Коррозия строительных материалов

метки: Коррозия, Материал, Строительство, Бетон, Строительный, Разрушение, Конструкция, Свойство

Как следует из послания президента РК Н.А. Назарбаева народу Казахстана 2012 года: главным вектором развития Казахстана является социально-экономическая модернизация. Для повышения доступности жилья для населения была принята программа жилищного строительства.

В соответствий с этой программой 2011 году было введено в эксплуатацию 6,5 млн. м ² жилья. В последующие годы запланирован ежегодный ввод жилья площадью 6млн. м² в том числе 1 млн. м² арендного жилья. Жилищной программой запланирован значительный ремонт существенных жилых домов. А так же ремонт коммунальной инфраструктуры развитие водоснабжения комплексного хозяйства, благоустройство городов. По программе индустриально-инновационного развития Форсированное индустриальное развитие Казахстана стало национальной идеей. Только в 2011 году было введено в эксплуатацию 288 проектов на сумму 9 млрд. тенге в результате создано более 3 тысяч постоянных рабочих мест в будущем планируется грандиозные проекты в сфере. бетон коррозия строительный цементный

Бетон — это искусственный каменный материал, получаемый в результате твердения тщательно перемешанной и уплотненной смеси вяжущего материала, воды, заполнителей и, при необходимости, специальных добавок. До затвердения эта смесь называется бетонной смесью.

Слово «бетон» появилось через много столетий после того, как появился сам материал. Песок с Везувия (а потом стали находить похожий на него и в других местах) называли бетумом. Бетумом стали называть и другие вяжущие. След этого остался, например, в названии «битум». Этот материал широко используется для выполнения гидроизоляционных работ и асфальтирования дорог. Потом бетумом, бетуном, бетоном уже именовали смесь вяжущего с дробленным камнем. Сам дробленный камень стали называть цементумом (цэментум в переводе с латинского означает «необработанный бутовый камень»), цементом, затем так называли все вяжущие. Во французском языке слово «цемент» появилось в XII в., но употреблялось оно в значении ‘раствор, в который укладывали камни.

Бетон, в силу своих технических характеристик и возможностей дизайна, сегодня является одним из наиболее распространенных строительных материалов. Однако и он подвержен внешнему воздействию, которое вызывает ухудшение его потребительских свойств. Так же, как и металлы, бетон подвержен коррозии, отметим, что коррозийному разрушению подвергаются и другие строительные материалы, такие как железобетон, кирпич, асбоцемент, силикатные, пенобетонные и газобетонные блоки. Как известно, бетон изготовляется из цемента, который получается путем обжига и измельчения смеси природных минералов, содержащих кремнезем и глинозем. Поэтому основными компонентами многих сортов цемента являются фрагменты кальциевой соли кремневой кислоты и производные оксида алюминия, которые после отверждения образуют прочные трехмерные структуры. В отличие от других строительных материалов, таких как гипс или известь, отверждение которых происходит под воздействием углекислого газа, присутствующего в воздухе, процесс отверждения бетона происходит в результате воздействия воды.

Гидротехнический бетон

... условия», ГОСТ 4797-69 «Бетон гидротехнический, материалы для его приготовления. Технические ... Виды цемента Рекомендуемые допустимые Подводная Пуццолановый портландцемент, шлакопортландцемент, портландцементы ... бетона. Предельная крупность заполнителя не должна превышать 0,75 наименьшего расстояния (в свету) между стержнями арматуры и 1/3 наименьшего размера бетонируемой конструкции. При бетонировании ...

Корромзия (от лат. corrosio — разъедание) — это самопроизвольное разрушение металлов в результате химического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. В общем случае это разрушение любого материала, будь то металл или керамика, дерево или полимер. Причиной коррозии служит термодинамическая неустойчивость конструкционных материалов к воздействию веществ, находящихся в контактирующей с ними среде.

Согласно существующим современным представлениям, под коррозией бетона понимается протекание ряда химических, физико-химических и биологических процессов, возникающих в результате воздействия внешней среды на данный строительный материал и приводящих к его разрушению. Химическая коррозия бетона протекает под действием атмосферных осадков и углекислого газа, находящегося в воздухе. Наиболее разрушительно действуют на бетон атмосферные осадки, содержащие примеси в виде карбонатов, сульфатов и хлоридов. Оказывают разрушающее воздействие на бетон и пресловутые кислотные дожди, содержащие, кроме всего прочего, и различные окислы азота. Все процессы, проходящие при химической коррозии, условно можно разделить на три вида. К первому виду относится вымывание щелочной водой из поверхностных слоев бетона растворимых компонентов. Такой процесс называют выщелачиванием бетона мягкими водами. Он сопровождается образованием на поверхности белых подтеков, которые в народе окрестили белой смертью бетона. При втором типе коррозии бетона, который также протекает под действием атмосферной влаги, образуются малорастворимые рыхлые вещества. Образование этих соединений является итогом ряда обменных реакций, протекающих под действием кислот и солей. Процесс начинается на поверхности, но постепенно может переходить и в более глубокие слои, поэтому он сопровождается растрескиванием бетона. Часто его называют цементной бациллой. К последнему, третьему виду коррозии относятся процессы, при водящие к образованию малорастворимых соединений, которые под действием растворов сульфатов склонны к кристаллизации. Кристаллизация же таких соединений приводит к образованию внутренних напряжений в материале и, в конечном счете, к растрескиванию бетона.

Процессы физико-химического разрушения бетона связаны с заполнением пористой и капиллярной структур материала влагой и последующими многократными циклами ее заморозки и разморозки. Образование льда в порах бетона приводит со временем к его растрескиванию. Но есть и положительное действие продуктов выщелачивания бетона. Так, в результате вымывания на поверхности бетона из продуктов распада образуется коллоидный слой, который обладает защитными свойствами и способен в некоторой степени предохранять последующие слои от разрушения.

Защита от коррозии арматуры в железобетонных конструкциях

... причина повреждения конструкции заключается в недостаточной стойкости бетона. Развитие коррозии по второй схеме начинается с арматуры, когда бетон не обладает достаточными защитными свойствами, но и не разрушается под действием среды, которая в данном ...

Известен еще один вид коррозии бетона — биологический. Он происходит под действием продуктов жизнедеятельности микроорганизмов. При строгом рассмотрении этот тип коррозии, вероятно, следует относить к химическому разрушению, поскольку разрушение в этом случае проходит под действием химических веществ. Однако поскольку причиной в данном виде разрушения бетона в основном являются неправильные условия эксплуатации зданий, а не стихийные воздействия атмосферных осадков, то этот вид коррозии выделяют в отдельный вид. Еще одним видом разрушения бетона является радиационная коррозия, которая происходит в результате потоков ионизационного излучения. При таком виде разрушения бетона происходит ионизационная деструкция материала вследствие удаления из него кристаллизационной воды. Этот процесс известен как радиолиз связанной воды. Удаление молекул воды из структуры бетона приводит к нарушению строения внутренней кристаллической решетки бетона и образованию рыхлого материала. При более сильных дозах облучения происходит даже превращение кристаллических веществ в аморфное состояние. Такой фазовый переход сопровождается увеличением внутренних напряжений и возникновением трещин в материале.

1. Факторы влияющие на долговечность строительных материалов

Бетон является одним из самых долговечный искусственных материалов в том случая, если он имеет оптимальную структуру, повышенную плотность, который зависит от многих факторов:

• качественные заполнители
• цемент, соответствующий условием эксплуатаций бетона.
• низкое водоцементное отношение
• использование добавок, регулирующих свойства бетона
• оптимальные условия приготовления
• оптимальные условия твердения
• способы улучшающую структуру готового бетона
• повысить плотность бетона

Долговечность бетонных конструкций всегда определяется внутренними и внешними факторами.

Внутренние факторы, в свою очередь, определяются основными исходными компонентами бетона: цементом и заполнителями, и бывают: структура бетона, химический и минералогический состав, фазовый состав. Количество внутренних факторов зависит от того, какой он материал: природный или искусственный. Наибольшее количество внутренних факторов имеется у искусственных строительных материалов: бетоны, растворы, стекло, керамика, теплоизоляционные и гидроизоляционные материалы.

К внешним факторам относятся:

• физические (возникающие под действием окружающей среды: отрицательные и положительные температуры, вода, ветер)
• химические (действие кислот, щелочей и газов на строительные материалы)
• биологические (действие микроорганизмов, бактерии, грибов и т.д.)
• механические
• влажность
• температура
• загрязненность воздуха и воды

На бетонные и железобетонные конструкции, эксплуатируемые в промышленных, гражданских, жилых и сельскохозяйственных зданиях, могут воздействовать агрессивные среды. Долговечность конструкций определяется стойкостью как бетона, так и арматуры при воздействии на них агрессивной среды. Степень агрессивного воздействия среды на бетон определяется специальными нормами по антикоррозионной защите строительных конструкций ( СНиП РК 2.01-19-2004 «Защита строительных конструкций и сооружений от коррозии»).

Коррозия и антикоррозионная защита железобетонных мостовых конструкций

... 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 ... для тяжёлых бетонов от 4 до 8% от массы бетона, для лёгких бетонов она может достигать 25%. Водонасыщенность бетона существенно снижает его деформационные ...

При воздействии на бетон воды-среды может происходить разрушение бетона, характеризующееся I, II или III видом коррозии бетона. Разрушение конструкции в данном случае наступает вследствие недостаточной стойкости бетона. При проектировании конструкции необходимо учитывать состав агрессивной среды, условия службы конструкции, правильно выбрать материалы и назначить плотность бетона, чтобы обеспечить заданную долговечность конструкции.

Различают два вида защиты бетонных и железобетонных конструкций от коррозии: первичная и вторичная.

Первичная защита от коррозии заключается в придании способности бетону и железобетону сопротивляться воздействию агрессивных сред посредством обеспечения оптимального их состава и структуры при изготовлении конструкций.

Вторичная защита от коррозии заключается в создании условий, ограничивающих или исключающих воздействие агрессивных сред на бетонные или железобетонные конструкции после их изготовления.

Первичную защиту следует проектировать путем выбора стойких составляющих бетона и железобетона, необходимых технологических параметров приготовления, уплотнения и твердения бетона, геометрической конфигурации конструкции, препятствующей образованию или уменьшению скопления агрессивных веществ на их поверхности, толщины защитного слоя бетона, обеспечения трещиностойкости конструкции и допустимого раскрытия трещин при эксплуатационных нагрузках. Первичная защита включает также нанесение защитного металлического, пленочного или лакокрасочного покрытия на поверхность арматуры. Металлические покрытия для защиты стальной арматуры, стальных закладных деталей и соединительных элементов железобетонных конструкций должны образовывать слой толщиной от 0,05 до 0,2 мм. В качестве материалов для покрытий следует применять алюминий или цинк. Защитные свойства металлических покрытий могут быть усилены посредством последующего нанесения на них лакокрасочных покрытий или полимерных материалов.

В качестве арматуры для железобетонных конструкций используют все разновидности арматурной стали, за исключением сильноагрессивных сред, где недопустимо применение термически упрочненной стали.

Вторичную защиту от коррозии следует проектировать в зависимости от требуемой химической стойкости, проницаемости, адгезии с защищаемой поверхностью, трещиностоикости и прочности путем выбора вида покрытий для защиты, материалов для защитной обработки или пропитки бетона, способов ее выполнения. Вторичную защиту от коррозии осуществляют путем пропитки бетона или нанесения лакокрасочного, пленочного, облицовочного или футеровочного защитного покрытия на поверхность бетонной или железобетонной конструкции с целью уплотнения поверхностного слоя бетона толщиной от 3 до 30 мм.

Пленочные покрытия в виде изолирующего рулонного или листового материала образуют на поверхности конструкции непроницаемый слой толщиной более 0,2 мм. Пленочное покрытие может быть приклеено к поверхности, прикреплено анкерным соединением или может свободно лежать на защищаемой поверхности. Для создания непроницаемого подслоя используют полиизобутиленовые пластины, поливинилхлоридный пластакат, полимерные пленки, изол, бризол, стеклорубероид и др. В особо жестких условиях создают гуммировочные покрытия на основе жидких резиновых и эбонитовых смесей.

Защита строительных конструкций от коррозии

... защиты от коррозии железобетонных несущих и ограждающих конструкций с шириной раскрытия трещин до 0, 3 мм применяют эмаль ХП-799 на основе хлорсульфированного полиэтилена. Защитные покрытия наносят на поверхность бетона ... оксида кальция. Кислотостойкость бетонов на цементах с повышенным содержанием оксида кальция в некоторой степени зависит от плотности бетона. При большей плотности бетона кислоты ...

Лакокрасочные покрытия образуют химически стойкий непроницаемый слой толщиной 0,1… 1 мм и более, прочно сцепленный с основанием. При необходимости получения высокой механической прочности покрытие дополнительно армируют. Для защиты железобетонных конструкций от коррозии широко применяют эмали на основе хлорсульфированного полиэтилена, эпоксидные, перхлорвиниловые, поливинилхлоридные, полиуретановые и наиритовые красочные составы.

Облицовочные или футеровочные покрытия образуют на поверхности конструкции слой толщиной 3…15 мм, предохраняющий поверхность не только от коррозии, но и от механических повреждений. Для облицовки строительных конструкций применяют изделия из каменного литья, шлакоситаллы, керамические кирпич и плитки кислотоупорные, фенолитовые плитки и углеграфитовые изделия. Для крепления этих материалов применяют в зависимости от вида агрессивной среды серные, битумные мастики, арзамитовые замазки. В качестве вяжущего вещества при облицовочных и футеровочных работах используют фурановые, эпоксидные и полиэфирные смолы.

Защитные покрытия строительных конструкций производят в строгой технологической последовательности: подготовка защищаемой поверхности; грунтовка (для окрасочных, мастичных, наливных и оклеечных покрытий); нанесение покрытия; сушка или термообработка покрытия с подъемом температуры не более 30 °С в час.

2. Тяжелый бетон: структура, минералогический состав вещества, свойства

Бетон на неорганических вяжущих веществах представляет собой композиционный материал, получаемый в результате формования и твердения рационально подобранной бетонной смеси, состоящей из вяжущего вещества, воды, заполнителей и специальных добавок.

Состав бетонной смеси должен обеспечить бетону к определенному сроку заданные свойства (прочность, морозостойкость, водонепроницаемость и др.)

Бетон является главным строительным материалом, который применяют во всех областях строительства.

Преимуществами бетона и железобетона являются: низкий уровень затрат на изготовление конструкций в связи с применением местного сырья, возможность применения в сборных и монолитных конструкциях различного вида и назначения, механизация и автоматизация приготовления бетона и производства конструкций. Бетон при надлежащей обработке позволяет изготавливать конструкции оптимальной формы с точки зрения строительной механики и архитектуры. Бетон долговечен и огнестоек, его плотность, прочность и другие характеристики можно изменять в широких пределах и получать материал с заданными свойствами.

Недостатком бетона, как любого каменного материала, является низкая прочность на растяжение, которая в 10-15 раз ниже прочности на сжатие. Этот недостаток устраняется в железобетоне, когда растягивающие напряжения воспринимает арматура и коррозия.

Близость коэффициентов температурного расширения и прочное сцепление обеспечивают совместную работу бетона и стальной арматуры в железобетоне, как единого целого. В силу этих преимуществ бетоны различных видов и железобетонные конструкции из них являются основой современного строительства.

По виду вяжущего выделяют:

• цементные (наиболее распространенные)
• силикатные (известково-кремнеземистые)
• гипсовые, смешанные (цементно-известковые, известково-шлаковые и т.п.),
• специальные — применяемые при наличии особых требований (жаростойкости, химической стойкости и др.)

По виду заполнителя различают бетоны на: плотных, пористых, специальных заполнителях, удовлетворяющих специальным требованиям (защиты от излучений, жаростойкости, химической стойкости и т.п.).

Коррозия цементного камня и способы защиты

... 31H2 O Однако не всегда наличие гидросульфоалюмината кальция в цементном камне говорит и сульфатной коррозии. Это вещество имеется в первичной структуре цементного камня. Только увеличение количества гидросульфатоалюмината говорит о ... В индустриальных районах коррозионное влияние на бетонные конструкции оказывают газы, например сернистые, сероводород, хлористый водород, аэрозоли солей, например ...

В правильно подобранной бетонной смеси расход цемента составляет 8-15%, а заполнителей — 80-85% (по массе).

В виде заполнителей применяют местные каменные материалы: песок, гравий, щебень, а также побочные продукты промышленности (например, дробленные и гранулированные металлургические шлаки), характеризующиеся сравнительно невысоким уровнем издержек производства.

В зависимости от плотности различают бетоны:

• особо тяжелые — плотностью более 2500 кг/м3, изготовляемые на особо тяжелых заполнителях (из магнетита, барита, чугунного скрапа и др.);
• эти бетоны применяют для специальных защитных конструкций;

• тяжелые — плотностью 2200-2500 кг/м3 на песке, гравии или щебне из тяжелых горных пород;
• применяют во всех несущих конструкциях;

• облегченные — плотностью 1800-2200 кг/м3;
• их применяют преимущественно в несущих конструкциях;

• легкие — плотностью 500-1800 кг/м3; к ним относятся:
• a. легкие бетоны на пористых природных и искусственных заполнителях;
• b. ячеистые бетоны (газобетон и пенобетон) из смеси вяжущего, воды, тонкодисперсного кремнеземистого компонента и порообразователя;
• c. крупнопористые (беспесчаные) бетоны на плотном или пористом крупном заполнителе без мелкого заполнителя;
• d. особо легкие (ячеистые и на пористых заполнителях) — плотностью менее 500 кг/м, используемые в качестве теплоизоляции.

Структура бетона. Бетон можно представить как цементный камень с втопленными в него заполнителями, имеющий поры и пустоты различных размеров и разнообразного происхождения.

Плотные тяжелые и легкие бетоны, как правило, характеризуются поровой макроструктурой (рис. 8.8) и включают каркас заполнителей, активно влияющих на их свойства. Такая структура является рациональной, поскольку обеспечивает низкую пористость бетонов при умеренном расходе цемента. Легкие бетоны по строению отличаются от тяжелых наличием дополнительных пор в зернах заполнителей.

Микроструктура бетона отражает строение цементного камня. Цементный камень представляет собой конгломерат продуктов гидратации цемента, включений негидратированных зерен клинкера, добавок и пузырьков воздуха.

Капиллярные поры, образованные избыточной механически связанной водой, имеют размеры обычно более 0,1 мкм. Они ухудшают основные свойства бетона, особенно морозостойкость. Капиллярная пористость уменьшается по мере снижения водоце-ментного отношения, расхода воды и увеличения длительности гидратации. Наряду с капиллярными отрицательное влияние на свойства бетона оказывают поры и пустоты, являющиеся результатом плохого уплотнения. Общий объем пор в цементном камне составляет 25—40% общего объема, при этом основная доля приходится на капиллярные поры. С увеличением длительности твердения уменьшается общая пористость и объем макрокапилляров, что приводит к улучшению свойств бетона.

Коррозия бетона и железобетона

Коррозия бетона вызывается главным образом разрушением цементного камня. Цементный камень состоит из гелевых и кристаллических продуктов гидратации цемента и многочисленных включений в виде негидратированных зерен клинкера. Основная масса новообразований при взаимодействии цемента с водой ...

Основным свойством бетона как конструкционного материала является прочность. Предел прочности находят испытанием контрольных образцов, изготовленных из смеси заданного состава или высверленных из бетонного сооружения.

3. Виды коррозии бетона и цементного камня

Растворимость продуктов гидратации цемента в воде обусловливает возможность коррозии цементного камня в бетонах и растворах за счет растворения и вымывания соединений, определяющих прочность кристаллизационных контактов в цементном камне. Так как наиболее растворимым компонентом цементного камня на основе портландцемента является гидроокись кальция, то коррозионный процесс определяется обычно как процесс “выщелачивания” извести. Существует прямая зависимость интенсивности процесса выщелачивания от проницаемости (плотности) бетона и от минералогического состава цементного камня — количества свободного гидроксида кальция в нем.

Серьезные повреждения обычного бетона могут иметь место при действии на него мягких вод, содержащих мало растворенных веществ. К ним относятся конденсат, воды оборотного водоснабжения, дождевые, болотные, воды горных и равнинных рек в половодье.

При действии на бетон мягких вод вначале выщелачивается свободная гидроокись кальция, образовавшаяся при гидролизе трехкальциевого силиката. Когда концентрация Ca(OH) ₂ становится менее 1,1 г/л, начинается разложение гидросиликатов кальция и происходит вымывание получившейся гидроокиси. Выщелачивание Ca(OH)₂ в количестве 15-30% общего содержания в цементном камне вызывает понижение его прочности на 40-50% и более.

Признаки коррозии I вида можно наблюдать в бетоне различных сооружений. Особенно заметной она становится на участках высыхания воды, соприкасающейся с цементным камнем в бетоне. В этом случае растворенные в воде соединения, в первую очередь гидроокись кальция, карбонизируясь и выпадая в осадок в виде карбоната кальция, образуют на поверхности белый налет (“белая смерть бетона”).

Под влиянием углекислого газа воздуха гидроксид кальция постепенно превращается в карбонат, что закрепляет этот налет и не дает ему вновь раствориться при последующих увлажнениях поверхности.

В стойкости бетона против коррозии I вида большую роль играет его плотность. Чем меньше площадь поверхности соприкосновения бетона с водой — средой и фильтрация воды через бетон, тем меньше и скорость развития коррозии. Таким образом, в число основных мероприятий, в результате которых могут быть повышены стойкость и долговечность бетона при коррозии I вида, входят все, способствующие увеличению плотности бетона, а также использование цементов, наиболее стойких к растворяющему действию воды и, в первую очередь, пуццолановых и шлакопортландцементов, которые можно применять, если конструкции не находятся в условиях частой смены замораживания и оттаивания.

Процесс выщелачивания гидрата окиси кальция замедляется также когда в поверхностном слое бетона под воздействием углекислого газа воздуха, вследствие карбонизации, образуется малорастворимый CaCO ₃ . Выдерживание на воздухе бетонных блоков и свай для карбонизации поверхностного слоя бетона повышает их стойкость против выщелачивания.

Использование природного камня

... и классификация Природные каменные материалы, обладая высокой атмосферостойкостью, прочностью и красивой окраской, широко применяют в строительстве в виде блоков для кладки стен и фундаментов зданий и сооружений, в виде облицовочных плит и камней для наружных и ...

Коррозия II вида (кислотная и магнезиальная коррозия)

Коррозия II вида связана с развитием обменных реакций между кислотами или солями окружающей среды, с одной стороны, и составляющими цементного камня — с другой. Чем энергичнее протекает реакция взаимодействия и чем более растворимы новообразования, тем скорее и полнее разрушается бетон.

При действии кислоты цементный камень полностью разрушается, причем продукты разрушения частично растворяются, а частично остаются на месте реакции. Разрушение цементного камня идет в поверхностных слоях бетона, соприкасающихся с агрессивной средой, и процесс разрушения этих слоев может достичь полного развития при сохранении в прилегающих слоях бетона почти без изменения всех элементов цементного камня.

Так как кислоты взаимодействуют прежде всего с гидроксидом кальция, а затем с гидросиликатами и гидроалюминатами кальция с образованием кальциевых солей, то от их растворимости и структуры слоя продуктов коррозии в значительной степени и зависит скорость разрушения бетона. Если новообразования, не обладающие вяжущими свойствами и достаточной плотностью, чтобы воспрепятствовать дальнейшему прониканию агрессивной среды, растворяются или смываются механически, то обнажаются более глубокие слои бетона. Последние также разрушаются и процесс коррозии протекает до полного разрушения всего бетона, однако скорость этого процесса может быть различной. В данном случае ограничивающими скорость коррозии факторами являются реакционная емкость агрессивной среды и скорость ее обмена у поверхности бетона.

Если новообразования нерастворимы или после удаления растворимых продуктов реакции остается достаточно плотный слой продуктов реакции, который в конкретных условиях контакта агрессивной среды и бетона не удаляется, то они замедляют доступ агрессивной среды к внутренним, еще не поврежденным, частям цементного камня. В этом случае скорость коррозии зависит от толщины и диффузионной проницаемости слоя, образовавшегося на поверхности цементного камня.

Наиболее часто встречающаяся в природных условиях коррозия II вида — это коррозия при действии углекислых вод. Углекислота в большем или меньшем количестве присутствует в большинстве природных вод. При действии углекислоты на цементный камень бетона, еще не имеющего карбонизированного поверхностного слоя, идут два процесса. Вначале при избытке в поверхностном слое бетона ионов OH— образуется карбонат кальция. После того, как ионы OH— в поверхностном слое бетона будут израсходованы, начнется образование бикарбоната кальция, растворяющегося в водной среде и уносимого ею. При наличии же карбонатного слоя будет идти лишь образование бикарбоната. При одном и том же содержании агрессивной CO ₂ в растворе наличие карбонатного слоя приводит к образованию в 2 раза большего количества бикарбоната. Следовательно, наличие карбонизированного слоя бетона при действии на него углекислых вод ускоряет коррозию и, соответственно, снижает стойкость бетона.

Соли магния, которые встречаются в растворенном виде в грунтовых водах и всегда содержатся в большом количестве в морской воде, также могут вызвать разрушение цементного камня в бетоне в результате обменных реакций с кристаллами гидроокиси кальция. Вода является агрессивной при содержании ионов магния более 0,5%. Наблюдения за состоянием и характером разрушения бетона, подвергающегося в течение длительного времени действию растворов магнезиальных солей, показывают, что сначала на поверхности бетона и в его порах образуется белый налет, а затем и скопление белого аморфного вещества — гидроксида магния. Чем более проницаем для морской воды бетон и чем выше относительное содержание CaO в цементе, тем в большем количестве образуется эта белая аморфная масса и тем в большей степени теряет бетон механическую прочность.

Легкие бетоны и изделия на их основе

... в цементном камне большое количество воздушных пор. Поризация позволяет снизить плотность и улучшить тепловые свойства легкого бетона на основе пористых заполнителей. это полезно, когда нет пористого песка или свойства заполнителей не позволяют получить легкие бетоны ...

Для защиты бетона от разрушения при действии растворов кислот необходимо либо заменять обычные цементы кислотоупорными и применять кислотоупорные бетоны или полимербетоны, либо устраивать надежную изоляцию поверхности бетонов покраской или облицовкой.

Для снижения скорости коррозии бетона в растворах магнезиальных солей могут быть приняты следующие меры:

1) повышена плотность бетона; 2) в случае сильно агрессивной среды использованы покраски или облицовки, защищающие поверхность бетона от соприкосновения с агрессивной средой.

Коррозия III вида (сульфатная и солевая коррозия) , Основным признаком коррозии

Выделение твердой фазы и рост кристаллообразований могут вызвать на определенной ступени развития значительные растягивающие усилия в стенках пор и капилляров и разрушение структурных элементов бетона. При коррозии III вида на начальной стадии за счет накопления солей в порах бетона он уплотняется. Если этот процесс развивается медленно, заполнение пор и пустот в бетоне кристаллическими новообразованиями и связанное с ним уплотнение бетона создает картину ложного благополучия. Прочность бетона при этом на какой-то период увеличивается и превышает плотность бетона, не подвергавшегося действию агрессивной среды. Лишь после возникновения значительных растягивающих усилий в стенках пор и капилляров, вызванных продолжающимся ростом кристаллообразований, происходит разрушение структурных элементов цементного камня бетона и наблюдается быстрое снижение (сброс) прочности. Чем медленнее протекает коррозия, тем позднее наступает сброс прочности.

Наиболее распространенная разновидность коррозии III вида — коррозия бетона при действии сульфатов. Сульфаты встречаются в большинстве природных вод. В пресных озерах и реках содержание ионов SO ₄ ^2- обычно не превышает 60 мг/л. В минерализованных грунтовых водах оно значительно выше. В морской воде при солености 33-35 г/л количество SO₄ ^2- составляет 2500-2700 мг/л. Сульфатные ионы при определенной концентрации могут образовывать с ионами кальция двуводный гипс, а затем вместе с высокоосновными алюминатами — гидросульфоалюминат кальция.

Особенностью этих реакций является то, что и гипс, и гидросульфоалюминат кристаллизуются с большим количеством воды при значительном увеличении объема. Если такое образование происходит в порах уже сложившейся структуры цементного камня, то возникают большие внутренние напряжения, приводящие бетон в конструкциях к характерному растрескиванию или отслаиванию поверхностных слоев. Гидросульфоалюминат кристаллизуется в виде характерных игл, поэтому обычно называется “цементной бациллой”.

Если образование гидросульфоалюмината протекает еще до формирования структуры бетона в жидкой фазе или в растворе присутствуют в значительном количестве ионы хлора, усиливающие растворимость алюминатов и сульфоалюмината, опасных напряжений может не возникать. Этим объясняется относительно невысокая агрессивность к цементному бетону морской воды, в которой содержится большое количество сульфатов, но еще большее количество хлоридов.

При сульфатной коррозии интенсивность коррозионного процесса определяется количеством агрессивного вещества, проникающего в структуру цементного камня, и химической активностью внутренней поверхности этого камня. При этом имеются в виду условия, в которых бетон постоянно погружен в агрессивный раствор и перемещение агрессивного компонента в порах бетона может происходить только в результате диффузии. В случае же постоянного частичного, периодического полного или частичного погружения бетона при контакте агрессивной среды с цементным камнем протекают процессы, которые не происходят в условиях полного погружения материала.

Основное отличие процессов солевой коррозии бетона при постоянном частичном или периодическом (полном и частичном) погружении, когда протекают коррозионные процессы, в которых химическое действие агрессивного раствора не играет существенной роли, состоит в том, что в этом случае на движение растворов в поровой структуре бетона оказывают решающее влияние процессы, происходящие на поверхности бетона, оказавшейся в период воздействия на воздухе.

В условиях, когда бетонная или железобетонная конструкция частично погружена в жидкость, содержащую растворенные соли, интенсивность коррозии будет зависеть от кинетики проникновения агрессивных компонентов в бетон, которая будет определяться при частичном погружении интенсивностью испарения воды и капиллярной проницаемостью бетона. Площадь открытой поверхности бетона, находящейся на воздухе, расстояние от уровня агрессивного раствора до открытой поверхности, а также внешние условия играют важную роль в переносе раствора в теле бетона и определяют интенсивность коррозионного процесса. Когда в порах бетона в результате испарения воды повышается концентрация агрессивного раствора и происходит кристаллизация солей, то при накоплении солей в порах появляется кристаллизационное давление, которое при определенных условиях может превысить прочность материала пор на растяжение и вызвать возникновение трещин и разрушение бетона.

Главным условием стойкости бетона при коррозии III вида является устойчивость цементного камня к химическому действию среды, в частности, при сульфатной коррозии цементный камень сам по себе должен обладать сульфатостойкостью, т.е. при данном содержании сульфатов иметь наименьшую реакционную способность по отношению к ним. Это может быть достигнуто, в первую очередь, ограниченным содержанием в цементе трехкальциевого алюмината.

Коррозия III вида в значительной степени зависит и от плотности бетона, поскольку степень повреждения определяется количеством агрессивного компонента, проникающего из окружающей среды в бетон, а оно прямо пропорционально свободному сечению пор в бетоне. Следовательно, все технологические приемы, используемые при изготовлении бетона с целью повышения его плотности (непроницаемости), будут способствовать повышению стойкости бетона к сульфатной коррозии и коррозии III вида вообще.

В специфических условиях развития коррозии III вида вследствие частичного или периодического высыхания бетона хорошим средством повышения его стойкости является объемная гидрофобизация. Гидрофобизация прерывает пути капиллярного движения растворов в бетоне, что исключает перемещение растворимых солей в нем и накопление их в отдельных зонах. В подземных сооружениях гарантировать от развития коррозии III вида в случае действия напорных вод на бетон может только надежная гидроизоляция.

4. Меры защиты от коррозии

Меры защиты от коррозии материала и меры для повышение долговечности материала делят на 2 группы:

• активные (методы, который позволяют изменить к лучшему структуру материала еще на стадии его изготовления)

Активные минеральные добавки-наполнители естественного происхождения или промышленные отходы, находящиеся тонкодисперсном состоянии или измельченные до тонкости помола цемента, и состоящие в основном из аморфного кремнезема (SiO ₂ более 50 %), обладающие гидравлической* активностью или пуццоланическим** действием.

** Гидравлическая активность — способность добавки связывать СаО или известь, выделяющуюся при твердении цемента, с образованием труднорастворимых новообразований.

** Пуццоланическая активность — способность добавки связывать известь в низкоосновные гидросиликаты кальция.

В качестве сырья для получения активных минеральных добавок-наполнителей используются горные породы осадочного и вулканического происхождения, а также некоторые виды промышленных отходов:

• Горные породы осадочного происхождения — диатомит, трепел, трепеловидная опока, кремнеземистая опоковидная порода. Указанные разновидности диатомитовой породы при одинаковом химическом составе отличаются лишь своей дисперсностью;

• Горные породы вулканического происхождения-вулканический пепел, вулканические туфы и пемзы, витроф, трасс, перлит необожженный. Все указанные породы, за исключением вулканического пепла, имеют камневидную структуру, поэтому требуют помола до оптимальной дисперсности;

Промышленные отходы — золы и шлаки ТЭС (зола-уноса, золо-шлаки), зола горючих сланцев, гранулированные доменные шлаки, отвальные доменные шлаки, фосфорные шлаки — отходы электротермического производства фосфора, содержащие в своем составе СаО и SiO ₂ в сумме до 95 %, нефелиновый шлам — отход глиноземного производства, содержащий до 80 % минерала белита, частично гидратированного, ситроф, красный бокситовый шлам — отходы алюминиевого производства, микрокремнезем (ультрадисперсные отходы ферросплавного производства — пыль газоочистки производства ферросилиция, кристаллического кремния, силикомарганца, ферросиликохрома) ,

Механизм действия гидравлически активных добавок в основном, обусловлен их химическим взаимодействием с известью, образующейся в результате гидролиза C ₃ S при гидратации цемента. При этом, в основном, образуются низкоосновные гидросиликаты кальция типа C-S-H (В), гидроалюминаты и гидроферриты кальция, которые увеличивая гелевую составляющую цементного камня, улучшают прочностные и деформативные свойства бетона.

Пуццоланический эффект действия тонкодисперсных добавок в бетонах проявляется в химическом взаимодействии активного кремнезема с известью по схеме:

SiO ₂ + Са(ОН)₂ + n(Н₂ O) -> (В) СаО * SiO₂ * Н₂ O.

Наряду с этим, поскольку дисперсность частиц добавки соизмерима с размерами зерен цемента, наблюдается — пластифицирующий эффект, проявление которого повышается с увеличением (до оптимального) количества вводимой добавки. Образование гидросиликатов кальция обеспечивает повышение плотности и прочности цементного камня и, соответственно, бетона и раствора за счет вовлечения активной части добавки в формирующуюся структуру цементного камня.

Вместе с этим, уменьшение свободной гидроокиси кальция в структуре цементного камня способствует повышению коррозионной стойкости бетона к коррозии 1 -го вида выщелачиванию и коррозии II -го вида — химической коррозии, так как исключает образование легкорастворимых гидроксидов магния, натрия и других.

Таким образом, введение химически активных минеральных добавок-наполнителей способствует не только сокращению расхода цемента, но и повышению коррозионной стойкости бетона, что свидетельствует о технической и экономической эффективности использования добавок в бетонах и растворах.

• пассивные (проведение мероприятии на готовом изделий или материале)

Для защиты применяют гидрофобизирующие, лакокрасочные, оклеечные, облицовочные и футеровочные материалы в различных сочетаниях.

Специфические свойства бетона определяют ряд особенностей защиты бетонных и железобетонных конструкций. Бетон как композитный искусственный материал имеет пористую микротрещиноватую структуру и шероховатую поверхность. Шероховатость и пористость бетона создают условия для образования и удержания в микрокапиллярах бетонной поверхности пленки адсорбированной влаги и иногда в количествах, превышающих допустимые при нанесении некоторых покрытий без предварительного удаления влаги. Вследствие содержания в цементном камне водорастворимых и химически активных соединений, водные растворы которых имеют щелочной характер, к защитным материалам предъявляются требования щелочестойкости. Простой перенос методов защиты других материалов на железобетон не достигает цели.

Перед нанесением защитных покрытий поверхность бетонных и железобетонных конструкций очищают от загрязнений, выравнивают при помощи ручных и механизированных (песко- и дробеструйных) инструментов, обеспыливают. Жировые загрязнения удаляют растворителем, солеобразования — чистой водой, продукты взаимодействия с кислотами — 4-5%-м раствором кальцинированной соды. Затем бетонные поверхности вновь промывают водой. Все раковины и трещины должны быть заделаны бетоном или раствором одинакового состава с конструкцией. Влажность поверхностного слоя бетона на глубине до 20 мм конструкции, подготовленной к защите покрытиями, не должна превышать 5-6%.