3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Виды коррозии цементного камня

Коррозия бетона (железобетона, цемента): виды (сульфатная, биологическая), защита

Коррозия бетона – процесс разрушения элементов и конструкций из данного материала под воздействием на структуру монолита разнообразных внешних негативных факторов: агрессивных сред, физико-химических процессов, внутренних изменений. Изначально термин «коррозия» использовали исключительно касательно металлов, но потом само понятие стали применять и для других материалов, изделий.

Основное значение любой коррозии – это разрушение. И данному негативному процессу подвержены почти все строительные конструкции, на которые оказывается то или иное влияние. Наиболее разрушительны внешние факторы, но часто причиной коррозии становится и прохождение различных внутренних процессов.

Коррозия бетонных конструкций предполагает распад структуры монолита с потерей прочности и плотности, что приводит к утрате эксплуатационных свойств. Бетонные элементы разрушаются посредством расслоения, рассыпания цементного камня, так как обычно наполнители демонстрируют более высокую стойкость к агрессивным влияниям.

Экономические потери, связанные со снижением прочности и долговечности, ухудшением эксплуатационных характеристик сооружений, часто очень высоки, поэтому защита бетона от коррозии – актуальный вопрос во всех сферах, где используется данный материал. Благодаря превентивным мерам, своевременному выявлению факторов коррозии и изучению особенностей протеканий процессов удается значительно сократить финансовые потери и значительно повысить надежность, продлить срок службы разных конструкций, зданий, объектов.

Виды коррозии

Коррозия бетона и железобетона – это разъедание строительных материалов под разрушающим воздействием химических, физических, биологических факторов при возникновении контактов с окружающей средой. Ввиду того, что в своем составе бетон имеет различные компоненты и цементный камень является наиболее уязвимым, он первым страдает от коррозийного процесса.

Виды вод, которые разрушают бетон: воды в трубах и траншеях, сточные, речные, грунтовые, морские. Самыми опасными считаются грунтовые воды, которые залегают возле промышленных предприятий, так как в них могут содержаться химические выбросы. Сточные воды также негативно влияют на материал из-за содержания химикатов. Воздействие газов можно включить в число опасных факторов.

Разрушения могут быть самыми разными и предполагать как воздействие на монолит извне, так и провоцировать изменение его структуры изнутри. При повышении влажности разъедание бетона ускоряется. Коррозировать может и арматура, расположенная внутри бетона, провоцируя разрушение железобетонных конструкций.

Основные категории коррозии бетона:

  1. Вымывание из цементного камня его компонентов.
  2. Негативное воздействие агрессивных веществ на монолит.
  3. Сочетание всех воздействий, которые меняют сам цементный камень.

Виды коррозии бетона:

  • Химическая – происходит под воздействием атмосферных осадков, содержащегося в воздухе углекислого газа. Так появляется газовая коррозия, актуальная при повышенной влажности.
  • Радиационная – зависит от величины ионизирующего излучения, объема цементного камня. Искажение кристаллической решетки минералов провоцирует расширение наполнителя, из-за чего появляются микротрещины, макротрещины, потом материал разрушается.
  • Физико-химическая – ее причиной является замерзание воды, которая попадает в поры бетона жидкой, при минусе замерзает и расширяется, распирает конструкцию и провоцирует появление трещин.
  • Биологическая – разъедается монолит под воздействием разнообразных биологических факторов (грибок, плесень, другие микроорганизмы).

Растворение составных частей цементного камня

Это разрушение происходит вследствие растворения (вымывания) компонентов цементного камня. На бетон воздействует вода и начинает растворяться гидроксид кальция, в процессе гидролиза появляется C3S и C2S, его объем растет и через 3 месяца занимает 10-15%, растворимость составляет 1.3 г/л.

Содержание гидроксида кальция из-за вымывания уменьшается до 1.1 г/л, распадаются гидросиликаты, разлагаются гидроалюминаты и гидроферриты кальция. Эти процессы провоцируют увеличение пористости материала, что означает и потерю прочности. Под воздействием воды (и особенно под давлением) процесс такой коррозии существенно ускоряется.

Но наиболее популярным методом борьбы с выщелачиванием гидроксида кальция традиционно считается применение плотных бетонов, в состав которых добавляют специальные компоненты, способствующие связыванию Са (ОН) в гидросиликат кальция, являющийся слаборастворимым соединением.

При взаимодействии цементного камня с содержащимися в воде кислотами

Этот тип коррозии можно наблюдать при влиянии на цементный монолит разных агрессивных веществ, в процессе соприкосновения с которыми появляется два типа соединений: аморфные массы и соли. Соли эти легко растворяются и вымываются водой. Аморфные массы практически не демонстрируют связующих свойств и бетон распадается под действием кислотной коррозии.

Кислотную коррозию можно наблюдать при воздействии любой кислоты, за исключением кремне-фтористо-водородной и поликремниевой. Опасные кислоты, взаимодействуя с гидроксидом кальция, способствуют созданию легкорастворимых солей СаС12 в том числе, что постоянно увеличивают размер CaSO4-2H2O. Это выглядит так: Са(ОН)2 + 2НС1 = СаС12 + 2Н2О Са(ОН)2 + H2SO4 = CaSO4.2H2O.

Под воздействием кислот разрушаются гидросиликаты, гидроалюминаты, гидроферриты, появляются легкорастворимые соли и иные аморфные массы. Защититься от слабых кислотных сред (на уровне pH = 4-6) можно с применением специального кислотостойкого материала (монолит окрашивают, покрывают пленкой и т.д.).

Коррозия цементного камня

Коррозия цементного камня проявляется при действии на него агрессивных жидкостей и газов. Наиболее уязвимыми с точки зрения коррозии продуктами гидратации портландцемента являются портландит Са(ОН)2 и гидроалюминат кальция 3СаО·Al2O3·6H2O. Коррозионные процессы в цементном камне в зависимости от причины принято разделять на 3 группы:

Коррозия I вида – растворение составляющих цементного камня, вымывание гидроксида кальция (коррозия выщелачивания). Гидроксид кальция Са(ОН)2 является водорастворимым соединением, а его содержание составляет 10…15% (до 20%) от всех продуктов гидратации портландцемента. Его вымывание происходит весьма интенсивно при действии на цементный камень мягких вод. После вымывания свободного гидроксида кальция начинается разложение гидросиликатов кальция 3СаО·2SiO2·3H2O. Выщелачивание портландита в количестве 15…30% от общего содержания приводит к снижению прочности цементного камня на 40..50% и более.

Основным методом борьбы с коррозией выщелачивания является введение в портландцемент активных минеральных добавок, связывающих водорастворимый портландит в низкоосновные водонерастворимые гидросиликаты кальция. Повысить стойкость бетона к коррозии выщелачивания можно также путем снижения проницаемости бетона за счет использования химических добавок – пластификаторов, гидрофобизаторов и др.

Коррозия II вида – образование легкорастворимых солей при взаимодействии составляющих цементного камня с агрессивными веществами и их вымывание. К данному виду коррозии относят:

Кислотная коррозия проявляется при действии на цементный камень растворов кислот с pH

• В результате данной реакции образуется эттрингит, который занимает в 2…2,5 раза больший объем по сравнению с исходными компонентами реакции. Как было отмечено выше, в процессе твердения портландцемента образование эттрингита играет положительную роль, поскольку его игловидные кристаллы уплотняют структуру и упрочняют цементный камень.

• Образование эттрингита в затвердевшем цементном камне приводит к появлению внутренних растягивающих напряжений и растрескиванию цементного камня (в данном случае эттрингит называют «цементной бациллой»). В железобетонных конструкциях растрескивается, прежде всего, защитный слой бетона, после чего начинается коррозия стальной арматуры. Возможность сульфоалюминатной коррозии всегда необходимо учитывать при строительстве морских сооружений. Основным способом борьбы с сульфоалюминатной коррозией является использование сульфатостойкого портландцемента.

К коррозии III вида относится также щелочная коррозия, которая может происходить под влиянием двух факторов. Первый фактор – непосредственное воздействие щелочи на цементный камень. В этом случае после высыхания насыщенного щелочью бетона, под влиянием углекислого газа в порах бетона образуется сода и поташ, которые, кристаллизуясь, увеличиваются в объеме и разрушают цементный камень. Второй фактор – взаимодействие щелочей цементного камня с реакционноспособными примесями, содержащимися в заполнителях, в особенности, в песке (например, опал, халцедон, вулканическое стекло). Данный вид коррозии может проявляться в появлении трещин, шелушении и вспучивании поверхности бетона.

Дата добавления: 2016-11-22 ; просмотров: 3986 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Коррозия цементного камня. Виды коррозии

Различают физическую, химическую, электрохимическую и биологическую коррозии.

Физическая коррозия. Это выветривание, растворение, разрушение вследствие температурных колебаний характерных для всех видов горных пород.

Коррозии растворения носит физико-химический характер (см. ниже коррозии выщелачивания).

Читать еще:  Приготовленной смеси цемента щебня

Химическая коррозия. Агрессивными по отношению к цементному камню являются все кислоты и многие соли. Этот вид коррозии имеет место чаще всего, а разрушение происходит наиболее интенсивно. Самым уязвимым веществом в цементном камне является известь. Однако связывание извести (скажем за счет SiO2) еще не исключает коррозии, поскольку она может восстанавливаться за счет отступления от гидратов кальция.

Кислоты и некоторые соли вступают в реакцию с Са(ОН)2 и образуют новые соединения, либо легко растворимые в воде, либо непрочные рыхлые, либо кристаллизующиеся со значительным изменением объема. Иногда это все происходит одновременно.

Все кислоты разрушают портландцементный камень

Хлористый кальций легко растворим, а CaSO4 может вступать во взаимодействие с гидроаллюминатами кальция и образовывать гидросульфоаллюминат кальция. Последний кристаллизуется с увеличением объема.

Гипс также кристаллизуется с увеличением объема. Хотя в пластовых водах нет непосредственно соляной и серной кислот, (но их образование можно предположить), зато имеется достаточное количество солей агрессивных по отношению к цементному камню. К таким солям относятся сульфаты (MgSO4, CaSO4), хлориды (MgCl2, CaCl2).

Агрессивный сероводород и углекислый газ, которые могут содержаться как в пластовых водах, так и в добываемых нефти и газе.

Рассмотрим основные виды химической коррозии и применение в связи с ними цементов.

Коррозия выщелачивания. Кристаллогидраты (гидросиликаты, алюминаты и ферриты кальция), образующиеся при взаимодействии с водой клинкерных минералов и составляющие вместе с наполнителями цементный камень, имеют значительную равновесную растворимость в воде. Это значит, что они остаются устойчивыми при контакте с водами, только в том случае, если в воде имеется достаточная концентрация Са(ОН)2. Если концентрация в воде Са(ОН)2 ниже равновесной, то у гидрата будут отщепляться молекулы извести и концентрация будет восстанавливаться до равновесной.

Чем выше концентрация извести в порах цементного камня, тем выше скорость выщелачивания. Низкоосновные гидраты кальция имеют меньшую равновесную растворимость. Известь связывается, а основность понижается в тех случаях, когда в цемент вводятся активные кремнеземистые добавки, а при высоких температурах и кварцевый песок.

Таким образом, более стойкими против коррозии выщелачивания являются низкоосновные цементы (пуццолановые, шлакопесчанистые, БКЗ, известковокремнеземистые).

Более агрессивными в смысле выщелачивания являются «мягкие» воды. Растворимость извести повышается в присутствии хлористого натрия. Значит минерализованные пластовые воды в принципе все агрессивны к цементному камню. Растворимость Са(ОН)2 повышается с ростом температуры. Значит перечисленные условия требуют применения низкоосновных цементов.

Скорость выщелачивания в значительной степени зависит от коэффициента диффузии. Этому будет способствовать уменьшение относительного содержания жидкости завторения, добавки высокомолекулярных реагентов (гипан, К-4, КМЦ и др).

Облегченные цементы менее стойки к выщелачиванию, за исключением тех у которых в качестве облегчающего компонента использована какая-либо активная кремнеземистая добавка.

Магнезиальная коррозия. Если в окружающей цементный камень среде содержатся вещества, образующие с Са(ОН)2 малорастворимые соединения, то концентрация извести в ней будет поддерживаться на очень низком уровне.

Например, если в пластовых водах есть MgSO4, то он вступая во взаимодействие с Са(ОН)2 по реакции:

Са(ОН)2 + MgSO4 + 2Н2О = Mg(ОН)2 + Са SO4 ? 2Н2О

Mg(ОН)2 и гипс имеют очень низкую растворимость в воде. Mg(ОН)2 сам по себе представляет рыхлое аморфное вещество. Если подобный процесс будет продолжаться — цементный камень разрушится. Это магнезиальная коррозия. Подобное действие но более слабое, оказывает и хлористый магний.

Следовательно, стойкость вяжущего к этому виду коррозии понижается при введении активных минеральных добавок. Отсюда в таких средах нельзя применять облегченные цементные растворы с минеральными добавками типа диатомит, опока, тремел, пемза).

Углекислотная коррозия. В пластовых водах как правило присутствует то или иное количество углекислого газа. Он действует разрушающе, поскольку понижает содержание Са(ОН)2 окисляя ее сначала до СаСО3, которая мало растворима, что будет вызывать понижение основности гидратов цемента. При поступлении новых порций СО2, СаСО3 окисляется до бикарбоната [ Са (НСО3)2], который хорошо растворим. При незначительной концентрации Са2 в водах процесс может затухнуть. Однако если кислота содержится в пластовом газе, то вследствие большой проницающей способности, диффузии и осмоса возможно быстрое разрушение камня. Если процесс ограничивается до СаСО3, то низкоосновные, если до Са (НСО3)2 — т о высокоосновные (см. ниже).

Сульфатная коррозия. Это вид коррозии, который связан с образованием соединений кристаллизующихся с увеличением объема. Примером такой коррозии являются взаимодействие с сульфатами кальция и натрия. Известно, что гидроалюминаты кальция могут присоединять гипс и образовывать гидросульфоалюминат. Последний кристаллизуется с увеличением объема, что вызывает внутренние напряжения и разрушение цементного камня.

(3 CaO ? Al2O3 ? 12H2O + 3(CaSO4 ? 2H2O) + 13H2O = 3CaO ? Al2O3 ? 3CaSO4 ? 31H2O

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 происходящей сульфоалюминатной коррозии.

Одним из методов борьбы с сульфатной коррозией является понижение содержания трехкальциевого алюмината (не более 5%). При этом содержание плавней компенсируется за счет увеличения содержания окиси железа.

Наличие в пластовых водах хлоридов уменьшает отрицательное влияние сульфатов.

Сероводородная коррозия. Это один из распространенных на нефтяных и газовых месторождениях видов коррозии. При сероводородной коррозии наблюдается образование малорастворимых сульфидов кальция, алюминия и железа. Это приводит к понижению равновесной концентрации Са(ОН)2, Al(OH)3, Fe(OH)3, что в свою очередь вызывает разрушение гидратов кальция.

Наиболее энергично образуется сульфид железа, поэтому для повышения стойкости против сероводородной коррозии следует ограничивать в цементах содержание окислов железа, марганца и других тяжелых металлов. По отношению к цементному камню безвредны силикаты, карбонаты, щелочи и их соли. Однако сильные щелочи действуют на аллюминаты.

Нефть и нефтепродукты не опасны, но если в них есть нафтеновые кислоты и сульфаты, то они также разрушают цементный камень.

Биологическая коррозия. Этот вид коррозии изучен мало. Однако, видимо сводится в конечном итоге к какому либо химическому виду. Так имеется много бактерий, которые выделяют углекислоту, что повлечет углекислотную коррозию. Некоторые бактерии могут окислять сульфаты сначала до сероводорода, а затем до серной кислоты. Отсюда и характер разрушения камня.

Электрохимическая и электроосмотическая коррозии. Источник — блуждающие токи (промышленные сети). Система обсадная колонна, цементный камень — земля являются проводниками. В этой системе всегда возможен перенос ионов, отсюда возможны и электрохимическая и электроосмотическая коррозии. Следует отметить, что цементные камни, бетоны (фундаменты) обладают как правило определенным электрическим потенциалом по отношению к земле.

Разрушение цементного камня может происходить под влиянием физических факторов (насыщение водой, попеременное замораживание и оттаивание, увлажнение и высыхание и т. п.), а также при химическом взаимодействии компонентов камня с агрессивными веществами, содержащимися в окружающей среде.

Морозостойкость цементного камня зависит от минерального состава клинкера, тонкости помола цемента и водопотребности, необходимой для получения укладываемой смеси. Увеличение водопотребности цемента снижает морозостойкость цементного камня, так как при этом повышается его капиллярная пористость (вода в порах геля не переходит в лед даже при сильных морозах). Поэтому в морозостойких бетонах значение В/Ц принимают не более 0,4. 0,55.

Коррозия первого вида — разрушение цементного камня в результате растворения и вымывания некоторых его составных частей (коррозия выщелачивания). При действии воды на цементный камень вначале растворяется и уносится водой свободный гидроксид кальция, образовавшийся при гидролизе C3S и C2S, содержание которого в цементном камне через 1. 3 мес твердения достигает 10. 15%, а растворимость при обычных температурах— 1,3 г/л. После вымывания свободного гидроксида кальция и снижения его концентрации ниже 1,1 г/л начинается разложение гидросиликатов, а затем гидроалюминатов и гидроферритов кальция. В результате выщелачивания повышается пористость цементного камня и снижается его прочность. Процесс коррозии первого вида ускоряется, если на цементный камень действует мягкая вода или вода под напором.

Читать еще:  Сколько цемента в кубе бетона

Одной из мер ослабления коррозии выщелачивания является применение цемента с умеренным содержанием C3S и выдерживание бетонных изделий на воздухе для того, чтобы на их поверхности прошел процесс карбонизации и образовалась малорастворимая корка из СаСО3.

Главным же средством борьбы с выщелачиванием гидроксида кальция является применение плотного бетона и введение в цемент активных минеральных добавок, связывающих Са(ОН)г в малорастворимое соединение гидросиликат кальция

Коррозия второго вида происходит при действии на цементный камень агрессивных веществ, которые, вступая во взаимодействие с составными частями цементного камня, образуют либо легкорастворимые и вымываемые водой соли, либо аморфные массы, не обладающие связующими свойствами (кислотная, магнезиальная коррозия, коррозия под влиянием некоторых органических веществ и т. п.).

Коррозия под действием органических кислот, как и неорганических, быстро разрушает цементный камень. Вредное влияние оказывают и масла, содержащие кислоты жирного ряда (льняное, хлопковое, рыбий жир и т. п.). Нефть, нефтяные продукты (керосин, бензин, мазут, нефтяные масла) не опасны для цементного бетона, если в них нет остатков кислот, но они легко проникают через бетон. Продукты разгонки каменноугольного дегтя, содержащие фенолы, оказывают агрессивное воздействие на бетон.

Коррозия возникает и под действием минеральных удобрений, особенно аммиачных (аммиачная селитра и сульфат аммония). Аммиачная селитра, состоящая в основном из NH4NO3, действует на гидроксид кальция:

Са(ОН)2 + 2NH4NO3 + 2НаО = Ca(NO3)2 -4Н2О + 2NOa

Образующийся нитрат кальция хорошо растворяется в воде и вымывается из бетона. Из фосфорных удобрений агрессивен суперфосфат, состоящий в основном из Са(Н2РО4)2, гипса и содержащий небольшое количество свободной фосфорной кислоты.

Коррозия третьего вида объединяет процессы, при которых компоненты цементного камня, вступая во взаимодействие с агрессивной средой, образуют соединения, занимающие больший объем, чем исходные продукты реакции. Это вызывает появление внутренних напряжений в бетоне и его растрескивание. Характерной коррозией этого вида является сульфатная коррозия. Сульфаты, часто содержащиеся в природной и промышленных водах, вступают в обменную реакцию с гидроксидом кальция, образуя гипс CaSO4-2H2O. Разрушение цементного камня в этом случае вызывается кристаллизационным давлением кристаллов двуводного гипса (гипсовая коррозия). Такая коррозия происходит при значительных концентрациях сульфатов в воде,

Защита бетона и других материалов от коррозии

Защита строительных конструкций от биоповреждений предполагает проведение следующих мероприятий:

  • 1. Эксплуатационно-профилактические:
    • — усиление вентиляции в целях понижения влажности воздуха и концентрации газов, способствующих развитию опасных микроорганизмов;
    • — герметизация с той же целью технологического оборудования;
    • — периодическая очистка и дезинфекция поверхности конструкций;
    • — нейтрализация агрессивных сред.
  • 2. Конструктивные:
    • — придание поверхности конструкций формы, исключающей накопление на ней органических веществ, могущих служить пищей для микроорганизмов;
    • — устройство уклонов полов и отводящих лотков для сточных жидкостей.
  • 3. Строительно-технологические:
    • — нанесение на бетонную поверхность лакокрасочных материалов;
    • — облицовка различными плитами;
    • — понижение проницаемости бетона;
    • — применение материалов, стойких к действию продуктов жизнедеятельности микроорганизмов, преимущественно к кислотам.

Методы защиты цементного камня от коррозии разнообразны, но всё они могут быть сведены в следующие группы:

  • — выбор надлежащего цемента;
  • — изготовление особо плотного бетона;
  • — применение защитных покрытий и облицовок, практически исключающих воздействие агрессивной среды на бетон.

Виды коррозии бетона и цементного камня

Коррозия I вида (коррозия выщелачивания)

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 CaCO3. Выдерживание на воздухе бетонных блоков и свай для карбонизации поверхностного слоя бетона повышает их стойкость против выщелачивания.

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.

Читать еще:  Состав цемента с щебнем

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 CO2 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.

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 III вида является накопление в порах и капиллярах бетона солей и последующая их кристаллизация, связанная с увеличением объема твердой фазы. Соли либо образуются вследствие химических реакций взаимодействия агрессивной среды с составными частями цементного камня, либо привносятся извне и выделяются из раствора вследствие постепенного испарения из него воды.

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 SO4 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.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector