Коррозия стальной арматуры в полимербетонах
Полимербетоны нуждаются в армировании, так как прочность их на сжатие в несколько раз превышает прочность на растяжение. При армировании полимербетонов стальной арматурой возникает опасность ее коррозии в кислой среде бетона па основе широко применяемого полимерного связующего — фурфурол-ацетолового мономера.
В НИИЖБе проведеныкоррозионные испытания арматурной стали в полимербетонах, различных по составу (табл. 1) п толщине защитного слоя. Поведение арматуры исследовалось на шлифованных обезжиренных арматурных стержнях из стали марки Ст.5, помещенных в образцы из полимербетонов. В качестве связующего использовался мономер ФАА1 и для одного из составов полиэфирная смола ПН-1 (СТУ 30—14086—62), отвердителем служили бснзолсульфокнслота (ВТУ МХП № 307— 54), или гидроперекись изопропилбензола (ВТУ БУ 11—53) и нафтенат кобальта (ВТУ 33104—60).
Термообработанные полнмербетонные образцы исследуемых составов характеризовались прочностью на сжатие 600—700 кгс/см2 (полимербетоны на ФАМ) и 1000 кгс/см2 (полимербетон на ПН-1) и коэффициентом однородности 0,6—0,75.
Отвержденные образцы-близнецы подвергались коррозионным испытаниям в различных условиях (табл. 2). Обработка стальных стержней и оценка состояния арматуры по окончании коррозионных испытаний проводились по известной методике".
Влияние среды бетона па коррозионное состояние арматуры исследовано в полимербетонах составов 1 и 2, отличающихся друг от друга типом связующего. Для полимербетона на фурфурол-ацетоновом мономере величина pH, определенная наводных вытяжках равнялась 5—6, а для полиэфирного полимербетона 9—10.
Вид связующего оказывает значительное влияние па коррозионное состояние арматурной стали. В полимербетоне на полиэфирной смоле коррозия арматуры отсутствует во всех исследованных средах, кроме кислоты. В горячен кислоте, обладающей высокой проникающей способностью п агрессивностью по отношению к полимербетону, коррозия арматуры в обоих составах значительна.
В фурфурол-ацетоновом полимербетоне коррозионное поражение стальной арматуры наблюдается во всех исследуемых средах. В воздушно-сухих условиях испытаний оно начинается после изготовления образцов, что объясняется агрессивным воздействием кислого отверднтеля-бепзолсульфокисло- ты иа арматурную сталь в период отверждения образцов. При дальнейшем хранении образцов в этих условиях коррозия арматуры не увеличивается, так как отвердевший полимербетон является диэлектриком, в котором отсутствует жидкая фаза. Таким образом, в полимербетонах на фурфурол-эцетоно- вом монометре арматура подвергается более агрессивному воздействию, что связано с кислым характером отвердителя (БСК).
Химическая стойкость полимербетонов в значительной степени зависит от вида используемых заполнителей. Естественно предположить, что вид используемых заполнителей будет влиять и на коррозионную стойкость арматуры в полимербетонах. В табл. 2 представлены результаты коррозионных испытаний арматурной стали в фурфурол-ацетоно- вых полимербетонах на различных заполнителях. Из составов на тяжелом крупном заполнителе-граните более высокими защитными свойствами обладает состав 3, что объясняется его лучшей химической стойкостью. Наибольшее коррозионное поражение арматуры наблюдается в среде горячей кислоты, при этом коррозия примерно в 4—5 раз выше,чем в холодной кислоте и воде.
Более интенсивно проходит коррозия в бетоне состава 1, нежели в бетоне состава 3.
Увеличение скорости коррозии в последующее время объясняется боле§ интенсивным проникновением агрессивной среды к арматуре, из-за образования в полимербетоне глубоких трещин (состав 1), вследствие разрушения его агрессивной средой и продуктами коррозии.
Интересные данные получены при испытании полимербетонных образцов, изготовленных на щебне из боя кислотоупорной керамики и графите (состав 4). Они обладают самой высокой химической стойкостью ни в одной из сред при хранении образцов до одного года не было обнаружено признаков разрушения полимербетона. Однако кор.розия арматуры в этом составе значительно (на порядок и более) превосходит коррозию арматуры в полимербетонах составов 1 и 3. При этом скорость коррозии в кислотах не снижается. Коррозионные язвы достигают глубины, равной 0,5— 0,9 диаметра стержня (3000—5000 мк) (рис. 2). Язвы образуются в основном с нижней стороны полимербетонного образца. Это связано с тем, что агрессивная среда в короткие сроки проникает по телу пористого заполнителя к арматуре, вызывая интенсивную, язвенную коррозию последней. Можно предположить, что с увеличением толщины защитного слоя полимербетона у арматуры такого явления наблюдаться не будет.
На рис. 3 приводятся результаты коррозионных испытаний арматуры в полимербетонных образцах с защитным слоем толщиной от 7 до 35 мм. Коррозия арматурной стали в полимербетоне состава 1 при храпении в горячей кислоте уменьшается пропорционально толщине защитного слоя, что свидетельствует о диффузионной проницаемости состава 1. При храпении образцов состава 4 в горячей кислоте коррозия при толщине защитного слоя в 7 мм составляет 5790- 10~5 г/см2, но резко (в 100 раз) падает при защитном слое 15 мм и отсутствует, если защитный слой увеличивается до 20 мм -н более. При хранении в холодных кислотах наблюдается такая же закономерность. Потеря веса на коррозию при толщине защитного слоя 15— 35 мм (кривые 1, 2, 4) мала и обусловлена не агрессивным действием проникающей среды, а действием отвердителя — бензосульфокислоты при отверждении -образцов.
Таким образом, с увеличением толщины защитного слоя полимербетона происходит значительное торможение коррозионного процесса. Это связано с уменьшением концентрации коррозионноактивных ионов, диффундирующих через полимербетон, на границе полимер — металл. В силу увеличения диффузионного ограничения концентрации коррозионноактивных веществ, с увеличением толщины защитного слоя снижается скорость адсорбции и увеличивается торможение коррозии арматурной стали под защитным слоем полимербетона. С точки зрения термодинамики стальная арматура в исследованных полимербетонах не может находиться в пассивном состоянии, следовательно, защитные свойства полимербетонов основываются только на их способности изолировать арматуру от действия агрессивной среды. В связи с этим возникновение и скорость коррозии арматуры зависят от проницаемости бетонов.
Установление зависимости между коррозией арматуры и проницаемостью полимербетонов является предметом специального исследования, проводимого авторами в настоящее время.
Выводы
В полимербетонах на фурфурол-ацетоновом мономере, имеющих pH в пределах 5—6, наблюдается незначительная коррозия стальной арматуры, не увеличивающаяся при дальнейшем хранении в воздушно-сухих условиях.
При хранении образцов сталеполимербетона в кислотах, особенно подогретых, коррозия арматуры возрастает.
Коррозия арматуры в полимербетоне тормозится с увеличением толщины защитного слоя. При использовании в качестве крупного заполнителя пористых материалов (типа щебня из кислотоупорной керамики) крупность заполните тя должна быть ограничена.