Коррозия цементного камня

Коррозия вызывается воздействием агрессивных газов и жидкостей на составные части цементного камня, в основном Са(ОН)₂ и 3СаО·Al₂O₃·6Н₂О. Основные причины коррозии можно разделить на 3 группы (по классификации В.М. Москвина).

1. Разложение составляющих цементного камня, растворение и вымывание гидроксида кальция (коррозия I вида);

2. Образование легкорастворимых солей в результате взаимодействия гидроксида кальция с агрессивными веществами среды и вымывание этих солей (коррозия II вида);

3. Образование в порах цементного камня новых соединений, занимающих больший объем, чем исходные вещества, что вызывает возникновение внутренних напряжений в цементном камне и его растрескивание (коррозия III вида).

Коррозия I вида

Она происходит при действии на цементный камень мягких вод, содержащих мало растворенных веществ. К ним относятся воды оборотного водоснабжения, конденсат, дождевые и болотные воды и др. Под действием воды происходит вымывание гидроксида кальция, и при снижении его содержания в поровой жидкости цементного камня менее 1,1 г/л начинают разлагаться гидросиликаты кальция. Выщелачивание Са(ОН)₂ в количестве 15-30% вызывает снижение прочности на 40-50%. Выщелачивание можно заметить по появлению белых потеков на поверхности конструкций.

Меры борьбы с коррозией I вида включают следующие мероприятия:

1. Ограничение содержания в цементе трехкальциевого силиката C₃S до 50%.

2. Введение в состав цемента активных минеральных добавок, связывающих гидроксид кальция в нерастворимые соединения.

3. Обработка поверхностного слоя цементного камня веществами, образующими на поверхности пленку из нерастворимых продуктов, например, углекислым газом. Этот процесс протекает на воздухе, и сопровождается образованием на поверхности карбоната кальция

Са(ОН)₂ + СО₂ = СаСО₃ ↓ + 2Н₂О

Коррозия II вида

Она подразделяется на кислотную и магнезиальную коррозию.

Кислотная коррозия. Она имеет место при действии растворов любой кислоты с рН < 7; исключение составляют поликремневая и кремнефтористоводородная кислота. Свободные кислоты встречаются в сточных водах промышленных предприятий, они могут проникать в почву и в грунтовые воды. Кислота образуется также из кислых газов, содержащихся в атмосфере промышленных предприятий, таких как сернистый газ (образует сернистую и серную кислоты), хлор и хлористый водород (образуют соляную кислоту). Кроме того, на предприятиях химии и нефтехимии возможны технологические розливы кислот, разрушающие конструкции зданий.

Кислота вступает в химическое взаимодействие с гидроксидом кальция цементного камня, при этом образуются растворимые соли, или соли, обладающие невысокой растворимостью, но легко удаляемые с поверхности конструкций.

Са(ОН)₂ + 2НСl = CаСl₂ + 2Н₂О

Са(ОН)₂ + Н₂SO₄= Cа SO₄ + 2Н₂О

Углекислотная коррозия развивается при действии на цементный камень воды, содержащей свободную СО₂ в виде слабой угольной кислоты. Реакция протекает в две стадии. На первой цементный камень не разрушается, а даже дополнительно упрочняется создаваемой карбонатной пленкой.

Са(ОН)₂ + СО₂ = СаСО₃ ↓ + 2Н₂О

На второй стадии избыточная двуокись водорода разрушает карбонатную пленку вследствие образования хорошорастворимого бикарбоната кальция

СаСО₃ + СО₂+ Н₂О = Са(НСО₃)₂

Магнезиальная коррозия. Она имеет место при воздействии 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 протекания обменных реакций происходит следующим образом

Са(ОН)₂ + MgСl₂ = CаСl₂ + Mg(ОН)₂

Са(ОН)₂ + MgSO₄= Cа SO₄ + Mg(ОН)₂

В результате этих реакций образуется или легкорастворимая соль CаСl₂, или труднорастворимая, но не связанная с цементным камнем и легко механическим путем удаляемая с его поверхности - Cа SO₄ .

Меры борьбы с коррозией II вида включают в себя следующие мероприятия:

1. Ограничение содержания в цементе трехкальциевого силиката до 50%.

2. Введение в состав цемента активных минеральных добавок, связывающих гидроксид кальция в нерастворимые соединения.

3. В случае кислотной коррозии устройство на поверхности конструкций защитных слоев из кислотостойких материалов ( кислотостойкого кирпича или плитки, материалов на основе жидкого стекла и др.).