Коррозия бетона и методы борьбы с ней. Биологическая коррозия бетона


Коррозия бетона и методы борьбы с ней

     Для предотвращения этого вида коррозии применяют глиноземистый цемент, сульфатостойкие портландцемента и бетоны повышенной плотности.

     Сульфатно-магнезиальная  коррозия возникает при действии на цементный камень сульфата магния MgSO4. Реакция идет по схеме: Са(ОН)2 + MgSO4 + 2Н2О = CaSO4 х2Н2О + Мg(ОН)2. Образуется рыхлая масса Мg(ОН)2 и кристаллы CaSO4 х 2Н2О, которые растворяются в воде. Влияние на цемент сказывается при концентрации MgSO4 более 0,5-0,75%. Происходит совмещение двух видов коррозии — магнезиальной и сульфатной. 

     Физико-химическая коррозия бетона 

     Коррозия  этого вида вызывается фильтрацией  сквозь толщу бетона мягкой воды, вымывающей его составные части, особенно гидрат окиси кальция — гашеную известь. Этот процесс, называемый выщелачиванием извести, весьма опасен для бетона, поскольку известь является составляющей почти всех цементов.

     Внешним признаком коррозии такого вида является белый налет на поверхности конструкции  в месте выхода воды, что и послужило  основанием назвать данный вид коррозии «белой смертью» бетона.

     В технической литературе можно встретить  термин «карбонизация», который характеризует  этот процесс. Карбонизация бетона ведет  к потере бетоном его защитных свойств: арматура подвергается воздействию  агрессивной среды. В результате карбонизации на поверхности бетона образуются тонкие трещины, которые  впоследствии могут привести к отслаиванию  бетона.

     Если  приток воды очень мал и она  испаряется на поверхности бетона, то гидрат окиси кальция остается в толще бетона, уплотняет его  и прекращает фильтрацию. Этот процесс  называется самозалечиванием бетона.

     Для предотвращения физико-химической коррозии рекомендуется изоляция сооружений от агрессивных вод, содержащих сульфаты, а также их отвод, снижение концентрации солей, воздействующих на растворы. 

     Биологическая коррозия бетона 

     Биологическая коррозия - прямое или косвенное  воздействие низших форм живых организмов, влияющих на внешний вид или технические  свойства бетона. К таким организмам относятся бактерии, морские водоросли, грибки, лишайники, мхи и т. д.

     Биоповреждения  неорганических строительных материалов, к которым относится бетон, преимущественно  сводятся к нарушению сцепления  составляющих компонентов этих материалов в результате воздействия минеральных  или органических кислот микробного происхождения. Бетонные сооружения разрушаются  вследствие химических реакций между  цементным камнем и продуктами жизнедеятельности  микроорганизмов.

     Пористая  структура бетона способствует вовлечению микроорганизмов в коррозионные процессы. Первые упоминания об участии  бактерий в коррозии бетона относятся  к 1901 г. При обследовании бетонного  водопроводного канала в поверхностном  слое поврежденного бетона были обнаружены нитрифицирующие бактерии.

     Благодаря переменности сечений контактирующих пор микроструктура цементного камня  обладает непроницаемостью для частиц или микроорганизмов определенного  размера, как правило, намного меньше среднего размера пор. Омываемый  жидкостью бетон фильтруют воду, а мелкие частицы и микроорганизмы задерживаются на поверхности материала  и вступают с ним во взаимодействие.

     Продукты  жизнедеятельности микроогранизмов такие как: кислоты, сульфиды, аммиак и другие, являются агрессивными и вызывают разрушение бетона, а также арматуры в железобетонных конструкциях.

     Неорганические  и органические кислоты и сероводород  образуются тионовыми, нитрифицирующими, углеводородокисляющими, сульфатредуцирующими бактериями, грибами, дрожжами и другими микроорганизмами. Наиболее активны в коррозионном отношении литотрофные бактерии, окисляющие неорганические соединения: серу, сульфиды, сульфат закиси железа, аммиак с образованием серной и азотной кислот.

     Плесневые грибы - типичные возбудители окислительного брожения. Окислительное брожение, вызываемое плесневыми грибами и так называемыми окислительными бактериями, может происходить только в случае, если у микроорганизмов есть особые энзимы - редуктазы, способствующие неполному разрушению углеводородов в присутствии кислорода воздуха. В качестве промежуточных продуктов этого биохимического процесса образуются органические кислоты (глюконовая, щавелевая, янтарная и лимонная), вызывающие коррозию металлов и органических материалов - разъедание, снижение веса, изменение окраски, потерю прочности - так называемые вторичные явления.

     С точки зрения условий развития процессов  биокоррозии, которые связаны с жизнедеятельностью живых организмов, следует различать два основных случая, имеющих значение и для разработки мер защиты от этого вида коррозии. В первом случае биоорганизмы - животные, растения, чаще всего микроорганизмы - находятся в непосредственном контакте с наружной или внутренней (для пористых материалов) поверхностью строительной конструкции и в процессе метаболизма взаимодействуют с материалом, в результате чего снижается прочность или ухудшаются другие эксплуатационные качества материала, т.е. происходит повреждение материала и сокращение сроков его эксплуатационной пригодности.

     Во  втором случае биоорганизмы являются продуцентами веществ, агрессивных по отношению к строительному материалу, но непосредственно в пространстве и времени не связаны со строительной конструкцией. Коррозионные процессы могут развиваться на значительном расстоянии от места обитания биоорганизмов, вырабатывающих агрессивные по отношению к строительному материалу вещества. Этот процесс может быть отдален во времени от момента, когда наступает контакт агрессивного компонента со строительной конструкцией.

     При твердении бетон покрывается  защитной пленкой, образованной углекислым кальцием. Пока пленка цела, она препятствует диффузии воды внутрь бетонной кладки и тем самым защищает бетон  от разрушения. Тионовые бактерии, поселяющиеся на поверхности карбонатного слоя, разрушают его, изменяя рН прилегающей воды за счет образуемой ими кислоты. Кроме того, тионовые бактерии приносят вред продуцированием сульфатов, поскольку последние образуют эттрингит, ускоряющий разрушение цементного камня.

     Интенсивное развитие коррозии бетона и железобетона наблюдается в условиях техногенных  сред. Высокая влажность, наличие  органического вещества, жиров и  продуктов их гидролиза, аммиака, растворов  солей создают благоприятные  условия для интенсивного развития активных в коррозионном отношении  микроорганизмов.

Например, исследование микрофлоры бетона, гидроизоляции, кирпича, штукатурки на ряде мясокомбинатов показало, что во всех пробах стройматериалов  присутствуют микроорганизмы, способные  вызывать коррозию. Так, численность  гетеротрофных бактерий, использующих для своего развития органические вещества и образующих аммиак и органические кислоты, достигала 103 клеток на 1 г материала. 

                                  Защита от коррозии 

     Повышение стойкости бетонов к процессам  коррозии может обеспечиваться соответствующим  подбором составов, увеличением плотности  путем уменьшения водоцементного отношения, выбором специальных вяжущих  и заполнителей, применением наиболее эффективных методов уплотнения смеси, путем обработки поверхностного слоя (флюатирование, пропитка полимерами), введением различных солей (силикатов и алюминатов натрия, хлористого железа, стеаратов кальция), поверхностно-активных веществ, абиетанов натрия, кремнийорганических соединений, щелочестойких латексов, поливинилацетатов, изменяющих структуру, повышающих плотность, уменьшающих водопотребность и т.д.

     К числу вредных добавок для  бетонов относятся те, которые  способствуют образованию легкорастворимых веществ (например, сахар, образующий легкорастворимый кальциевый сахарит и др.). Морская вода очень вредно влияет на бетон из обычного цемента в виду возможности обменного образования кальциевых соединений с растворами солей легкорастворимых соединений.

     В условиях воздействия агрессивной  среды при выборе цемента для  бетонов следует руководствоваться  следующими положениями:

  • для бетона, находящегося в зоне переменного уровня грунтовых вод, нельзя применять пуццолановый портладцемент;
  • в сульфатных водах заметная сульфоалюминатная коррозия портландцемента начинается при концентрации ионов порядка 300 мг/л;
  • сульфатостойкий портландцемент обеспечивает удовлетворительную стойкость конструкции в сульфатных водах;
  • сульфатостойкий портландцемент можно заменить сульфатостойким пуццолановым портландцементом;
  • хорошую стойкость в сульфатных водах имеют глиноземистые сульфатированные и глиноземистые шлаковые цементы.

     К методам вторичной защиты относится  нанесение различных защитных покрытий: применение биоцидных материалов, цементизация, силикатизация, смолизация, применение оклеечных материалов, применение уплотняющих пропиток и лакокрасочных мастичных покрытий.

     Биоцидные материалы – это материалы, которые уничтожают и подавляют грибковые образования на бетонных конструкциях. Принцип действия биоцидных материалов заключается в проникновении химически активных элементов в структуру бетона и заполнении микротрещин и пор.

     Цементизация – нагнетание цементного раствора через пробуренные в конструкции отверствия, что увеличивает ее плотность и водонепроницаемость, а тем самым и коррозионную стойкость бетона. Но этот способ недостаточно эффективен, что объясняется грубодисперсным составом цементов.

     Силикатизация состоит в нагнетании через пробуренные  в конструкциях отверстия жидкого  стекла, которое, проникая в пустоты  и поры, заполняет их. Вводимый вслед  за этим раствор хлористого кальция, реагируя с жидким стеклом, образует уплотняющий осадок из плохо растворимого гидросиликата кальция и нерастворимого геля кремнезема.

     Смолизация предусматривает предварительное нагнетание в бетон 4%-го раствора щавелевой или кремнийфторводородной кислоты и последующее введение раствора карбамидной смолы с отверждающей добавкой. Смолизация рекомендуется для повышения плотности и водонепроницаемости конструкции с мелкими порами и при отсутствии фильтрации воды.

     Оклеечные материалы применяются при воздействии жидких сред (например, если бетонная в облицовочных покрытиях. Это могут быть рулоны нефтебитума, полиэтиленовая пленка, полиизобутиленовые пластины. Уплотнение поверхности бетона торкретированием и железнением также позволяет предотвратить развитие коррозии.

     Уплотняющие пропитки придают бетону высокие  гидрофобные свойства, резко повышают водонепроницаемость и снижают  водопоглощение материала. Благодаря этим свойствам, их применяют в условиях повышенной влажности и в местах, где присутствует необходимость обеспечения специальных санитарно-гигиенических требований.

     Лакокрасочные мастичные покрытия используются при  воздействии жидких сред, а также  при непосредственном контакте бетона с твердой агрессивной средой.

     Антикоррозионные  покрытия можно применять везде, где существует подобная необходимость  для бетона. При выборе защитных средств следует учитывать особенности воздействия среды, возможные физические и химические воздействия.

     Увеличение  срока службы строительных конструкций  и оборудования достигается путем  правильного выбора материала с  учетом его стойкости к агрессивным средам, действующим в производственных условиях. Кроме того, необходимо принимать меры профилактического характера. К таким мерам относятся: герметизация производственной аппаратуры и трубопроводов; хорошая вентиляция помещения; улавливание газообразных и пылевидных продуктов, выделяющихся в процессе производства; правильная эксплуатация различных сливных устройств, исключающая возможность проникновения в почву агрессивных веществ; применение гидроизолирующих устройств и др.

     Здания  и сооружения гражданского, промышленного, военного и транспортного назначения являются основой экономики любого государства мира. По оценкам специалистов значительное количество этих объектов в силу естественного старения и  процессов коррозии находится в  предаварийном состоянии, что создает  угрозу техногенных аварий и катастроф. Постоянный контроль за состоянием и своевременные меры по восстановлению – это единственный способ решения вопроса долговременной и безопасной эксплуатации основных фондов.  

stud24.ru

Коррозия бетона | Snip8 | Биологическая коррозия бетона

Биологическая коррозия - прямое или косвенное воздействие низших форм живых организмов, влияющих на внешний вид или технические свойства бетона. К таким организмам относятся бактерии, морские водоросли, грибки, лишайники, мхи и т. д.

Биоповреждения неорганических строительных материалов, к которым относится бетон, преимущественно сводятся к нарушению сцепления составляющих компонентов этих материалов в результате воздействия минеральных или органических кислот микробного происхождения. Бетонные сооружения разрушаются вследствие химических реакций между цементным камнем и продуктами жизнедеятельности микроорганизмов.

Пористая структура бетона способствует вовлечению микроорганизмов в коррозионные процессы. Первые упоминания об участии бактерий в коррозии бетона относятся к 1901 г. При обследовании бетонного водопроводного канала в поверхностном слое поврежденного бетона были обнаружены нитрифицирующие бактерии.

Благодаря переменности сечений контактирующих пор микроструктура цементного камня обладает непроницаемостью для частиц или микроорганизмов определенного размера, как правило, намного меньше среднего размера пор. Омываемый жидкостью бетон фильтруют воду, а мелкие частицы и микроорганизмы задерживаются на поверхности материала и вступают с ним во взаимодействие.

Продукты жизнедеятельности микроогранизмов такие как: кислоты, сульфиды, аммиак и другие, являются агрессивными и вызывают разрушение бетона, а также арматуры в железобетонных конструкциях.

Неорганические и органические кислоты и сероводород образуются тионовыми, нитрифицирующими, углеводородокисляющими, сульфатредуцирующими бактериями, грибами, дрожжами и другими микроорганизмами. Наиболее активны в коррозионном отношении литотрофные бактерии, окисляющие неорганические соединения: серу, сульфиды, сульфат закиси железа, аммиак с образованием серной и азотной кислот.

Плесневые грибы - типичные возбудители окислительного брожения. Окислительное брожение, вызываемое плесневыми грибами и так называемыми окислительными бактериями, может происходить только в случае, если у микроорганизмов есть особые энзимы - редуктазы, способствующие неполному разрушению углеводородов в присутствии кислорода воздуха. В качестве промежуточных продуктов этого биохимического процесса образуются органические кислоты (глюконовая, щавелевая, янтарная и лимонная), вызывающие коррозию металлов и органических материалов - разъедание, снижение веса, изменение окраски, потерю прочности - так называемые вторичные явления.

С точки зрения условий развития процессов биокоррозии, которые связаны с жизнедеятельностью живых организмов, следует различать два основных случая, имеющих значение и для разработки мер защиты от этого вида коррозии. В первом случае биоорганизмы - животные, растения, чаще всего микроорганизмы - находятся в непосредственном контакте с наружной или внутренней (для пористых материалов) поверхностью строительной конструкции и в процессе метаболизма взаимодействуют с материалом, в результате чего снижается прочность или ухудшаются другие эксплуатационные качества материала, т.е. происходит повреждение материала и сокращение сроков его эксплуатационной пригодности.

Во втором случае биоорганизмы являются продуцентами веществ, агрессивных по отношению к строительному материалу, но непосредственно в пространстве и времени не связаны со строительной конструкцией. Коррозионные процессы могут развиваться на значительном расстоянии от места обитания биоорганизмов, вырабатывающих агрессивные по отношению к строительному материалу вещества. Этот процесс может быть отдален во времени от момента, когда наступает контакт агрессивного компонента со строительной конструкцией.

При твердении бетон покрывается защитной пленкой, образованной углекислым кальцием. Пока пленка цела, она препятствует диффузии воды внутрь бетонной кладки и тем самым защищает бетон от разрушения. Тионовые бактерии, поселяющиеся на поверхности карбонатного слоя, разрушают его, изменяя рН прилегающей воды за счет образуемой ими кислоты. Кроме того, тионовые бактерии приносят вред продуцированием сульфатов, поскольку последние образуют эттрингит, ускоряющий разрушение цементного камня.

Интенсивное развитие коррозии бетона и железобетона наблюдается в условиях техногенных сред. Высокая влажность, наличие органического вещества, жиров и продуктов их гидролиза, аммиака, растворов солей создают благоприятные условия для интенсивного развития активных в коррозионном отношении микроорганизмов.

Например, исследование микрофлоры бетона, гидроизоляции, кирпича, штукатурки на ряде мясокомбинатов показало, что во всех пробах стройматериалов присутствуют микроорганизмы, способные вызывать коррозию. Так, численность гетеротрофных бактерий, использующих для своего развития органические вещества и образующих аммиак и органические кислоты, достигала 103 клеток на 1 г материала.

Рекомендации по защите от биокоррозии

В любом случае предотвратить возникновение коррозии гораздо легче, чем бороться с ее последствиями. Поскольку биологическая коррозия развивается в условиях повышенной влажности, эффективными средствами профилактики для защиты материала являются его надежная гидроизоляция с помощью: пропитки природными или синтетическими смолами, окраске, оклейке рулонными материалами, защитной штукатурке, облицовки.

Если все же конструкция подверглась воздействию микроорганизмов необходимо удалить поврежденный слой материала. Просушить конструкцию и обработать поверхность дезинфицирующим составом не менее чем в два приема и после этого вновь ее оштукатурить.

вернуться к выбору статей ремонт квартиры своими руками

При использовании материалов ссылка на Snip8.narod.ru обязательна

snip8.narod.ru

Бетон | Snip_8 | Коррозия бетона

Виды коррозии бетона

Свойства агрессивных сред и условия их воздействия на строительные конструкции весьма разнообразны. Не менее разнообразны свойства бетона и железобетонных конструкций. Поэтому нет возможности перечислить все коррозионные процессы, которые могут протекать при взаимодействии внешней среды с бетоном и железобетоном. Для оценки характера коррозионного процесса и степени агрессивного действия различных веществ, содержащихся во внешней среде на бетоны необходима классификация таких воздействий по общим признакам.

Коррозионную стойкость бетонов на портландцементе начали изучать одновременно с изучением процессов твердения этого вяжущего. По мере улучшения качества цемента, углубления знаний о процессах, происходящих в системе цемент - вода, появилась необходимость изучить коррозионные процессы и устойчивость соединений цементного камня к различным воздействиям. В бывшем СССР такие исследования проводились НИИЖБ, МАДИ, НИИПромстрой, Харьковский ВНИИВодгео, Донецкий и Ростовский (на Дону) Промстройниипроектами и другими научно-исследовательскими организациями и вузами.

Анализ большого экспериментального материала и результатов исследований сооружений, подвергавшихся действию различных агрессивных сред, позволил В.М. Москвину выделить три основных вида коррозии бетона. Первый вид коррозии включает процессы, возникающие в бетоне при действии жидких сред, способных растворять компоненты цементного камня. Составные части цементного камня растворяются и выносятся из структуры бетона. Особенно интенсивно эти процессы происходят при фильтрации воды через толщу бетона.

Второй вид коррозии включает процессы, при которых происходят химические взаимодействия - обменные реакции - между компонентами цементного камня и агрессивной среды, образующиеся продукты реакции или легко растворимы и выносятся из структуры в результате диффузии влаги, или отлагаются в виде аморфной массы.

Третий вид коррозии включает процессы, при развитии которых происходит накопление и кристаллизация малорастворимых продуктов реакции с увеличением объема твердой фазы в порах бетона. Кристаллизация этих продуктов создает внутренние напряжения, которые приводят к повреждению структуры бетона.

Электрокоррозия

Кроме перечисленных видов коррозии, возникающих преимущественно при действии на бетон жидких агрессивных сред, многими авторами отдельно выделяются электро- и биокоррозия. Электрокоррозия включает процессы растворения металлического анода, образование гидратных соединений железа, объем которых в несколько раз превышает объем исходного металла, и развитие в результате этого значительных давлений, вызывающих деструкцию бетона.

Электрокоррозия железобетона вызывает разрушение подземных и надземных конструкций и сооружений коммунального хозяйства, железнодорожного транспорта, объектов энергетики, промышленных предприятий, потребляющих постоянный электрический ток. Результат воздействия блуждающих токов на железобетон - коррозия металлической арматуры и бетона, вызывающая образование трещин и в дальнейшем разрушение всей конструкции.

Его разрушающему действию подвергаются железобетонные конструкции как относящиеся непосредственно к числу устройств, связанных с электрическими установками (фундаменты, опоры контактной сети, железобетонные подрельсовые основания), так и находящиеся в поле блуждающих токов (трубопроводы, фундаменты сооружений). Блуждающие токи представляют собой токи утечки электрических установок, протекающие по земле, подземным и надземным железобетонным конструкциям. Источниками этих токов могут быть трамваи, электрифицированные железные дороги, внутризаводской электрический рельсовый транспорт, метрополитен, линии электропередач, системы провод - земля, токонесущие части агрегатов, т. е. электрические установки постоянного тока. Наиболее распространенный и мощный источник блуждающих токов - электрифицированный рельсовый транспорт. Блуждающие токи от разных видов транспорта формируются одинаково, но обладают специфическими чертами, обусловленными видом и числом подвижных единиц, организацией электроснабжения.

Биологическая коррозия

Бетоны и строительные растворы зданий и сооружений мясной, сахарной, молочной, кондитерской и других отраслей промышленности могут подвергаться биологической коррозии. Бактерии, грибы и некоторые водоросли способны развиваться на конструкциях из бетона и проникать в капиллярно-пористую структуру материала. Продукты их метаболизма (органические кислоты и щелочи) разрушают, особенно в условиях высокой влажности, компоненты цементного камня.

В естественных условиях редко встречается коррозия только одного вида, но всегда можно выделить преобладающее действие какого-либо вида, а затем проследить и учесть роль вторичных для данного случая коррозии факторов. Для каждого вида могут быть установлены общие закономерности, а в соответствии с этим и общие меры борьбы с разрушением цементных бетонов и растворов и возможность обеспечения необходимой долговечности сооружений.

Следует отметить и еще один важный аспект во взаимодействии биоорганизмов и строительных неорганических материалов - в процессе эксплуатации сооружений могут быть созданы условия, при которых развитие на поверхности конструкций обрастаний из растительных и животных организмов, например на морских сооружениях, оказывается благоприятным и служит одним из способов защиты от вредных воздействий окружающей среды, препятствуя доступу к поверхности бетона агрессивных компонентов морской воды и снижая степень температурных воздействий на бетон. Аналогичные воздействия оказывают, например, морские желуди, откладывающие на поверхности бетона пленку карбоната кальция, защищающую цементный камень более глубоких слоев от выщелачивания.

Методы защиты бетона от коррозии

Инъекция растворов в конструкции с целью повышения их плотности и прочности может быть осуществлена цементицией, силикатизацией ( нагнетание жидкого стекла ), битумизацией и смолизацией.

Цементизация

Цементизация - нагнетание цементного раствора через пробуренные в конструкции отверстия, что увеличивает ее плотность и водонепроницаемость, а тем самым и коррозионную стойкость. Для цементации применяют раствор 1:10 ( цемент-вода ). Чтобы ускорить его схватывание в него вводят добавку хлористого кальция - не более 7% к массе цемента. Этот способ недостаточно эффективен, это объясняется грубодисперсным составом цементов.

Силикатизация

Силикатизация - состоит в нагнетании через пробуренные в конструкциях отверстия жидкого стекла, которое, проникая в пустоты и поры, заполняет их. Вводимый вслед за этим раствор хлористого кальция, реагируя с жидким стеклом, образует уплотняющий осадок из плохо растворимого гидросиликата кальция и нерастворимого геля кремнезема. Твердение гидросиликата и кремнезема осуществляется в течение четырех суток.

Битумизация

Битумизация представляет собой нагнетание в конструкцию битума и является одним из лучших способов придания им водонепроницаемости и коррозионной стойкости. При битумизации рекомендуется применять битум марки III. Он, проникая на большую глубину, лучше, чем битумы других марок, поглащается бетоном. Битумизация не может быть проведена на влажном бетоне, так как при высокой температуре битума (200-220 град. С) вода превратится в пар, заполняя поры и препятствуя проникновению в них битума.

Смолизация

Смолизация предусматривает предварительное нагнетание в бетон 4% раствора щавелевой или кремнийфтористоводородной кислоты и последующее введение раствора карбамидной смолы с отверждающей добавкой. Cмолизация рекомендуется для повышения плотности и водонепроницаемости конструкции с мелкими порами и при отсутствии фильтрации воды.

вернуться к выбору статей как сделать ремонт своими руками

При использовании материалов ссылка на Snip8.narod.ru обязательна

snip8.narod.ru

Что такое коррозия бетона, её виды и как избежать коррозии бетонных конструкций

Оглавление:

Виды коррозии бетона

Методы предотвращения коррозии

Данное понятие определяет процесс разрушения структуры бетона под воздействием факторов внешней среды. Хотя при соблюдении всех правил изготовления и укладки бетона у последнего должна быть сопротивляемость к внешнему воздействию, в действительности всё не так идеально. Физические и химические воздействия окружающей среды могут нанести непоправимый вред, как нарушая свойства материала, так и его состав.

Виды коррозии бетона

Выделяют три вида коррозии бетона:

  • Биологическая коррозия
  • Физико-химическая коррозия
  • Химическая коррозия

Первый вид коррозии обусловлен проникновением в состав веществ, вызывающих за счёт собственного расширения внутреннее напряжение и разрушение материала изнутри.

Второй тип коррозии определяется чаще как размытие. За счёт постоянного контакта с водой из состава бетона нередко растворяется и вымывается гидроксид кальция. Часто мы наблюдаем такую коррозию у бетонных гидроконструкций – плотин, дамб, бетонных резервуаров.

Третий тип обусловлен взаимодействием бетонного камня и окружающей среды. При этом возникают легкорастворимые соли, которые потом вымываются водой. Нередко вымываемые водой вещества в бетонных массах заменяются аморфными составами, не имеющих вяжущих свойств.

Вследствие этого с течением времени бетон теряет свою прочность и превращается в рыхлую смесь.

Вышеуказанная классификация также дублируется но с другим названием видов коррозии, хотя принцип разделения на группы прежний:

  • Коррозия выщелачивания (биологическая)
  • Кислотная коррозия (химическая)
  • Солевая коррозия (физико-химическая)

Методы предотвращения коррозии

Существует ряд способов защиты бетона от коррозии. Эксплуатационно- профилактические мероприятия проводятся начиная с этапа проектирования стройки. Во-первых, это нейтрализация агрессивных сред, воздействующих на состав (герметизация, вентиляция, осушка воздуха).

Грамотные конструкционные решения также могут избавить бетон от ряда коррозионных процессов (недопущение контакта с поверхностями разной температуры, во избежание образования конденсата, избежание углублений для скопления воды на поверхности, обеспечение отвода жидкости).

В целом же, защиту от коррозии бетона разделяют на первичную и вторичную. Первая заключается в изменении состава бетона и вводе специальных добавок (очень эффективный способ). К эти добавкам модно отнести пластификатры, стабилизирующие модификаторы и ряд других химических добавок. Зная среду эксплуатации бетонной конструкции предугадывают состав смеси и добавляют элементы, препятствующие коррозионному процессу. Вторичная защита определяется как нанесение на уже застывший цементный камень защитных смесей, плёнок, акриловых покрытий, лакокрасочных материалов. Наиболее эффективным методом защиты является комбинирование первичной и вторичной защиты.

rus-stroy.net

Что такое коррозия бетона и ее виды | Статьи

Что такое коррозия бетона и ее виды

Бетон является довольно популярным строительным материалом. Он представляет собой соединение в определенных пропорциях таких составных элементов, как цемент, песок, вода, щебень. Вяжущим элементом выступает цемент, при застывании которого  образуется бетон.

Что представляет собой коррозия бетона

Коррозия бетона – это процесс, который приводит к разрушению целостности структуры строительного материала. Коррозия может возникать в результате действия нескольких факторов, например:

  • Действие на бетон влаги и воды
  • Периодическое замерзания и размораживание материала
  • Процесс насыщения влагой и высыхания, который повторяется циклически
  • Действие разнообразных веществ, результатом которого является разрушение бетона

Существует несколько видов коррозии бетона, каждый из которого зависит от действия определенных факторов.

Виды коррозии

На основе результатов опытов и исследований, проведенных учеными, было выделено основные виды коррозии бетона http://udarnik.spb.ru/produkty_i_uslugi/korroziya_betona/:

  • Вымывание составных элементов строительного материала – основной причиной данного вида коррозии является вымывание из его состава основных элементов. Например, при попадании на цемент воды или влаги происходит вымывание из него гидроксида кальция, в результате химической реакции происходит разрушение гидросиликата, гидроалюмината и гидроферрита кальция. Эти процессы увеличивают пористую структуру материала, разрушая, таким образом, его целостность
  • Воздействие на цемент материалов, имеющих агрессивную реакцию – главными факторами, которые приводят к возникновению данного вида коррозии, являются агрессивные вещества, действие которых на цемент приводит к образованию солей и аморфных масс. В зависимости от типа агрессивного вещества, данный вид коррозии подразделяется на подвиды (кислотная и углекислотная)
  • Действие на бетон микроорганизмов и продуктов их метаболизма – данный вид разрушения целостности  структуры бетона называется биокоррозия. Основной причиной ее развития являются грибы, микроорганизмы и водоросли, которые попадают в пористые соединения строительного материала. В результате отложения продуктов их метаболизма происходит медленное разрушение бетона

Обычно процесс разрушения целостности бетона включает в себя несколько видов коррозии материала. Именно поэтому при выборе способов защиты от коррозии необходимо включать целый комплекс защитных мер и мероприятий, которые помогут предотвратить возникновение и развитие коррозии бетона.

Поделиться статьей в соц. сетях

Другие полезные публикации:

nvph.ru

Первичная защита бетонных и железобетонных конструкций

    Главная > Статьи > Технологии > Первичная защита бетонных и железобетонных конструкций

Основоположником науки о коррозии  и защите бетона и железобетона профессором В.М.Москвитиным разработаны основные принципы защиты от коррозии и предложено подразделять меры защиты на первичные и вторичные. К первым  относятся все те мероприятия, которые реализуются на стадии изготовления и возведения конструкций, вторые – выполняются как дополнительные, если первичная защита не обеспечивает требуемой долговечности конструкций.

Первичная защита бетонных и железобетонных конструкций обеспечивается применением бетонов, имеющих повышенную коррозионную стойкость к агрессивным воздействиям среды и способность защищать стальную арматуру от коррозии. Меры первичной защиты включают в себя использование для изготовления бетона и железобетона материалов, имеющих повышенную коррозионную стойкость (определенные виды вяжущих заполнителей, модификаторов, сталей для арматуры), выбор составов и технологических режимов, обеспечивающих повышенную химическую стойкость бетона в агрессивной среде и его низкую проницаемость. К мерам первичной защиты относится также назначение требований к категории трещеностойкости, ширины расчетного раскрытия трещин, толщины защитного слоя.

Вторичная защита включает в себя применение различного рода химически стойких и мало проницаемых антикоррозионных покрытий, оклеечной изоляции, футеровок, уплотняющих пропиток.

Профессором В.М. Москвиным исследованы и классифицированы основные процессы коррозии бетона в агрессивных средах и указаны основные пути повышения коррозионной стойкости бетона. Важнейшей мерой первичной защиты является выбор и реализация бетонов, обладающих повышенной химической стойкостью и малой проницаемостью. Классификация процессов коррозии бетона включает в себя три основных вида коррозии. Рассмотрим меры первичной защиты, рекомендуемые в условиях коррозии различных видов с учетом разработок В.М. Москвина и ученых созданной им коррозионной школы.

Коррозия первого вида.

Коррозия первого вида – включает в себя физические процессы растворения цементного камня без химического взаимодействия со средой. Основной компонент цементного камня – гидроксид  кальция – имеет определенную растворимость  (ок. 1,2 г/л). Растворимость цементного камня увеличивается в случае, если вода имеет низкое содержание растворенных кальциевых солей и если в воде имеются некоторые соли, увеличивающие ионную силу раствора, например, хлорид натрия. В настоящее время процессы коррозии первого вида изучены. Установлено, что при растворении гидроксида кальция из состава цементного камня на поверхности бетона  остается пористый несвязанный слой мало растворимых веществ: гидратов кремния, алюминия, железа, зерна песка и др.  В случае, если условия эксплуатации бетона таковы, что это слой длительно сохраняется на поверхности и со временем увеличивается, процесс коррозии бетона развивается с замедлением во времени по логарифмическому закону. Если образующийся рыхлый слой продуктов коррозии разрушается, например, смывается потоком воды, процесс разрушения бетона после некоторого начального периода развивается по линейному закону. Знание этих закономерностей и получаемые экспериментально в ускоренных испытаниях кинетические коэффициенты позволяют прогнозировать глубину коррозии бетона в большие периоды времени.

Обследования различных сооружений из бетона, находившихся длительное время в контакте с чистой водой (подводные элементы мостов и плотин, резервуары чистой воды на водопроводных станциях и др.), показали, что при омылении поверхности бетона водой (в отсутствие сквозной фильтрации) разрушение происходит с достаточно малой скоростью и составляет для плотного бетона не более 5 мм за 50 лет. При фильтрации воды сквозь бетон коррозия бетона первого вида может вызывать серьезное повреждение конструкций (трубы, плотины, резервуары).

Основными мерами первичной защиты бетона в условиях коррозии первого вида является понижение проницаемости бетона, создание конструкций, не фильтрующих воду.

Коррозия второго вида.

Коррозия второго вида характеризуется химическим взаимодействием растворов с цементным камнем с образованием хорошо растворимых соединений или веществ, не обладающих вяжущими свойствами. Типичными случаями являются действие на бетон растворов кислот и магнезиальных солей. Скорость разрушения бетона в этом случае сильно зависит от растворимости образующихся химических продуктов. Например, наиболее быстрое разрушение вызывает соляная кислота, образующая с гидроксидом кальция цементного камня хорошо растворимый хлорид кальция. С меньшей скоростью разрушается бетон в растворах серной кислоты – образующийся сернокислый кальция (гипс) имеет ограниченную (ок. 2,1 г/л) растворимость в воде. Кислоты, образующие растворимые соединения, например щавелевая кислота, наиболее медленно разрушают бетон. Безусловно, скорость коррозии второго вида зависит от концентрации агрессивного раствора и скорости подвода агрессивного раствора к поверхности бетона. При свободном омывании бетона агрессивным раствором коррозия развивается быстрее, чем при поступлении раствора к поверхности конструкции через слабо фильтрующий грунт.

При изучении кинетики коррозии второго вида рассматривается два случая: с сохранением на поверхности бетона увеличивающегося во времени слоя продуктов коррозии и с его систематическим удалением. Как было сказано выше, во втором случае коррозия бетона ускоряется. Используются те же принципы прогнозирования глубины поврежденного бетона, что при коррозии первого вида, определяется количество кальция перешедшего в раствор или количество прореагировавшего с бетоном агрессивного вещества и рассчитывают толщину поврежденного слоя за проектные сроки службы конструкций.

Поскольку цементный камень, изготовленный на портландцементе, имеет щелочную реакцию, уменьшить скорость коррозии бетона в кислых средах, изменяя в известных пределах состав портландцементного вяжущего, не представляется возможным. Экспериментальные работы и обследование состояния конструкций из бетона, подвергавшихся этому виду коррозии, показывают, что с уменьшением проницаемости бетона лишь при малых концентрациях кислот и магнезиальных солей наблюдается некоторое повышение стойкости. Защита конструкций в этом случае осуществляется преимущественно мерами вторичной защиты.

Категория третьего вида.

Категория третьего вида вызывается прониканием растворов солей и других соединений в бетон и кристаллизацией их в порах бетона с большим увеличением объема твердых фаз. Типичным примером коррозии третьего вида является взаимодействие бетона с растворами сульфатов. Образующиеся в бетона гипс и гидросульфоалюминаты кальция, будучи кристаллогидратами, заполняют поры и вызывают внутренние напряжения вплоть до разрушения бетона. Разрушение бетона по механизму коррозии третьего вида вызывают также растворы карбамида. Прогнозирование глубины скорости накопления вещества в бетоне и критических количествах его, вызывающих разрушение бетона.

Коррозия третьего вида встречается на практике достаточно часто в случаях, когда конструкции из бетона подвергаются воздействию растворов солей с испарением воды с поверхности конструкции.

Меры первичной защиты от коррозии третьего вида включают в себя применение вяжущих с пониженной реакционной способностью по отношению к агрессивным компонентам среды (сульфатостойкие цементы и цементы нормированного минералогического состава) и все способы, ведущие к снижению проницаемости бетона. С появлением в последние годы эффективных пластификаторов и модификаторов бетона, позволяющих в производственных условиях на рядовых цементах получать бетоны с марками по водопроницаемости  более W8 (W12-W20) задача защиты бетона от коррозии третьего вида существенно облегчена. В подавляющем  большинстве случаев защита бетона может выполняться мерами первичной защиты без применения различного вида покрытий.

Коррозия в газовых средах.

В сухих газовых средах при нормальной температуре бетон на портландцементе не разрушается. При повышенной относительной влажности воздуха агрессивные газы растворяются в поровой жидкости и образуют кислоты, которые химически взаимодействуют с минералами цементного камня.

Исследования коррозии бетона в агрессивных средах позволило выделить следующие группы газов, отличающихся особым механизмом взаимодействия с бетоном:

газы первой группы (углекислый газ, фтористый водород и другие газы) – с гидроксидом кальция цементного камня образуют практически нерастворимые соли, не образующие кристаллогидратов и мало изменяющие пористость и прочность бетона. Вследствие образования плотных нерастворимых слоев на поверхности пор и каппиляров в цементном камне остается значительное количество исходных продуктов гидратации  цемента, блокированных продуктами реакции. Взаимодействие с гидроксидом кальция цементного камня вызывает сильное снижение рН бетона и утрату им пассивирующего действия по отношению к стальной арматуре;

газы второй группы (сернистый и серный ангидрит, сероводород) – при взаимодействии с гидроксидом кальция цементного камня образуют растворимые соли-кристаллогидраты, не образуют на поверхности капилляров малопроницаемых слоев, процесс химического взаимодействия может идти до полного разрушения минералов цементного камня. Значительное увеличение объема вызывает растрескивание и полное разрушение бетона. Вследствие относительно небольшой растворимости, диффузия солей из зоны реакции вглубь бетона незначительна, наблюдается хорошо выраженное послойное разрушение бетона. Основной продукт реакции – гипс.

газы третьей группы – образуют при растворении в воде сильные кислоты, взаимодействующие с гидроксидом кальция и образующие хорошо растворимые гигроскопические соли кальция. Химические процессы идут до полного разрушения минералов цементного камня. Соли активно поглощают влагу их газовой среды и быстро диффундируют вглубь бетона. В присутствии гидроксида кальция образуют двойные соли типа оксихлоридов, что временно повышает прочность и плотность бетона.

В зависимости от отношения образующихся солей к стальной арматуре газы третьей группы подразделяют на две подгруппы: к первой подгруппе отнесены  газы, продукты, взаимодействия которых с гидроксидом кальция агрессивны к стали в щелочной среде (хлор, хлористый водород, пары монохлоруксусной кислоты и др.). Ко второй подгруппе отнесены газы, которые с гидроксидом кальция образуют соли, не вызывающие в щелочной среде интенсивной коррозии стали (окислы азота, аммиак и др.).

Меры первичной защиты бетона  в среде газов первой и частичной второй группы (при образовании малорастворимых солей) состоят в повышении непроницаемости бетона. В средах с газами второй и третьей группы повышение непроницаемости дает положительный эффект лишь при малой концентрации газов и пониженной влажности. Во влажных средах с газами второй и третьей группы, как правило, требуются меры вторичной защиты.

Коррозия в твердых средах.

К агрессивным твердым средам относят группы различного состава, соли, в частности минеральные удобрения, другие химические продукты, находящиеся в твердом состоянии (товарные продукты, пыль). Основные признаки агрессивности твердых сред по отношению к бетону: растворимость в воде, гигроскопичность, способность в растворенном состоянии реагировать с компонентами цементного камня или кристаллизовываться  в порах бетона. Классификация твердых агрессивных сред приведена в СНиП 2.03.11-85. Недостаточно исследованным является вопрос об агрессивности грунтов по отношению к бетону. Сухие грунты не вызывают коррозию бетона. При увлажнении грунтов имеющиеся в них соли растворяются и могут реагировать с цементным камнем бетона. При малом содержании влаги в грунте и в бетоне концентрация солей в бетон сильно ограничена. При ограниченном содержании солей в грунте с повышением влажности концентрация солей в жидкой фазе может уменьшиться или остаться на прежнем уровне (в присутствии малорастворимого гипса), в то же время с заполнением пор цементного камня водой диффузионная проницаемость бетона увеличится. Указанная экстремальная зависимость скорости коррозии от влажности грунта получена профессором С.Н. Алексеевым с сотрудниками в исследованиях коррозии железобетонных труб со стальным цилиндром. Систематические исследования агрессивности сульфатов, содержащихся во влажных (не насыщенных) грунтах, по отношению к бетону не проводились.

Коррозия в условиях капиллярного всасывания и испарения растворов солей.

Мало изученным вопросом остается коррозия бетона в условиях капиллярного всасывания и испарения растворов солей. Выполненные лабораторные и натурные обследования состояния бетонных конструкций показывают, что эти условия являются весьма агрессивными по отношению к бетону. Известно много случаев разрушения бетона от подобных воздействий. Отмечается усиленное разрушение бетона в осенний и весенний периоды года, когда пониженная температура среды способствует образованию кристаллогидратов в бетоне. Имеющаяся в СНиП 2.03.11-85 оценка степени агрессивного действия растворов солей при наличии испаряющей поверхности требует существенной детализации. В нормах лишь указано общее содержание в растворах хлоридов, сульфатов, нитратов и др. солей. Поскольку важную роль играет способность солей образовывать кристаллогидраты с большим увеличением объема твердых фаз (сравним сульфаты в виде гипса СаSO4*2h3O и мирабилита Na2SO4*10h3O), способность перемещаться по поверхности (для Na2SO4*10h3O), реагировать с цементным камнем, необходима дифференцированная оценка различных солей.

Поскольку скорость коррозии бетона в условиях капиллярного всасывания и испарения солей сильно зависит от скорости капиллярного переноса агрессивных растворов в бетоне, максимальный защитный эффект получается при использовании бетонов с модификаторами комплексного действия; пластифицирующего и гидрофобилизирующего.

Коррозия в маслах и органических средах.

При длительном воздействии минеральных масел прочность бетона постепенно снижается  (за 7 лет до 30% от первоначальной – исследования Н.М. Васильева). Снижение прочности объясняется уменьшением прочности контактов срастания гидратированных соединений цементного камня. Отсутствие воды в пропитанном маслом бетоне исключает гидратацию клинкера и самозалечивание трещин. Агрессивное действие технических масел связано также с действием имеющихся в них кислот и поверхностно-активных веществ. Агрессивное действие растительных животных масел вызвано химическим взаимодействием гидроксида кальция цементного камня с органическими кислотами из состава масел с образованием продуктов, не обладающих вяжущими свойствами.

Нефтепродукты могут оказывать агрессивное воздействие на бетон. Степень агрессивного воздействия увеличивается от неагрессивной до среднеагрессивной в ряду: бензин, керосин, дизельное топливо, сернистый мазут, сернистая нафть.

Значительные исследования коррозии бетона в органических средах выполнил Ростовский Простройниипроект. Предложена следующая классификация органически сред:

группа А – органические соединения, не растворяющиеся в воде и не вступающие в химическое взаимодействие с цементным камнем;

группа Б — органические соединения, растворимые в воде, не вступающие в химическое взаимодействие с цементным камнем;

группа В — органические соединения, способные вступать в химическое взаимодействие с цементным камнем.

Сильноагрессивное воздействие на бетон оказывают органические кислоты: уксусная, лимонная, молочная концентрацией 0,05 г/л, а также жирные водонерастворимые кислоты (каприловая, капроновая и другие). Агрессивность водных растворов многоатомных спиртов определяется в основном процессами адсорбции на цементном камне, что увеличивает степень заполнения пор водой и ускоряет разрушение бетона при воздействии отрицательных температур.

Для ряда органических продуктов степень агрессивного воздействия на бетон приведена в СНиП 2.03.11-85.

Номенклатура органических веществ чрезвычайно велика. Исследования в этом направлении следует продолжить с учетом потребностей химической промышленности.

Биологическая коррозия.

Под биологической коррозией понимают процессы повреждения бетона, вызванные продуктами жизнедеятельности живых организмов, в первую очередь бактерий, грибов и морских организмов, поселяющихся на поверхности конструкций.

По масштабам повреждения конструкций и сооружений наибольшее значение имеет ущерб, вызываемый тионовыми бактериями. Известны массовые повреждения канализационных сооружений, связанные разрушением бетона серной кислотой, выделяемой тионовыми бактериями.

Процесс коррозии бетона, вызываемой тионовыми бактериями, представляют в настоящее время следующим образом. В анаэробной среде воды, загрязненной органическими веществами, развиваются сульфатредуцирующие бактерии. Используя в своем жизненном цикле серосодержащие соединения, они выделяют сероводород. Сероводород перемещается в аэробную зону, где тионовыми бактериями превращается в серную кислоту, которая разрушает бетон. Количество образующейся серной кислоты таково, что значение рН конденсата на стенах сооружений достигает значений 1-2, а скорость разрушения бетона 1-2 см в год. Сооружение быстро выходит из строя. Экологически обоснованными представляются методы защиты, связанные с аэрацией сточных вод. При этом создаются условия, при которых образование сероводорода становится невозможным. Это направление развивается профессором В.М. Васильевым.

Натурные испытания бетонов на различных цементных вяжущих, в том числе бетонов низкой проницаемости, показали, что разрушение цементных бетонов, даже особо низкой проницаемости, остается достаточно быстрым. Попытки применить биоцидные добавки, подавляющие жизнедеятельность тионовых бактерий, пока не имели успеха. При высокой концентрации сероводорода в газовой среде требуется вторичная защита (химически стойкие полимерные материалы в виде пленок, толстослойных покрытий, скорлуп – стеклопластик на полиэфирной смоле).

Значительные повреждения цементных штукатурок и бетона наблюдаются в предприятиях пищевой промышленности, где имеются проливы технологических растворов, содержащих органические вещества. Помимо агрессивного действия этих веществ, определенную роль играют поселяющиеся в материале бактерии, которые выделяют кислоты и тем ускоряют разрушение цементных материалов.

Специфическим видом повреждения цементных штукатурок и бетона является коррозия, вызванная жизнедеятельностью низших грибов. Грибная флора на поверхности конструкций весьма многообразна и насчитывает большое число видов. Наиболее распространенная форма повреждения при действии грибков – превращение бетона и штукатурки в сыпучую несвязанную массу, при этом разрушаются также декоративные покрытия. Разработана и широко применяется защита цементного бетона и штукатурки с помощью добавок-биоцидов, вводимых в бетон (раствор) или наносимых на поверхность конструкций.

Существенные повреждения морских сооружений вызывают живые организмы, поселяющиеся на поверхности конструкций, преимущественно моллюски. Выделяя при дыхании углекислоту и воздействуя на бетон механически, они разрушают поверхность бетона. Как показали обследования, за 30 лет эксплуатации глубина разрушения бетона может достигать 10-15 мм. В районах с жарким климатом отдельные виды моллюсков – камнеточцев проникают в бетон на глубину 10 см и более, оставляя позади себя цилиндрические ходы диаметром около 1 см. Большое число подобных ходов делает бетон непригодным для эксплуатации. Средства борьбы с подобными повреждениями разработаны недостаточно. Одним из возможных способов защиты является замена карбонатного заполнителя на более прочный и стойкий заполнитель из изверженных пород.

Деструкция бетона при замораживании и оттаивании.

Повреждение при замораживании и оттаивании развивается вследствие изменения объема отдельных фаз и структурных элементов бетона. Увеличение объема воды при переходе в лед, 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. Не рассматривая в данном докладе вопросы морозостойкости бетона, отметим лишь случаи быстрого разрушения бетона при воздействии на него растворов солей и отрицательных температур.

При замораживании бетона, насыщенного разбавленным раствором соли, в начальный период охлаждения часть воды в крупных порах превращается в лед. С замерзанием части воды концентрация солевого раствора в порах увеличивается. Дальнейший переход воды в лед происходит постепенно по мере понижения температуры. При температуре эвклектики в твердое тело переходит оставшийся объем солевого раствора. Наибольшая скорость разрушения бетона наблюдается в случае, если концентрация раствора соли равна приблизительно 5%. Такая зависимость от концентрации характерна для растворов хлористого натрия, хлористого кальция, мочевины, этилового спирта. Разрушение бетона в растворах происходит примерно в 20-40 раз быстрее, чем в случае замораживания бетона, насыщенного водой.

Считают, что ускорение разрушения обусловлено несколькими факторам: для солевых растворов увеличением вязкости при понижении температуры и вымораживании воды в случае, если в исходном состоянии раствор имел малую концентрацию. Однако оба эти объяснения не приемлемы, если бетон замерзает в спиртовом растворе. Более вероятной причиной ускоренного образования бетона при замораживании в растворах является образование малопроницаемого слоя при заполнении пор кристаллами льда или кристаллогидратов в зоне фронта замораживания. Это затрудняет отток воды и создает условия для возникновения высокого давления в порах и капиллярах при замораживании последующих порций воды за фронтом замораживания.

Не исключая указанный механизм деструкции бетона при замораживании, ученые Германии развивают идею об ускорении разрушения бетона при замораживании вследствие образования дополнительного количества эттрингита в структуре цементного камня.

На стойкость бетона в условиях переменного замораживания и оттаивания оказывает влияние уровень напряженного состояния бетона. Работами В.М. Москвина и А.М. Подвального показано, что при воздействии растягивающих и изгибающих напряжений, составляющих 0,1 – 0,25 от разрушающих и сжимающих напряжений 0,4 – 0,5 от разрушающих скорость морозной деструкции бетона сильно увеличивается. Эти пороговые напряжения еще более понижаются, если замораживание бетона происходит не в воде, а в растворе соли.

Применение модификаторов пластифицирующего и воздухововлекающего (микрогазообразующего) действия, вызывающих образование в бетоне не заполненных водой буферных пор, существенно повышает морозостойкость бетона.

В отечественной строительной практике разработаны бетоны марок по морозостойкости до F1000. Эффективность их демонстрируется опытом эксплуатации Кислогубской приливной станции в Баренцевом море. Конструкции этой станции в приливно-отливной зоне за более чем 25 лет эксплуатации претерпели свыше 10 тыс. циклов замораживания и оттаивания без ухудшения эксплуатационных свойств бетона. Принципиально проблема получения бетонов высокой морозостойкости решена.

В зарубежных разработках много внимания уделяется методам испытаний бетона на морозостойкость. В странах, ориентированных на американские нормы ASTM, испытание бетонов заканчивается определением фактора долговечности, под которым понимают отношение величины динамического модуля упругости бетона, полученной после 300 циклов переменного замораживания и оттаивания. Численное значение фактора долговечности, при котором бетон считается морозостойким, в стандарте ASTM не нормировано. Система назначения морозостойкости бетона применительно к конкретным условиям эксплуатации конструкций не разработана. Требования к бетону устанавливаются путем назначения технологических показателей: вида цемента, состава бетона, вида и дозировки модификаторов и других показателей. Практикуется микроскопическая оценка пористости бетона с подсчетом «фактора расстояния» — расчетного расстояния между воздушными порами.

Оценивая состояние исследования морозостойкости бетона в РФ и за рубежом, следует отметить, что в нашей стране усилиями большого числа ученых создана определенная система оценки морозостойкости бетона. Система включает в себя, помимо испытаний бетона на морозостойкость, нормы по назначению марок бетона по морозостойкости в зависимости от вида и условий эксплуатации конструкций. Начаты исследования и разработка способов назначения морозостойкости бетона в зависимости от климатических условий района строительства и условий эксплуатации конструкций (условий увлажнения, нагрева солнцем и др.).

Коррозия, вызванная взаимодействием компонентов бетона.

К этому виду коррозии бетона отнесены процессы взаимодействия компонентов цементного камня в присутствии влаги, вызывающие ухудшение технических характеристик бетона. В настоящее время наиболее значимыми процессами подобного рода являются:

  • взаимодействие щелочей цемента и добавок с кремнеземом заполнителей;
  • взаимодействие алюминатных фаз цементного камня с примесями гипса, попадающими в бетон с заполнителем и другими материалами;
  • перекристаллизация алюминатных фаз цемента при изменяющейся температуре бетона, при выносе и связывании щелочей и при других внутренних процессах.

К этой группе следует отнести многочисленные случаи разрушения бетона от взаимодействия с жидкой фазой бетона примесей различного вида, попадающих в бетон с цементом и заполнителями, т.е. тех примесей, которые действующими нормативами обозначены как вредные.

Процессы коррозии, вызванные взаимодействием щелочей с кремнеземом заполнителей, усилиями коррозионной школы В.М. Москвина изучены достаточно обстоятельно. Суть процессов состоит в том, что некристаллические и скрытокристаллические формы кремнезема заполнителей способны в присутствии щелочей в жидкой фазе бетона образовывать гелеобразные щелочные силикаты. Поглощая воду, эти гели увеличивают объем и создают внутреннее давление в порах, что приводит, в конечном счете, к деструкции бетона. Процесс разрушения бетона развивается, если в жидкой фазе имеются  ионы кальция, что по имеющимися данным делает силикатный гель более вязким, при этом перемещение (выдавливание) геля в свободные поры затрудняется. Меры по предупреждению развития коррозии бетона этого вида включают в себя:

  • применение заполнителей, не содержащих кремнезема, способного реагировать со щелочами цемента и модификаторов;
  • использование вяжущих с низким содержанием щелочей и ограничение расхода цемента, что снижает общее количество щелочей в бетоне;
  • применение тонкодисперсных минеральных добавок, взаимодействующих со щелочами во всем объеме бетона и исключающих таким образом, возникновение локальных напряжений высокого уровня;
  • применение модификаторов газообразующего и воздухововлекающего действия для создания резервной пористости;
  • поддержание бетона в сухом состоянии.

Найдены и испытаны модификаторы, предупреждающие развитие коррозии бетона в присутствие реакционноспособного кремнезема и щелочей. Перечисленные мероприятия требуют дальнейшей количественной проработки.

Стандартами на заполнители для бетона ограничивается использование материалов, содержащих некоторые примеси. Помимо примесей реакционноспособного со щелочами кремнезема, перечень включает в себя большое число других соединений и минералов: сульфаты и сульфиды, соединения железа, апатит, слюду, уголь, серу и др. Речь идет о компонентах, которые непосредственно или в результате химического взаимодействия с цементным камнем вызывают повреждение бетона. Для ряда примесей имеются количественные ограничения, некоторые ограничения даны из общих представлений. В настоящее время, когда легко доступные месторождения заполнителей все более сокращаются, все чаще рассматривается возможность применения местных материалов, отличающихся пониженным качеством. В этой ситуации необходимы детальные исследования возможности использования таких материалов, в том числе и процессов коррозии, вызываемых такими материалами.

Снижение прочности бетона, связанное с перекристаллизацией алюминатных фаз цементного камня в процессе замораживания исследовалось в Германии. Уставлено, что в бетоне, пропаренном при температуре более 600С, образуется моносульфоалюнат, который в дальнейшем может переходить в эттрингит с соответствующим увеличением объема, что сопровождается снижением прочности бетона. В наших исследованиях были случаи раннего разрушения пропаренных образцов цементно-песчаного раствора при хранении в воде, которые можно объяснить указанным явлением. Предполагается, что существенную роль в этом процессе имеют едкие щелочи, изменяющие растворимость гидроксида кальция и, таким образом, влияющие на равновесие алюминатных фаз. Представленные в докладах международных конференций экспериментальные материалы свидетельствуют о возможности этих процессов. Отечественные натурных обследования железобетонных конструкций, бетон которых разрушился после короткого периода эксплуатации, свидетельствуют о том, что указанный вид коррозии на практике имеет место. Для выявления механизма процесса и условий, при которых может наступать разрушение бетона, необходимо выполнить соответствующие исследования.

Исследования процессов коррозии бетона позволяют в подавляющем большинстве случаев обеспечивать защиту бетонных и железобетонных конструкций от коррозии мерами первичной защиты.

Розенталь Н.К.Долговечность строительных конструкций. Материалы международной конференции 7-9 октября 2002 г. – М.: Центр экономики и маркетинга, 2002.

fin-servis.ru