Виды химической коррозии бетона и железобетона. Методы защиты.

В зависимости от механизма разрушающего действия на бетон В.М.

Москвин выделил три основных вида коррозии.

Первый вид– выщелачиваниенаблюдается в результате фильтра-

ции воды через бетон. Этот вид коррозии наиболее опасен для тонкостен-

ных конструкций и конструкций, работающих под напором воды: плоти-

ны, дамбы, молы (гидротехнические). Интенсивность этого вида коррозии

прямо пропорциональна проницаемости бетона, давлению потока воды и

содержанию свободного гидроксида кальция в цементном камне. Следова-

тельно, повысить стойкость бетона можно или за счет перевода гидрокси-

да кальция в более устойчивые и менее растворимые соединения, или пу-

тем целенаправленного повышения плотности бетона. Первое достигается

применением пуццоланового и шлакового портландцементов, в которых

гидроксид кальция связывается опокой, трепелом, золой или шлаком в ма-

лорастворимые соединения; второе – путем рационального подбора зернового состава заполнителей, уменьшением водоцементного отношения в сочетании с введением пластифицирующих и гидрофобных добавок, пропиткой и защитой поверхности бетона полимерными составами.

Ко второму виду коррозииотносится снижение прочности бетона

под действием кислотосодержащих сред. Разрушение и вымывание це-

ментного камня, сопровождаемое обсыпанием несвязанного заполнителя,

происходит в поверхностных слоях, постепенно распространяясь в глубь

бетона.Как показали исследования ученых, ни один из видов портланд-

цемента не обладает достаточной кислотостойкостью. Поэтому при про-

ектировании бетонных конструкций, эксплуатация которых связана с дей-

ствием растворов кислот и солей с кислой реакцией (NH4Cl), предусмат-

ривают в качестве вяжущего использование специального кислотостойко-

го цемента на основе жидкого стекла, заполнителей из кислотостойких

горных пород (андезита, диабаза, базальта, кварцита) и кислотостойкой

стеклопластиковой арматуры. При действии концентрированных горячих

кислот применяют защиту бетонной поверхности, выполняемую с исполь-

зованием полимерных кислотостойких красочных составов, рулонных ма-

териалов, а также путем облицовки плитами и плитками из ситаллов, шла-

коситаллов, каменного литья и кислотостойкой керамики. Кислотосодер-

жащие среды встречаются в природных грунтовых водах, содержащих

продукты жизнедеятельности микроорганизмов, и в этом случае особое

внимание необходимо обратить на защиту фундаментов. Однако в боль-

шей степени этот характер разрушения бетонных конструкций – полов,

стен, плит перекрытий наблюдается на предприятиях химической и пище-

вой промышленности.

Коррозия третьего видапроисходит в результате заполнения пор и

пустот кристаллами солей, вызывающих перенапряжение материала, рост

остаточных деформаций и разрушение бетонной конструкции (рис. 6.12).

Вследствие того, что изначально причины разрушения несколько различ-

ны, то и способы повышения коррозионной стойкости в каждом конкрет-

ном случае будут отличаться. Так, при действии сульфатных сред основ-

ным способом защиты является применение цементов, при гидратации ко-

торых получается наименьшее количество свободного гидроксида кальция,участвующего в образовании крупных сульфатосодержащих кристаллов,вызывающих растягивающие напряжения в бетоне. К этим вяжущим относятся пуццолановый и шлаковый портландцементы, которые используют при слабой и средней степени агрессивности среды. Увеличение концентрации сульфатов требует применения более стойких, надежных минеральных вяжущих, которыми являются глиноземистый цемент, сульфатостойкий портландцемент и шлакопортландцемент. В связи с тем, что придействии солей типа хлорида и карбоната натрия, не взаимодействующих сцементным камнем, разрушение происходит только при капиллярном подсосе агрессивного раствора и наличия испаряющей поверхности, повыситьстойкость бетона можно за счет снижения его проницаемости.Щелочную коррозиюв зависимости от факторов, ее вызывающихможно разделить на внутреннююи внешнюю. При внутреннейразрушение бетона происходит из-за наличия активного кремнезема в заполнителе(опал, халцедон) и повышенной щелочности жидкой фазы бетона. Основными мерами, обеспечивающими стойкость бетона, является соблюдение требований ГОСТа вчасти ограничения содержания активного кремнезема в заполнителе. Кроме того, в случае его наличия при изготовлении бетона нельзя вводить щелочные добавки, а применяемый цемент должен содержать ограниченноеколичество растворимых щелочей. Внешнеедействие елочесодержащихагрессивных сред низкой концентрации опасно для бетона только при условии испаряющей поверхности, так как в этом случае при взаимодейст-

вии с углекислым газом воздуха продуктами реакции являются карбонаты

натрия и калия, накопление которых в порах поверхностного слоя бетона

вызывает его шелушение и отслоение по типу солевой коррозии. При дей-

ствии на бетон растворов щелочей высокой концентрации и температуры

разрушаются основные гидратные соединения цементного камня. Чем вы-

ше концентрация и температура раствора, тем больше скорость коррозии.

Повысить стойкость бетона можно в первом случае увеличением плотно-

сти, во втором – защитой конструкции щелочестойкими материалами.

Газовая коррозиябетона возможна только при повышенной влаж-

ности воздуха. В этих условиях газообразные продукты (С02, SO3), раство-

ряясь в адсорбированной на поверхности бетона влаге, образуют концен-

трированные кислоты, которые и вызывают разрушение бетона по меха-

низму, характерному для второго вида коррозии.

Твердые агрессивные среды(пыль, порошки, гранулы минераль-

ных и органических веществ) представляют опасность для железобетон-

ных конструкций, только когда они образуют водные растворы. Увлажне-

ние твердых веществ на поверхности строительных конструкций может

происходить или за счет прямого воздействия воды, или в результате по-

глощения влаги из воздуха (их гигроскопичности). Как в том, так и в дру-

гом случае на бетон действует водный раствор определенной агрессивно-

сти, зависящей от химического состава вещества и его концентрации. Наи-

более часто с этим видом коррозии встречаются при эксплуатации складовминеральных удобрений.Для обеспечения долговечности железобетонных конструкций необходимо максимально использовать возможности подбора состава этогосложного многокомпонентного материала. Причиной разрушения железобетонных конструкций, например, при действии хлорсодержащих сред, неопасных по отношению к бетону, является коррозия арматуры. Накопление объемных продуктов взаимодействия в контактном слое вызывает нарушение сцепления арматуры с бетоном и его отслоение. Процесс усугубляется, если агрессивные среды вызывают разрушение не только арматуры, но и самого бетона (сульфатная и кислотная коррозии). Поэтому для обеспечения проектной надежной работы железобетонных конструкций

при жестких условиях эксплуатации (наличие агрессивных сред, темпера-

турный фактор) необходимо предусматривать применение стойкой арма-

туры, введение в бетонную смесь добавок ингибиторов коррозии стали,

использование химически стойких вяжущих (связующих) и заполнителей,

повышение плотности бетона за счет применения уплотняющих добавок и

пластификаторов при одновременном снижении расхода воды.

В случае если эти мероприятия не дают желаемого результата, ис-

пользуют более трудоемкую и затратную вторичную защиту: окраску, об-

мазку, оклейку, облицовку химически стойкими материалами. Выбор ан-

тикоррозионной защиты в каждом конкретном случае определяется соста-

вом защищаемой поверхности, температурно-влажностными условиями

эксплуатации, концентрацией, температурой и давлением агрессивной

среды, наличием механических нагрузок.

Покрытие должно обладать высокой прочностью сцепления с поверх-

ностью, быть стойким в условиях эксплуатации конструкции, газо- и водо-

непроницаемым. При защите от агрессивных сред используют, в основном,химически стойкие материалы барьерного типа. Так как такие изолирующиепокрытия должны полностью исключить проникновение агрессивной средык защищаемой поверхности, то эффект их действия определяется непроницаемостью самого материала и качеством выполняемых работ.

Установлено, что для каждого покрытия существует своя оптималь-

ная толщина, увеличение которой приводит к таким отрицательным явле-

нием, как перенапряжение, растрескивание и потеря защитной функции. В

большей степени это относится к лакокрасочным составам, надежность работы которых определяется также шероховатостью и чистотой защищаемой поверхности. Окрасочная защита более эффективна для металлических и менее – для бетонных поверхностей, вследствие пористости ивлажности бетона. Вода, скапливаясь под пленочным покрытием, ослабляет адгезию и вызывает его отслоение. Кроме того, пористая структура поверхности требует большего расхода красочного состава. Более надежную защиту металлических и железобетонных конст-

рукций можно получить, используя однослойные мастичные или шпатле-

вочные полимерные и битумно-полимерные покрытия, толщина которых в

зависимости от степени агрессивности среды составляет от 1 до 5 мм. Их

основным недостатком является возможность появления усадочных тре-

щин, приводящих к разрушению защитного слоя. Для уменьшения дефор-

маций применяют дополнительное армирование стеклосеткой, вводят ми-

неральные микронаполнители и полимерные добавки, повышающие эла-

стичность покрытия.

К наливным композициям относят полимерсиликатные и полимер-

ные растворы и бетоны. Полимерсиликатные получают на основе жидкого

стекла с добавлением для повышения плотности и снижения проницаемо-

сти фурилового спирта. Для полимеррастворов и полимербетонов в каче-

стве вяжущего (связующего) используют экпоксидные, полиэфирные и

фурановые смолы.

Растворы применяют для стяжек в кислотостойких полах, прослоек в

облицовках из химически стойких штучных материалов (ситалловых, шла-

коситалловых, базальтовых литых, керамических плиток), для оштукату-

ривания стен, колонн, эксплуатируемых в условиях действия кислот, ще-

лочей, растворов солей средней и сильной степени агрессивности.

С введением крупного заполнителя повышается прочность, снижают-

ся ползучесть и усадка получаемых на основе полимербетонов несущих химически стойких конструкций (балки, колонны, плиты перекрытия и т.д.) иполов в цехах химических производств. При бетонировании крупногаба-

ритных фундаментов под технологическое оборудование, эксплуатация

которых связана с возможными технологическими проливами агрессивных

сред, эффективно внутреннюю часть – ядро выполнять из обычного бето-

на, а внешний слой – из полимерного или полимерсиликатного бетона.

Применяемые при антикоррозионных работах полимерные листовые

и плиточные материалы, а также рулонные материалы на основе битумов

используют в качестве самостоятельных покрытий для защиты строитель-

ных конструкций, непроницаемых химически стойких подслоев в конст-

рукциях полов, а также в качестве оклеечной наружной защитной гидро-

изоляции поверхности бетонных и железобетонных конструкций.

Выбор антикоррозионных материалов зависит от назначения конст-

рукций и условий ее эксплуатации. Исходя из этого все железобетонные и

бетонные конструкции можно разделить на две группы: первая – фунда-

менты зданий, полы, фундаменты под технологическое оборудование, на

которые действуют жидкие агрессивные среды. В этом случае для вторич-

ной защиты применяют штучные, листовые, мастичные, пленочные мате-

риалы, а также химически стойкие полимерсиликатные и полимерные рас-

творы и бетоны.

Вторая группа – стены, колонны, перекрытия. На них агрессивные

среды действуют в виде газообразных и пылевидных продуктов, поэтому в

качестве антикоррозионных чаще применяют лакокрасочные покрытия.

При проведении антикоррозионных работ для повышения прочности

сцепления металлоконструкции с защищающим покрытием проводят спе-

циальную подготовку поверхности, которая предусматривает очистку от

ржавчины, окалины, жира.

Из существующих химической, термической и механической очи-

сток чаще используют последнюю с использованием металлической дроби,

кварцевого песка, подаваемых струей под давлением. Затем поверхность

обрабатывают растворителем. Для исключения высокой запыленности

можно применять гидропескоструйную очистку. Для ее совмещения с про-

цессом обезжиривания и исключения коррозии металлов в суспензию вво-

дят щелочи и ингибиторы.__ Защита полимерными пленками листового металлопроката осущест-

вляется бесклеевым способом путем наплавления под давлением готовой

пленки на поверхность защищаемого металла с последующей термообра-

боткой. В полученном материале – металлопласте, который используют

для выполнения вентиляционных систем, емкостей для хранения агрессивных жидкостей сочетается высокая прочность металла с коррозионнойстойкостью полимера.

При защите металлоконструкций на более длительный срок – 20 – 50 лет

эксплуатации в условиях действия агрессивных сред применяют металлизационные покрытия, которые можно наносить как в заводских, так и в условиях строительной площадки. Нанесение покрытия производят электродуговыми или газопламенными металлизационными аппаратами, которые могутбыть переносными и стационарными заводскими.