Долговечность и коррозия бетона Конструкции из бетона и железобетона, которые используются в жилых и гражданских зданиях, а также строениях сельскохозяйственного и промышленного назначения, могут подвергаться воздействию агрессивных сред. И именно от устойчивости к нему бетона и арматуры зависит то, насколько долговечными будут такие конструкции. Если среда жидкая, уровень ее негативного воздействия определяется с учетом наличия в составе агрессивных агентов и их концентрации, скорости перемещения жидкости у поверхности или ее напора, а также температуры. Для газовой среды степень воздействия зависит от того, какие газы в ней присутствуют, в какой концентрации, растворяются ли они в воде, какие у этой среды температура и уровень влажности. А факторы воздействия твердых сред (пыли, аэрозолей, солей) – это способность растворяться в воде, дисперсность и влажность внешней среды. При определении уровня воздействия на бетон учитываются требования СП 28.13330 и ГОСТ 31384. Агрессивная среда может его разрушать, и, если бетон недостаточно устойчив, разрушается вся конструкция. Когда такое изделие проектируется, должен учитываться состав среды и условия эксплуатации конструкции. Важен правильный выбор материалов и назначение плотности бетона, чтобы изделие могло эксплуатироваться в течение необходимого срока. Когда проектируются железобетонные конструкции, необходимо также обеспечивать сохранность арматуры. Если на бетон воздействуют жидкие среды, в которых нет ионов, разрушительно влияющих на сталь, например, SO2 2- или Cl-, происходит, прежде всего, разрушение бетона. В газо-воздушной среде при повышенной влажности воздуха, превышающей 60%, а также при воздействии твердых и жидких сред, в составе которых ионы, агрессивно воздействующие на сталь, в арматуре могут происходить коррозийные процессы. И вследствие этого железобетонные конструкции могут разрушаться. На арматуре накапливается ржавчина, давящая на бетон, появляются трещины и в результате защитный слой отслаивается. Опаснее всего использование арматурных сталей высокой прочности, которые подвержены коррозионному растрескиванию. Есть риск, что произойдет обрыв изготовленной из такого сырья напряженной арматуры. Для развития в бетоне, пребывающем в газообразной среде, коррозийных процессов в большинстве случаев должна присутствовать влага. И процессы, которые при этом возникают, практически идентичны коррозии в жидкой среде. Наши партнеры Коррозия может быть одного из трех видов. Процессы, возникающие в бетоне, на который воздействуют мягкие воды. Протекающая жидкость растворяет цементный камень и уносит его. Особенно активно этот вид коррозии развивается, когда вода фильтруется через бетон. Процессы, развивающиеся под воздействием вод, в составе которых присутствуют вещества, вступающие с компонентами цементного камня в химическую реакцию. При этом продукты такой реакции легко растворимы, и вода уносит их как аморфную массу без вяжущих характеристик, или они остаются в том месте, где происходит реакция. К этому виду коррозий относятся процессы, которые возникают под воздействием магнезиальных солей и кислот. Процессы, развитие которых сопровождается накоплением в капиллярах и порах бетона малорастворимых солей. Они кристаллизуются, вследствие чего в стенках капилляров и пор возникает сильное напряжение, и в результате составляющие бетона разрушаются. К этой категории можно отнести коррозийные процессы, возникающие под воздействием сульфатов. Кристаллы гидросульфоалюминатов кальция растут, и в результате бетон разрушается. В естественной среде на бетон, как правило, воздействует сразу несколько факторов, один из которых основной. I вид коррозии Такие процессы представляют особую опасность для конструкций, которые работают под напором жидкости, растворяющей и вымывающей компоненты цементного камня, а также для тонкостенных конструкций. Насколько быстро в бетоне развиваются коррозионные процессы, непосредственно зависит от того, с какой скоростью течет омывающая бетон вода, но только до определенного уровня. Когда скорость достигает высоких показателей, на повышение интенсивности выщелачивания уже больше влияет то, насколько быстро с поверхности бетона отводится СаО. На то, как протекают коррозионные процессы этого типа, в значительной степени влияет состав водной среды. Если в ней присутствуют соли, даже те, которые не вступают с компонентами цементного камня в химическую реакцию, но повышают ионную силу жидкости, выщелачивание СаО усиливается. Соли кальция замедляют этот процесс, поэтому чтобы снизить скорость коррозионных процессов этого типа, проводится карбонизация бетона. Насколько бетон устойчив к коррозии первого вида, зависит и от компонентов цемента. Если в его составе преобладают высокоосновные соединения, цементный камень теряет свою устойчивость в случае его разрушения посредством растворения компонентов. Для повышения стойкости цемента можно ввести в цемент трасс, трепел или другую активную гидравлическую добавку. Чтобы повысить устойчивость бетона к коррозийным процессам первого вида, используются: Бетоны с высокими показателями плотности; Специальные цементы, например, пуццолановые; Карбонизация поверхности бетона (искусственная либо естественная); Его пропитка или облицовка; Гидроизоляция бетонной поверхности и т.п. II вид коррозии В этом случае бетон разрушается без какой-либо последовательности. В его поверхностных слоях, которые соприкасаются с окружающей средой, происходит разрушение компонентов гидратированного цементного камня, а в некоторых случаях и зерен цементного клинкера, не подверженных гидратации. У новообразования нет вяжущих свойств, и оно не является достаточно плотным для противодействия влиянию окружающей среды. Происходит их смывание, растворение и обнажение слоев бетона, залегающих глубже. Чаще всего коррозийные процессы развиваются под воздействием углекислых вод. Они обогащаются углекислотой за счет происходящих в воде и грунте биохимических процессов. Чтобы обеспечивалось пребывание НСО3 в устойчивом состоянии, требуется наличие в растворе СО2. Если в воде равновесие этих элементов и Н+, она не растворяет карбонатную пленку, то есть не оказывает агрессивного воздействия на цементный камень. Когда содержание СО2 увеличивается и равновесие нарушается, карбонатная пленка растворяется, то есть вода начинает агрессивно воздействовать на бетон. Если на него действует жидкость, которая движется медленно, или стоячая вода, обеспечивается карбонатное равновесие и замедление разрушительных процессов. Когда у воды высокая скорость, реакция замедляется за счет уменьшения вступающих в нее поверхностей. Концентрация ОН уменьшается и СаНСОз переводится в СаСОз, выпадающий в осадок. Чем больше в цементном камне ионов ОН, тем быстрее он разрушается при взаимодействии с быстрой агрессивной жидкостью. Исходя из этого, можно сделать вывод, что изначально на пуццолановом портландцементе и портландцементе цементный камень будет разрушаться с одинаковой скоростью, но в дальнейшем происходит значительное замедление разрушительных процессов у камня на пуццолановом портландцементе. Это связано с тем, что в нем намного меньше гидроксильных ионов. Поэтому бетон на глиноземистом цементе более устойчив к коррозии второго типа. При этом важно, насколько бетон и продукты коррозийных процессов плотные. Следует отметить, что в качестве ключевого фактора углекислотной коррозии выступает количество Н2СО3. Чем выше концентрация в растворе этого элемента, тем выше его кислотность и быстрее коррозия. Когда на бетон воздействуют неорганические кислоты, это также приводит к коррозии второго типа с возможным переходом к коррозии первого типа и полным разрушением цементного камня. Под воздействием кислот разных видов происходит образование разных солей. Насколько быстро будет разрушаться цементный камень, зависит от растворимости солей кальция. Чем выше этот показатель, тем интенсивнее разрушительные процессы. При низкой растворимости продуктов химической реакции они, оставаясь на поверхности бетона, препятствуют доступу агрессивного вещества к внутренним слоям и таким образом коррозия замедляется. Для защиты бетона проводится изоляция его поверхности посредством облицовки, окрашивания и т.п., а также используются специальные вяжущие средства. Коррозия второго типа развивается также при воздействии на бетон солей магния. В грунтовых водах, как правило, содержатся такие элементы как MgCl2 и MgSO4. Кроме того, в большой концентрации они присутствуют в морской воде. Как удалось установить опытным путем, если содержание солей в растворе не превышает 5%, пуццолановый портландцемент и портландцемент практически одинаково устойчивы к агрессивному воздействию. Но по мере увеличения их количества более высокую стойкость демонстрируют бетоны на портландцементе. Кроме того, высокие показатели устойчивости у цементов, не содержащих Са(ОН)2, который вступает в реакцию с солями, к примеру, у глиноземистого цемента. Чтобы защитить бетон от коррозийных процессов второго типа применяются такие меры: Грамотный подбор цемента; Использование для защиты бетонной поверхности облицовки, специальных красок и т.п.; Уменьшение проницаемости бетона. III вид коррозии Этот процесс сопровождается накоплением в капиллярах и порах бетона малорастворимых солей, вызывающих значительное напряжение и разрушающих структуру материала. Среди продуктов, которые образуются при взаимодействии бетона с сульфатами, в частности, гидросульфоалюминат кальция и гипс. При коррозии третьего типа за счет солевых новообразований бетон сначала уплотняется. Когда плотность бетона высокая, процесс пополнения солей замедляется. А в пористом бетоне он интенсивнее. Наиболее устойчивы к таким коррозийным процессам бетоны на глиноземистом цементе. Высокий показатель устойчивости и у пуццоланового портландцемента. Сульфатостойкие и белитовые цементы демонстрируют большую стойкость, чем алитоалюминатные. Главные меры борьбы с коррозионными процессами третьего типа: Подбор цемента с учетом условий, в которых будет эксплуатироваться конструкция, и уровня агрессивности среды; Увеличение плотности бетона, в том числе посредством использования уплотняющих добавок и за счет низкого водоцементного соотношения; Использование добавок, которые повышают растворимость CaSO4 и Са(ОН)2, кремнийорганических, оказывающих пластифицирующее и воздухововлекающее воздействие. Когда такими методами не удается защитить бетон, требуется прекращение доступа жидкости к его поверхности, то есть нужно использовать поверхностную защиту. Насколько эффективны те или иные меры увеличения сроков эксплуатации бетона, на который воздействует агрессивная среда, устанавливается в процессе проведения лабораторных опытов.