ сталь в бетоне корродирует?
Обычно сталь в бетоне находится в некорродирующей, пассивной среде. Однако, армированный сталью бетон часто используется в агрессивных средах, с морской водой или противогололедными реагентами. Когда хлориды проникают в бетон, они разрушают пассивный слой, заставляя сталь корродировать и образовывать ямки.
Карбонизация бетона - еще одна причина коррозии стали. Когда бетон карбонирует до уровня стальной арматуры, обычная щелочная среда, защищающая бетон от коррозии, замещается более нейтральной средой. В этих условиях сталь не пассивна, и начинается стремительная коррозия. Скорость коррозии из-за карбонизации бетона, меньше, чем для коррозии, вызванной проникновением хлоридов.
Иногда недостаток кислорода, окружающего стальную арматуру, заставит металл разлагаться, оставляя жидкость с низким уровнем pH.
КАК избежать коррозии?
Качественный бетон - бетонные практики
Первая защита от коррозии стали в бетоне - это качественный бетон и надлежащая толщина бетонного слоя над арматурой. Качественный бетон имеет низкое водоцементное отношение (В/Ц), чтобы не позволить хлоридам проникать внутрь и препятствовать карбонизации. В/Ц должно быть 0,5, чтобы уменьшить скорость карбонизации, и меньше 0,40, чтобы минимизировать проникновение хлоридов. Бетоны с низким в/ц можно получить с помощью:
- увеличения содержания вяжущих,
- уменьшением объема воды за счет замещения ее пластификаторами и водопоглотителями,
- использованием большего объема золы уноса, шлаков или других вяжущих.
В дополнение к этому, в исходных материалах бетона должно быть минимизировано содержание хлоридов. Свод строительных правил ACI 318 содержит ограничения по содержанию растворимых хлоридов в бетонной смеси.
Другой компонент, влияющий на качество бетона - это вовлеченный воздух. Требуется защитить бетон от рисков замораживания и оттаивания. Вовлечение воздуха также снижает выделение воды и проницаемость по каналам выделения воды. Откалывание может ускорить коррозию содержащейся внутри арматуры. Требуется надлежащее планирование операций по выравниванию, чтобы убедиться, что бетон не откалывается и не ломается.
Правильный объем стали способствует сдерживанию трещин. ACI 224 помогает проектировщику минимизировать образование трещин, которые могут разрушительно воздействовать на содержащуюся сталь. В общем случае, максимальный допустимый размер разломов - 0,18 мм для противогололедных областей и 0,15 мм для морской воды.
Адекватный слой бетона над армированием - также существенный фактор. Проникновение хлоридов будет проходить через поверхностный слой даже низкопроницаемых бетонов. Увеличение слоя отсрочит возникновение коррозии. Например, время, необходимое ионам хлоридов для достижения 5 сантиметров от поверхности, в 4 раза больше времени для 2,5 см. ACI 318 рекомендует минимум 3,8 см для большинства структур и его увеличение до 5 см, если используются противогололедные реагенты. ACI 257 рекомендует слой минимум в 6,3 см для водных условий. Чем больше размер заполнителей - тем больше требуется слой. Для заполнителей крупнее 20 мм рекомендуется добавить еще 20 мм к наибольшему размеру наполнителя для противогололедных сред, и 45 мм для морской среды. Например, для бетона с крупностью наполнителя в 25 мм следует иметь слой в 70 мм.
Бетон должен быть надлежащим образом уплотнен и выдержан. Влажное выдерживание минимум на 7 дней требуется для бетона при температуре 21 °C с В/Ц 0,4, в то время как для В/Ц 0,6 - уже 6 месяцев для достижения сопоставимых показателей. Отдельные исследования показывают, что пористость бетона существенно уменьшается с увеличением времени на выдерживание бетона, что, соответственно, увеличивает сопротивляемость коррозии.
Специфические бетоны и системы защиты от коррозии
Увеличенная сопротивляемость коррозии также может быть достигнута использованием добавок в бетон. Микрокремнезем, зола уноса, и печно-доменные шлаки снижают проницаемость бетона к проникновению ионов хлоридов. Ингибиторы коррозии, такие как хлорид кальция, предотвращают коррозию при достижении ионами хлоридов уровня армирования. В любом случае, они добавляются в бетон при уровне В/Ц не больше 0,45.
Гидрофобные присадки уменьшают проникновение жидкости и до определенного уровня и хлоридов в их числе. Однако, ACI 222 показывает, что они неэффективны в обеспечении долговременной защиты. Поскольку качественный бетон уже имеет высокую водонепроницаемость, дополнительные добавки уже не столь важны.
Другие способы включают в себя защитные мембраны, катодную защиту и покрытие арматуры эпоксидом.
Коррозия бетона (железобетона, цемента): виды (сульфатная, биологическая), защита
Коррозия бетона – процесс разрушения элементов и конструкций из данного материала под воздействием на структуру монолита разнообразных внешних негативных факторов: агрессивных сред, физико-химических процессов, внутренних изменений. Изначально термин «коррозия» использовали исключительно касательно металлов, но потом само понятие стали применять и для других материалов, изделий.
Основное значение любой коррозии – это разрушение. И данному негативному процессу подвержены почти все строительные конструкции, на которые оказывается то или иное влияние. Наиболее разрушительны внешние факторы, но часто причиной коррозии становится и прохождение различных внутренних процессов.
Коррозия бетонных конструкций предполагает распад структуры монолита с потерей прочности и плотности, что приводит к утрате эксплуатационных свойств. Бетонные элементы разрушаются посредством расслоения, рассыпания цементного камня, так как обычно наполнители демонстрируют более высокую стойкость к агрессивным влияниям.
Экономические потери, связанные со снижением прочности и долговечности, ухудшением эксплуатационных характеристик сооружений, часто очень высоки, поэтому защита бетона от коррозии – актуальный вопрос во всех сферах, где используется данный материал. Благодаря превентивным мерам, своевременному выявлению факторов коррозии и изучению особенностей протеканий процессов удается значительно сократить финансовые потери и значительно повысить надежность, продлить срок службы разных конструкций, зданий, объектов.
Виды коррозии
Коррозия бетона и железобетона – это разъедание строительных материалов под разрушающим воздействием химических, физических, биологических факторов при возникновении контактов с окружающей средой. Ввиду того, что в своем составе бетон имеет различные компоненты и цементный камень является наиболее уязвимым, он первым страдает от коррозийного процесса.
Виды вод, которые разрушают бетон: воды в трубах и траншеях, сточные, речные, грунтовые, морские. Самыми опасными считаются грунтовые воды, которые залегают возле промышленных предприятий, так как в них могут содержаться химические выбросы. Сточные воды также негативно влияют на материал из-за содержания химикатов. Воздействие газов можно включить в число опасных факторов.
Разрушения могут быть самыми разными и предполагать как воздействие на монолит извне, так и провоцировать изменение его структуры изнутри. При повышении влажности разъедание бетона ускоряется. Коррозировать может и арматура, расположенная внутри бетона, провоцируя разрушение железобетонных конструкций.
- Вымывание из цементного камня его компонентов.
- Негативное воздействие агрессивных веществ на монолит.
- Сочетание всех воздействий, которые меняют сам цементный камень.
Растворение составных частей цементного камня
Это разрушение происходит вследствие растворения (вымывания) компонентов цементного камня. На бетон воздействует вода и начинает растворяться гидроксид кальция, в процессе гидролиза появляется C3S и C2S, его объем растет и через 3 месяца занимает 10-15%, растворимость составляет 1.3 г/л.
Содержание гидроксида кальция из-за вымывания уменьшается до 1.1 г/л, распадаются гидросиликаты, разлагаются гидроалюминаты и гидроферриты кальция. Эти процессы провоцируют увеличение пористости материала, что означает и потерю прочности. Под воздействием воды (и особенно под давлением) процесс такой коррозии существенно ускоряется.
Для замедления процессов коррозии, спровоцированных вымыванием (выщелачиванием), в работе используют цемент с ограниченным объемом C3S, а бетон выдерживают долго на воздухе, чтобы на поверхности монолита прошла реакция карбонизации с появлением слаборастворимого защитного слоя из СаСО3.
Но наиболее популярным методом борьбы с выщелачиванием гидроксида кальция традиционно считается применение плотных бетонов, в состав которых добавляют специальные компоненты, способствующие связыванию Са (ОН) в гидросиликат кальция, являющийся слаборастворимым соединением.
При взаимодействии цементного камня с содержащимися в воде кислотами
Этот тип коррозии можно наблюдать при влиянии на цементный монолит разных агрессивных веществ, в процессе соприкосновения с которыми появляется два типа соединений: аморфные массы и соли. Соли эти легко растворяются и вымываются водой. Аморфные массы практически не демонстрируют связующих свойств и бетон распадается под действием кислотной коррозии.
Кислотную коррозию можно наблюдать при воздействии любой кислоты, за исключением кремне-фтористо-водородной и поликремниевой. Опасные кислоты, взаимодействуя с гидроксидом кальция, способствуют созданию легкорастворимых солей СаС12 в том числе, что постоянно увеличивают размер CaSO4-2H2O. Это выглядит так: Са(ОН)2 + 2НС1 = СаС12 + 2Н2О Са(ОН)2 + H2SO4 = CaSO4.2H2O.
Под воздействием кислот разрушаются гидросиликаты, гидроалюминаты, гидроферриты, появляются легкорастворимые соли и иные аморфные массы. Защититься от слабых кислотных сред (на уровне pH = 4-6) можно с применением специального кислотостойкого материала (монолит окрашивают, покрывают пленкой и т.д.).
Если рН < 4, используют специальный бетон, смешанный на кислотоупорном цементе с введением в состав кислотоупорных наполнителей. В случае необходимости можно использовать в качестве связующего полимерные компоненты.
Есть еще углекислотная коррозия, которая относится к общему типу коррозии и появляется при влиянии на бетон воды с повышенным содержанием свободных диоксидов углерода в виде слабой углекислоты. Она разрушает созданную раньше карбонатную пленку, появляется бикарбонат кальция, который очень хорошо растворяется.
Бетон разрушается и под воздействием неорганических, органических кислот. Негативно воздействуют разные масла в составе с жирными кислотами (рыбий жир, льняное масло, к примеру). Нефть и нефтепродукты (масло, бензин, керосин) бетону не вредят, если в них нет остаточных кислот, но вовнутрь бетона они способны проникнуть легко.
Вследствие образования и кристаллизации в порах труднорастворимых веществ
При взаимодействии бетонного монолита с агрессивными средами появляются соединения большего размера в сравнении с теми, что были сформированы в бетоне изначально. Так появляется внутреннее напряжение внутри камня, который начинает трескаться под негативным воздействием. Это происходит сульфатная коррозия бетона.
Сульфатная коррозия имеет место из-за того, что в жидкой фазе цемента есть ионы кальция и гидроокисла, которые могут активно реагировать с агрессивной средой. Другие ионы обычно подавляются большим объемом извести. Катионы среды опасны, когда создают с ионами гидроокисла плохо растворимые соединения. Эти соединения провоцируют резкое понижение щелочности в бетонном монолите, растворение твердой извести, гидролиз силикатов и алюминатов (до этого проявляющих стойкость).
Сульфатные анионы создают с ионами кальция двуводный гипс, а в сочетании с высокоосновными алюминатами – гидросульфо-алюминат. Гипс и гидросульфо-алюминат имеют свойство кристаллизироваться и увеличиваться в объеме.
Когда такой процесс происходит в уже застывшем монолите, в структуре появляются большие внутренние напряжения. Бетон начинает покрываться трещинами или отслаиваться. Гидросульфоалюминат имеет свойство кристаллизоваться в виде игл, в связи с чем его называют «цементной бациллой».
Но так случается не всегда. Если гидросульфатоалюминат образуется в жидком бетоне или в растворе есть ионы хлора (они усиливают растворимость сульфоалюмината и алюминатов), напряжения могут не появляться. Так, сравнительно не опасна для бетона морская вода из-за содержания в ней большого объема сульфатов и большего объема хлорида.
Коррозия арматуры в бетоне
Железобетонные конструкции представляют собой залитый раствором каркас, выполненный из стальных прутьев или сетки. Арматура внутри бетона может ржаветь под воздействием хлора, сероводорода, сернистых газов, которые содержатся в воздухе.
В процессе реакции появляются продукты коррозии железа, которые провоцируют увеличение объема арматуры с появлением внутреннего напряжения, которое рано или поздно разрывает бетон (появляются трещины, отслоения).
К арматуре влага и воздух проходят через поры в цементном камне. Происходит это неравномерно из-за наличия на разных зонах поверхности разных потенциалов – так появляется электрохимическая коррозия, скорость прохождения которой зависит от пористости монолита, наличия трещин, влагопроницаемости. Если в воде есть растворенные вещества, коррозия арматуры проходит с увеличением концентрации электролита.
При долгом выдерживании бетона на свежем воздухе на всей поверхности монолита появляется тонкая (толщиной в 5-10 мкм) пленка, которая не растворяется в воде, не взаимодействует с сульфатами, защищает камень. Процесс формирования защитной пленки под влиянием углекислоты – это карбонизация, она защищает бетон от коррозии, но провоцирует коррозию в арматуре.
Армировать бетон, в составе которого есть хлористый кальций (более 2% от массы цемента), нельзя. Ведь хлористый кальций активизирует коррозию арматуры в воде и на воздухе.
Защита арматуры в бетоне
Существует 3 вида защиты арматуры в бетонном монолите от коррозии: создание оптимальной среды вокруг металла за счет введения в бетон специального ингибитора, улучшение характеристик металла, дополнительная защита арматуры от коррозии (использование пленок, составов и т.д.). Также актуально приготовление качественного раствора с введением пластификаторов, которые уменьшают пористость монолита.
Среда, которая окружает металл – это бетон и для защиты металла от коррозии нужно работать с монолитом. В первую очередь, исключают или минимизируют в составе вещества, вызывающие коррозию – это хлориды, роданиды. Если бетон испытывает постоянное воздействие влаги/воды, его покрывают специальными пропитками – петролатумными, битумными и другими, которые понижают уровень проницаемости камня.
Сводится к минимуму коррозия арматуры при непрерывным насыщении бетона по причине того, что так затрудняется попадание кислорода к металлу, существенно тормозится катодный процесс. Можно использовать ингибиторы коррозии на этапе приготовления бетонного раствора.
Иногда используется метод омического ограничения – когда влажность бетонного монолита не превышает равновесное значение при показателе относительной влажности воздуха в 60%. В таком случае коррозия арматуры тормозится из-за появления высокого омического сопротивления, которое демонстрируют пленки влаги возле поверхности арматуры. Но метод сложен и не дает эффекта в регионах с частыми осадками и повышенной влажностью.
Качественный бетон изначально должен пассивирующе влиять на арматуру. В среднем бетон полностью сохнет в течение 2-3 лет (чуть быстрее в сухом климате). За это время сильнее разрушается арматура, так как пребывает во влажной среде.
Для защиты осуществляют пассивирование поверхности арматуры и образование защитных оксидных пленок под влиянием щелочной водной среды бетона. Для этого в раствор вводят пассиваторы – примером может выступить нитрит натрия (вводят в объеме 2-3% от массы цемента).
Самым эффективным на сегодняшний день считается использование мигрирующих ингибиторов коррозии, которые можно добавлять в жидкий или твердый бетон. Ингибиторы проходят через трещины в бетоне и поры до металлической поверхности, впитываются в металл, создавая защитный мономолекулярный слой. Так тормозятся процессы коррозии, перекрывается к металлу доступ влаги и воздуха.
Ингибиторы замедляют процесс появления ржавчины в среднем в 5-13 раз. Если использовать средство до начала процесса корродирования, время до запуска окисления металла увеличивается в 2-3 раза.
Чтобы использовать ингибиторы, поверхность нужно очистить от грязи и масла, грибка и асфальта, грунтовок и других составов. Потом ингибитор наносят малярным валиком либо с применением пульверизатора. Обычно выполняют в 2 этапа с промежутком по времени (около 8 часов).
Защита бетона
Чтобы получить оптимальный результат, желательно одновременно использовать разные виды защиты бетона. На этапе создания проекта определяются опасные для бетона факторы, рассматриваются мероприятия по профилактике и защите монолита.
Профилактическая защита бетона предполагает герметизацию конструкции, исключение агрессивных сред, улучшение вентиляции в закрытых помещениях. Важно уделить внимание и правильному конструированию – все поверхности должны быть выполнены так, чтобы иметь возможность предотвратить места скопления воды, другой органики. От цементного камня должен осуществляться нормальный водоотвод (реализуют методом создания водоотводов и поверхностей с углом).
Есть два типа защиты бетона: первичная и вторичная. Первичная защита от коррозии предполагает применение разного типа минеральных добавок в бетон, повышающих его плотность. Метод эффективен, но при слишком большой концентрации добавок можно ухудшить характеристики бетона. Используются добавки для повышения разных свойств монолита – стабилизирующие, влагоудерживающие, пластифицирующие.
Набор добавок подбирают в соответствии с условиями эксплуатации – так, для бетона в воде с сульфатами актуально уменьшение содержания C3S, для других случаев на первый план выходят другие характеристики и показатели.
Благодаря химическим добавкам увеличивается плотность бетона, что не дает проникать вовнутрь структуры агрессивным средам и даже защищает арматуру. Химические добавки закрывают поры камня, повышая морозостойкость.
Часто применяют добавки комплексного воздействия, которые одновременно меняют несколько свойств. В некоторых случаях при улучшении одних характеристик вещества ухудшают другие (менее важные).
Вторичная защита бетона от коррозии предполагает использование разных покрытий, которые не позволяют воздействовать на поверхность монолита опасным средам и веществам. Чаще всего применяют лакокрасочные смеси, обеспечивают дополнительную гидроизоляцию, долго выдерживают бетон на воздухе (до карбонизации).
Специальные краски, акриловые покрытия, лаки не позволяют попадать на бетон твердым и газообразным компонентам, способным вызвать коррозию. Такие покрытия защищают камень от влаги и противодействуют такому неприятному фактору, как биологическая коррозия бетона (воздействие микроорганизмов). Применяются разные мастики, создающие защитный барьер. Наиболее эффективными считаются смеси на базе смол.
Актуальны уплотняющие пропитки, которые могут использоваться в качестве основы перед нанесением лакокрасочных покрытий. Такие составы не позволяют воздействовать на бетон газам, влаге. Биоцидные добавки защищают от бактерий, грибков, плесени. Внутри пор материала составы не позволяют развиваться бактериям.
Защита специальными покрытиями актуальна там, где нужно защитить бетон во влажных грунтах. Монолит оклеивают со всех сторон полиизобутиленовыми пластинами, полиэтиленовой пленкой, другими видами рулонной гидроизоляции.
Коррозия бетона и арматуры в конструкциях – актуальная проблема, которая значительно ухудшает эксплуатационные характеристики и сокращает срок службы. Для наиболее эффективной защиты бетонного монолита и стальных каркасов внутри лучше всего использовать несколько методов.
Коррозия арматуры в железобетонных изделиях
Железобетонные конструкции зданий и сооружений, расположенных на территориях промышленных предприятий, находятся в условиях агрессивных сред и подвержены разрушению. Ремонт этих конструкций требует значительных затрат и в дальнейшем эти затраты будут только возрастать. В связи с этим становится очевидным, что во многих случаях экономически оправдано увеличение первоначальных затрат на изготовление конструкции и ее надежную защиту, если это позволяет сократить число и стоимость ремонтов в процессе эксплуатации объектов строительства.
Коррозионное разрушение бетона колонны глубиной до 60 мм с оголением рабочей арматуры, коррозия оголенной арматуры до 70% площади поперечного сечения Разрушение колонны эстакады – полное коррозионное разрушение бетона колонны в верхней части, коррозия оголенной арматуры до 30% Вертикальные трещины по граням колонны вдоль расположения рабочей арматуры, приводящие к разрушению защитного слоя бетона, оголению и коррозии арматуры
При проведении экспертизы промышленной безопасности (особенно технологических эстакад на предприятиях химической промышленности) часто заметно сильное разрушение железобетонных конструкций (колонны, фермы, балки, траверсы) вследствие воздействия агрессивных сред (см. рисунок).
Железобетон широко известен как долговечный материал, в большинстве случаев не нуждающийся в какой-либо защите от воздействий внешней среды. Бетон, представляющий собой искусственный каменный материал, может быть изготовлен достаточно прочным и стойким против агрессивных воздействий, а стальная арматура обычно находится под надежной защитой слоя этого бетона.
Существенный недостаток железобетона – коррозия арматурной стали, которая является одним из наиболее значимых факторов, определяющих фактическое техническое состояние железобетонных конструкций, их надежность и долговечность, поэтому защита арматуры от коррозии особенно актуальна.
Именно коррозия арматуры может значительно сократить срок службы строительных конструкций. Разрушение металла, конечно, не происходит мгновенно. Для того, чтобы замедлить или предотвратить коррозию металла, нужно подумать о том, чтобы в составе бетона не было примесей, агрессивно воздействующих на металл. К сожалению, это задача практически не решаема, так как не представляется возможным проверить все природное сырье, используемое в бетоне как заполнитель (песок, щебень, гравий).
Особенно опасно проявление коррозии арматуры в конструкциях, подвергающихся значительным нагрузкам. При этом неважно, какой марки использовался бетон: при разрушении арматуры строительная конструкция приходит в негодность.
Разумеется, напрашивается вывод: продлить срок службы железобетонной конструкции можно, предусмотрев меры защиты для входящей в состав изделий арматуры от коррозии. Осуществить это не так просто, как кажется, прежде всего потому, что коррозия появляется еще во время заливки бетона в форму изделия (влажность плюс тепло) процесс коррозии не прекращается.
Коррозия арматуры вызвана, как правило, воздействием на железобетон атмосферно-химических факторов, обусловленных как агрессивными компонентами атмосферы (сульфаты, карбонаты, хлориды), так и частыми циклами мороз–оттепель.
Основой защитного действия цементных бетонов на арматурную сталь является щелочной характер влаги в капиллярно-пористом теле бетона, способствующий сохранению химически пассивного состояния поверхности стали. Таким образом, при высокой плотности бетона, надлежащей толщине защитного слоя и отсутствии его повреждений (трещины, сколы, каверны и пр.) арматура в бетоне сохраняется в химически пассивном состоянии долгие годы и десятилетия. К тому же бетон находится в постоянном взаимодействии со средой, которая может либо способствовать его упрочнению и уплотнению, либо разрушать его структуру и снижать прочность, либо уменьшать его способность защищать арматуру. Повышение прочностных характеристик бетона происходит при воздействии на него кислых газов и жидкостей, например углекислого газа, содержание которого в атмосфере промышленных предприятий превышает 0,03%, или теплого влажного воздуха, упрочняющего цементный бетон. Снижение способности бетона препятствовать коррозии арматуры может быть спровоцировано несколькими процессами, результатом которых является невозможность бетона поддерживать пассивное состояние стали вследствие понижения степени щелочности межфазной жидкости или проникания в нее ионов – стимуляторов коррозии. Как правило, это происходит при воздействии сред, содержащих хлориды.
Коррозия носит преимущественно электрохимический характер и протекает на границе металл – раствор электролита. Сталь не будет подвержена коррозии, если электролит при контакте с ее поверхностью имеет достаточно высокий рН, чтобы пассивировать поверхность стали. Когда щелочные свойства на поверхности стали опускаются ниже рН = 8, сталь станет депассивированной, может начаться коррозия. Раствор портландцемента обычно имеет рН = 12,2…12,5, и при изолировании их от воздействия внешней среды это состояние может сохраняться длительное время, поддерживая стальную поверхность в пассивном состоянии.
Одним из основных факторов, способствующих коррозии арматуры, является нейтрализация высокощелочной среды бетона за счет обменной реакции гидроксида кальция в бетоне с кислыми газами в воздухе (в основном СО2). Этот процесс называется карбонизацией бетона:
Сa(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O.
Процесс карбонизации начинается с поверхности бетонной конструкции с момента ее изготовления и движется вглубь по мере проникновения углекислого газа внутрь бетона. Скорость карбонизации зависит от многих факторов: плотности бетона, температуры и влажности окружающей среды и самой конструкции и др. Достигая арматуры, карбонизация переводит сталь в активное состояние, а поступающие в бетон кислород (окислитель) и влага (электролит) обеспечивают процесс коррозии, проходящий по электрохимическому принципу.
Вторым механизмом коррозионного разрушения арматуры является локальная депассивация арматурной стали при воздействии ионов хлора (Cl–). Ионы хлора – сильнейшие стимуляторы коррозии стали, являющиеся основной причиной возникновения точечной коррозии стержней арматуры. Ионы хлора могут также изначально находиться в бетоне при использовании загрязненных материалов при приготовлении бетонной смеси.
Хлориды оказывают коррозионное воздействие на арматуру вследствие удаления пассивного слоя оксида железа, что вызывает дальнейшее окисление.
Разрушающее действие на бетон и арматуру вызывает и хлорид кальция, вступающий в реакцию с гидратом кальция, присутствующим в бетоне. Результатом реакции является образование оксихлорида гидрата кальция. Разрушающим воздействием на бетон заключается в увеличении объема продукта реакции:
СaСl2 + Сa(OH)2 + H2O → CaO×СaСl2× ×2H2O.
Третьей главной угрозой является растрескивание бетона, происходящее в процессе эксплуатации.
Оно не обязательно является критическим для дальнейшей эксплуатации и долговечности бетона. Величина трещины – вот важный фактор для возникновения коррозии. Микротрещины или незначительные мелкие трещины не рассматриваются как повреждающие бетон, поскольку они зачастую исчезают через какоето время (засоряются). Трещины, которые были идентифицированы как представляющие максимальную опасность коррозии для арматуры, – это параллельные боковые трещины, особенно идущие вдоль рабочей арматуры. В условиях, где растрескивание бетона более допустимых пределов происходит вследствие его чрезмерной усадки, существует угроза долговечности бетона. В этом случае должен быть осуществлен ремонт трещин после полной обработки бетона материалами проникающей гидроизоляции типа «Панетрон».
Еще одним фактором, оказывающим разрушающее действие на бетон и арматуру, являются циклы мороз–оттепель. Вода является катализатором для всех агрессивных компонентов и в описанных выше химических реакций. Влага может стать причиной серьезных повреждений, проникая сквозь поры бетона.
Увеличение объема воды при переходе в лед (на ~9%), различие в коэффициентах линейного расширения продуктов гидратации цемента, клинкерных зерен и зерен мелкого и крупного заполнителя создают предпосылки для появления внутренних напряжений в бетоне при замораживании и оттаивании. Возникающее давление приводит к образованию трещин и разрушению бетона.
В своих рекомендациях по ремонту и восстановлению железобетонных конструкций мы особенно отмечаем коррозионное разрушение арматуры в железобетонных конструкциях вследствие того, что оно может привести к полному разрушению конструкции.
В настоящее время существует ряд способов защитить арматуру в бетоне при ремонте железобетонных конструкций:
- введение в ремонтный состав бетонной смеси полимерных добавок, которые благодаря своим свойствам позволяют без потери прочности создать для арматуры дополнительную защиту;
- замена участков (удаление) с карбонизированным бетоном (рН < 10) нормальным бетоном (рН = 11…13). Недостатком этого метода является неоднородность электрохимических свойств ремонтного участка и ненарушенного бетона;
- обработка поверхности конструкций сеалантами и полимерцементными композитами, которые образуют в порах и трещинах плотную кристаллическую структуру, не пропускающую воду, но позволяющую бетону «дышать»;
- обработка поверхности железобетонной конструкции ингибитором коррозии, который наносят на поверхность бетона; через 10…20 дней на поверхности арматуры образуется защитная пленка;
- обработка поверхности арматуры преобразователями ржавчины;
- обработка арматуры защитным покрытием (гальванизация, покрытие эпоксидным порошком, промышленные окрасочные покрытия, обеспечивающие адгезивную прочность).
Для предупреждения коррозии арматуры и увеличения долговечности железобетонных конструкций необходимо тщательно следить за развитием существующих трещин и выявлять вновь образовавшиеся с определением причин их образования и развития, раковинами и крупными порами в железобетонных конструкциях, а также своевременно и в достаточном объеме реализовывать мероприятия по восстановлению (устройству) защиты железобетонных конструкций от воздействия агрессивных сред.
Коррозия бетона
Бетон – это искусственный каменный материал, состоящий из цемента, песка, воды и щебня. При затвердевании уплотненной смеси вяжущего вещества (цемент) с заполнителем образуется бетон. В качестве заполнителя может быть использован щебень, песок, гравий.
Коррозия бетона – процесс разрушения его структуры, охрупчивания под воздействием окружающей среды. Коррозия бетона может быть трех видов.
Виды коррозии бетона:
1. Растворение составных частей цементного камня.
Это наиболее распространенный вид коррозионного разрушения бетона. Бетонные изделия эксплуатируются в основном на открытом воздухе. При этом они подвергаются воздействию атмосферных осадков и других жидких сред. Составной частью бетона является образовавшийся гидрат окиси кальция (Са(ОН)2) – гашеная известь. Это самый легкорастворимый компонент, поэтому со временем он растворяется и постепенно выносится, нарушая при этом структуру бетона.
2. Коррозия бетона при взаимодействии цементного камня с содержащимися в воде кислотами.
Под воздействием кислот коррозия бетона протекает либо с увеличением его объема, либо с вымыванием легкорастворимых известковых соединений.
Увеличение объема происходит по реакции:
CaCO3 не растворяется в воде. Постепенно происходит его отложение в порах цементного камня, за счет чего идет увеличение объема бетона, а в дальнейшем его растрескивание и разрушение.
При контакте бетона с водными растворами кислот образуется легкорастворимый бикарбонат кальция, который агрессивный для бетона, а при наличии воды растворяется в ней и постепенно вымывается из структуры бетонного камня. Образование бикарбоната кальция описывается реакцией:
Помимо растворения наблюдается и протекание химической коррозии бетона:
при этом вымываются соли хлористого кальция.
Если разрушение бетона происходит под воздействием сульфатов воды – применяют пуццолановый портландцемент, а также сульфатостойкий портландцемент.
3. Коррозия бетона вследствие образования и кристаллизации в порах труднорастворимых веществ.
Кроме вышеописанных коррозионных разрушений бетона при наличии микроорганизмов возможно протекание биокоррозии. Грибки, бактерии и некоторые водоросли могут проникать в поры бетонного камня и там развиваться. В порах откладываются продукты их метаболизма и постепенно разрушают структуру бетонного камня.
При коррозии бетона обычно одновременно протекает несколько видов разрушений.
Коррозия бетона (железобетонных конструкций) в экстремальных условиях эксплуатации
Экстремальными условиями можно назвать воздействие на бетонный камень очень низких температур и различных веществ, обладающих повышенной агрессивностью.
Достаточно распространенным случаем коррозии бетона в экстремальных условиях является разрушение материала под воздействием сульфатов (химическая коррозия бетона). В первую очередь, с сульфатами взаимодействуют алюминатные составляющие бетонного камня и гидроксид кальция. Очень нежелательным является взаимодействие алюминатных минералов и сульфатов. В результате образуется несколько модификаций гидросульфоалюмината, самым опасным из которых, является эттрингит (3СaO•Al2O3•3CaSO4•32H2O). Данная соль по мере своего роста (увеличения кристаллов) образует внутри бетона очень высокие напряжения, которые значительно превышают прочностные характеристики цементного камня. В результате, под воздействием растворов, в состав которых входят сульфаты, коррозионное разрушение бетона протекает очень интенсивно.
При взаимодействии гидроксида кальция с сульфатами образуется CaSO4•2H2O. Со временем вещество скапливается в поровом пространстве бетона, постепенно его разрушая.
Устойчивость к воздействию сульфатсодержащих сред очень сильно зависит от минералогического состава бетона. Если в цементе содержание минералов на основе алюминия и трехкальциевого силиката ограничено, то он в данной среде более стоек.
Если в конструкциях используют залитую бетоном железную арматуру, т.е. железобетон, возможно протекание еще одного вида разрушения – коррозии арматуры в бетоне. Под воздействием вод окружающей среды или при наличии в воздухе сероводорода, хлора, сернистых газов арматура в середине бетона ржавеет и образуются продукты коррозии железа. По объему они превышают начальный объем арматуры, что приводит к возникновению и росту внутренних напряжений, а в дальнейшем – растрескиванию бетона.
Сквозь поры в цементном камне к арматуре проникает воздух и влага. Подвод их к поверхности металла осуществляется не равномерно из-за чего на разных участках поверхности наблюдаются разные потенциалы – протекает электрохимическая коррозия. Скорость протекания электрохимической коррозии арматуры зависит от влагопроницаемости, пористости бетонного камня и наличия в нем трещин.
Наличие в воде растворенных веществ усиливает коррозию арматуры с повышением концентрации электролита.
При длительном выдерживании бетона на воздухе на поверхности образуется очень тонкая (5 – 10 мкм) защитная пленка, которая не растворяется в воде и не взаимодействует с сульфатами. Процесс возникновения защитной пленки под воздействием углекислоты воздуха называется карбонизацией. Карбонизация защищает бетон от коррозии, но способствует коррозии арматуры в бетоне.
Нельзя армировать бетон, в состав которого входит хлористый кальций (больше 2% от веса цемента). Хлористый кальций ускоряет коррозию арматуры как на воздухе, так и в воде.
Защита арматуры бетона от коррозии
Существует несколько способов защитить стальную арматуру в бетоне от коррозии: облагородить окружающую металл среду (т.е. использовать качественный бетон специального состава, введение ингибиторов); дополнительная защита арматуры бетона от коррозии (пленки и т.п.); улучшить характеристики самого металла.
Вокруг арматуры находится сам бетон, поэтому именно бетон является средой, окружающей металл. Для продления срока службы арматуры необходимо улучшить влияние бетонного камня на сталь. Прежде всего, нужно исключить или, если это невозможно, свести к минимуму вещества, входящие в состав бетона, которые способствуют интенсификации процесса коррозии арматуры в бетоне. К таким веществам относятся роданиды, хлориды.
Если железобетонное изделие эксплуатируется в условиях периодического смачивания, необходимо пропитывать бетон специальными пропитками (битумными, петролатумными и др.). Это значительно снизит проницаемость бетона. При постоянном насыщении бетонного камня коррозия арматуры в бетоне практически сводится к минимуму. Это объясняется тем, что очень сильно затрудняется проникновение кислорода к поверхности метала, происходит значительное торможение катодного процесса.
Для продления срока службы металлической основы железобетона – бетон облагораживают. Во время формирования бетонной смеси в состав вводят ингибиторы коррозии.
Для защиты от коррозии арматуры в конструкционно-теплоизоляционных бетонах широко используется способ омического ограничения. Суть заключается в том, что влажность самого бетона не должна превышать равновесное значение при относительной влажности воздуха 60%. Тогда процессы коррозии арматуры почти прекращаются, т.к. возникает высокое омическое сопротивление пленок влаги у поверхности арматуры. Этот способ не так уж прост и не эффективен в районах с высокой влажностью и частыми осадками.
Хороший бетон должен обладать первоначальным пассивирующим воздействием на арматуру. Бетонные изделия полностью просыхают примерно за 2-3 года. Если климат сухой, то немного быстрее. Именно в это время и происходит самое сильное коррозионное разрушение арматуры, т.к. она находится во влажной бетонной среде.
Хорошим способом защитить арматуру бетона от коррозии считается предварительное пассивирование поверхности арматуры, а также образование оксидных защитных пленок под воздействием водной щелочной среды бетонного камня. Усиливают защитные свойства пленки введением в бетонную смесь пассиваторов. Часто используют нитрит натрия в количестве 2 – 3 % от исходного веса цемента.
Защита бетона от коррозии
Для защиты бетона от коррозии и продления его срока службы не достаточно применения только одного вида защиты. Чтоб бетон не поддавался вредному влиянию окружающей среды уже на стадии проектирования проводят профилактические мероприятия по его защите.
Эксплуатационно-профилактические мероприятия предусматривают нейтрализацию агрессивных сред, герметизацию, интенсивную вентиляцию при эксплуатации цементного камня в помещении (для осушки воздуха).
Важную роль в предотвращении бетона от дальнейшего разрушения играет рациональное конструирование. При этом необходимо придавать бетонной поверхности конструкционной формы, которая будет исключать скопление в углублениях воды и различных органических веществ. Кроме того важно обеспечить свободный отход жидкости с поверхности. Этого можно достигнуть при использовании водоотводов или формировании бетонной поверхности под уклоном.
Защиту бетона от коррозии можно разделить на первичную и вторичную.
Первичная защита бетона от коррозии предусматривает при его изготовлении и формировании вводить в состав бетона специальные добавки, изменяя при этом его минералогический состав. Этот способ считается наиболее эффективным.
В качестве добавок могут служить различные водоудерживающие, пластифицирующие, стабилизирующие, химические модификаторы, аморфный кремнезем и др.
Кроме того, ориентируясь на условия эксплуатации цементного камня, при его формировании подбирают оптимальный для данных условий состав. Например, для цементов, эксплуатирующихся в сульфатсодержащих водах уменьшают содержание С3S.
Часто применяют пуццоланизацию. К портландцементу добавляют кислые гидравлические добавки, которые содержат активный кремнезем.
Образовавшийся гидросиликат кальция устойчивее чем Са(ОН)2.
Химические добавки могут очень сильно улучшить эксплуатационные свойства бетона. Повысить его плотность, в результате чего агрессивные агенты в порах замедляют скорость своего передвижения. Арматура, находясь в плотном бетоне менее подвержена коррозионным разрушениям.
Также при помощи химических добавок можно значительно увеличить количество условно замкнутых пор. В результате морозостойкость цементного камня возрастает в разы.
Самими распространенными химическими добавками, которые применяются для защиты бетона от разрушений являются: пластифицирующие, противоморозные, уплотняющие, гидрофобизирующие, воздухововлекающие, замедлители схватывания, газообразующие, ингибиторы коррозии арматуры.
Некоторые добавки оказывают двойное действие, т.е. улучшают сразу несколько показателей. Другие же, могут улучшать один, и понижать второй.
Самыми перспективными и распространенными являются следующие добавки.
Мылонафт. Это пластифицирующая добавка, состоящая из смеси натриевых солей нерастворимых в воде органических кислот. Она способствует повышению однородности бетонной смеси, уменьшая при этом трение между ее отдельными зернами. Также вовлекает воздух. Производится и поставляется в виде паст. В бетонную смесь необходимо вводить от 0,05 до 0,15 % от массы цемента (в перерасчете на сухое вещество). Если превысить указанную дозировку, снижается прочность бетона на сжатие.
Мылонафт повышает водонепроницаемость бетонного камня на две марки, морозостойкость – в два раза, устойчивость к воздействию растворов минеральных солей, трещиноустойчивость.
Сульфитно-дрожжевая бражка СДБ. Это химическая добавка пластифицирующего действия. Получают ее путем переработки кальциевых солей лигносульфоновых кислот. Вещество способствует повышению подвижности бетонной смеси, вовлечению в нее воздуха и уменьшению слипания цементных зерен. Производители могут поставлять СДБ в виде твердых или жидких концентратов. Для достижения защитного эффекта данной добавки нужно немного больше, чем мылонафта. В перерасчете на сухое вещество цемента, необходимо ввести 0,15 – 0,3% сульфитно-дрожжевой бражки. Она повышает в 1,5 – 2 раза морозостойкость, на 5 – 10% прочность, на одну марку – водонепроницаемость, стойкость к воздействию растворов минеральных солей и трещиностойкость.
Сульфитно-дрожжевая бражка оказывает наилучший эффект при введении ее в бетонный камень на основе высокоалюминатных и быстротвердеющих портландцементов.
Кремнийорганическая жидкость ГКЖ-94. Это гидрофобизирующая и газообразующая добавка, которая образуется в процессе гидролиза этилгидросилоксана. В результате взаимодействия цемента и данной добавки выделяется водород и образуется большое количество замкнутых, равномерно распределенных в бетоне пор. На капилляры и стенки пор бетона оказывает активное гидрофобизирующее воздействие. На реологические свойства смеси почти не влияет, но очень сильно замедляет процесс затвердевания бетона (начальные стадии). Поставляется в виде 50% водной эмульсии или 100% жидкости. Вторую вводят в бетонную смесь в количестве 0,03 – 0,08%.
Способствует повышению водонепроницаемости бетона на две марки, морозостойкости – в три-четыре раза. Кроме того, увеличивает стойкость к переменному увлажнению и высушиванию, воздействию растворов минеральных солей (в условиях капиллярного подсоса), растяжению.
Вторичная защита бетона от коррозии предусматривает нанесение на цементный камень различных лакокрасочных материалов, защитных смесей, покрытий и облицовку различными плитами. Т.е. гидроизоляцию бетона.
К вторичной защите также можно отнести карбонизацию (выдержку бетона на воздухе).
Защита бетона от коррозии лакокрасочными и акриловыми покрытиями применяется при воздействии на него твердых и газообразных сред. Образовавшаяся защитная пленка эффективно защищает поверхность бетона не только от воздуха и влаги, но и от воздействия различных микроорганизмов.
Защита бетона от коррозии мастиками применяется при воздействии на него влаги, контакте с твердыми средами. Часто применяются мастики на основе различных смол (смолизация).
Защиту бетона от коррозии уплотняющими пропитками используют почти во всех средах (жидкой, газообразной), особенно при повышенной влажности, кроме того применяют перед нанесением ЛКМ. Уплотняющие пропитки заполняют наружный слой бетона, придавая ему хорошие гидрофобные свойства, снижают водопоглощение.
Биоцидные материалы применяются для защиты бетона от воздействия различных видов грибков, плесени, бактерий, микроорганизмов. Химически активные вещества биоцидных добавок заполняют поры бетона и уничтожают бактерии.
Защита бетона от коррозии оклеечными покрытиями применяется при эксплуатации бетонного камня в жидких средах, грунтах с высокой влажностью и местах частого смачивания электролитом. Например, нижнюю часть бетонного волнореза оклеивают полиизобутиленовыми пластинами.
Как оклеечные покрытия могут быть использованы полиэтиленовая пленка, полиизобутиленовые пластины, рулоны нефтебитума. Они могут также выполнять роль непроницаемого подслоя в облицовочных покрытиях.
Наиболее эффективна комплексная защита бетона от коррозии, т.е. как первичная, так и вторичная.
Читайте также: