5. Корозія природних кам'яних матеріалів та захист від неї

Під час експлуатації в спорудах природні кам'яні матеріали постійно зазнають впливу навколишнього середовища. Найважливіші причини їхньої корозії - атмосферні фактори, дія підземних вод, тваринних і рослинних організмів, а також механічні навантаження конструкцій.

Найбільш активні фізико-хімічні фактори - це багаторазове зволоження й висихання чи заморожування й відтавання, дія мінералізованих вод і повітря, забрудненого промисловими газами. Під дією цих факторів у кам'яному матеріалі послаблюються кристалізаційні зв'язки, руйнуються нестійкі мінерали, вимиваються розчинні сполуки. У камені утворюються мікротріщини, мінерали втрачають блиск, порода поступово руйнується.

Вивержені гірські породи характеризуються здебільшого високою водо- та морозостійкістю, значною кислотостійкістю й достатньою лугостійкістю. Встановлено закономірність, що дрібнозернисті породи менше піддаються корозії порівняно з крупнозернистими, особливо порфірової структури.

Осадові породи не мають високої корозійної стійкості. Виняток становлять механічні відклади (уламкові породи) - пісок і гравій, які зберігають властивості первинних порід.

З карбонатних порід менш кислотостійкими є звичайні вапняки, повільніше руйнуються доломіти й магнезити, а також щільні кремнисто-вапнякові породи.

Гіпсовий камінь СаSО₄*2Н₂О та ангідрит СаSО₄ розчинні у воді, дуже легко піддаються корозійному руйнуванню під дією кислот, а дії лугів вони чинять опір дещо краще.

Корозійна стійкість пісковиків залежить від виду природної цементуючої речовини, яка зв'язує основний скелет матеріалу, що здебільшого складається із зерен кварцу. Стійкість глинястих та мергелистих пісковиків невисока.

Метаморфічні породи, як правило, досить стійкі проти корозії. Особливо кислото- та лугостійкими є кварцити.

Крім фізичних та хімічних можливі також органогенні фактори корозії. Вони є результатом життєдіяльності тваринних і рослинних мікро- й макроорганізмів: бактерій, екскрементів птахів і тварин, дріжджів, плісеневих грибів, мохів, лишайників, кореневих систем рослин, водоростей тощо. Так, лишайники й мохи, що ростуть на камінні, витягають для свого живлення лужні солі й виділяють органічні кислоти, які й спричинюють корозію.

Способи захисту природного каменю від корозії: конструктивний захист відкритих частин споруд; створення на поверхні каменя захисного шару, що перешкоджає проникненню всередину агресивних речовин.

До конструктивних заходів належать: організація стоку води, уникання в конструктивних елементах виступів, а також надання виробам якомога гладкої поверхні аж до полірованої.

Щоб підвищити непроникність матеріалів, застосовують цілий ряд способів. Наприклад, покривають нагріту поверхню каменя оліфою, безбарвними лаками, мінеральними маслами, розчинами парафіну, стеарину, мил у летких органічних розчинниках.

Консервування каменю - це послідовне просочування його верхнього шару двома розчинами, внаслідок реакції між якими утворюються нерозчинні речовини, що кольматують пори й мікротріщини. До таких способів належать силікатування, флюатування, а також модифікування полімерами.

Силікатування полягає в просочуванні верхнього шару каменя роз­чином рідкого скла, а після просихання - розчином хлориду кальцію, При цьому відбувається реакція

Na₂О*m SіО₂*nН₂0 + СаС1₂ = СаО*mSiO₂*nН₂0 + 2NaС1.

Утворюваний силікат кальцію є практично нерозчинною сполукою, а хлорид кальцію змивається водою.

Флюатування (кремнефторизацію) застосовують для обробки вапняків та інших порід, що містять кальцит. Каміння просочують розчинами кремнефтористих солей. Так, коли вапняк обробляють кременефторидом магнію, відбувається реакція

МgSіF₆ + 2СаСО₃ > SiO₂ +2СаF₂ + МgF₂ + 2СО₂.

При цьому утворюються кремнезем, вуглекислота й нерозчинні фтористі солі.

Флюатуванням можна захищати від корозії й некарбонатні породи. Для цього їх спочатку просочують розчином кальцієвої солі, так званим аванфлюатом (наприклад, хлоридом кальцію), а потім - розчином флюату.

Для обробки пористих гірських порід використовують метод просочування. Особливо надійна обробка мономерами з наступною їх полімеризацією при термокаталітичній чи радіаційній обробці.