Меры защиты от коррозии

1. Для защиты бетона от солевой коррозии необходимо: применять бетоны с малым водосодержанием (с низким В/Ц); тщательно уплотнять бетонную смесь; использовать воздухововлекающие добавки в бетоне и добавки, уплотняющие цементный камень; применять для получения бетона пористые заполнители, а также цементы, обеспечивающие высокую плотность цементного камня (например портландцемент без минеральных добавок); отводить агрессивные солевые растворы от поверхности конструкции, либо изолировать их путем устройства лакокрасочных, склеечных или облицовочных защитных покрытий, препятствующих проникновению растворов солее внутрь бетона.

2. Борьбу с коррозией III вида следует вести, принимая во внимание следующее:

а) в бетонах на глиноземистом цементе или цементах с малым содержанием Cа(OH)₂ (например пуццолановом портландцементе) невозможно образование многоосновных гидроаллюминатов кальция, чем ограничивается или исключается возможность образования гидросульфоаллюмината кальция;

б) введение в бетонную смесь воздухововлекающих добавок (СHB) пластифицирующих веществ, химических добавок (CaCl₂), повышающих растворимость гидрата окиси кальция и гипса, кремнеорганических веществ, способствует повышению стойкости цементного камня и бетона к коррозии;

в) эффективно создание защитных слоев на поверхности бетонной конструкции в виде оклеечной, облицовочной или лакокрасочной изоляции.

Дополнение к коррозии II вида:

Действие растворов щелочей.

Строительные конструкции предприятий химической и легкой промышленности подвергаются агрессивному воздействию растворов щелочей: каустической соды, едкого натрия, кальцинированной соли. Коррозия бетона, наблюдаемая в этом случае, вызывает постепенное снижение прочности R бетона. Скорость протекания коррозии зависит от вида щелочи, концентрации раствора, температуры среды, продолжительности агрессивного воздействия, пористости бетона и цементного камня в нем, характера проникновения раствора в тело бетона.

Разрушение бетона происходит вследствие повышения растворимости составляющих цементного камня, содержащих кремнезем и глинозем и образования щелочноземельных силикатов и алюминатов при взаимодействии этих частиц со щелочами.

1. Растворимость гидрата окиси кальция в цементном камне при контактировании с растворами щелочей вследствие присутствия ионов он значительно понижается.

2. Клинкерные минералы портландцемента по–разному взаимодействуют со щелочами. Наибольшую активность проявляет С₃А, несколько меньшую С₄АF, еще меньшую С₂S и совсем малую С₃S. Алюминатные составляющие в растворе едкой щелочи относительно быстро разрушаются. Алюминаты кальция Са склонны к гидролизу и распаду в воде. Эта особенность поведения алюминатов обуславливает снижение щелочестойкости цементного камня с 1,5 до 5 раз в случае увеличения С₃А в составе портландцементного клинкера в 2 раза.

3. Бетоны на портландцементе показали большую стойкость в растворах щелочей, чем на пуццолановом и шлакопортландцементе это объясняется повышенной пористостью цементного камня и большим содержанием растворимого щелочью SiO₂.

Коррозия бетона при растворении щелочами составляющей цементного камня может быть отнесена к коррозии II вида, которая в последствии переходит в коррозию I вида.

4. При карбонизации щелочей углекислотой окружающего воздуха происходит кристаллизация образующихся углекислых солей и возможно разрушению бетона. Это коррозия III вида.

5. Не менее опасна коррозия бетона вследствие разрушения щелочами заполнителей. Появление коррозии обусловлено взаимодействием щелочей с SiO₂ заполнителей и разрушением его. Это приводит к снижению прочности бетона, вплоть до полного разрушения – здесь также коррозия III вида. Необходимо отметить, что бетоны на заполнителях из карбонатных и ультраосновных горных пород имеют преимущества перед бетонами на заполнителях из кислых горных пород.

Бетоны разрушаются более интенсивно при одновременном накоплении в их структуре нерастворимых новообразований и снижении прочности цементного камня вследствие растворения его составляющих. С повышением температуры растворов щелочей значительно ускоряются процессы коррозии бетона.

Агрессивность растворов кислот

Бетон на П/Ц весьма нестоек к взаимодействию растворов кислот.

Наиболее агрессивны по отношению к цементному камню являются минеральные кислоты – соляная, серная и азотная. При воздействии 1% - растворов этих кислот бетон разрушается в течение нескольких месяцев, менее агрессивная фосфорная кислота. 1% растворы этой кислоты малоагрессивны к цементному камню, однако с повышением концентрации кислоты в растворе ее агрессивность возрастает. 5%-ный раствор быстро разрушает цементный камень.

Воздействие магнезиальных солей

Соли Mg, присутствуют в морской воде и часто в грунтовых водах и производственных, вызывают магнезиальную коррозию цементного камня, при котором образуются малопрочные соединения с аморфной малосвязанной структурой. Взаимодействуют магнезиальные соли с Ca(OH)₂ по условной реакции:

Ca(OH)₂ + MgCl₂=CaCl₂ + Mg(OH)₂

CaCl₂ – легко растворяется H₂O

Mg(OH)₂ – выпадает в осадок в виде рыхлой и плохо растворимой в К₂О массы белого цвета. Растворение извести нарушает структуру цементного камня, что в результате сказывается на снижение его R.

Более агрессивным является магний-сульфатное воздействие на цементный камень:

Ca(OH)₂ + MgSO₄ + 2H₂O → CaSO₄ ^. 2H₂O +Mg(OH)₂ ↓

образуется двуводный гипс. Имеет объём, который больше суммарного объёма исходных веществ. Это может вызвать появление напряжений в цементном камне. Если Ca(OH)₂ полностью вступит в реакцию, то будет происходить взаимодействие сульфата Mg c C₃A6H

3CaAl₂O₃∙6H₂O + 3MgSO₄∙7H₂O → (CaSO₄∙2H₂O) + 2Al(OH)₃↓ + 3Mg(OH)₂ +H₂O;

3CaO∙2SiO₂∙3H₂O + 3MgSO₄∙7H₂O +7H₂O → 3(CaSO₄∙2H₂O) + 3Mg(OH)₂↓ + 2(SiO₂∙4H₂O.

Mg(OH)₂ и Al(OH)₃ - выпадают в осадок, или выщелачиваются H₂O из цементного камня, структура которого ослабляется, гипс постепенно накапливается в растворе, после полного насыщения раствора образуется его твердая фаза.

C₃A∙H₂O в начале реакции с сульфатом Mg образуют гидросульфааллюминат Ca. Однако этот продукт неустойчив в среде сульфата Mg и даже разлагается.

При малых концентрациях солей в растворах реакции протекают на поверхности бетона и выделяющийся Mg(OH)₂ - образует плёнку, препятствующую проникнуть соли внутрь. В этом случае за счет выноса Cа(OH)₂ из внутренних слоев проявляется коррозия I вида.

При большой концентрации соли реакционная способность раствора велика, содержание гидрата окиси Са недостаточно для ее нейтрализации, поэтому раствор соли диффундирует внутрь бетона. При этом проявляется коррозия III вида.

Стойкими к коррозии этого вида являются бетоны на цементах с большим содержанием извести – CaO, чем больше содержание извести, тем дольше протекает реакция и дольше длится процесс выноса продуктов реакции из цементного камня. Весьма стойкими являются цементный камень на глиноземистом цементе, поскольку в его составе нет Ca(OH)₂. Сульфат Сa взаимодействует в цементном камне с высокоосновными алюминатами Ca, объем образующегося ГСАК превышает V исходных продуктов. Это увеличение объема обуславливает появление в пористой структуре цементного камня напряжений, приводящих к его разрушению.

При наличии в воде - среде (природных водах, в частности морской) NaCl затрудняется образование ГСАК в твёрдой фазе и уменьшается возможность сульфатной коррозии цементного камня.

Более опасным для бетона является воздействие растворов солей, не вступающих в химическое взаимодействие с составляющими цементного камня, при наличии испаряющей поверхности и попеременном насыщении цементного камня или бетона раствором соли и высушивании их.

Раствор соли в цементном камне или бетоне мигрирует к испаряющей поверхности под действием капиллярных сил. В зависимости от структуры цементного камня кристаллизация соли может происходить непосредственно на его поверхности или некотором поверхностном слое. В первом случае концентрация Ca (OH)₂ возрастает (имеет I вид коррозии).

Если же размеры пор достаточно велики, испарение воды происходит не только на поверхности изделия, но и в порах поверхностного слоя бетона, происходит кристаллизация солей в порах цементного камня и его разрушение (III вид коррозии).

Существует несколько гипотез о причинах разрушения цементного камня и бетона под воздействием растворов солей при наличии испаряющей поверхности.

Одной из первых была гипотеза о разрушающем давлении при кристаллизации солей в порах цементного камня – разрушение происходит вследствие роста растягивающих напряжений в теле бетона.

Во второй гипотезе разрушение цементного камня и бетона при действии каменных солей происходит за счет увеличения объема новообразований, вследствие чего при накоплении соли в порах возникают внутренние напряжения, вызывающие образования трещин, которые способствуют проникновению агрессивной среды вглубь тела бетона. Разрушение цементного камня обусловлено так же расклинивающим действием воды при насыщении бетона растворами солей, появлением знакопеременных напряжений при чередовании насыщения и высушивания, осмотическими силами и различием коэффициентов термического расширения цементного камня и солей.

По третьей гипотезе основной причиной разрушения цементного камня и бетона, подвергаемых попеременному насыщению растворами солей и высушиванию, считается увеличение объема кристаллов солей при фазовом переходе от менее гидратированных форм к более гидратированным. Наиболее опасно высушивание бетона при температуре выше точки фазового перехода солей с последующим увлажнением его при более низкой температуре, сопровождающееся образованием кристаллогидратов, расширяющихся в объеме.

Каждая из рассмотренных гипотез не дает исчерпывающего объяснения процесса разрушения цементного камня и бетона при агрессивном воздействии растворов солей, характеризующегося сложностью происходящих при этом явлений. По-видимому, механизм коррозии обусловлен совокупностью всех указанных выше факторов.

В условиях взаимодействия солей более коррозионностойкими оказываются бетоны пористой структуры - например, аглопоритобетон по сравнению с бетонами на плотных заполнителях. В крупных порах в зернах заполнителя могут длительное время накапливаться продукты кристаллизации солей из растворов, чем обуславливается более позднее появление опасных напряжений в бетоне.

Мерами защиты цементного камня и бетона от агрессивного воздействия солей является следующие: использование бетона на пористых заполнителях; обеспечение малого водосодержания в цементном камне и бетоне; гидрофобизация бетона и использование воздухововлекающих добавок в нём; изоляция поверхности бетона путем устройства лакокрасочных, оклеечных и облицовочных покрытий; отвод агрессивных растворов солей от поверхности бетонных конструкций.

Органогенная коррозия и биоповреждения бетона

Разрушение материалов под непосредственным воздействием растительных и животных организмов, а также микроорганизмов, называется биоповреждением.

Биологические повреждения наблюдаются в гидротехнических сооружениях, а также в строительных конструкциях сооружений на различных предприятиях пищевой промышленности и др.

При технологической переработке растительных и животных организмов и в результате их жизнедеятельности образуется органическая агрессивная среда, в которой происходит разрушение материалов. Такие разрушения принято называть органогенной коррозией.

Органогенная коррозия наблюдается: в гражданских зданиях – банно-прачечных предприятиях, санузлах и др.; в сельскохозяйственных – животноводческих, птицеводческих помещениях, теплицах, силосо- и овощехранилищах и др.; на предприятиях легкой промышленности первичной переработки шерсти, кожевенных; на предприятиях деревообрабатывающий промышленности – целлюлозно-бумажных производствах, гидролизных заводах; на предприятиях микробиологических производств в биохимических производствах, цехах кормовых антибиотиков, предприятиях по производству ферментных препаратов; на предприятиях пищевой промышленности мясокомбинатах, молочных и сахарных заводов, рыбоконсервных и кондитерских производствах, винодельческих и пивоваренных предприятиях.

Органогенные агрессивные среды и живые организмы в твердых, жидких и газообразных структурах составляющих бетона вызывают различные одновременно действующие разрушительные процессы: химические, физико-химические (в т. ч. электрохимические) и физические.