Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях


КОРРОЗИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА

При действии на железобетонные конструкции агрессивной жидкой или газообразной среды в них возникают процессы коррозии, развитие которых может вызвать значительные повреждения. Процессы коррозии могут протекать в бетоне и (при определенных условиях) в арматуре.

Развитие коррозии зависит от плотности и проницаемости бетона, свойств цемента, скорости поступления агрессивной жидкости или газа к поверхности бетона, характера агрессивной среды. Различают три основных вида коррозии бетона.

К первому виду могут быть отнесены процессы коррозии, которые возникают в бетоне при действии водных растворов, когда в воде, фильтрующейся через бетон, происходит прямое растворение составных частей цементного камня и в первую очередь гидроксида кальция Са(ОН)2 (так называемая коррозия выщелачивания). Составные части цементного камня растворяются и выносятся из структуры бетона. Особенно интенсивно эти процессы могут протекать при фильтрации воды через толщу бетона, причем наиболее опасна фильтрация под напором. Если в воде содержатся соли, не реагирующие непосредственно с составными частями цементного камня, они могут повысить растворимость гидратированных минералов цементного камня вследствие повышения ионной силы раствора . Процессы коррозии второго вида обусловлены химическими взаимодействиями (обменными реакциями) между компонентами цементного камня и раствора, в том числе обмен катионами (положительно заряженными ионами); образующиеся продукты таких химических реакций либо легко растворимы в воде и выносятся из структуры в результате диффузии или фильтрационных потоков, либо отлагаются в виде аморфной массы, не обладающей вяжущими свойствами и не влияющей на дальнейший разрушительный процесс. Такой вид коррозии представляют процессы, возникающие при действии на бетон растворов кислот и некоторых солей.

К третьему виду относятся процессы, при развитии которых в порах бетона происходят накопление и кристаллизация малорастворимых продуктов реакции с увеличением объема твердой фазы. Наиболее часто такие явления наблюдаются в морских сооружениях, которые частично погружены в воду и имеют открытую для испарения поверхность. В них, если не принять необходимые меры, возможно накопление раствора солей за счет капиллярного подсоса и последующего испарения воды из наружных частей конструкции. Увеличение объема твердой фазы сопровождается возникновением усилим в цементном камне, которые могут привести к повреждению или даже к разрушению бетона.

В естественных условиях происходит коррозия всех трех видов с преобладанием идного из них.

Наиболее вредны для бетона соли ряда кислот, особенно серной (H2SO4), так как они образуют в цементе сульфаты кальция (CaSO4) и алюминия. В частности, сульфатоалюминат кальция (так называемая “цементная бацилла”) легко растворяется, сильно увеличивается в объеме и вытекает в виде белой слизи, образующей подтеки на поверхности бетона. В случае действия сульфатов бетон разрушается тем интенсивнее, чем больше его пористость и проницаемость

Очень агрессивны воды, содержащие сернокислый кальций. К ним относятся и грунтовые в которых имеются отходы производства — гипс, шлак и т. п. Наличие в 1 л. и 0,2 г сульфатов делает воды агрессивными, при повышении содержания до 0,5 г они разрушают бетон. Опасны также воды с магнезиальными солями. Так как реакция между ними и минералами, составляющими цементный камень, в первую очередь происходит в зоне контактов с заполнителями (эти зоны являются также зонами максимальных напряжений), то прочность бетона здесь снижается особенно интенсивно.
Из кислот наиболее опасны соляная (НСl) и азотная (HNO3). Несколько более замедленное, но также разрушающее действие оказывают серная и сернистая (H2SO3) кислоты. Натриевые (NaOH) и калиевые (КОН) щелочи менее вредны для бетона вследствие их медленного действия. Опасными надо считать лишь сильно концентрированные растворы в горячем виде. Морская вода при систематическом воздействии оказывает вредное влияние на бетон, поскольку содержит сульфат магния (MgSOA), хлористую магнезию (MgCl2) и другие вредные соли. Отрицательно сказываются на структурообразо- вании, а значит и на коррозионной стойкости бетона, жесткие режимы его тепловлажностной обработки. Повышает опасность коррозионного разрушения и напряженное состояние бетона в растянутых зонах, а также при высоких напряжениях в сжатой зоне конструкции за счет образования в перечисленных зонах микро- и макротрещин.

Наиболее простой и действенной мерой предохранения бетона от влияния агрессивной среды является увеличение плотности. Плотность бетона достигается соответствующим подбором зернового состава заполнителей, понижением водоцементного отношения и тщательной укладкой. Повышению плотности способствует добавка трасса, шлаковой или каменной муки в количестве 20...30% от веса цемента.
При наличии в воде вредных кислот (в сотых долях процента) или слабых растворов минеральных солей, отрицательно влияющих на бетон (морская вода, соленая вода озер, городские сточные воды и т.д.), следует отказаться от портландцемента, заменяя его шлакопортланд- цементом и глиноземистым цементом. При содержании кислот в десятых долях процента (главным образом воды промышленных предприятий и химических заводов) прибегают к нанесению торкретированием поверхностного слоя цементного раствора с добавками церезита (5...10%), добавлению кислотоупорного цемента и к битумным и асфальтовым защитным покрытиям.

При повышенном содержании кислот (до 1...2%) или растворов солей при повышенных температурах следует применять кислотоупорные облицовки. Основное условие защиты арматуры в бетонах на портландцементе — пассивация ее поверхности щелочью [Са{ ОН)2], которая в значительном количестве выделяется при гидратации некоторых составляющих цементного клинкера.

Коррозия арматуры в бетоне может начаться после нарушения пассивности стали. Чаще всего в обычной промышленной атмосфере это происходит в результате связывания гидроскида кальция бетона находящимся в воздухе углекислым газом, т.е. карбонизации бетона или его выщелачивания. При этом щелочность раствора понижается и надежная защита стали не обеспечивается.

Коррозия арматуры может быть следствием недостаточного содержания цемента в бетоне, наличия в бетоне вредных добавок (например, поваренной соли, если ее добавляют в избыточных количествах при производстве работ в зимних условиях), недостаточной толщины защитного слоя, малой плотности бетона.

В последние годы железобетонные конструкции широко применяют в химической промышленности, где возможно выделение самых разнообразных агрессивных газов, многие из них проникают через бетон почти безпрепятственно; при этом возможна интенсивная коррозия арматуры под плотным бетоном.

Особенно интенсивно развивается коррозия в тех случаях, когда в бетоне имеются трещины, раковины доходящие до арматуры, крупные поры.

Углекислый газ и другие агрессивные к стали газы, проникая через неплотности бетона, депассивируют поверхность арматуры. При раскрытии трещин нарушается сцепление между бетоном и арматурой и поступление кислорода к поверхности арматуры через трещины значительно увеличивается.

Коррозия арматуры представляет собой процесс постепенного разрушения ее поверхности (ржавления) в результате химического и электролитического действия окружающей среды, когда имеет место переход ионов металла в указанную среду (анодная реакция), а услови* обратного перехода отсутствуют.

Развитие процесса коррозии арматуры в бетоне сопровождаете* образованием продуктов коррозии, занимающих в 2...2,5 раза больший объем по сравнению с объемом прокорродированного металла. Поэтому в процессе коррозии возникает значительное радиальное давление п? окружающий бетон, вызывающее образование трещин вдоль арматурных стержней и откалывание защитного слоя. При пористом бетоне и тонкой арматуре трещин может и не быть так как продукты коррозии распределяются в крупных порах бетона i развиваемого давления оказывается недостаточно для разрушения защитного слоя.

В предварительно напряженных конструкциях могут возникнуть более опасные случаи коррозии, так как арматура их подвергается действию высоких напряжений. В первую очередь это относится к случаям, когда напряжения в арматуре находятся на уровне предела текучести и выше, что связано с разрушением естественных защитных окисных пленок. Кроме того, в предварительно напряженных конструкциях применяют, как правило, арматуру малых диаметров и поражение коррозией арматурной проволоки или стержней на небольшую глубину от поверхности вызывает значительное ослабление сечения. Правда, это не значит, что коррозия относительно толстой предварительно напряженной арматуры менее опасна, чем тонкой, так как достижение высокой прочности такой арматуры сопровождается, как правило, появлением склонности к носящему межкристаллический характер коррозионному растрескиванию.

Существенное влияние на коррозионную стойкость арматурных сталей оказывает их химический состав. В частности, на коррозию углеродистых сталей содержание углерода в щелочной среде (коррозия проходит с участием растворенного кислорода) заметно не влияет. Наличие марганца также практически не отражается на стойкости арматурных сталей. Кремний в небольших количествах несколько повышает стойкость стали в солевых растворах, а при увеличении его содержания до 1% - ускоряет коррозию. Хром повышает стойкость стали пропорционально его содержанию. В целом, как показывают исследования, низколегированные стали обладают большей коррозионной стойкостью, чем углеродистые.

Повышение температуры и влажности окружающей среды во всех случаях ускоряет процесс коррозии арматуры.

Влияние коррозионных поражений поверхности металла на механические свойства аналогично действию концентраторов напряжений, которые локализуют пластические деформации в небольшом объеме металла. У мягких сталей около этих очагов поражений происходит перераспределение напряжений, поэтому их чувствительность к коррозионным поражениям заметно меньше, чем высокопрочных, обладающих малой пластичностью (длительно сохраняющих концентрацию напряжений в пораженных местах) и имеющих значительное число дефектов структуры.

Эффективным средством повышения коррозионной стойкости и долговечности железобетонных конструкций является защитный слой рациональной толщины. Достаточно хорошо зарекомендовали себя на практике такие виды защиты бетона и арматуры от коррозии при работе в условиях агрессивной внешней среды, как гидрофобизация поверхности бетона (наиболее широко применяют для этой цели кремнийорганические материалы), лакокрасочные покрытия (хлоркаучуковые, эпоксидные и некоторые другие) и рулонная оклеечная изоляция (полиэтиленовая пленка, гидрозол, бризол, стеклорубероид и др.).

Голышев А.Б., Бачинский В.Я., Полищук В.П., Железобетонные конструкции, Киев, 2001

??????????

??????? ?.?., ??$B!`(B?????? ?.?., ??????? ?.?., ?????????????? ???????????

?????? ?.?., ???????????? ??????????? ?????????? ????????????

?.?. ???????, ????????????? ???????????

?.?. ???????, ???????? ?????? ?? ??????? ???????????

?. ???????, ????????$B!`(B????? ???????????? ???????????

???????? ?.?., ??????????? ?.?., ???????? ?.?., ???????????????? ?????????? ???????????

?.?. ???????, ?????????? ???????????

?.?. ?????????, ?. ????, X. ???????, ????? ???????????? ?????

?.?. ???????, ?????? ???????

?????? ?.?., ??????????: ??? ??? ???????? ? ??? ??? ??$B!`(B?????

?. ????????, ???????????? ????????????? ???????????? ??????

?.?. ???????, ?????????????$B!`(B????? ?????????

?.?. ???????, ????????? ??????????$B!`(B?????? ? ?????????????????? ?????????????

??????????$B!`(B????? ??????????. $B!_(B. I. ?????? ???????

??????????$B!`(B????? ??????????. $B!_(B. II. ??????????? ???????

???????????? ??????????$B!`(B????? ?????

?.?. ???????, ??????????$B!`(B????? ??????????

?. ?. ????, ????????????????

????????????$B!`(B????? ??????????????? ???????

????????????? ?????????????? ???????

????? ? ???????????, ????????? ??????

??????????? ????????? ? ??????????? ???????? ??????????