Коррозия бетона

Бетон и железобетон при правильном изготовлении и применении долговечны и могут служить на протяжении многих десятилетий. Однако бывают случаи, когда бетонные и железобетонные конструкции быстро выходят из строя вследствие коррозийных разрушений. Эти разрушения вызываются веществами, находящимися в окружающей среде (обычно в воде, в воздухе) и являющимися агрессивными по отношению к бетону.

Коррозия бетона почти всегда начинается с цементного камня, стойкость которого обычно меньше, чем каменных наполнителей. В цементном камне имеются открытые и закрытые поры и капиллярные ходы, заполненные водой или воздухом. Таким образом, затвердевший цемент представляет собой микроскопически неоднородную систему. Камень портландцемента характерен еще тем, что в нем всегда имеется в большом или меньшем количестве свободная известь, образующаяся главным образом при частичном гидролизе трехкальциевого силиката.

Различают коррозию физическую и химическую. При физической коррозии вода, проникая в поры цемента, вымывает дигидроксид кальция, что приводит к увеличению пористости цемента и уменьшению его прочности.

Следует отметить, что процессы разложения составляющих цементного камня в толще бетона и вымывания гидроксида кальция несколько затормаживаются, когда на поверхности бетона под действием диоксида углерода, содержащегося в воздухе, образуется карбонат кальция:

Са(ОН)2 + СО2 = СаСО3 + Н2О.

(26)

Поэтому, например, бетонные блоки, предназначенные для подводных гидротехнических сооружений, до опускания в воду выдерживаются несколько месяцев на воздухе для карбонизации извести в поверхностном слое.

Из коррозийных процессов химического вида особое практическое значение имеют коррозии углекислотная и магнезиальная.

Углекислотная коррозия. Диоксид углерода содержится в большинстве природных вод. Небольшие количества растворенного в воде СО₂, как правило, коррозии не вызывают. Однако увеличение концентрации СО₂ (так называемая агрессивная концентрация СО₂) вызывает углекислотную коррозию, приводящую к растворению карбонатной пленки

СаСО3 + СО2 + Н2О = Са(НСО3)2.

(27)

Магнезиальная коррозия. Этот вид коррозии вызывается содержащимися в морской воде, а также в грунтовых водах солями магния MgSO₄ и MgCl₂. При действии на гидроксид кальция цементного камня этих солей происходят следующие реакции:

MgSO4+Ca(OH)2=CaSO4+Mg(OH)2	(28)
MgCl2+Ca(OH)2=CaCl2+Mg(OH)2	(29)

Образующийся гидроксид магния выпадает в осадок в виде рыхлой, проницаемой для воды пленки.

Сульфатная коррозия. Сульфаты встречаются в большинстве природных вод, а также в сточных водах. В результате взаимодействия сульфата кальция с гидроалюминатом кальция получается высокосульфатная форма гидросульфоалюмината кальция, кристаллизующаяся с 31-32 молекулами воды и приводящая к резкому увеличению объема:

3 CaOAl2O36 H2O + 3 CaSO4 + n H2O = 3 CaOAl2O33 CaSO43 H2O

(30)

Это вызывает разрушение цементного камня и бетона.

Методы защиты бетона от коррозии разнообразны, и в ряде случаев требуется проведения специальных исследований по изысканию лучших методов для данных условий и эксплуатации бетонных и железобетонных конструкций. Все эти методы можно свести в следующие группы: 1) выбор цемента; 2) изготовление особо плотного бетона; 3) применение защитных покрытий; 4) введение в состав цемента веществ, способных образовывать с гидроксидом кальция малорастворимое соединение.

Такие вещества называются гидравлическими добавками. К ним относятся активный аморфный кремнезем, который содержится в диатомите, туфах и т.д. Совместный помол портландцемента с кремнеземом позволяет связать последний в дальнейшем с гидроксидом кальция. Этой же цели служит и введение в портландцемент доменных шлаков.