43. Коррозия цементного камня и способы замедления процессов разрушения камня.

Коррозию цементного камня и бетона подразделяют на три основных вида в зависимости от механизма разрушения структуры:

коррозия I вида обусловлена растворением и вымыванием некоторых его составных частей (коррозия выщелачивания);

коррозия II вида обусловлена воздействием агрессивных веществ, которые, вступая во взаимодействие с составными частями цементного камня, образуют либо легкорастворимые и вымываемые водой соли, либо аморфные массы, не обладающие связующими свойствами;

коррозия III вида объединяет процессы, при которых компоненты цементного камня, вступая во взаимодействие с агрессивной средой, образуют соединения, занимающие больший объем, чем исходные продукты реакции

1 вид При действии воды на цементный камень вначале растворяется и уносится водой свободный Ca(OH)2, содержание которого в цементном камне через 1-3 месяца твердения достигает 10...15%, а растворимость при обычных температурах 1,3 г/л.

После вымывания свободного гидроксида кальция и снижения его концентрации ниже 1,1 г/л начинается разложение гидросиликатов, а затем гидроалюминатов и гидроферритов кальция. В результате выщелачивания повышается пористость цементного камня и снижается его прочность.

Процесс коррозии первого вида ускоряется, если на цементный камень действует мягкая вода или вода под напором.

Для предупреждения коррозии I вида необходимо: 1Создать бетоны повышенной плотности за счет интенсивного уплотнения цементного камня;


2Использовать цементы с ограниченным содержанием C3S; 3Вводить в цемент тонкомолотые минеральные добавки которые связывает гидроксид кальция в нерастворимые соединения

Са(ОН)2 + SiO2(аморф.) + mH2O = CaO·SiO2nН2О. 4Использовать пуццолановый цемент;


5Карбонизация поверстного слоя бетона, путем выдерживания его на воздухе;
6Гидроизоляция поверхности цементного камня в виде оклейки, облицовки или пропитки поверхностного слоя гидроизоляционными материалами.

2 вид: К разновидностям коррозии второго относятся

кислотная, магнезиальная коррозия, коррозия под влиянием некоторых органических веществ и т. п.

Кислотная коррозия возникает при действии растворов любых кислот, за исключением поликремниевой и кремнефтористоводородной.

Кислота вступает в химическое взаимодействие с Ca(OH)2, образуя растворимые соли (например, СаСl2) и соли, увеличивающиеся в объеме (CaSO42H2O):

Са(ОН)2 + 2НСl = СаСl2 + 2Н2О или Са(ОН)2 + H2SO4 = CaSO4 +2H2O

Под действием кислот могут разрушаться также и гидросиликаты, гидроалюминаты и гидроферриты кальция, превращаясь в кальциевые соли и аморфные бессвязанные массы SiO2nH2O, Al2(OH)3, Fe2(OH)3.

Меры защиты от кислотной коррозии: При слабой кислотной коррозии (рН=4-6) цементный камень защищают кислотостойкими материалами (окраской, пленочной изоляцией и т. п.).
По стойкости к действию кислот слабой концентрации цементы можно расположить в таком порядке: глиноземистый цемент, пуццолановый ПЦ и обычный ПЦ.

При сильной кислотной коррозии (рН<4) вместо обычного портландцемента используют кислотоупорный цемент и кислотостойкие заполнители или полимерные связующие. Разница в стойкости цементов к действию сильно концентрированных кислот почти не ощутима поскольку разрешение происходит очень быстро.

углоксилотная коррозия является разновидностью общекислотной коррозии.

Она развивается при действии на цементный камень воды, содержащей свободный диоксид углерода в виде слабой угольной кислоты сверх равновесного количества.

Избыточная (агрессивная) углекислота разрушает ранее образовавшуюся карбонатную пленку вследствие образования хорошо растворимого бикарбоната кальция:

CaCO3 + СO2 + Н2О= Са(НСO3)2

При этом, чем больше содержится Н2СО3 (обычно в грунтовых водах), тем выше кислотные свойства раствора и скорость коррозии.

магнезиальная коррозия происходит при воздействии на Ca(OH)2 растворов магнезиальных солей, которые встречаются в грунтовой, морской и других водаx.

Наиболее характерные реакции для этого вида коррозии проходят по следующей схеме:

Са(ОН)2 + MgCl2 = СаСl2 + Mg(OH)2; Са(ОН)2 + MgSO4 = CaSO42H2O + Mg(OH)2

СаСl2 и CaSO42H2O хорошо растворимы в воде и вымываются из цементного камня. К тому же CaSO42H2O возникает с увеличением объема, что ускоряет появление трещин, а также коррозию III вида.

Mg(OH)2 малорастворим в воде, но выпадает в осадок в виде рыхлой аморфной массы, не обладающей связностью, которая также легко вымывается из бетона.

Меры защиты от магнезиальной коррозии те же, что и при коррозии первого вида.

коррозия под действием органических кислот, как и неорганических, быстро разрушает цементный камень.

Вредное влияние оказывают и масла, содержащие кислоты жирного ряда (льняное, хлопковое, рыбий жир и т. п.). Нефть и нефтяные продукты не опасны для цементного бетона, если в них нет остатков кислот, но они легко проникают через бетон. Продукты разгонки каменноугольного дегтя, содержащие фенолы, оказывают агрессивное воздействие на бетон.

Коррозия возникает и под действием минеральных удобрений, особенно аммиачных (аммиачная селитра и сульфат аммония). Аммиачная селитра, состоящая в основном из NН4NO3, действует на гидроксид кальция:

Са(ОН)2 + 2NH4NO3 + 2Н2О = Ca(NO3)24Н2О + 2NO3

Образующийся нитрат кальция хорошо растворяется в воде и вымывается из бетона.

Из фосфорных удобрений агрессивен суперфосфат, состоящий в основном из Са(Н2РО4)2, гипса и содержащий небольшое количество свободной фосфорной кислоты.

Характерной коррозией III вида является сульфатная коррозия.

Сульфаты, часто содержащиеся в природной и промышленных водах, вступают в обменную реакцию с гидроксидом кальция, образуя гипс CaSO42H2O.

При действии на бетон сернокислового натрия сульфат натрия вступает в реакцию с гидроксидом кальция цементного камня:

Са(ОН)2 + Na2SО4 + 2Н2О → СаSО42Н2О + 2NaОН

Разрушение цементного камня в этом случае вызывается кристаллизационным давлением кристаллов двуводного гипса.

Для защиты бетона от солевой коррозии необходимо:

-применять бетоны с низким В/Ц;

-тщательно уплотнять бетонную смесь;

-использовать воздухововлекающие и уплотняющие добавки;

-применять пористые заполнители, а также цементы, обеспечивающие высокую плотность цементного камня (портландцемент без минеральных добавок);

-отводить агрессивные солевые растворы от поверхности конструкции, либо изолировать их путем устройства защитных покрытий.

Борьбу с коррозией III вида следует вести, принимая во внимании следующее:

- в бетонах на глиноземистом цементе или цементах с малым содержанием Cа(OH)2 невозможно образование многоосновных гидроаллюминатов кальция, чем ограничивается или исключается возможность образования гидросульфоаллюмината кальция.

- введение в бетонную смесь воздухововлекающих, пластифицирующих добавок, химических добавок (CaCl2), повышающих растворимость гидрата окиси кальция и гипса, кремнеорганических веществ, способствует повышению стойкости цементного камня и бетона к коррозии.

- эффективно создание защитных слоев на поверхности бетонной конструкции виде оклеечной, облицовочной или лакокрасочной изоляции