Kts23.ru

АЗС оборудование
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

37) Коррозия цементного камня. Три вида коррозии. Способы защиты

37) Коррозия цементного камня. Три вида коррозии. Способы защиты.

Цементный камень состоит из гелевых и кристаллических про­дуктов гидратации цемента и многочисленных включений в виде негидратированных зерен клинкера. Основная масса новообразова­ний при взаимодействии цемента с водой получается в виде геле­видной массы, состоящей в основном из субмикрокристаллических частичек гидросиликата кальция. Гелеподобная масса пронизана от­носительно крупными кристаллами гидроксида кальция. Такое свое­образное «комбинированное» строение предопределяет специфиче­ские свойства цементного камня, резко отличающиеся от свойств других материалов — металлов, стекла, гранита и т.п. Например, с наличием гелевой составляющей связана усадка при твердении на воздухе и набухание в воде, особенности работы под нагрузкой и другие свойства.

Коррозия цементного камня вызывается воздействием агрессив­ных газов и жидкостей на составные части затвердевшего портланд­цемента, главным образом на Са(ОН)2 и ЗСа0 А123-6Н20. Встре­чаются десятки веществ, могущих воздействовать на цементный камень и оказаться для него вредным. Несмотря на разнообразие аг­рессивных веществ, основные причины коррозии можно разделить на три вида: разложение составляющих, цементного камня, растворе­ние и вымывание гидроксида кальция; образование легкораствори­мых солей в результате взаимодействия гидроксида кальция и дру­гих со-ставных частей цементного камня с агрессивными вещества­ми и вымывание этих солей (кислотная, магнезиальная коррозия); образование в порах новых соединений, занимающих больший объ­ем, чем исходные продукты реакции; это вызывает появление внут­ренних напряжений в бетоне и его растрескивание (сульфоалюми- натная коррозия).

Коррозия первого вида. Выщелачивание гидроксида кальция происходит интенсивно при действии мягких вод, содержащих ма­ло растворенных веществ. К ним относятся воды оборотного водо­снабжения, конденсат, дождевые воды, воды горных рек и равнинных рек в половодье, болотная вода. Содержание гидроксида кальция в цементном камне через 3 мес твердения составляет 10-15% (считая на СаО). После его вымывания и в результате уменьшения концен­трации СаО (менее 1,1 г/л) начинается разложение гидросиликатов и гидроалюминатов кальция. Выщелачивание Са(ОН)2 в количестве 15-30% от общего содержания в цементном камне вызывает пони­жение его прочности на 40-50% и более. Выщелачивание можно за­метить по появлению белых подтеков на поверхности бетона.

Для ослабления коррозии выщелачивания ограничивают содер­жание трехкальциевого силиката в клинкере до 50%. Главным сред­ством борьбы с выщелачиванием гидроксида кальция является вве­дение активных минеральных добавок и применение плотного бето­на. Процесс выщелачивания гидроксида кальция замедляется, когда в поверхностном слое бетона образуется малорастворимый СаСОз вследствие карбонизации Са(ОН)2 при взаимодействии с С02 возду­ха. Выдерживание на воздухе бетонных блоков и свай, применяемых для сооружения оснований, а также портовых и других гидротехни­ческих сооружений повышает их стойкость.

Коррозия второго вида. Углекислотная коррозия развивается при действии на цементный камень воды, содержащей свободный двуоксид углерода в виде слабой угольной кислоты. Избыточный двуоксид углерода разрушает кар­бонатную пленку бетона вследствие образования хорошо раствори­мого бикарбоната кальция по реакции

Общекислотная коррозия происходит при действии растворов любых кислот, имеющих значения водородного показателя рН<7. Свободные кислоты встречаются в сточных водах про­мышленных предприятий, они могут проникать в почву и разрушать бетонные фундаменты, коллекторы и другие подземные сооружения. Кислота образуется также из сернистого газа, выходящего из топок. В атмосфере промышленных предприятий, кроме S02 могут содер­жаться ангидриты других кислот, а также хлор и хлористый водород. При растворении его во влаге, адсорбированной на поверхности же­лезобетонных конструкций, образуется соляная кислота.

Кислота вступает в химическое взаимодействие с гидроксидом кальция, при этом образуются растворимые соли (например, СаС12) и соли, увеличивающиеся в объеме (CaS04 — 2H20):

Кроме того, кислоты могут разрушать и силикаты кальция. Бе­тон на портландцементе защищают от непосредственного действия кислот с помощью защитных слоев из кислотостойких материалов.

Магнезиальная коррозия наступает при взаимодействии на гид­роксид кальция магнезиальных солей, которые встречаются в рас­творенном виде в грунтовых водах и всегда содержатся в большом количестве в морской воде. Разрушение цементного камня вследствие реакции об­мена протекает по следующим формулам:

В результате этих химических реакций образуется растворимая соль (хлористый кальций или двуводный сульфат кальция), вымы­ваемая из бетона. Гидроксид магния представляет бессвязную массу, не растворимую в воде, поэтому реакция идет до полного израсходо­вания гидроксида кальция.

Коррозия под действием минеральных удобрений. Особенно вред­ны для бетона аммиачные удобрения — аммиачная селитра и сульфат аммония. Аммиачная селитра, состоящая в основном из нитрата ам­мония NH4N03, подвергается гидролизу и поэтому дает в воде кис­лую реакцию. Нитрат аммония действует на гидроксид кальция: Са(ОН)2 + 2NH4N03 + 2Н20 = Ca(N03)2‘4H20 + 2N03. Образующийся нитрат кальция хорошо растворяется в воде и вымывается из бетона. Хлористый калий KCI повышает раствори­мость Са(ОН)2 и ускоряет коррозию. Из числа фосфорных удобре­ний агрессивен суперфосфат, состоящий в основном из монокаль- циевого фосфата Са(Н2Р04)2 и гипса, но содержащий еще и некото­рое количество свободной фосфорной кислоты.

Коррозия под влиянием органических веществ. Органические кислоты, как и неорганические, быстро разрушают цементный ка­мень. Большой агрессивностью отличаются уксусная, молочная и винная кислоты. Жирные насыщенные и ненасыщенные кислоты (олеиновая, стеариновая, пальмитиновая и др.) разрушают цемент­ ный камень, так как при действии гидроксида кальция они омыляют- ся. Поэтому вредны и масла, содержащие кислоты жирного ряда: льняное, хлопковое, а также рыбий жир. Нефть, нефтяные продукты (керосин, бензин, мазут, нефтяные масла) не представляют опасно­сти для бетона, если они не содержат нефтяных кислот или соедине­ний серы. Однако надо учитывать, что нефтепродукты легко прони­кают через бетон. Продукты разгонки каменноугольного дегтя, со­держащие фенол, могут агрессивно влиять на бетон.

Читайте так же:
Цемент нормы расхода для приготовления бетона

Коррозии третьего вида. Сульфоалюминатная коррозия возни­кает при действии на гидроалюминат цементного камня воды, со­держащей сульфатные ионы:

Образование в порах цементного камня малорастворимого трех­сульфатного гидросульфоалюмината кальция (эттрингита) сопрово­ждается увеличением объема примерно в 2 раза. Развивающееся в порах кристаллизационное давление приводит к растрескиванию защитного слоя бетона. Вслед за этим происходит коррозия стальной арматуры, усиление растрескивания бетона и разрушение конструк­ции. С сульфоалюминатной коррозией всегда надо считаться при строительстве морских сооружений. Вместе с тем могут оказаться агрессивными сточные воды промышленных предприятий, а также грунтовые воды. Если в воде содержится сульфат натрия, то вначале с ним реагирует гидроксид кальция:

В последующем идет образование гидросульфоалюмината каль­ция вследствие взаимодействия получающегося сульфата кальция и гидроалюмината. Для борьбы с сульфоалюминатной коррозией при­меняется специальный сульфатостойкий портландцемент.

Щелочная коррозия может происходить в двух формах: под дей­ствием концентрированных растворов щелочей на затвердевший це­ментный камень и под влиянием щелочей, имеющихся в самом це­менте. Если бетон насыщается раствором щелочи (едкого натрия или калия), а затем высыхает, то под влиянием углекислого газа в порах бетона образуются сода и поташ, которые, кристаллизуясь, расши­ряются в объеме и разрушают цементный камень. Сильнее разрушается от действия сильных щелочей цемент с высоким содержанием алюминатов кальция.

Коррозия, вызываемая щелочами цемента, происходит вследст­вие процессов, протекающих внутри бетона между его компонента­ми. В составе цементного клинкера всегда содержится разное коли­чество щелочных соединений. В составе заполнителей бетона, в осо­ бенности в песке, встречаются реакционно-способные модификации кремнезема: опал, халцедон, вулканическое стекло. Они вступают при обычной температуре в разрушительные для бетона реакции со щелочами цемента. В результате образуются набухающие студени­стые отложения белого цвета на поверхности зерен реакционно­способного заполнителя, появляется сеть трещин, поверхность бето­на местами вспучивается и шелушится. Разрушение бетона может происходить через 10-15 лет после окончания строительства.

Коррозия бетона: виды, методы защиты

Бетон – искусственный камень, при производстве которого используются: цемент, мелкий заполнитель – песок, крупный заполнитель – щебень, вода и добавки, сообщающие пластичной смеси и готовому продукту требуемые свойства. Под воздействием неблагоприятных внешних факторов или вследствие внутренних химических реакций бетон подвергается коррозии – процессу разрушения структуры с ухудшением технических характеристик конструкции вплоть до полного ее выхода из строя. Во избежание аварийных ситуаций и экономических потерь необходимо выбрать оптимальный способ, как предотвратить появление и развитие коррозионного процесса.

Классификация видов коррозии бетона

Существует несколько видов коррозии и вариантов ее протекания.

Растворение компонентов бетонного камня

Один из самых уязвимых для влаги компонентов – гашеная известь (гидрат оксида кальция). Это вещество попадает в бетонную смесь либо в процессе ее изготовления, либо при обработке бетонных элементов водой, загрязненной вредными примесями. При проникновении влаги вглубь бетонной конструкции гидрат оксида кальция легко растворяется и вымывается, что приводит к нарушению структуры цементного камня.

Параметры, влияющие на скорость растворения и вымывания гидроксида кальция:

  • Температура, примерно равная +20°C, – наиболее благоприятна для этого процесса. В условиях более высоких температур растворимость этого компонента снижается.
  • Продолжительное постоянное воздействие воды. Приводит не только к полному вымыванию гидроксида кальция, но и к разложению других гидратных компонентов – глинозема, кремнезема и оксида железа – до рыхлого состояния, что значительно снижает прочность бетонного камня.
  • Чем больше процентное содержание минеральных заполнителей с гидроксидом кальция, тем интенсивнее процесс их вымывания.

Способы значительного замедления разрушающих процессов:

  • введение пуццолановых присадок, связывающих гидроксид кальция и повышающих водонепроницаемость бетона;
  • применение бетонов повышенной плотности;
  • искусственная карбонизация конструкций;
  • проведение эффективных мероприятий по гидроизоляции поверхности.

Химическая коррозия

Такая коррозия происходит из-за химреакций между компонентами цементного камня и химически активными средами. В результате этих взаимодействий происходит либо вымывание соединений, легко растворяющихся в воде, либо образование рыхлых осадков, не обладающих вяжущими свойствами. Выделяют несколько подвидов этой коррозии: углекислотная, кислотная и щелочная.

В случае протекания реакции между гидратом оксида кальция (гашеной известью) и углекислым газом, содержащимся практически во всех природных водах, образуется водонерастворимый CaCO3 и вода.

Водонерастворимый карбонат кальция CaCO3 постепенно накапливается в микропорах и микротрещинах бетонного камня, вызывает увеличение его объема и становится причиной трещинообразования и последующего разрушения материала. Карбонат кальция при взаимодействии с водой и углекислым газом образует бикарбонат кальция, представляющий опасность для структуры бетона, а при наличии воды – легко вымывающийся из бетонного элемента. Чем выше концентрация углекислоты в жидкости, тем интенсивнее протекает реакция разрушения конструкции.

Читайте так же:
Что нужно для перевалки цемента

При взаимодействии гашеной извести с кислотосодержащими водами в искусственном камне происходит химкоррозия бетона с образованием хлористого кальция, легко удаляемого водой.

Помимо соляной кислоты, чаще всего в природных водах присутствуют серная и азотная кислоты. Серосодержащее соединение кальция – CaSO4, как и карбонат кальция, накапливается в микропорах бетона, постепенно приводя к потере его характеристик. С сульфатами активно реагируют не только гидроксид кальция, но и алюминатные компоненты бетонного камня. Такие реакции являются нежелательными, поскольку в результате их протекания образуются гидросульфоалюминаты.

Самая опасная соль – эттрингит – по мере роста кристаллов вызывает очень сильные напряжения внутри бетонного элемента.

Устойчивость бетонного камня к сульфатсодержащим средам во многом зависит от вида минерального вяжущего. Поэтому, если планируется эксплуатация бетона в сульфатсодержащих водах, то при его производстве используются пуццолановый или сульфатостойкий цементы. Кроме неорганических кислот, коррозию могут провоцировать органические кислоты – молочная и уксусная.

Еще один вид химической коррозии – щелочной – вызывает слишком большое количество противоморозных добавок, применяемых при производстве смеси. Чаще всего встречаются реакции между кремнеземом, содержащимся в заполнителях бетонной смеси, и соединениями калия и натрия. Хлориды калия и натрия находятся в засоленных почвах, морской воде, реагентах, используемых в борьбе с гололедом. В результате таких взаимодействий в цементном камне образуются гидратированные соединения, расширяющиеся в условиях высокой влажности с появлением трещин. Из трещин в некоторых случаях может выделяться силикат натрия.

Биокоррозия

Биологическая коррозия возникает в результате негативного влияния грибков, бактерий и водорослей некоторых разновидностей. Они проникают в поры искусственного камня и развиваются в них. Из-за накопления продуктов их жизнедеятельности бетонный камень разрушается.

Для борьбы с разрушением бетонных конструкций из-за агрессивных биофакторов используют биоцидные добавки, глубоко проникающие в поры материала и уничтожающие микроорганизмы.

Физическая

К быстрому разрушению бетонных элементов приводят попеременные циклы замерзания-оттаивания во время набора марочной прочности. Избавиться от этой проблемы можно путем создания нормальных условий для схватывания и твердения бетонной смеси.

Радиационная

Этому виду коррозионного разрушения подвергаются бетоны в результате радиационного облучения, из-за которого из материала удаляется кристаллизованная вода. Удаление жидкости нарушает структуру бетона, снижает его прочность, провоцирует появление трещин.

Способы защиты бетонных и железобетонных конструкций от коррозионного разрушения

Методы защиты бетона и железобетона от коррозионного разрушения делят на первичные и вторичные. К первым относятся:

  • Изначальная корректировка состава, цель которой – обеспечение высокой плотности и прочности бетона, хорошей водонепроницаемости.
  • Применение спецдобавок и вяжущих с особыми характеристиками. Применяемые добавки – водоудерживающие, пластифицирующие, стабилизирующие. Часто востребованы мылонафт, кремнийорганические жидкости, сульфатнодрожжевые бражки.
  • Разработка конструктивных решений, обеспечивающих защиту стальной арматуры.

Целью вторичных защитных мероприятий является исключение прямых контактов поверхности бетонных и железобетонных конструкций с агрессивными средами. Такими способами являются:

  • Устройство оклеечной гидроизоляции. Этот вариант используется при контакте бетонной поверхности с влажным грунтом или при его периодическом смачивании жидкостями-электролитами.
  • Применение обмазочных гидроизоляционных материалов. Наиболее распространены мастики на базе различных смол.
  • Обработка поверхностей пропитывающими составами. Уплотняющие пропитки, повышающие водонепроницаемость поверхностного слоя бетона, часто наносят перед использованием лакокрасочных составов.
  • Применение акриловых и лакокрасочных составов – актуально при взаимодействии поверхности бетонного элемента с твердыми материалами или газосодержащими средами.

Коррозия стальной арматуры в железобетонных конструкциях

Для устройства силового каркаса бетонных конструкций используют стальные арматурные стержни с рифленой или гладкой поверхностью. Их основная функция – повысить устойчивость бетона к нагрузкам на сжатие, растяжение, сдвиг. Коррозионное разрушение арматуры значительно снижает прочность всей конструкции.

Факторы, провоцирующие потерю прочности каркаса, – воздействие воды, наличие в воздухе хлора, сероводорода и других серосодержащих газов.

Вода и газы поступают к стальному каркасу через поры в бетонном камне.

Способы защиты стальной арматуры в бетоне от коррозии:

  • Использование рационально составленной бетонной смеси, введение в ее состав ингибиторов, замедляющих коррозионные процессы в стали. Минимальное содержание в бетонной смеси хлоридов и роданидов. Количество хлористого кальция должно быть не более 2% от общей массы вяжущего.
  • Пассивирование поверхности стальных стержней перед сваркой или связыванием арматурного каркаса. Пассивирующие вещества вводят и в состав самой бетонной смеси. Чаще всего это нитрит натрия, применяемый в количестве 2-3% от массы вяжущего.
  • Улучшение плотности бетона, поскольку чем больше в структуре пустот, тем выше вероятность поступления к стальным стержням воды и агрессивных газов.
  • Соблюдение технологических правил укладки силового каркаса в опалубку.

Во избежание преждевременного разрушения железобетонной конструкции необходимо контролировать ее состояние с помощью технологий неразрушающего контроля, предусмотренных ГОСТом 18105-86.

Андрей Васильев

  • Строитель с 20-летним стажем
  • Эксперт завода «Молодой Ударник»

В 1998 году окончил СПбГПУ, учился на кафедре гражданского строительства и прикладной экологии.

Занимается разработкой и внедрением мероприятий по предупреждению выпуска низкокачественной продукции.

Разрабатывает предложения по совершенствованию производства бетона и строительных растворов.

Коррозия цементного камня

Цементный камень состоит из гелиевых и кристаллических продуктов гидратации цемента и многочисленных включений в виде негидратированных зерен клинкера. Основная масса новообразований при взаимодействии цемента с водой получается в виде гелевидной массы, состоящей в приемущественно из субмикрокристаллических частичек гидросиликата кальция. Гелеподобная масса пронизана относительно крупными кристаллами гидроксида кальция. Такое своеобразное «комбинированное» строение предопределяет специфические свойства цементного камня, резко отличающиеся от свойств других материалов – металлов, стекла, гранита и т.п. Например, с наличием гелиевой составляющей связана усадка при твердении на воздухе и набухание в воде, особенности работы под нагрузкой и другие свойства.

Читайте так же:
Расчет количества стяжки количества цемента для стяжки пола калькулятор

Коррозия цементного камня вызывается воздействием агрессивных газов и жидкостей на составные части затвердевшего портландцемента. Встречаются десятки веществ, могущих воздействовать на цементный камень и оказаться для него вредным. Несмотря на разнообразие агрессивных веществ, основные причины коррозии можно разделить на три вида: разложение составляющих цементного камня, растворение и вымывание гидроксида кальция; образование легкорастворимых солей в следствии взаимодействия гидроксида кальция и других составных частей цементного камня с агрессивными веществами и вымывание этих солей (кислотная, магнезиальная коррозия); образование в порах новых соединений, занимающих большой объем, чем исходные продукты реакции; это вызывает появление внутренних напряжений в бетоне и его растрескивание (сульфоалюминатная коррозия).

Коррозия первого вида

Коррозия первого вида. Выщелачивание гидроксида кальция происходит интенсивно при действии мягких вод. Содержащих мало растворенных веществ. К ним относятся воды оборотного водоснабжения, конденсат, дождевые воды, воды горных рек и равнинных рек в половодье, болотная вода. Содержание гидроксида кальция в цементном камне через 3 мес твердения составляет 10-15% (считая на СаО). После его вымывания и в результате уменьшения концентрации СаО (менее 1,1 г/л) начинается разложение гидросиликатов и гидроалюминатов кальция. Выщелачивание в количестве 15-30% от общего содержания в цементном камне вызывает понижение его прочности на 40-50% и более. Выщелачивание можно заменить по появлению белых подтеков на поверхности бетона.

Для ослабления коррозии выщелачивания ограничивают содержание трехкальциевого силиката в клинкера до 50%. Главным средством борьбы с выщелачиванием гидроксида кальция является введение активных минеральных добавок и применение плотного бетона. Выдерживание на воздухе бетонных блоков и свай применяемых для сооружения оснований, а также портовых и других гидротехнических сооружений повышает их стойкость.

Коррозия второго вида

Коррозия второго вида. Углекислотная коррозия развивается при действии на цементный камень воды, содержащей свободный двуоксид углерода в виде слабой угольной кислоты. Избыточный (сверх равновесного количества) двуоксида углерода разрушает карбонатную пленку бетона вследствие образования хорошо растворимого бикарбоната кальция.

Общекислотная коррозия происходит при действии растворов любых кислот, имеющих значения водородного показателя рН<7; исключение составляют поликремневая и кремнефтористоводородная кислоты. Свободные кислоты встречаются в сточных водах промышленных производственных предприятий, они могут проникать в почву и разрушать бетонные фундаменты, коллекторы и другие подземные сооружения. Кислота образуется также из сернистого газа, выходящего из топок. В атмосфере промышленных предприятий, кроме SO2 могут содержаться ангидриты других кисло, а также хлор и хлористый водород. При растворении его во влаге, адсорбированной на поверхности железобетонных конструкций, образуется соляная кислота.

Кислота вступает в химическое взаимодействие с гидроксидом кальция, при этом образуются растворимые соли, а также соли увеличивающиеся в объеме.

Кроме того, кислоты могут разрушать и силикаты кальция. Бетон на портландцементе защищают от непосредственного действия кислот с помощью защитных слоев из кислотостойких материалов.

Магнезиальная коррозия

Магнезиальная коррозия наступает при взаимодействии на гидроксид кальция магнезиальных солей, которые встречаются в растворенном виде в грунтовых водах и всегда содержатся в большом количестве в морской воде.

В процессе магнезиальной коррозии образуется растворимая соль (хлористый кальций или двуводный сульфат кальция), вымываемая из бетона. Гидроксид магния представляет бессвязную массу, не растворимую в воде, в следствии чего реакция происходит до полного израсходования гидроксид кальция.

Коррозия под действием минеральных удобрений

Коррозия под действием минеральных удобрений. Особенно вредны для бетона аммиачные удобрения – аммиачная селитра и сульфат аммония. Аммиачная селитра, состоящая в основном из нитрата аммония, подвергается гидролизу и поэтому дает в воде кислую реакцию. Нитрат аммония действует на гидроксид кальция.

Образующийся нитрат кальция хорошо растворяется в воде и вымывается из бетона. Хлористый калий КСI повышает растворимость Са(ОН)2 и ускоряет коррозию. Из числа фосфорных удобрений агрессивен суперфосфат, состоящий в основном из монокальциевого фосфата и гипса, но содержащий еще и некоторое количество свободной фосфорной кислоты.

Коррозия под влияние органических веществ

Коррозия под влияние органических веществ. Органические кислоты, как и неорганические, быстро разрушают цементный камень. Большой агрессивностью отличаются уксусная, молочная и винная кислоты. Жирные насыщенные и ненасыщенные кислоты (олеиновая, стеариновая, пальмитиновая и др.) разрушают цементный камень, так как при воздействии гидроксида кальция они омыляются. Поэтому вредны и масла, содержащие кислоты жирного ряда: льняное, хлопковое, а также рыбий жир. Нефть, нефтяные продукты (керосин, бензин, мазут, нефтяные масла) не представляют опасности для бетона, если они не содержат нефтяных кислот или соединений серы. Однако надо учитывать, что нефтепродукты легко проникают через бетон. Продукты разгонки каменноугольного дегтя, содержащие фенол, могут агрессивно влиять на бетон.

Читайте так же:
Производственная линия производства цемента

Коррозия третьего вида

Коррозия третьего вида. Сульфоалюминатная коррозия возникает при действии на гидроалюминат цементного камня воды, содержащей сульфатные ионы. Образование в порах цементного камня малорастворимого трехсульфатного гидросульфоалюмината кальция (эттрингита) сопровождается увеличением объема примерно в 2 раза. Развивающееся в порах кристаллизационное давление приводит к растрескиванию защитного слоя бетона. Вслед за этим происходит коррозия стальной арматуры, увеличение растрескивания бетона и разрушение конструкции. С сульфоалюминатной коррозией необъходимо считаться при строительстве морских сооружений. Вместе с тем могут оказаться агрессивными сточные воды промышленных предприятий, а также грунтовые воды. Если в воде содержится сульфат натрия, то вначале с ним реагирует гидроксид кальция.

В последующем идет образование гидросульфоалюмината кальция вследствие взаимодействия получающегося сульфата кальция и гидроалюмината. Для борьбы с сульфоалюминатной коррозией применяется специальный сульфатостойкий портландцемент.

Щелочная коррозия

Щелочная коррозия может происходить в двух формах: под действием концентрированных растворов щелочей на затвердевший цементный камень и под влиянием щелочей, имеющихся в самом цементе. Если бетон насыщается раствором щелочи (едкого натрия или калия), а затем высыхает, то под влиянием углекислого газа в порах бетона образуется сода и поташ, которые, кристаллизуясь, расширяются в объеме, повреждают и разрушают цементный камень. Сильнее разрушается от действия сильных щелочей цемент с высоким содержанием алюминатов кальция.

Коррозия, вызываемая щелочами цемента, происходит вследствие процессов, протекающих внутри бетона между его компонентами. В составе цементного клинкера всегда содержится разное количество щелочных соединений. В составе заполнителей бетона, в особенности в песке, встречаются реакционно способные модификации кремнезема: опал, халцедон, вулканическое стекло. Они вступают при обычной температуре в разрушительное для бетона реакции со щелочами цемента. В результате образуются набухающие студенистые отложения белого цвета на поверхности зерен реакционно-способного заполнителя, появляется сеть трещин, поверхность бетона местами вспучивается и шелушится. Разрушение бетона может происходить через 10-15 лет после окончания строительства.

Реакции коррозии цементного камня

Изделия из цемента и бетона, как из всякого другого материала, со временем в условиях своей службы подвергаются разрушению (коррозии). Проблема стойкости (неразрушаемо-сти) бетонных сооружений важна в такой же степени, как и само их создание.

Под коррозией понимается разрушение цементного или бетонного изделия в результате действия на него физических либо химических факторов как извне (внешние причины коррозии), так и изнутри (внутренние причины коррозии).

В условиях эксплуатации на цементный камень действуют: природные воды (речные и морские) под давлением или просто омывающие сооружения; промышленные и бытовые воды (стоки); периодически и многократно повторяющиеся теплосмены (сезонные и дневные колебания температур); процессы увлажнения и высыхания (колебания атмосферной влажности, специфические условия службы). Кроме того, влияют механические воздействия — удары волн, выветривание, истирание, а также биологические—вредные воздействия бактерий. Все это внешние причины коррозии и разрушения цементного камня.

К разрушению цементного камня (бетона) приводят и внутренние факторы —его высокая водопроницаемость, взаимодействие щелочей цемента с кремнеземом заполнителя, изменение объема из-за различия температурного расширения цемента и заполнителя.

Среди внешних факторов, обусловливающих коррозию цементного камня, можно выделить физические и химические факторы. Физические факторы коррозии охватывают температурные (попеременное замерзание и оттаивание, нагрев и охлаждение) и влажностные колебания среды, ведущие к появлению деформаций материала и его разрушению. К внешним факторам следует отнести и разрушение изделия за счет подсоса и кристаллизации солей в порах и капиллярах бетонного тела — так называемая солевая коррозия.

Химические факторы коррозии включают воздействие водной и газовой сред на цементный камень (бетон) — водных растворов кислот, солей, оснований, а также действие разнообразных органических веществ.

Физическая коррозия. Попеременному замораживанию и оттаиванию (влияние пониженных температур) подвергаются практически все открытые сооружения, служащие в условиях атмосферного воздействия. Особенно опасная ситуация возникает при одновременном воздействии низкой температуры и растворов солей, например при работе бетона в морских сооружениях. Суть действия пониженной температуры на бетон заключается в возникновении деформаций расширения замерзающей воды в опасных порах, которая может привести к разрушению камня. Возникают по меньшей мере два источника разрушающих сил: первый — увеличение объема воды при замерзании (-9%), что ведет к возникновению большого гидравлического давления на стенки пор и капилляров, второй — осмотическое давление, возникающее благодаря локальному увеличению концентрации раствора.

Цо мнению некоторых исследователей, величина осмотического давления может достигать 1—2 МПа. Сильное внутреннее напряжение усиливается при повторных циклах замерзания и оттаивания. Сначала образуются мельчайшие трещины, затем они заполняются водой, которая при замерзании вызывает дальнейшее растрескивание цементного камня (бетона). Многократные теплосмены постепенно расшатывают структуру цементного камня и бетона, снижают его прочность и в момент, когда давление расширения превышает предел прочности при растяжении, бетон разрушается.

Как показано Б. Г. Скрамтаевым, В. М. Москвиным, В. В. Стольниковым и С. Д. Мироновым, основную роль в разрушении цементного камня при действии низких температур играют общая пористость и характер капиллярно-пористой структуры материала: в искусственном камне имеются поры, наиболее опасные и ответственные за развитие разрушения материала. Практически не опасны очень мелкие поры геля. Поскольку морозостойкость искусственного камня зависит от характера и величины общей пористости, то, снижая пористость, можно добиться существенного повышения морозостойкости. Общую пористость можно уменьшить снижением В/Ц, использованием цемента с пониженной водопотребностыо, а также введением добавок разного типа — пластифицирующих, гидрофоби-зирующих, воздухововлекающих.

Читайте так же:
Что прочнее кирпич или цемент

Морозостойкость цементного камня (бетона) зависит от качества цементного раствора и заполнителей. Качество заполнителей может колебаться в широких пределах, так как не существует прямой зависимости между долговечностью заполнителя и бетона. Однако, существует общее мнение, что заполнители с большой внутренней поверхностью, легко доступной для воды, являются менее морозостойкими. По условиям работы бетонные и цементные конструкции могут находиться в сфере воздействия повышенных температур, влияние которых изучали К. Д. Некрасов, В. М. Москвин и др. Вредное воздействие температуры на затвердевшие бетоны начинается при 50—100 °С, усиливается при 500 °С (и выше) и состоит в разложении сначала гидратиых образований, а затем и других составляющих цементного камня. Поэтому не рекомендуется применять бетоны на обычных цементах, работающие при температурах свыше 250 °С.

Для того чтобы повысить жаростойкость затвердевших бетонов, следует вводить добавки (шамот, туф, трепел и т. д.) в количестве 0,5—2 мае. ч. на 1 мае. ч. цемента, которые при температурах выше 800 °С взаимодействуют с составляющими цемента СаО из Са(ОН)2 и СаСОз, образуя термически- и водоустойчивые соединения.

Попеременное увлажнение и высыхание цементного камня и бетона вследствие, например, климатических особенностей атмосферы или специфических условий работы конструкции вызывает соответственно деформации — набухание или усадку. Вопросы, связанные с набуханием и усадкой собственно цемента, рассматриваются при изучении строительно-технических свойств цемента. Что касается бетонного тела, то при нарушении влажностных равновесий системы бетон —среда, например при неравномерной диффузии влаги в объем бетона, в его толще возникают градиенты влажности, приводящие к деформациям набухания при насыщении водой или усадки —при высушивании, снижающим прочность бетона. Деформации усадки и набухания можно характеризовать, по С. В. Александровскому, коэффициентами линейной усадки и линейного набухания h (мм/мм), которые представляют собой относительные деформации бетона (мм/мм), происходящие при изменении его массовой относительной влажности (г/г) при равномерном высыхании или увлажнении. Порядок коэффициентов в среднем таков: /3=0,03 мм/мм, h = 0,005 мм/мм. Величину деформации набухания и усадки можно заметно нейтрализовать, меняя количество и качество заполнителя, вид и расход цемента, водо-цементное отношение.

Кристаллизация солей также относится к физическим видам коррозии. Капиллярные подсосы воды в той части бетонной конструкции, которая работает в грунте, приводят к возникновению такого типа коррозии, если в грунтовых водах большая концентрация водорастворимых солей (Na2S04, ИазСОз, MgS04), высокий уровень минерализованных вод, при этом климат данного района сухой или жаркий. Солевые растворы в этом случае регулярно поступают в поры бетона, одновременно происходит испарение воды. Выделяющиеся из раствора соединения при кристаллизации оказывают давление на стенки пор и капилляров, что может вызвать деформацию бетона, а иногда и его разрушение. Особенно сильным оказывается давление кристаллизации, когда образующиеся соли вначале безводны, а затем переходят в кристаллогидраты. Такой вид коррозии можно ‘предотвратить, используя бетоны с малой открытой пористостью или защищая их гидроизоляцией.

Химическая коррозия. Действие (агрессия) воды и водных растворов (неорганических и органических веществ — кислот, солей, оснований), а также кислых газов в условиях службы бетонных и железобетонных конструкций приводит к разрушению бетонного и цементного камня. Причины разрушения (коррозии) заключаются в химическом взаимодействии агрессивной среды и составляющих бетона. Проблемы стойкости бетонных и железобетонных конструкций в условиях химической агрессии изучали В. А. Кинд, В. В. Кинд, В. Н. Юнг, Ф. Ли, В. М. Москвин, А. Ф. Полак, В. И. Бабушкин. Процессы, происходящие при взаимодействии водной среды и бетона, по их сути можно систематизировать, что и было сделано В. М. Москвиным и В. В. Киндом.

В. М. Москвин разделяет коррозию бетона на три вида. К первому виду коррозии он относит процессы, происходящие в бетоне под воздействием вод с малой временной жесткостью (мягких вод), в результате действия которых составные части цементного камня растворяются и уносятся сквозь толщу бетона при фильтрации, ко второму виду коррозии отнесены реакции обмена между составляющими воды и бетона с образованием растворимых или не обладающих вяжущими свойствами продуктов, ослабляющих структуру камня; к третьему виду—-накопление и кристаллизация в трещинах, порах и капиллярах бетона солей, которые также способны разрушить материал (солевая коррозия).

При изучении химических факторов коррозии бетона следует рассматривать не только химический и минералогический составы бетона, его капиллярно-пористую структуру, но и основу агрессивной среды, в которой, как это следует из опыта работы бетонных сооружений, большую роль играют ионы магния, натрия, алюминия, аммония, меди, железа, водорода, гидроксила, сульфатные, карбонатные, бикарбонатные, хлористые анионы. Опасны также все виды кислых газов —углекислый, сернистый, сероводород.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector