Содержание

коррозия бетона

Защита бетона от коррозии

Коррозийным разъеданием подвергаются многие строительные материалы, в том числе и бетон. Она представляет собой разрушение металлов под воздействием физико-химических или химических факторов окружающей среды. Чтобы предотвратить разрушение в сооружениях из бетона и железобетона существуют различные методы защиты. Это могут быть покрытия поверхности с помощью специального стойкого материала или разнообразными лаками, пропитками.

Определение коррозии

Коррозия представляет собой разъедание строительных материалов под влиянием физических, химических и биологических факторов при контакте с окружающей средой. Бетон имеет в своем составе наименее прочный компонент – это цементный камень. Именно с этой части материала начинается коррозийный процесс. Разрушение случается в результате воздействия различных видов вод, а именно:

сточных;
вод в траншеях или трубах;
морских;
речных;
грунтовых.

Наиболее опасны для бетонов грунтовые воды вблизи промышленных предприятий из-за наличия в них химических выбросов. Также при воздействии с бетоном и железобетоном наносят им весомый вред сточные воды. Коррозия бетона воздействует на гидротехнические сооружения, загрязняет воздух, однако, такая концентрация газа в окружающей среде не вредит здоровью человека, но способствует разрушению бетонных конструкций.

Разрушения строительных материалов разнообразны и могут находиться разрушающие микроорганизмы как в прямом контакте, так и внутри структур. Ускоряется разъедание в бетоне при повышенной влажности окружающей среды.

Виды и описание

Существуют разновидности бетонной коррозии:

Радиационная, которая зависит от дозы ионизирующего облучения и количества цементного камня. Вследствие чего искажается кристаллическая решетка минералов, расширяется заполнитель, который приводит к микротрещинам, макротрещинам в материале, а в дальнейшем к полному разрушению.
Химическая, происходящая вследствие атмосферных осадков и под воздействием углекислого газа, входящий в состав воздуха. Таким образом, в строительстве бывает газовая коррозия, которая особенно актуальна при большом количестве влаги.
Биологическая. Разъедания, связанные с биологической коррозией, появляются в результате воздействия химических веществ, получившиеся при эксплуатации бетонных конструкций.
Физико-химическая коррозия появляется в результате замерзания воды. В жидком состоянии вода попадает в поры материала, а в результате минусовых температур она замерзает. Образовавшийся лед расширяется и распирает постройки, в итоге образуются трещины.

Вернуться к оглавлению

Химические разъедания

Образуются под взаимодействием бетонного камня с веществами окружающей среды. Процессы химической коррозии относятся к трем категориям:

В результате кристаллизации материалов происходит растрескивание. Трещины являются последствием расширения объема материала из-за низких температур.
Выщелачивание мягкими водами с последующим образованием белого налета.
Цементная бацилла, которая является последствием влаги, разрушает бетонные конструкции. На них образуются трещины и растрескивания.

Вернуться к оглавлению

Физико-химическая

В этом случае цементный камень расходится в воде. В результате чего гидроксид кальция вымывается или растворяется. Растворение железобетона из-за воздействия воды случается с различной быстротой. Так, например, плотные массивные конструкции подвластны коррозии лишь по истечении многих десятилетий. В сооружениях с тонкими оболочками, вымывание кальция случается уже через 2-3 года. В момент прохождения вод через бетон, процесс разложения ускоряется во много раз, и уменьшаются прочностные характеристики материала.

Биологические разрушения

Коррозия с образованием больших объемов биологических соединений в камне, является итогом влияния проникающих в бетон различных веществ. Это способствует появлению внутреннего напряжения и трещин в бетонной конструкции. Биологическая коррозия определяется наличием на цементном камне бактерий, мхов, грибков или лишайников.

Биологические разрушения развиваются из-за прямого контакта микроорганизмов с материалом. А также биоорганизмы, которые могут нанести вред материалу, находясь на расстоянии. Развиваются биологические коррозии в условиях техногенной среды с большим содержанием влаги в атмосфере.

Радиационная

Коррозия бетона бывает радиационной, которая возникает в результате радиационного излучения. Она способствует удалению из бетонной конструкции кристаллизованной жидкости и тем самым приводит к нарушению прочности структуры. Продолжительное воздействие радиационного облучения приводит к жидкому состоянию кристаллических веществ. Появляется напряжение в бетонном растворе, и возникают трещины.

Факторы влияния

Коррозия бетона возникает под воздействием следующих обстоятельств, от которых зависит скорость разрушения зданий и сооружений:

умение поверхности бетонного раствора противодействовать веществам;
пористость материала;
вещества, находящиеся в атмосферных осадках;
капиллярность.

Главная составляющая бетона – это его пористость, которая определяет количество пор и наличие плотности в структуре материала. От пористости бетона зависит возможность влагопоглощения конструкции при таянии снежных масс или других атмосферных осадков. Материал со значительным количеством пор подвластен большей возможности разрушения в результате физико-химической коррозии. Поэтому защита бетона от коррозии должна начинаться на начальном этапе постройки зданий и сооружений, ведь все виды коррозии бетона приводят к разрушению построек.

Антикоррозийная защита

Виды коррозийных разрушений бетона различны и многообразны. Многих строителей интересует вопрос защиты бетонных конструкций от влияния негативных внешних факторов окружающей среды.

Зачастую подвергаются разрушению верхние слои бетона, тогда защита заключается в применении бетона с небольшим количеством капилляров в его структуре. Используя препарат от возникновения трещин еще на начальном этапе строительства, это поможет уберечь сооружения от выщелачивания и вымывания.

Защита от разрушений в виде ржавчины разделяется:

способы, изменяющие состав бетона, при этом, делая его более прочным и устойчивым к негативным воздействиям окружающей среды;
мероприятия, связанные с покрытием поверхности материала гидравлическими препаратами;
комбинированные мероприятия, которые включают в себя покрытие бетона антикоррозийным препаратом с дальнейшим его проникновением вглубь материала.

Применение в состав бетона белитового цемента позволит снизить количество выделяемого гидроксида кальция, что способствует испарению жидкости. Такой компонент позволит уплотнить материал и тем самым прекратит проникновение жидкости через бетонный раствор.

Еще один вид разрушения бетонного сооружения от ржавчины — сульфатная коррозия бетона. Она появляется в результате взаимосвязи сульфатов с камнем в цементе раствора. Разрушение наблюдается в виде искривлений конструкции и распирания конструктивных элементов.

Металлические части конструкции покрывают специальными защитными материалами.

Коррозию бетона, возникшую из-за воздействия вод, предотвращают разными путями. Используют разнообразные добавки, препараты на начальном этапе приготовления бетонного раствора: водоотводы или гидроизоляцию.

Защита бетона от разъеданий подразделяется на: первичную и вторичную. Также подвластны воздействию разъедания ржавчиной сооружения из железобетона. Для их спасения применяют ингибиторы металлической коррозии в момент приготовления бетонного раствора. Таким образом, на составляющих из железобетона образуется пленка, которая останавливает контакт металла с бетоном.

Данная защита обусловлена введением дополнительных препаратов в состав бетонной смеси в процессе его приготовления. Такой способ позволит изменить состав смеси и убережет в дальнейшем здания и сооружения от разрушений.

Применяют разнообразные стабилизирующие, гидроизоляционные, пластифицирующие, биоцидные и другие препараты. При выборе вспомогательных препаратов для изготовления раствора отталкиваются от условий эксплуатации бетонного камня. Например, при изготовлении цементного раствора в водах с большим содержанием сульфата снижают количество свинца.

Что используется?

Улучшают бетонный раствор и его прочностные характеристики химические препараты. Они позволяют сократить в порах агрессивные вещества, которые замедляются при движении. А, значит, коррозия арматуры в бетоне подвергается меньшим разъеданиям. Используя химические препараты в качестве добавок в цементный раствор, увеличивают замкнутость пор. Благодаря этому образуется высокая морозостойкость бетона и железобетона. Используют химические добавки: противоморозные, воздухопоглощающие, уплотняющие, замедлители схватывания.

Применение добавок в бетонную смесь, которые повышают морозостойкость.

Применяют добавки, которые способны улучшить сразу пару показателей или, наоборот, один улучшают, другой снижают. Для защиты бетонных сооружений от разъедания его составляющих ржавчиной используют такие добавки:

сульфатно-дрожжевую бражку;
мылонафт;
кремнийорганическую жидкость.

Вернуться к оглавлению

Вторичная защита от разрушений ржавчиной бетонных сооружений и зданий из железобетона заключается в защитном покрытии верхнего слоя цементного камня. Защита состоит из лакокрасочных покрытий и уплотняющей пропитки. Также к ней относят выдержу бетона определенное время на воздухе.

Что используется?

Вторичная защита включает в себя следующие добавки, при которых разъедание ржавчиной бетонных построек сводится к минимуму:

пропитки с уплотнением;
покрытия красками и акрилами, с помощью которых образуется защитная пленка;
защита мастиками, которая актуальна при большом воздействии на бетонный раствор влаги;
защита оклеиванием полиизобутиленовыми пластинами;
биоцидные добавки, которые оберегают сооружения от грибков, плесени и микроорганизмов. Большего эффекта можно добиться, используя первичную и вторичную защиту в комплексе.

Вернуться к оглавлению

Заключение

Коррозийные воздействия опасны для бетонных зданий и сооружений из железобетона. Важно следить за постройками и всячески предотвращать появление разъедающей ржавчины. Иначе постройка, на которую ушло много сил и финансов, может полностью пасть. На рынке строительных материалов присутствует множество различных добавок, которые способны спасти постройку от разрушений.

Главное, принять меры как во время работы и в момент приготовления раствора, так и поддерживать сооружения в дальнейшем, чтобы коррозия бетона не разрушила все труды.

Коррозия бетона

Бетон – это искусственный каменный материал, состоящий из цемента, песка, воды и щебня. При затвердевании уплотненной смеси вяжущего вещества (цемент) с заполнителем образуется бетон. В качестве заполнителя может быть использован щебень, песок, гравий.

Коррозия бетона – процесс разрушения его структуры, охрупчивания под воздействием окружающей среды. Коррозия бетона может быть трех видов.

Виды коррозии бетона:

1. Растворение составных частей цементного камня.

Это наиболее распространенный вид коррозионного разрушения бетона. Бетонные изделия эксплуатируются в основном на открытом воздухе. При этом они подвергаются воздействию атмосферных осадков и других жидких сред. Составной частью бетона является образовавшийся гидрат окиси кальция (Са(ОН)₂) – гашеная известь. Это самый легкорастворимый компонент, поэтому со временем он растворяется и постепенно выносится, нарушая при этом структуру бетона.

2. Коррозия бетона при взаимодействии цементного камня с содержащимися в воде кислотами.

Под воздействием кислот коррозия бетона протекает либо с увеличением его объема, либо с вымыванием легкорастворимых известковых соединений.

Увеличение объема происходит по реакции:

CaCO₃ не растворяется в воде. Постепенно происходит его отложение в порах цементного камня, за счет чего идет увеличение объема бетона, а в дальнейшем его растрескивание и разрушение.

При контакте бетона с водными растворами кислот образуется легкорастворимый бикарбонат кальция, который агрессивный для бетона, а при наличии воды растворяется в ней и постепенно вымывается из структуры бетонного камня. Образование бикарбоната кальция описывается реакцией:

Помимо растворения наблюдается и протекание химической коррозии бетона:

при этом вымываются соли хлористого кальция.

Если разрушение бетона происходит под воздействием сульфатов воды – применяют пуццолановый портландцемент, а также сульфатостойкий портландцемент.

3. Коррозия бетона вследствие образования и кристаллизации в порах труднорастворимых веществ.

Кроме вышеописанных коррозионных разрушений бетона при наличии микроорганизмов возможно протекание биокоррозии. Грибки, бактерии и некоторые водоросли могут проникать в поры бетонного камня и там развиваться. В порах откладываются продукты их метаболизма и постепенно разрушают структуру бетонного камня.

При коррозии бетона обычно одновременно протекает несколько видов разрушений.

Коррозия бетона (железобетонных конструкций) в экстремальных условиях эксплуатации

Экстремальными условиями можно назвать воздействие на бетонный камень очень низких температур и различных веществ, обладающих повышенной агрессивностью.

Достаточно распространенным случаем коррозии бетона в экстремальных условиях является разрушение материала под воздействием сульфатов (химическая коррозия бетона). В первую очередь, с сульфатами взаимодействуют алюминатные составляющие бетонного камня и гидроксид кальция. Очень нежелательным является взаимодействие алюминатных минералов и сульфатов. В результате образуется несколько модификаций гидросульфоалюмината, самым опасным из которых, является эттрингит (3СaO•Al₂O₃•3CaSO₄•32H₂O). Данная соль по мере своего роста (увеличения кристаллов) образует внутри бетона очень высокие напряжения, которые значительно превышают прочностные характеристики цементного камня. В результате, под воздействием растворов, в состав которых входят сульфаты, коррозионное разрушение бетона протекает очень интенсивно.

При взаимодействии гидроксида кальция с сульфатами образуется CaSO₄•2H₂O. Со временем вещество скапливается в поровом пространстве бетона, постепенно его разрушая.

Устойчивость к воздействию сульфатсодержащих сред очень сильно зависит от минералогического состава бетона. Если в цементе содержание минералов на основе алюминия и трехкальциевого силиката ограничено, то он в данной среде более стоек.

Коррозия арматуры в бетоне

Если в конструкциях используют залитую бетоном железную арматуру, т.е. железобетон, возможно протекание еще одного вида разрушения – коррозии арматуры в бетоне. Под воздействием вод окружающей среды или при наличии в воздухе сероводорода, хлора, сернистых газов арматура в середине бетона ржавеет и образуются продукты коррозии железа. По объему они превышают начальный объем арматуры, что приводит к возникновению и росту внутренних напряжений, а в дальнейшем – растрескиванию бетона.

Сквозь поры в цементном камне к арматуре проникает воздух и влага. Подвод их к поверхности металла осуществляется не равномерно из-за чего на разных участках поверхности наблюдаются разные потенциалы – протекает электрохимическая коррозия. Скорость протекания электрохимической коррозии арматуры зависит от влагопроницаемости, пористости бетонного камня и наличия в нем трещин.

Наличие в воде растворенных веществ усиливает коррозию арматуры с повышением концентрации электролита.

При длительном выдерживании бетона на воздухе на поверхности образуется очень тонкая (5 – 10 мкм) защитная пленка, которая не растворяется в воде и не взаимодействует с сульфатами. Процесс возникновения защитной пленки под воздействием углекислоты воздуха называется карбонизацией. Карбонизация защищает бетон от коррозии, но способствует коррозии арматуры в бетоне.

Нельзя армировать бетон, в состав которого входит хлористый кальций (больше 2% от веса цемента). Хлористый кальций ускоряет коррозию арматуры как на воздухе, так и в воде.

Защита арматуры бетона от коррозии

Существует несколько способов защитить стальную арматуру в бетоне от коррозии: облагородить окружающую металл среду (т.е. использовать качественный бетон специального состава, введение ингибиторов); дополнительная защита арматуры бетона от коррозии (пленки и т.п.); улучшить характеристики самого металла.

Вокруг арматуры находится сам бетон, поэтому именно бетон является средой, окружающей металл. Для продления срока службы арматуры необходимо улучшить влияние бетонного камня на сталь. Прежде всего, нужно исключить или, если это невозможно, свести к минимуму вещества, входящие в состав бетона, которые способствуют интенсификации процесса коррозии арматуры в бетоне. К таким веществам относятся роданиды, хлориды.

Если железобетонное изделие эксплуатируется в условиях периодического смачивания, необходимо пропитывать бетон специальными пропитками (битумными, петролатумными и др.). Это значительно снизит проницаемость бетона. При постоянном насыщении бетонного камня коррозия арматуры в бетоне практически сводится к минимуму. Это объясняется тем, что очень сильно затрудняется проникновение кислорода к поверхности метала, происходит значительное торможение катодного процесса.

Для продления срока службы металлической основы железобетона – бетон облагораживают. Во время формирования бетонной смеси в состав вводят ингибиторы коррозии.

Для защиты от коррозии арматуры в конструкционно-теплоизоляционных бетонах широко используется способ омического ограничения. Суть заключается в том, что влажность самого бетона не должна превышать равновесное значение при относительной влажности воздуха 60%. Тогда процессы коррозии арматуры почти прекращаются, т.к. возникает высокое омическое сопротивление пленок влаги у поверхности арматуры. Этот способ не так уж прост и не эффективен в районах с высокой влажностью и частыми осадками.

Хороший бетон должен обладать первоначальным пассивирующим воздействием на арматуру. Бетонные изделия полностью просыхают примерно за 2-3 года. Если климат сухой, то немного быстрее. Именно в это время и происходит самое сильное коррозионное разрушение арматуры, т.к. она находится во влажной бетонной среде.

Хорошим способом защитить арматуру бетона от коррозии считается предварительное пассивирование поверхности арматуры, а также образование оксидных защитных пленок под воздействием водной щелочной среды бетонного камня. Усиливают защитные свойства пленки введением в бетонную смесь пассиваторов. Часто используют нитрит натрия в количестве 2 – 3 % от исходного веса цемента.

Защита бетона от коррозии

Для защиты бетона от коррозии и продления его срока службы не достаточно применения только одного вида защиты. Чтоб бетон не поддавался вредному влиянию окружающей среды уже на стадии проектирования проводят профилактические мероприятия по его защите.

Эксплуатационно-профилактические мероприятия предусматривают нейтрализацию агрессивных сред, герметизацию, интенсивную вентиляцию при эксплуатации цементного камня в помещении (для осушки воздуха).

Важную роль в предотвращении бетона от дальнейшего разрушения играет рациональное конструирование. При этом необходимо придавать бетонной поверхности конструкционной формы, которая будет исключать скопление в углублениях воды и различных органических веществ. Кроме того важно обеспечить свободный отход жидкости с поверхности. Этого можно достигнуть при использовании водоотводов или формировании бетонной поверхности под уклоном.

Защиту бетона от коррозии можно разделить на первичную и вторичную.

Первичная защита бетона от коррозии предусматривает при его изготовлении и формировании вводить в состав бетона специальные добавки, изменяя при этом его минералогический состав. Этот способ считается наиболее эффективным.

В качестве добавок могут служить различные водоудерживающие, пластифицирующие, стабилизирующие, химические модификаторы, аморфный кремнезем и др.

Кроме того, ориентируясь на условия эксплуатации цементного камня, при его формировании подбирают оптимальный для данных условий состав. Например, для цементов, эксплуатирующихся в сульфатсодержащих водах уменьшают содержание С₃S.

Часто применяют пуццоланизацию. К портландцементу добавляют кислые гидравлические добавки, которые содержат активный кремнезем.

Образовавшийся гидросиликат кальция устойчивее чем Са(ОН)₂.

Химические добавки могут очень сильно улучшить эксплуатационные свойства бетона. Повысить его плотность, в результате чего агрессивные агенты в порах замедляют скорость своего передвижения. Арматура, находясь в плотном бетоне менее подвержена коррозионным разрушениям.

Также при помощи химических добавок можно значительно увеличить количество условно замкнутых пор. В результате морозостойкость цементного камня возрастает в разы.

Самими распространенными химическими добавками, которые применяются для защиты бетона от разрушений являются: пластифицирующие, противоморозные, уплотняющие, гидрофобизирующие, воздухововлекающие, замедлители схватывания, газообразующие, ингибиторы коррозии арматуры.

Некоторые добавки оказывают двойное действие, т.е. улучшают сразу несколько показателей. Другие же, могут улучшать один, и понижать второй.

Самыми перспективными и распространенными являются следующие добавки.

Мылонафт. Это пластифицирующая добавка, состоящая из смеси натриевых солей нерастворимых в воде органических кислот. Она способствует повышению однородности бетонной смеси, уменьшая при этом трение между ее отдельными зернами. Также вовлекает воздух. Производится и поставляется в виде паст. В бетонную смесь необходимо вводить от 0,05 до 0,15 % от массы цемента (в перерасчете на сухое вещество). Если превысить указанную дозировку, снижается прочность бетона на сжатие.

Мылонафт повышает водонепроницаемость бетонного камня на две марки, морозостойкость – в два раза, устойчивость к воздействию растворов минеральных солей, трещиноустойчивость.

Сульфитно-дрожжевая бражка СДБ. Это химическая добавка пластифицирующего действия. Получают ее путем переработки кальциевых солей лигносульфоновых кислот. Вещество способствует повышению подвижности бетонной смеси, вовлечению в нее воздуха и уменьшению слипания цементных зерен. Производители могут поставлять СДБ в виде твердых или жидких концентратов. Для достижения защитного эффекта данной добавки нужно немного больше, чем мылонафта. В перерасчете на сухое вещество цемента, необходимо ввести 0,15 – 0,3% сульфитно-дрожжевой бражки. Она повышает в 1,5 – 2 раза морозостойкость, на 5 – 10% прочность, на одну марку – водонепроницаемость, стойкость к воздействию растворов минеральных солей и трещиностойкость.

Сульфитно-дрожжевая бражка оказывает наилучший эффект при введении ее в бетонный камень на основе высокоалюминатных и быстротвердеющих портландцементов.

Кремнийорганическая жидкость ГКЖ-94. Это гидрофобизирующая и газообразующая добавка, которая образуется в процессе гидролиза этилгидросилоксана. В результате взаимодействия цемента и данной добавки выделяется водород и образуется большое количество замкнутых, равномерно распределенных в бетоне пор. На капилляры и стенки пор бетона оказывает активное гидрофобизирующее воздействие. На реологические свойства смеси почти не влияет, но очень сильно замедляет процесс затвердевания бетона (начальные стадии). Поставляется в виде 50% водной эмульсии или 100% жидкости. Вторую вводят в бетонную смесь в количестве 0,03 – 0,08%.

Способствует повышению водонепроницаемости бетона на две марки, морозостойкости – в три-четыре раза. Кроме того, увеличивает стойкость к переменному увлажнению и высушиванию, воздействию растворов минеральных солей (в условиях капиллярного подсоса), растяжению.

Вторичная защита бетона от коррозии предусматривает нанесение на цементный камень различных лакокрасочных материалов, защитных смесей, покрытий и облицовку различными плитами. Т.е. гидроизоляцию бетона.

К вторичной защите также можно отнести карбонизацию (выдержку бетона на воздухе).

Защита бетона от коррозии лакокрасочными и акриловыми покрытиями применяется при воздействии на него твердых и газообразных сред. Образовавшаяся защитная пленка эффективно защищает поверхность бетона не только от воздуха и влаги, но и от воздействия различных микроорганизмов.

Защита бетона от коррозии мастиками применяется при воздействии на него влаги, контакте с твердыми средами. Часто применяются мастики на основе различных смол (смолизация).

Защиту бетона от коррозии уплотняющими пропитками используют почти во всех средах (жидкой, газообразной), особенно при повышенной влажности, кроме того применяют перед нанесением ЛКМ. Уплотняющие пропитки заполняют наружный слой бетона, придавая ему хорошие гидрофобные свойства, снижают водопоглощение.

Биоцидные материалы применяются для защиты бетона от воздействия различных видов грибков, плесени, бактерий, микроорганизмов. Химически активные вещества биоцидных добавок заполняют поры бетона и уничтожают бактерии.

Защита бетона от коррозии оклеечными покрытиями применяется при эксплуатации бетонного камня в жидких средах, грунтах с высокой влажностью и местах частого смачивания электролитом. Например, нижнюю часть бетонного волнореза оклеивают полиизобутиленовыми пластинами.

Как оклеечные покрытия могут быть использованы полиэтиленовая пленка, полиизобутиленовые пластины, рулоны нефтебитума. Они могут также выполнять роль непроницаемого подслоя в облицовочных покрытиях.

Наиболее эффективна комплексная защита бетона от коррозии, т.е. как первичная, так и вторичная.

Коррозия бетона: виды и методы устранения

Коррозия бетона — это процесс разрушения конструкций в результате воздействия на их структуру различных внешних агрессивных сред, или вследствие внутренних химических и физико-химических процессов. Экономические потери в результате снижения долговечности и прочности эксплуатируемых сооружений, в некоторых случаях, соизмеримы с солидными инвестициями в отдельные отрасли промышленности.

Заблаговременно выявляя факторы коррозии бетона и железобетона, изучая закономерности процессов, можно существенно сократить финансовые риски и повысить надежность объектов гражданского и промышленного строительства (см. видео в этой статье).

Общие сведения, виды и характер разрушений

Долговечность конструкций зависит от структуры бетона и свойств окружающей среды, в которой они эксплуатируются.

По степени своего влияния агрессивные среды делятся на:

сильноагрессивные;
средней агрессивности;
слабоагрессивные;
неагрессивные.

По агрегатному состоянию реагенты можно разделить на:

Величина агрессивного воздействия на железобетонные конструкции вычисляется для каждой среды индивидуально, в зависимости от того, в каких условиях эксплуатируются сооружение.

наличие и концентрация агрессивных реагентов;
температура, при которой происходит химическая реакция;
скорость движения жидкостей у поверхности.

виды газообразных веществ и их концентрация;
растворимость компонентов в воде;
влажность и температура воздуха.

Для твердых агрессивных веществ (аэрозоли, пыль, соли):

дисперсность;
возможность растворения в воде;
влажность среды.

Скорость коррозии бетона зависит от следующих факторов:

от природы и химического состава агрессивной среды;
агрегатного состояния (твердое, жидкое, газообразное);
химической концентрации и состава агрессивных веществ;
температуры и значений влажности окружающей среды;
скорости притока к поверхности изделий агрессивных веществ и устранения продуктов коррозии;
особенностей проектного состава бетона (проницаемости, теплопроводности и др.);
характера изделий и внутренней структуры материала (толщина защитного слоя, форма, наличие трещин, густота армирования и т.д.);
вида физического или термического воздействия на железобетон (замораживание, нагрев, механические нагрузки и пр.).

Классификация процессов коррозии в жидкой среде

В химических реакциях, приводящих к разрушению, участвует вода, цементный камень и заполнитель. Долговечность сооружений определяется периодом от начала эксплуатации объекта до ухудшения его эксплуатационных характеристик и началом разрушения.

Виды коррозии бетона и агрессивность воздействия жидкой среды подлежат классификации по общим признакам воздействия на конкретные конструкции.

Проведенные исследования и анализ поврежденных сооружений позволяют сделать заключение, что все действующие причины можно разделить на 3 вида:

Составляющие цементного камня, под действием жидких реагентов, растворяются и выводятся из структуры бетона. Особенно активно эти процессы проистекают при фильтрации жидкости через толщу конструкции.
Химические реакции обмена, протекающие между цементным камнем и агрессивной средой. В результате таких реакций происходит формирование продуктов распада со слабыми вяжущими свойствами, которые под действием жидкостей легко вымываются из структуры бетона.
Третий вид разрушений вмещает в себя процессы образования кристаллических труднорастворимых соединений, под действием которых происходит расширение пористой структуры, что приводит к появлению трещин и последующему нарушению целостности всего сооружения.

Первый вид коррозии

Способность растворения продуктов процесса гидратации цемента в водной среде и вымывание их из структуры цементного камня значительно влияет на прочностные характеристики бетонных сооружений. Наиболее растворимым компонентом структуры цементного раствора, приготовленным на портландцементе, является известь. Поэтому, коррозия железобетона в этом случае определяется как процесс растворения гидроксида кальция.

Цементный раствор по своей структуре — это сложная неустойчивая система, состоящая из негидратированных зерен клинкера и продуктов гидратации цемента, находящихся в состоянии равновесия. Под действием воды это равновесие нарушается, и вся система переходит в новое устойчивое состояние, но с другими условиями взаимодействия.

Протекание процесса растворения (выщелачивания) компонентов можно разделить на два периода:

в процессе выщелачивания гидроксида кальция в раствор перемещается свободный Ca(OH)₂;
в результате снижения количества CaO, образующего соединение с цементным камнем, происходит гидролиз (разрушение) остальных гидратов, устойчивое состояние которых возможно только в соединениях гидроксида кальция обусловленной концентрации (см. фото).

Способность гидроксида кальция растворяться даже в дистиллированной воде, отрицательно влияет на деструктивные процессы способствующие коррозии.

Наиболее благоприятная температура для развития процесса растворения гидроксида кальция — 20°С. При дальнейшем повышении температуры растворимость падает.
При продолжительном воздействии воды на цементный камень возможно полное удаление данного компонента из структуры бетона с полным разложением других гидратных составляющих — глинозема, оксида железа и кремнезема до аморфного рыхлого состояния.
Интенсивность процесса выщелачивания прямо пропорциональна плотности материала и количеству минеральных заполнителей, имеющих в своем составе гидроксид кальция.
Признаки поражений первого вида заметны на участках конструкций в виде подсыхающих пятен после воздействия воды.

Примечание: Растворенный в воде гидроксид кальция, в результате химических реакций, происходящих в структуре материала, карбонизируется и выделяется на поверхности конструкций в виде белого налета карбоната кальция.

Повреждения первого типа сравнительно широко распространены в подземных и гидротехнических сооружениях, подвергающихся временному или постоянному влиянию пресных вод. Снизить скорость разрушений первого вида помогают пуццолановые добавки (опоки, трасса, трепел и др.), связывающие соединения Ca(OH)₂ и снижающие проницаемость бетона.

Помимо этого, для повышения устойчивости материалов к влиянию коррозии первого вида, необходимо проводить следующие мероприятия:

для изготовления коррозионностойких конструкций применять бетоны повышенной плотности;
проводить искусственную карбонизацию оснований;
применять пуццолановые или другие специальные цементы;
применять гидроизоляцию поверхностей;
обрабатывать готовые конструкции специальными пропитками.

Сопротивление материалов выщелачиванию позитивно сказывается и на способности изделий сопротивляться обменным реакциям, протекающим в структуре конструкций, в процессе коррозийного воздействия второго вида.

Второй тип коррозии

Ко второму виду разрушающих процессов, происходящих в жидкой среде, относятся химические реакции обмена между составляющими раствора и цементного камня. Полученные в результате реакции вещества, либо легко растворяются в воде и вымываются из структуры бетона фильтрационным потоком, либо выпадают в осадок в виде аморфных соединений, не обладающих вяжущими свойствами.

Данный вид коррозии возможен при агрессивном воздействии на покрытия химических соединений отдельных типов солей и кислотных растворов. Чем интенсивней будет происходить реакция замещения, и чем быстрее будут растворяться образовавшиеся продукты, тем короче и глубже процесс разрушения цементного камня.

Основные типы коррозии второго вида:

В сравнении с разрушениями первого вида, когда происходило постепенное растворение веществ, получаемых в результате гидролиза цемента, схема отрицательных воздействий второго вида несколько иная и проходит она в верхних слоях бетона, непосредственно соприкасающихся с агрессивной средой.

Новообразования на поверхности, полученные в результате реакций обмена и не обладающие достаточной плотностью и вяжущими свойствами смываются водой, обнажая тем самым следующий слой бетона и уже в этом слое начинают происходить реакции разрушения.

Этот слой также растворяется и удаляется. По этой схеме, и в такой последовательности протекают последующие этапы коррозии второго вида вплоть до полного разрушения конструкции.

Разрушение сооружений под действием углекислотных соединений

Что такое углекислотная коррозия, и какой механизм действия данного вида разрушений рассмотрим в этой главе.

Одним из наиболее часто встречающихся деструкций второго вида — это дефекты бетона, возникающие в результате действия углекислых вод. Углекислота в той или иной степени присутствует в составе любых природных жидкостей.

Причиной присутствия CO₂ в природных водах являются биохимические процессы, происходящие как в самой жидкости, так и в грунте, с которым вода постоянно контактирует.

Выделение углекислого газа связано с микробиологическими процессами, протекающими при гниении остатков растительности на разной глубине залегания. Также выделение CO₂ возможно в результате соединения карбонатных осадочных пород с протекающими грунтовыми водами.

Определяющим фактором скорости происходящих разрушений, в этом случае, является концентрация углекислоты в растворе. Чем больше H₂CO_3, тем выше кислотные характеристики раствора и скорость углекислотной коррозии.

Характер кислотных разрушений конструкций

Агрессивное воздействие на конструкции органических или неорганических кислот также активизирует в материале процессы коррозии второго вида, которые в определенный момент могут трансформироваться в коррозию первого вида, вызывая при этом полное разрушение цементного камня в структуре изделия.

Из состава неорганических кислот, вызывающих коррозию бетона, помимо углекислоты, наиболее чаще приходится сталкиваться с реакциями:

А из органических — это молочная, уксусная и др.

Под действием кислоты цементный камень почти полностью разрушается. Причем химические продукты разрушения отчасти растворяются, а в некоторой своей части сохраняются в месте прохождения реакций.

Степень активности кислотной коррозии определяется силой действующей кислоты и концентрацией ионов водорода. В результате кислотной реакции на поверхности цементного камня формируются соли кальция и рыхлая аморфная масса.

Соли кальция, растворимые в воде, вымываются из структуры, а рыхлая масса остается. Все эти процессы снижают прочность сооружения, а с течением времени разрушают его полностью.

Важную роль в развитии процесса кислотных агрессивных воздействий играет скорость обменных реакций у поверхности пораженной конструкции.

Щелочные реакции разрушения

Этот тип коррозии может возникать при высоком содержании щелочей в вяжущих и заполнителях, используемых для приготовления бетона.

Наиболее распространенным видом щелочных воздействий, является химическая реакция соединений калия и натрия с кремнеземом заполнителей. В модифицированных бетонах повышенное содержание щелочей объясняется присутствием в применяемых цементах оксидов калия и натрия.
Повышенное содержание этих элементов вызвано высокой очисткой газов, выходящих из дымовых труб цементных печей и последующим возвращением цементной пыли из пылеуловителей в структуру технологического процесса. Кроме этого, содержание щелочей может увеличиваться с применением минеральных, химических или органоминеральных модифицирующих добавок.
Также в реакцию с кремнеземом могут вступать хлориды калия и натрия, находящиеся в морской воде, засоленных грунтах или противогололедных реагентах.
Взаимодействовать со щелочами может не только кремнезем, но и отдельные разновидности кварцевых заполнителей.

В результате взаимодействия заполнителей с цементным камнем, на его поверхности образуются гидратированные соединения, расширяющиеся во влажной среде.
В момент набухания в структуре изделий возникают напряжения, вызывающие деформацию конструкций и разрушение бетона.
В результате таких реакций на поверхности образуются мелкие трещины, из которых в отдельных случаях просачивается силикат натрия.

Обратите внимание: Наиболее эффективным способом защиты от щелочной деструкции, является включение в состав цемента 10–20% активных тонкомолотых минеральных добавок, которые замедляют реакции гидратации и устраняют причины напряжений, вызывающих разрушения.

На прекращение процесса щелочного воздействия положительно влияет автоклавная обработка, в результате которой на частицах заполнителя образуются защитные микропленки гидросиликата кальция.

Третий тип коррозии

Наиболее известными жидкими агрессивными средами третьего вида выступают подземные и промышленные воды, содержащие в своем составе сульфатные соединения. Сульфатная коррозия бетонов — это результат воздействия на конструкции жидких сульфатных растворов.

Ее механизм действия основан на способности образования кристаллических сульфатных формирований, вызывающих увеличение объема цементного камня. Напряжения, возникающие в результате таких реакций, могут значительно превышать значение прочности бетона. Результатом таких пластических деформаций является разрушение возведенных конструкций.
Процессы, происходящие в структуре изделий при протекании сульфатной коррозии, представляют собой довольно сложную физико-химическую схему, которую объяснить можно только упрощенно — отметив лишь основные особенности.
В период взаимодействия сульфатных растворов, в порах конструкций образуется гидросульфоалюминат кальция и гипс.
При дальнейшем развитии процесса гипс вступает в реакцию с цементным камнем, и образует несколько сульфатных соединений. Самым опасным из них считается трехкальциевый гидросульфоалюминат — он, кристаллизуясь, способен увеличиваться в объеме в 2,5 раза.

Применение хлоридов в качестве добавок способно оказывать замедляющее действие на развитие сульфатной коррозии, а присутствие бикарбонатов, образующих труднорастворимые компоненты, препятствует проникновению сульфатов вглубь конструкций.

Биокоррозия бетонов

Биологическая коррозия бетонов — это прямое или косвенное влияние микроорганизмов, бактерий на технические характеристики материалов. К такому виду организмов относятся различные грибковые образования, морские водоросли, лишайники, плесень и др.

Биоповреждения бетонных конструкций заключаются в нарушении плотности бетона под действием различных кислот микробного происхождения.

Микроорганизмы, реагируя в период своей жизнедеятельности с окружающей средой и загрязнениями, на поверхности конструкций выделяют кислоты, аммиак и другие агрессивные вещества. Вступая в реакцию с цементным камнем, они способствуют разрушению структурных связей и нарушению прочности конструкций.

Газообразные агрессивные среды

На развитие химических коррозионных реакций в бетоне, большое воздействие оказывает газовая среда, в которой эксплуатируются изделия.

В воздухе, помимо азота и кислорода, в небольших количествах находятся аргон, водород, углекислый газ и др. Также, в зависимости от географического положения и от развития индустриализации региона, в атмосфере могут присутствовать выбросы промышленных предприятий, автотранспорта и т.д.

В сочетании с достаточной температурой и влажностью этой воздушной среды, создаются прекрасные условия для протекания газовой коррозии.

Перечисленные выше газы легко растворимы в воде, и при контакте с цементным камнем могут образовывать кислотные соединения. Особенно опасна углекислота, которая реагируя с гидроксидом кальция образует легко растворимый в воде бикарбонат кальция, который под действием грунтовых вод или осадков свободно вымывается из структуры материала.

Способы защиты бетона от коррозии

Коррозийные процессы протекают особенно интенсивно, когда агрессивные жидкости через трещины, поры и капилляры проникают в толщу бетона.

К причинам агрессивного воздействия относятся:

пресные и морские воды;
процессы попеременного увлажнения и высушивания поверхностей;
замерзание–оттаивание бетона.

Инструкция по предотвращению коррозийных разрушений предлагает следующие методы защиты:

Первичная защита предусматривает комплекс мер реализуемых на стадии проектных разработок, изготовления элементов и начала возведения строительных конструкций: конструктивные улучшения эксплуатационных свойств изделий, применение модифицирующих добавок, влияющих на специальные характеристики бетонов.
Вторичная защита конструкций обязана исключить прямые контакты агрессивных сред с поверхностью материала в период эксплуатации зданий и сооружений. Подразумевается: устройство оклеечной и обмазочной изоляции; обработка поверхностей специальными пропитками и др.

Первичная защита конструкций

К мерам, применяемым для первичной защиты изделий и конструкций относятся:

разработка и применение материалов устойчивых к влиянию агрессивной среды;
использование специальных модифицирующих добавок, поднимающих коррозионную стойкость конструкций и увеличивающих защитные функции по отношению к арматурному каркасу и другим металлическим элементам изделий.
понижение проницаемости бетонов;
разработка и соблюдение дополнительных конструктивных норм и требований при проектировании железобетонных конструкций.

Вторичная защита бетона

К методам вторичной защиты относятся пропитки и защитные материалы, наиболее распространенные в индивидуальном строительстве и знакомые любому застройщику, который хотя бы раз проводил ремонт бетонных поверхностей своими руками:

Биоцидные пропитки искореняют и подавляют развитие грибковых образований, плесени на поверхностях конструкций. Механизм действия данных материалов заключается в проникновении химических составов в структуру бетона, заполняя микротрещины, поры и капилляры изделия.

Обмазочные и оклеечные гидроизоляционные материалы применяются для защиты фундаментов зданий, или в качестве водонепроницаемого слоя в многослойных облицовочных покрытиях (полиэтиленовая пленка, резинобитумные мастики и др.).

Уплотняющие пропитки — добавляют изделиям гидрофобные свойства, которые качественно снижают водопоглощение материала и повышают его водонепроницаемость. Применяются в местах эксплуатации конструкций в условиях повышенной влажности или с целью придания покрытиям повышенных санитарно-гигиенических свойств.

Акриловые и лакокрасочные покрытия при нанесении защитного слоя образуют на поверхности конструкций прочную атмосферостойкую пленку, которая защищает поверхность от воздействия грибков, плесени и других микроорганизмов.

Внимание! – выбор антикоррозионных составов должен проводиться с учетом требований пожарной безопасности и их совместимости с огнезащитными лакокрасочными материалами.

Если осуществлен правильный выбор состава цемента, заполнителей, химических и минеральных добавок, приняты во внимание условия эксплуатации конструкций и учтены все технологические особенности приготовления и укладки смесей, то возведенные объекты будут служить долго, невзирая на любые виды коррозии бетона. И наоборот, цена допущенным просчетам в проектировании и исполнении технологической схемы — быстрое разрушение железобетонных сооружений.

Защита бетона от коррозии

Определение коррозии

сточных;
вод в траншеях или трубах;
морских;
речных;
грунтовых.

Виды и описание

Существуют разновидности бетонной коррозии:

Радиационная, которая зависит от дозы ионизирующего облучения и количества цементного камня. Вследствие чего искажается кристаллическая решетка минералов, расширяется заполнитель, который приводит к микротрещинам, макротрещинам в материале, а в дальнейшем к полному разрушению.
Химическая, происходящая вследствие атмосферных осадков и под воздействием углекислого газа, входящий в состав воздуха. Таким образом, в строительстве бывает газовая коррозия, которая особенно актуальна при большом количестве влаги.
Биологическая. Разъедания, связанные с биологической коррозией, появляются в результате воздействия химических веществ, получившиеся при эксплуатации бетонных конструкций.
Физико-химическая коррозия появляется в результате замерзания воды. В жидком состоянии вода попадает в поры материала, а в результате минусовых температур она замерзает. Образовавшийся лед расширяется и распирает постройки, в итоге образуются трещины.

Вернуться к оглавлению

Химические разъедания

В результате кристаллизации материалов происходит растрескивание. Трещины являются последствием расширения объема материала из-за низких температур.
Выщелачивание мягкими водами с последующим образованием белого налета.
Цементная бацилла, которая является последствием влаги, разрушает бетонные конструкции. На них образуются трещины и растрескивания.

Вернуться к оглавлению

Физико-химическая

Биологические разрушения

Радиационная

Факторы влияния

умение поверхности бетонного раствора противодействовать веществам;
пористость материала;
вещества, находящиеся в атмосферных осадках;
капиллярность.

Антикоррозийная защита

Защита от разрушений в виде ржавчины разделяется:

способы, изменяющие состав бетона, при этом, делая его более прочным и устойчивым к негативным воздействиям окружающей среды;
мероприятия, связанные с покрытием поверхности материала гидравлическими препаратами;
комбинированные мероприятия, которые включают в себя покрытие бетона антикоррозийным препаратом с дальнейшим его проникновением вглубь материала.

Металлические части конструкции покрывают специальными защитными материалами.

Что используется?

Применение добавок в бетонную смесь, которые повышают морозостойкость.

сульфатно-дрожжевую бражку;
мылонафт;
кремнийорганическую жидкость.

Вернуться к оглавлению

Что используется?

пропитки с уплотнением;
покрытия красками и акрилами, с помощью которых образуется защитная пленка;
защита мастиками, которая актуальна при большом воздействии на бетонный раствор влаги;
защита оклеиванием полиизобутиленовыми пластинами;
биоцидные добавки, которые оберегают сооружения от грибков, плесени и микроорганизмов. Большего эффекта можно добиться, используя первичную и вторичную защиту в комплексе.

Вернуться к оглавлению