ГСХ21

органических­ соединений - продуктов переработки нефти, а также минеральных­ и животных масел.

По механизму воздействия углеводородные нефтяные среды рассматриваются как адсорбционно-активные при наличии в них поверхностно-активных веществ в виде высокомолекулярных полярных смол. Скорость миграции адсорбционно-активной среды в поровом пространстве бетона зависит от ее вязкости и от процента заполнения пор бетона жидкой фазой. Чем суше бетон, тем быстрее он заполняется нефтяными средами.

В нефтяных фракциях в виде машинных масел, дизельного топлива, керосина и других полярных смол их содержится более 1-2%. Бензин вовсе не имеет смол, а следовательно, он не активен по отношению к бетону.

Активность нефтяных сред возрастает при увеличении содержания полярных смол. Действие на бетон адсорбционно-активной среды зависит от степени ее активности, напряжений в структуре бетона и наличия микротрещин.

Разупрочнение цементного камня под действием углеводородов - необратимый процесс из-за нарушения сплошности структуры бето­ на; отрицательно влияет на контактную зону крупного заполнителя и цементного камня.

Прочность промасленного бетона можно получить расчетом в зависимости от начальной прочности бетона и количества лет промасливания, ограниченное сроком в 7-8 лет; при более продолжительном действии масел рекомендуется считать начальную прочность сниженной на 2/3.

При редком попадании масла прочность практически не снижается.

Дизельное топливо за 5-6 лет снижает прочность бетона незначи­ тельно (менее чем в 2 раза по сравнению с минеральными маслами). Легкие­ нефтепродукты типа бензина практически не снижают прочности бетона. Влияние нефтепродуктов на сцепление арматуры с бетоном более ощутимое; керосин и дизельное топливо снижают сцепление бетона с гладкой арматурой примерно на 50% за счет уменьшения адгезии. Для стержней периодического профиля сила сцепления зависит от прочности­ бетона и поэтому они снижаются пропорционально прочности бетона­ , пропитанного этими материалами.

Для бетона, пропитанного минеральным маслом, снижение прочности­ сцепления, как и самой прочности бетона, составляет 6070% после выдержки в течение 6-7 лет, затем процесс стабилизируется.

72

Разрушают цементный камень и бетон масло льняное, хлопковое, рыбий жир, агрессивно действуют растворы глицерина, а также продукция­ сахарного производства.

Минимальные количества сахара, составляющие 0,1% от массы цемента­ , являясь токсичной добавкой, задерживают гидравлическое твердение­ цемента, а при содержании сахара в воде затворения, равном 0,6% от массы цемента, твердение полностью прекращается. Сахар опасен также­ и для таких строительных растворов и бетонов, которые еще недостаточно­ затвердели и обогатились углекислыми соединениями. Сахар вместе с известью цемента образует сахараты, которые препятствуют процессу твердения.

Разрушениебетонаиз-завыщелачиванияпроисходитотноситель- но редко. Оно может быть в зданиях химических заводов, выпуска­ ющих едкий натр - соду.

Биокоррозия была названа А.В. Чуйко органической коррозией. Сам бетон не является питательной средой для живых организмов.Биоорганизмымогутпоселятьсянабетоннойповерхности,если она будет в контакте с воздухом и водой, содержащими пищу для микроорганизмов­ (углеводороды, сера и ее соединения). Поселяясь в порах и на поверхности в процессе жизнедеятельности, они выделяют продукты метаболизма, главными из которых являются кис-

лоты.

Способностью разлагать силикатные минералы обладают бактерии, дрожжи, водоросли, образуемые кислотыот сильных минеральных (серная, азотная) до многоатомных органических (гуминовая, пировиноградная). Ими выделяются и такие органические кислоты, как уксусная­ , молочная, щавелевая, яблочная и др.

Наибольшей растворяющей силой обладают органические кислоты.

Коррозионные процессы могут развиваться на большом расстоянииотместаобитаниябиоорганизмов;процессвыделенияагрессивного компонента может быть весьма отделен по времени от коррозионного процесса. Например, вблизи сточных коллекторов развиваются сернокислые­ бактерии, питательной средой которых служит сероводород; впоследствии образуется серная кислота, повреждающая бетон.

К биологической коррозии следует отнести процессы коррозии бетона­ в болотных водах, где агрессивные агенты (углекислота и гуминовая кислота) являются продуктами разложения органических остатков в анаэробных условиях.

Механизм биокоррозии сводится к действию кислот на бетон. Биокоррозия­ обнаружена на конструкциях пищевой промышленно-

73

сти и сельскохозяйственных сооружениях, химической и нефтеперерабатывающей промышленности, где отходы производства могут быть агрессивными.

Деструкция бетона под воздействием микроорганизмов носит за­ тухающий характер, снижение прочности бетона в среднем достигает 40-50% и происходит неравномерно по высоте и ширине сечения конструкции.

Коррозионное разрушение бетона в железобетонных конструкциях происходит из-за карбонизации поверхностного слоя, которая заключается­ в том, что углекислый газ, растворяясь в поровой жидкости цементного камня, образует угольную кислоту Н2СО3, которая взаимодействует с гидроксидом кальция с образованием бикарбоната и карбоната кальция, происходит карбонизация бетона. В результате, рН жидкой среды снижается и при рН = 8,5...9 защита арматуры от проникновения к ней агрессивных сред бетоном не обеспечена.

Глубина карбонизации, в зависимости от вида цемента и влажности воздуха, может составлять в год от долей до нескольких миллиметров.Появляетсявозможностькоррозииарматуры,котораясопровождаетсяобразованиемслояокисловжелезасувеличениемобъема. Увеличениеобъемаарматурнойсталисоздаетрастягивающие­ усилия в бетоне. При достижении­ предела прочности на растяжение в бетоне появляется трещина вдоль арматуры. При дальнейшем процессе защитный слой отторгается полностью. Такое состояние железобетонных конструкций особенно характерно для зданий и сооружений, эксплуатируемых в условиях­ сред с повышенной агрессией.

После появления трещин и организации доступа агрессивной среды к арматуре начинается интенсивная коррозия металла.

В кислых средах стальная арматура сильно корродирует с образованием­ растворимых продуктов коррозии; в щелочных средах при рН>10 коррозия представляется образованием нерастворимых гидратов закиси железа.

Растворыедкихщелочейприконцентрациидо40%неразрушают­ арматуру.

Солевая коррозия арматуры усиливается в присутствии сульфатов, хлоридов и нитратов щелочных металлов. Наличие карбонатов и фосфатов­ способствует затуханию процесса коррозии.

Сильная коррозия арматуры вызывается воздействиями газовых сред в виде окислов азота и хлора, особенно в присутствии влаги.

Процессы коррозии арматуры при нарушении защитных свойств бетона опасны в заглубленных конструкциях из-за невозможности обследования их и своевременного обнаружения в них различных

74

нарушений и возможного усиления, а также воздействий­ агрессивных факторов одновременно нескольких видов (физико­ - химических, микробиологических, блуждающих токов).

Растворимость цементного камня и разрушение бетона связаны с кристаллическими новообразованиями.

Кислоты растворяют избыток извести в цементе, т.е. известь, не связанную в кислотостойкие соединения. Так как каждый цемент содержит­ в себе известь, то кислотостойких цементов не существует. Сильные неорганические кислоты (соляная, азотная, серная, фосфорная и т.д.) растворяют все составляющие цементного камня с образованием солей кальция, алюминия и железа, а также силикагеля, в то время как слабые кислоты (например, угольная) образуют соли только при взаимодействии с известью.

К более слабым кислотам относятся угольная, сернистая (из дымовых­ газов), а также органические - гумусная, дубильная, фруктовая, уксусная, сахарная и молочная. Молочная, уксусная и муравьиная считаются­ наиболее агрессивными. Молочная кислота образуется при силосовании­ зеленой массы в цехах молочных хозяйств. Сладкое молоко не влияет на состояние бетона.

Значительные разрушения, происходящие когда-то в локомотивных депо и железнодорожных туннелях из-за воздействия дымовых газов, - редкое явление. Большую роль в образовании таких разрушений играет сернистая кислота, входящая в состав водяного пара (особенно много ее выделяется при сгорании бурого угля), которая затем окисляется до серной­ кислоты и снова связывается с помощью свободного гидрата окиси кальция в сернокислый кальций (гипс).

Вода, содержащая в себе сульфаты кальция, магния, натрия, аммония и, в меньшей степени, калия и алюминия, опасна для бетона и часто приводит к тяжелым повреждениям (большие трещины, размягчение и набухание вплоть до разрушения). Сульфаты, насыщающие поры бетона, приводят к образованию трещин вследствие увеличения объема растущих кристаллов. Под их действием (давлением) разрушаются расположенные вблизи поверхности слои (эттрингит известен также под названием «цементная бацилла»). Хлориды (соли соляной кислоты) редко служат причиной повреждений. Хлориды натрия, калия и кальция безвредны.

В качестве воды для затворения можно использовать почти любую природную­ воду несмотря на то, что она редко бывает химически чистой. Как правило, в ней содержатся собственные вредные составляющие - угольная и серная кислоты, нитраты и другие соли.

75

Коррозия арматуры в бетоне

Сегодня коррозия объясняется как электрохимический процесс. У образовавшегося коррозионного элемента катод и анод должны быть связаны электролитической проводимостью, например, через водные растворы солей, оснований или кислот. На анод из раствора переходят ионы железа, оставшиеся свободные ионы перемещаются к катоду.

Постоянный электрический ток высокого напряжения­ опасен для железобетона, в то время как переменный ток не оказывает на него отрицательного влияния. Из-за электрометрических превращений в стали образуются продукты коррозии, объем которых более чем в два раза больше того количества металла, из которого они возникли. При этом давление достигает 270 кгс/см2 (27 МПа), что может привести к сколам. В отдельных случаях из-за блуждающих токов, вызванных нахождением сооружений вблизи электрифицированной железной дороги, в железобетонных­ зданиях возникают коррозионные повреждения.

Для железобетона, размещенного в постоянно сухой окружающей среде, а также под водой, коррозионной опасности практически не существует­ . Сухой окружающей средой считают нормальный воздух помещения­ с относительной влажностью 35-55%. Судя по литературным источникам, для железобетонных строительных деталей, которые в течение­ продолжительного времени не подвергаются доступу воздуха и не увлажняются дождевой водой или конденсированной влагой, не существует­ коррозионной опасности даже в науглероженных зонах бетона.

На открытом воздухе достаточно лишь относительной влажности, т.е.50-70% (или80%),длятого, чтобывозник процесскоррозии, особенно во влажных помещениях.

Коррозиязависитоттого,можнолирассматриватьзабетонирован­ ные стержни арматуры полностью изолированными от окружающей среды обволакивающим бетонным покрытием. В нормальных условиях процесс коррозии протекает относительно медленно и начинается он после потери бетоном защитных свойств за счет воздействия углерода воздуха (процесс карбонизации). Его некоторые авторы называют науглероживанием­ . Если при этом значение водородного показателя будет для стальных стержней арматуры ниже рН=9, то пассивирующий слой стали исчезнет: коррозионная защита прекращается. Если глубина науглероживания­ бетона достигает арматуры, то возникает поверхностная коррозия с образованием толстых отслаивающихся слоев ржавчины, которая через некоторое время приведет к сколу бетонного покрытия. Именно

76

поэтому толщина такого покрытия должна исключать возможность возникновения­ такого состояния в течение всего срока службы здания. Образование ржавчины на арматуре может произойти и при полном науглероживании слоя бетонного покрытия, если существует доступ кислорода и влаги.

Глубина нейтрализации стабилизируется по мере возрастания плотности­ бетона (с нарастанием гидратации цемента) и заполнения пор продуктами реакции.

Результаты 7-летних исследований показали следующие глубины науглероживания­ (после 30 лет службы):

Для бетонов невысокой прочности при неблагоприятных условиях не исключена возможность коррозии арматуры даже при наличии рекомендованной­ толщины защитного бетонного покрытия арматуры.

Для бетона класса В12,5 глубина науглероживания за 55 лет почти в 30% случаев составляет более чем 2 см, для бетона В20 почти в 20% наблюдений - более чем 1,5 см. Для глубины науглероживания характерен­ значительный разброс. Она больше для бетона небольшой плотности с повышенными значениями В/Ц и содержанием мелкого песка.

Вкачестве дальнейших мер, кроме увеличения толщины бетонного покрытия арматуры до 25 мм, рекомендуется принять содержание цемента­ > 300 кг/м3, значение В/Ц < 0,5-0,7 (в зависимости от условий), а также использовать портландцемент и хорошее уплотнение бетона. Применение глиноземистого и сульфатошлакового цемента менее­ благоприятно.

Вспециальной литературе опубликованы сведения о том, что иногда местная коррозия­ забетонированных стержней бывает значительней, чем равномерная­ эрозия незащищенных стержней, которая, в зависимости от обстоятельств­ , составляет за год следующие значения: в атмосфере больших городов - 0,05 мм; в промышленной атмосфере - 0,25 мм; в морском воздухе - 0,1 мм. Это так называемая поверхностная ржавчина. Внешнее проявление

этой формы коррозии­ может быть определено как соразмерная

77

эрозия или поверхностная коррозия: элементы коррозии почти равномерно распределены по поверхности­ стали. Процесс коррозии железобетонных конструкций проявляется особенно сильно на предприятиях нефтехимической и нефтеперерабатывающей помышленности, очень богатой агрессивными агентами.

3.3.4 Коррозия деревянных конструкций

Древесина хвойных пород содержит в себе смолу и обладает большей химической стойкостью, чем древесина лиственных пород.

Хвойные породы стойки в разбавленных растворах кислот, но концентрированные­ кислоты разрушают древесину. Так, древесина выдерживает действие серной кислоты концентрации до 5%, соляной — до 10%. Разрушительное действие проявляется при рН > 13.

Растворы едких щелочей разрушают древесину менее интенсивно, чем кисл оты.

Древесина обладает высокой устойчивостью к воздействию водных растворов кислот и оснований и разрушается лишь при высокой концентрации этих веществ. Разрушение деревянных конструкций происходит из-за химической коррозии: разложение

-под действием кислот целлюлозы древесины, а также щелочей

-растворение основного цементирующего вещества - лигнина и частично целлюлозы.

Вслабощелочных растворах (рН=7-11), опасных для железобетона и стали, вызывающих их частичную коррозию, древесина не разрушается. Сильные реагенты, например, гашеная известь, разрушают прежде всего углеводы (смола омыляется, а лигнин расщепляется). Нагревание ускоряет этот процесс.

При значительном давлении и одновременном действии высокой температуры древесина быстро расщепляется в волокнистую массу, которая используется для получения технической целлюлозы.

Свежая древесина обладает кислой реакцией с рН=3,3-6,5, поэтому при рН=2-7 не следует ожидать активной коррозии. Разрушение волокон начинается при рН<2 (сталь корродирует уже при рН<5).

Благодаря содержанию смол хвойные породы древесины обладают большей химической стойкостью по сравнению с лиственными породами. Хвойные породы достаточно стойки по отношению к действию разбавленных растворов уксусной, фосфорной, молочной, масляной и плавиковой кислот. Соляная кислота кон-

78

центрацией до 10% и серная концентрацией не более 5% практически не изменяют их структуру и физико-химическое строение. Концентрированные кислоты разрушают деревянные конструкции, особенно интенсивно - кислородосодержащие (азотную, серную, хромовую и др.). Интенсивность разрушительного действия увеличивается с повышением температуры кислот. Растворы едких щелочей разрушают древесину менее интенсивно, чем кислоты. Деревянные конструкции стойки к действию растворов аммиака, гидрокислот кальция, бария и растворов нейтральных солей любой концентрации. Для повышения коррозионной стойкости древесину покрывают стойкими лакокрасочными материалами или пропитывают синтетическими смолами. Чаще всего используют фенолформальдегидные смолы. Древесина, пропитанная этими смолами, обладает повышенной стойкостью к действию почти всех кислот, сернистого ангидрида, хлора, фтористого водорода и других газов.

Основнымиповреждениямидревесиныснарушениемееструктуры и свойств являются гниение и червоточина.

К признакам повреждения грибами относятся спертый грибной запах в помещении, изменение цвета древесины, наличие грибных образований в виде белой ваты на конструкциях, их высыхание и растрескивание, глухой или дребезжащий звук при простукивании.

Гниение вызывается разрушительным действием древесных грибов в условиях повышенной влажности, а также в непроветриваемых помещениях.

Питательной средой для грибов служит целлюлоза древесины (С6Н12O5)n; грибы выделяют фермент - цитозу, которая приводит нерастворимую целлюлозу в растворимое вещество - глюкозу

(С6Н12O6).

Глюкоза окисляется кислородом воздуха с образованием диоксида углерода и воды.

Наиболее благоприятными для развития гниения являются условия влажности не ниже 25% при температуре воздуха 1820°С, при слабой освещенности и слабом проветривании.

По внешним признакам различают два типа гнилей: коррозионную и деструктивную.

Грибы, вызывающие коррозионную гниль, разрушают главным образом лигнин клеточных стенок, не затрагивая целлюлозу.

На начальной стадии гнили имеют бледно-желтую окраску в виде отдельных пятен или полосок в заболони. Затем пятна уве-

79

личиваются, на них появляются штрихи вдоль волокон, наконец, в местах выцветов древесина становится мягкой, расщепляется на отдельные волокна, но сохраняет вязкость, не крошится. Древесина теряет массу при сохранении объема.

При деструктивной гнили разрушается целлюлоза. На начальной стадии древесина приобретает желтоватый или коричневый оттенок, затем становится темно-коричневой, покрывается взаимно-перпендикулярными трещинами вдоль и поперек волокон, образуя как бы кубики и призмы; при этом теряется масса и объем.

Древесина может разделяться и по типу смешанной гнили, когда повреждается и лигнин, и целлюлоза с одинаковой скоростью.

Другая группа грибов (плесневые и окрашивающие в синий цвет) развивается на древесине влажностью 50-100% при температуре 20-25°С. После высыхания действие грибов прекращается.

Поражение этими грибами практически не изменяет технических характеристик материала. Однако начальное их развитие может быть средой для возникновения сильно разрушающих древесину домовых грибов; началом поражения служит наличие грифа гриба, который можно увидеть на срезах пораженной древесины под микроскопом. Для этого на пораженные места наносят капли 10%-ного раствора азотно-кислого серебра; через несколько часов они окрашиваются в красно-бурый цвет, а древесина — в светло-коричневый.

Имеются и другие лабораторные методы определения зараженности деревянных конструкций грибами. Для уточнения вида гнили отбираются для анализа пробы 15x10x5 см, причем при отборе не следует нарушать грибные образования на поверхности и слои загнившей древесины. Образцы упаковывают в полиэтиленовую пленку и направляют в лабораторию для микробиологического анализа.

Вопросы для самопроверки

1.В чем заключается понятие «коррозия»?

2.Перечислите виды коррозии металлических конструкций.

3.Назовите причины коррозии металлических конструкций.

4.Назовите виды коррозии железобетонных конструкций.

5.Дайтепонятиепервичной защиты откоррозииматериаловстроительных конструкций.

6.В чем заключается вторичная защита от коррозии?

80

7.Назовите причины, вызывающие коррозию железобетонных конструкций.

8.Перечислите наиболее уязвимые участки металлических конструкций, подверженных коррозии.

9.Расскажите о коррозии конструкций, выполненных из каменных материалов.

10.Что представляет собой коррозия деревянных конструкций?

11.Чем отличается коррозия от биоповреждений?

12.Какая коррозияявляется более опасной–местная или сплош-

ная?

13.Укажите разницу между химической и электрохимической коррозией.

14.Перечислите виды коррозии бетонных конструкций.

15.Какие последствия вызывает коррозия арматуры в железобетонных конструкциях?

81