9.3. Защита гидротехнических сооружений от коррозии

Наибольшему разрушению (коррозии) под воздействием внеш­ней среды подвергаются дерево, металл, бетон и железобетон.

Деревянные конструкции гидротехнических сооружений под­вергаются гниению — разложению древесины под влиянием физи­ко-химических факторов и действия грибов — и в морской воде поражаются древоточцами (моллюсками и ракообразными). Наи­более благоприятные условия развития грибов создаются при влажности древесины 25. ..60% и температуре 18. ..36°С. При меньшей влажности развитие грибов прекращается от недостатка воды, при большей — из-за недостатка кислорода. Поэтому в под-

302

водной зоне и зоне капиллярного подъема воды древесина не гниет.

К древоточцам относятся в основном сверлящие дерево мол­люски из семейства терединид и фоладид и ракообразные — лим-нория, сферома и хелюра. Наибольшее распространение из моллю­сков получили тередо и банкия, из ракообразных — лимнория.

Практически наиболее приемлемым методом предохранения древесины от гниения и поражения древоточцами является глубо­кая пропитка древесины креозотом с токсическими добавками, например медьсодержащими растворами.

Коррозия металла наблюдается во всех зонах гидротехнических сооружений по высоте, которая возникает в результате действия множества микроскопических короткозамкнутых гальванических элементов, образующихся на поверхности металла благодаря на­личию участков с неодинаковыми электрическими потенциалами. Процесс электрохимической коррозии состоит из независимых, но электрически связанных процессов: анодного процесса, при кото­ром происходят гидратация и переход ионов металла в раствор, что, собственно, и является разрушением (коррозией) металла, и катодного процесса, при котором происходит связывание свобод­ных электронов частицами раствора (деполяризация). Анодом служит более электроотрицательный металл, например цинк в паре с железом. Чем больше разность потенциалов на аноде и ка­тоде, тем больше скорость коррозии, которая для металлических конструкций в морской воде достигает в зоне переменного уровня ~1,2 мм/год; в других зонах и в пресной воде скорость коррозии значительно меньше. Для большинства активных неблагородных металлов, в том числе и стали, при определенном значении потен­циала скорость растворения падает до нуля, металл переходит в пассивное состояние — коррозия практически прекращается. Эго явление называют пассивацией металлов.

Выделяется три вида химической коррозии бетона: растворение составных частей цемента — выщелачивание (в первую очередь оксида кальция); образование в результате химических реакций между веществами, содержащимися в воде и в цементе, новых ве­ществ, либо легкорастворимых, либо не обладающих вяжущими свойствами; образование в результате обменных реакций веществ, которые кристаллизуются в порах бетона и, увеличиваясь в объе­ме, разрушают бетон.

Коррозия выщелачивания наблюдается в сооружениях, где имеет место фильтрация воды (плотины, шлюзы, туннели, сухие доки и др.). Для второго вида коррозии наибольшее значение име­ет так называемая магнезиальная коррозия бетона, заключающая­ся в действии на свободный гидроксид кальция солей магния. При этом образуются легкорастворимый хлористый кальций и плохо-растворимый гидроксид магния, который выпадает в виде аморф­ного порошка белого цвета, не обладающего вяжущими свойст­вами.

303

Для гидротехнических сооружений решающее значение имеет сульфатная коррозия — результат взаимодействия сернокислогс магния со свободной известью и алюминатом кальция. Образую-) щийся при этом двуводный гипс, кристаллизуясь, увеличивается объеме, что ведет к разрушению бетона. Противокоррозионна5 стойкость бетона обеспечивается применением коррозионно-устой^ чивого вяжущего, в частности для морских условий и при нали­чии высокоминерализованных вод сульфатостойких цементов, вы­сокой плотностью бетона, что достигается правильным выбором состава бетона, необходимой технологией изготовления конструк­ций, применением материалов, отвечающих требованиям норма­тивных документов; повышением морозостойкости и водонепро­ницаемости бетона, что сказывается непосредственно на его кор­розионной стойкости, и введением соответствующих добавок.

В железобетонных конструкциях корродируют и бетон, и арма­тура. Защита арматуры может быть достигнута либо воздейст­вием на среду — бетон, либо непосредственно на металл. При плотном коррозионно-стойком бетоне и достаточной толщине за­щитного слоя коррозии арматуры в железобетоне не наблюдается, так как при высокой концентрации гидроксида кальция в поровой влаге создается щелочная среда (рН 12. ..13), в результате чего происходит пассивация арматуры. При наличии трещин в защит­ном слое под ними образуется анод, что приводит к коррозии ар­матуры.

Повысить коррозионную стойкость арматуры можно путем вве­дения в сталь легирующих добавок (хром, никель, медь, кремний и др.); нанесения металлических покрытий из цинка и алюминия толщиной от 120. ..180 до 250.. .300 мкм в зависимости от агрес­сивности среды; применения электрохимической защиты.

Для предотвращения коррозии арматуры в бетонную смесь можно вводить специальные вещества, так называемые ингибито­ры— нитрит натрия, тетраборат натрия, бихромат натрия и калия и др. Наряду с этим для некоторых видов конструкций целесооб­разно использовать окрасочные, пропиточные и мастичные покры­тия— битумные и на основе полимерных композиций.

Пористые строительные материалы, в частности бетон и желе­зобетон, подвергаются физической коррозии в результате дефор > маций при усадке и набухании материала при переменном его смачивании и высыхании, отложениях солей в порах материала и особенно при циклическом замораживании и оттаивании. В пос­леднем случае применяют утепляющую облицовку конструкций. В суровых условиях в зоне колебаний уровня используют тепло­изоляцию из битумно-минеральных смесей с пористыми заполни­телями в виде монолитного пояса (или экрана), представляющего собой облицовку готовыми плитами.