26. Солевая коррозия. Общая характеристика солевой коррозии. Сульфатная коррозия. Способы повышения стойкости.

Яркими представителями солевой коррозии являются: магнезиальная, сульфатная коррозии и коррозия, вызванная кристаллизацией солей в порах цементного камня. Магнезиальная коррозия наблюдается в природных водах, промышленных сточных водах, на химических предприятиях, на производстве металлического магния и других химических производствах. В основном встречаются соли MgCl₂, MgSO₄. При концентрации Mg²⁺ 500 мг/л, следовательно, среда агрессивная.

Магнезиальная коррозия вызвана взаимодействием ионов магния с гидроксид ионами, с образованием малорастворимого гидроксида магния.

Мg +2ОН = Мg(ОН) 

МgCl +Са(ОН) = Мg(ОН)  + СаCl

МgSО +Са(ОН) =Мg(ОН) + СаSО

Гидроксид магния из-за малой растворимости выпадает в осадок, образуя на поверхности цементного камня белую пленку - это положительный фактор, т.к. она оказывает кальматирующее действие. Сульфаты магния на много опаснее, т.к. образуется в продуктах коррозии сульфат кальция, который вызывает сульфатную коррозию. С образованием гидросульфоалюмината кальция и гипса, которые вызывают появление микротрещин и благодаря чему ионы магния быстрее проникают вглубь цементного камня, следовательно, коррозия идет быстрее.

Соли магния также взаимодействуют с гидросиликатами кальция:

2МgCl +2СаО∙SiO ∙2Н О+ ag = 2Мg(ОН) +2СаCl + SiO ∙nН О

кальмотант кальмотант

Т.о. с гидроксидом магния кальматирующее действие оказывает гель кремний кислоты.

При выборе вяжущего необходимо исходить из того чтобы при коррозии образовалось как можно больше кальмотантов. В цементе содержание СаО 60-65%, SiO 20-22%, отсюда следует, что больше будет образовываться Мg(ОН)₂. Это играет определяющую роль при выборе вяжущего. Целесообразно использовать чистый ПЦ (ЦЕМ I). Если среда содержит МgSО₄ надо использовать сульфатостойкий цемент, чтобы в первую очередь защититься от сульфатной коррозии. Чем выше основность цемента, тем более плотный слой образуется на поверхности и коррозия сильнее тормозится.

Способы защиты:

1) использовать высокоосновное вяжущее, чистый ПЦ (ЦЕМ I);

2) меры по уплотнению материала (добавки, вибрирование и др.);

3) можно замедлить коррозию путем увеличения содержания цемента;

4) в сильно агрессивных средах применять защитное покрытие.

Сульфаты встречаются в природных водах, промышленных сточных водах, на химических предприятиях.

Сульфатная коррозия – одна из самых сложных видов коррозии, причина её является взаимодействие сульфат ионов с алюминатной составляющей цементного камня (С А) с образованием малорастворимых продуктов коррозии, которые кристаллизуются со значительным увеличением объёма, вызывая разрушение цементного камня. Этими продуктами разрушения является гидросульфоалюминат кальция или гипс.

Гидросульфоалюминат кальция (ГСКА) образуется при концентрации SО₄^2-  250 мг/л до 1000 мг/л. Образуется в результате химического взаимодействия сульфата кальция в центре aq.

3СаО∙Аl₂О₃+СаSО₄+ ag = 3СаО ∙ Аl₂О₃ ∙ 3СаSО₄ ∙ 32Н₂О

ГСАК эттрингит

Если в среде содержатся соли Na₂SО₄илиМgSО₄, то сначала идет образование сульфата кальция, а замет он участвует в образовании эттрингита.

Na₂SО₄+Са(ОН)₂ = СаSО₄ + 2NaОН

Эттрингит кристаллизуется в виде удлиненных игольчатых кристаллов, увеличивается в объёме в 2-4 раза. При недостатке сульфат ионов в окружающей среде эттрингит переходит в моносульфатную форму, которая является неопасной:

3СаО ∙ Аl₂О₃ ∙СаSО₄ ∙12Н₂О

При высоких концентрациях сульфат иона SО₄^2-  1000 мг/л, образуется гипс. При низких концентрациях он не образуется.

SO +Са +Н О= СаSО₄ ∙2Н₂О

Чем больше в цементе содержится С₃А, тем благоприятнее условия для сульфатной коррозии. Большое влияние на коррозию оказывает концентрация извести в порах цементного камня. Если известь образует насыщенный раствор  1,2 - 1,3 г/л (по СаО), то эттрингит кристаллизуется в опасной форме. Если же концентрация извести 0,5-08 г/л (по СаО), то С₃А частично переходит в раствор и при этом эттрингит кристаллизуется как бы рассредоточено, не вызывая опасных напряжений.

Способы защиты: 1) в вяжущем должно быть как можно меньше С₃А и меньше С₃S, чтобы при гидролизе С₃S образовывалось меньше оксида кальция. Этим требованиям отвечает сульфатостойкий цемент, в котором содержание С₃А<5%, а С₃S<50%. Затем по стойкости идут ППЦ (ЦЕМ IV) и ШПЦ (ЦЕМ III), т.к. они содержат активную минеральную добавку, которая связывает гидроксид кальция. Наименее стоек чистый ПЦ (ЦЕМ I). Глинозёмистый цемент можно использовать в растворах сульфата кальция (СаSО₄) и магния (МgSО₄); нельзя в растворах - Na₂SО₄, К₂SО₄.

2) заполнители должны иметь рациональную гранулометрию и обеспечивать хорошее сцепление с цементным камнем. Так, например, пропаренные бетоны в автоклаве имеют повышенную сульфатостойкость, за счет уплотнения контактной зоны между вяжущим и заполнителем.

3) необходимо повышать плотность бетона путем снижения В/Ц, за счет применения пластификаторов и тщательного вибрирования.

4) в высоко концентрированных средах, где содержание сульфатов SО₄^2- > 5000 мг/л необходимо использовать защитные покрытия.

Коррозия, вызванная кристаллизацией солей в порах цементного камня. Этот вид коррозии распространен в районах с жарким летом. Сначала бетон пропитывается минерализованной водой, а затем после высыхания в порах кристаллизуются соли.

Причины, вызывающие разрушение:

1) по мере накопления солей в порах цем. камня возникает кристаллизационное давление, что может привести к трещинообразованию и разрушению. Особенно опасны кристаллогидраты, которые образуются при попеременном увлажнении - высушивании.

Na₂SO₄  Na₂SO₄ ∙ 10H₂O

Если раствор насыщен солью NaCl, то кристаллизация идет в неопасной форме. Но по мере увлажнения - высушивания концентрация соли достигает большого значения и соль может химически взаимодействовать с гидроксидом кальция.

2NaCl + Ca(OH)₂  2NaOH + CaCl₂

Это ослабляет структуру, в которой принимают участие кристаллы гидроксида кальция.

2) если концентрация частично помещена в раствор соли, то происходит перемещение солей по порам и капиллярам в сторону испаряющей поверхности. Накопление солей повышает растворимость гидроксида кальция, что усиливает его выщелачивание, что может быть причиной разрушения цем. камня.