О защите арматуры от коррозий ингибиторами в агрессивных средах
Известны случаи разрушения железобетонных конструкций вследствие коррозии арматуры под воздействием агресивных ионов хлора, проникающих к поверхности арматуры через защитный слой бетона или введенных в состав бетона для ускорения твердения.
Коррозия арматуры наблюдается в конструкциях, подверженных действию морской воды и морской атмосферы, а также В конструкциях из бетона с добавками хлористых солей, введенных для ускорения твердения или для твердения на морозе.
Исследуются различные методы Защиты таких конструкций от коррозии, tio наиболее эффективного и экономически выгодного не найдено. Проведено большое число исследований по защите арматуры в агрессивных средах путем введения в состав бетона добавок-ингибиторов, препятствующих коррозии стали. Из опробованных ингибиторов предпочтение отдается пассиваторам, в частности нитриту натрия или смеси ингибиторов. Однако введенный в бетон в недостаточном для полного предотвращения коррозии количестве MiaWCi2 вызывает питтинговую коррозию стали в бетоне.
Положительное действие NaN02 в присутствии хлоридов проявляется только при условии сохранения высокой щелочности поровой жидкости в бетоне (р,Н 12), соблюдения толщины защитного слоя бетона не менее 15 мм и полного отсутствия в нем трещин [1]. Возможно применение для защиты арматуры от коррозии в среде хлоридов смеси Ca(NQ2)2 + Ca(N03)2, введенной в состав бетона 1:1 [2].
Авторы исследовали влияние комплексной добавки нитрита натрия и бихромата камня, а также каждого из этих ингибиторов на коррозию арматуры в цементных растворах различной плотности и бетоне как при введении хлористого натрия в состав цементного раствора при затворении, так и при выдерживании образцов в условиях капиллярного подсоса раствора NaCl.
В первой серии опытов образцы изготовляли в форме дисков. Пластинки из СтЗ диаметром 7 см контактировали с цементным раствором состава 1:2 на портландцементе Белгородского завода и строительном песке; В/Ц = 0,4, содержащим ингибиторы и 6%-ный NaCl. Содержание агрессивных хлоридов в несколько раз превышало содержание ингибиторов в цементном растворе. Нерабочую поверхность стали изолировали замазкой, толщина защитного слоя цементного раствора составляла 7 мм. Образцы в течение 1 мес увлажняли в воде и высушивали прн 35°С (по двое суток). Затем образцы разбивали, определяли площадь поверхности стали, пораженной коррозией (см. таблицу).
Степень сохранности стали в цементном растворе без ингибиторов и при введении NaN02 в количестве в 6 раз меньшем содержания iNaCl в цементном растворе примерно одинакова. Бихромат калия оказался лучшим ингибитором по сравнению с нитритом, а введение 0,5% NaN02 + 0,5% позволило полностью сохранить поверхность стали от коррозии в цементном растворе в присутствии хлорид-ионов.
Во второй серии опытов образцы цементного раствора того же состава с добавкой 4%-ной NaCl, подвергали аналогичному испытанию в течение 6 мес. Результаты испытаний подтвердили высокую эффективность смешанного нитрит-хроматного ингибитора.
При введении 3%-ной NaCl от массы цемента в состав цементного раствора образцы попеременно увлажняли в 3%-ном растворе NaCl и высушивали прн температуре 40—50°С в течение 15 мес. Поверхность арматурной стали, находящейся в таких условиях испытаний, защищенная цементным расгво ром без ингибиторов, поражена коррозией; на поверхности стали, защищенной цементным раствором, содержащим 2% NaN02 или 2% К2СГ2О7, появлялись отдельные пятна продуктов коррозии; поверхность же стали, защищенная цементным раствором, содержащим в своем составе 1% iNaN02+ + 1% К2СГ2О7 (от массы цемента) — чистая, блестящая, без коррозии.
Подобным испытаниям подвергали и образцы бетона марки 400 (при расходе цемента 405 кг/м3, В/Ц=0,46), армированные стальными стержнями с толщиной защитного слоя 12,5 мм. В состав бетона вводили 3% NaCl. Образцы испытывали в течение 4 мес, увлажняя в 5%-ном растворе NaCl (3 сут) и высушивая при 40°С (4 сут). Арматурная сталь полностью сохранилась при введении в состав бетона 3% К2СГ2О7 и смеси ингибиторов 1,5% NaN02-fil,5% К2СГ2О7. При введении 3% NaN02 на поверхности стали наблюдались пятна ржавчины; налет ржавчины у торцов стержней обнаружен даже при введении в состав бетона 5% NaN02-
Для выяснения механизма коррозионных процессов в воздушно-влажных условиях были сняты анодные и катодные поляризационные кривые образцов СтЗ, контактирующих С цементным раствором состава il:2, В/Ц=0,4, содержащим 4% NaCl массы цемента (см. рисунок). Образцы хранили над водой в течение 2 мес. Кривые снимали методом поляризации прерывистым током для исключения омической составляющей . Анодный процесс растворения стальной арматуры в этих условиях без ингибиторов протекает беспрепятственно, контролирующим является катодный процесс. Введение в состав цементного раствора NaN02 в количестве 1% массы цемента вызывает сдвиг потенциала в положительную сторону и увеличивает анодную поляризацию. Катодная поляризация стали уменьшается, что говорит об ускорении катодного процесса с введением NaN02. Бихромат калия, введенный в состав цементного раствора в таком же соотношении, увеличивает как анодную, так и катодную поляризацию стали.
В условиях переменного увлажнения- высушивания и в воздушно-влажных условиях контроль процесса коррозии стали в бетоне в присутствии агрессивных хлорид-иоиов может быть катодным, смешанным или анодно-омическим в зависимости от влажности бетона. 0тим объясняется высокий защитный эффект сочетания двух ингибиторов, из которых один (NaN02) является более сильным анодным ингибитором, а второй (К2СГ2О7) тормозит как анодный, так и катодный процесс.
При стоимости нитритий натрия 150 р/т и бихромата калия 300 р/т смешанный ингибитор в расчете на 1 м3 бетона с учетом снижения общей его дозировки не дороже ингибитора-нитрита натрия. Кроме того, бихромат калия менее дефицитный продукт, чем нитрит натрия, поэтому применение смешанного нитрит-бихроматного ингибитора эффективно и по технико-экономическим показателям.
Выводы
Исследование процесса коррозии арматуры в присутствии хлорид-ионов и действия ингибиторов на этот процесс позволило установить, что наиболее эффективным ингибитором коррозии является смесь нитрита натрия и бихромата калия.