Коррозия бетона: виды (сульфатная, биологическая), защита

Коррозия бетона (железобетона, цемента): виды (сульфатная, биологическая), защита

Коррозия бетона – процесс разрушения элементов и конструкций из данного материала под воздействием на структуру монолита разнообразных внешних негативных факторов: агрессивных сред, физико-химических процессов, внутренних изменений. Изначально термин «коррозия» использовали исключительно касательно металлов, но потом само понятие стали применять и для других материалов, изделий.

Основное значение любой коррозии – это разрушение. И данному негативному процессу подвержены почти все строительные конструкции, на которые оказывается то или иное влияние. Наиболее разрушительны внешние факторы, но часто причиной коррозии становится и прохождение различных внутренних процессов.

Коррозия бетонных конструкций предполагает распад структуры монолита с потерей прочности и плотности, что приводит к утрате эксплуатационных свойств. Бетонные элементы разрушаются посредством расслоения, рассыпания цементного камня, так как обычно наполнители демонстрируют более высокую стойкость к агрессивным влияниям.

Экономические потери, связанные со снижением прочности и долговечности, ухудшением эксплуатационных характеристик сооружений, часто очень высоки, поэтому защита бетона от коррозии – актуальный вопрос во всех сферах, где используется данный материал. Благодаря превентивным мерам, своевременному выявлению факторов коррозии и изучению особенностей протеканий процессов удается значительно сократить финансовые потери и значительно повысить надежность, продлить срок службы разных конструкций, зданий, объектов.

Виды коррозии

Коррозия бетона и железобетона – это разъедание строительных материалов под разрушающим воздействием химических, физических, биологических факторов при возникновении контактов с окружающей средой. Ввиду того, что в своем составе бетон имеет различные компоненты и цементный камень является наиболее уязвимым, он первым страдает от коррозийного процесса.

Виды вод, которые разрушают бетон: воды в трубах и траншеях, сточные, речные, грунтовые, морские. Самыми опасными считаются грунтовые воды, которые залегают возле промышленных предприятий, так как в них могут содержаться химические выбросы. Сточные воды также негативно влияют на материал из-за содержания химикатов. Воздействие газов можно включить в число опасных факторов.

Разрушения могут быть самыми разными и предполагать как воздействие на монолит извне, так и провоцировать изменение его структуры изнутри. При повышении влажности разъедание бетона ускоряется. Коррозировать может и арматура, расположенная внутри бетона, провоцируя разрушение железобетонных конструкций.

Основные категории коррозии бетона:

  1. Вымывание из цементного камня его компонентов.
  2. Негативное воздействие агрессивных веществ на монолит.
  3. Сочетание всех воздействий, которые меняют сам цементный камень.

Виды коррозии бетона:

  • Химическая – происходит под воздействием атмосферных осадков, содержащегося в воздухе углекислого газа. Так появляется газовая коррозия, актуальная при повышенной влажности.
  • Радиационная – зависит от величины ионизирующего излучения, объема цементного камня. Искажение кристаллической решетки минералов провоцирует расширение наполнителя, из-за чего появляются микротрещины, макротрещины, потом материал разрушается.
  • Физико-химическая – ее причиной является замерзание воды, которая попадает в поры бетона жидкой, при минусе замерзает и расширяется, распирает конструкцию и провоцирует появление трещин.
  • Биологическая – разъедается монолит под воздействием разнообразных биологических факторов (грибок, плесень, другие микроорганизмы).

Растворение составных частей цементного камня

Это разрушение происходит вследствие растворения (вымывания) компонентов цементного камня. На бетон воздействует вода и начинает растворяться гидроксид кальция, в процессе гидролиза появляется C3S и C2S, его объем растет и через 3 месяца занимает 10-15%, растворимость составляет 1.3 г/л.

Содержание гидроксида кальция из-за вымывания уменьшается до 1.1 г/л, распадаются гидросиликаты, разлагаются гидроалюминаты и гидроферриты кальция. Эти процессы провоцируют увеличение пористости материала, что означает и потерю прочности. Под воздействием воды (и особенно под давлением) процесс такой коррозии существенно ускоряется.

Но наиболее популярным методом борьбы с выщелачиванием гидроксида кальция традиционно считается применение плотных бетонов, в состав которых добавляют специальные компоненты, способствующие связыванию Са (ОН) в гидросиликат кальция, являющийся слаборастворимым соединением.

При взаимодействии цементного камня с содержащимися в воде кислотами

Этот тип коррозии можно наблюдать при влиянии на цементный монолит разных агрессивных веществ, в процессе соприкосновения с которыми появляется два типа соединений: аморфные массы и соли. Соли эти легко растворяются и вымываются водой. Аморфные массы практически не демонстрируют связующих свойств и бетон распадается под действием кислотной коррозии.

Кислотную коррозию можно наблюдать при воздействии любой кислоты, за исключением кремне-фтористо-водородной и поликремниевой. Опасные кислоты, взаимодействуя с гидроксидом кальция, способствуют созданию легкорастворимых солей СаС12 в том числе, что постоянно увеличивают размер CaSO4-2H2O. Это выглядит так: Са(ОН)2 + 2НС1 = СаС12 + 2Н2О Са(ОН)2 + H2SO4 = CaSO4.2H2O.

Под воздействием кислот разрушаются гидросиликаты, гидроалюминаты, гидроферриты, появляются легкорастворимые соли и иные аморфные массы. Защититься от слабых кислотных сред (на уровне pH = 4-6) можно с применением специального кислотостойкого материала (монолит окрашивают, покрывают пленкой и т.д.).

При взаимодействии бетонного монолита с агрессивными средами появляются соединения большего размера в сравнении с теми, что были сформированы в бетоне изначально. Так появляется внутреннее напряжение внутри камня, который начинает трескаться под негативным воздействием. Это происходит сульфатная коррозия бетона.

Сульфатная коррозия имеет место из-за того, что в жидкой фазе цемента есть ионы кальция и гидроокисла, которые могут активно реагировать с агрессивной средой. Другие ионы обычно подавляются большим объемом извести. Катионы среды опасны, когда создают с ионами гидроокисла плохо растворимые соединения. Эти соединения провоцируют резкое понижение щелочности в бетонном монолите, растворение твердой извести, гидролиз силикатов и алюминатов (до этого проявляющих стойкость).

Сульфатные анионы создают с ионами кальция двуводный гипс, а в сочетании с высокоосновными алюминатами – гидросульфо-алюминат. Гипс и гидросульфо-алюминат имеют свойство кристаллизироваться и увеличиваться в объеме.

Когда такой процесс происходит в уже застывшем монолите, в структуре появляются большие внутренние напряжения. Бетон начинает покрываться трещинами или отслаиваться. Гидросульфоалюминат имеет свойство кристаллизоваться в виде игл, в связи с чем его называют «цементной бациллой».

Но так случается не всегда. Если гидросульфатоалюминат образуется в жидком бетоне или в растворе есть ионы хлора (они усиливают растворимость сульфоалюмината и алюминатов), напряжения могут не появляться. Так, сравнительно не опасна для бетона морская вода из-за содержания в ней большого объема сульфатов и большего объема хлорида.

Коррозия арматуры в бетоне

Железобетонные конструкции представляют собой залитый раствором каркас, выполненный из стальных прутьев или сетки. Арматура внутри бетона может ржаветь под воздействием хлора, сероводорода, сернистых газов, которые содержатся в воздухе.

В процессе реакции появляются продукты коррозии железа, которые провоцируют увеличение объема арматуры с появлением внутреннего напряжения, которое рано или поздно разрывает бетон (появляются трещины, отслоения).

К арматуре влага и воздух проходят через поры в цементном камне. Происходит это неравномерно из-за наличия на разных зонах поверхности разных потенциалов – так появляется электрохимическая коррозия, скорость прохождения которой зависит от пористости монолита, наличия трещин, влагопроницаемости. Если в воде есть растворенные вещества, коррозия арматуры проходит с увеличением концентрации электролита.

При долгом выдерживании бетона на свежем воздухе на всей поверхности монолита появляется тонкая (толщиной в 5-10 мкм) пленка, которая не растворяется в воде, не взаимодействует с сульфатами, защищает камень. Процесс формирования защитной пленки под влиянием углекислоты – это карбонизация, она защищает бетон от коррозии, но провоцирует коррозию в арматуре.

Защита арматуры в бетоне

Существует 3 вида защиты арматуры в бетонном монолите от коррозии: создание оптимальной среды вокруг металла за счет введения в бетон специального ингибитора, улучшение характеристик металла, дополнительная защита арматуры от коррозии (использование пленок, составов и т.д.). Также актуально приготовление качественного раствора с введением пластификаторов, которые уменьшают пористость монолита.

Среда, которая окружает металл – это бетон и для защиты металла от коррозии нужно работать с монолитом. В первую очередь, исключают или минимизируют в составе вещества, вызывающие коррозию – это хлориды, роданиды. Если бетон испытывает постоянное воздействие влаги/воды, его покрывают специальными пропитками – петролатумными, битумными и другими, которые понижают уровень проницаемости камня.

Иногда используется метод омического ограничения – когда влажность бетонного монолита не превышает равновесное значение при показателе относительной влажности воздуха в 60%. В таком случае коррозия арматуры тормозится из-за появления высокого омического сопротивления, которое демонстрируют пленки влаги возле поверхности арматуры. Но метод сложен и не дает эффекта в регионах с частыми осадками и повышенной влажностью.

Качественный бетон изначально должен пассивирующе влиять на арматуру. В среднем бетон полностью сохнет в течение 2-3 лет (чуть быстрее в сухом климате). За это время сильнее разрушается арматура, так как пребывает во влажной среде.

Для защиты осуществляют пассивирование поверхности арматуры и образование защитных оксидных пленок под влиянием щелочной водной среды бетона. Для этого в раствор вводят пассиваторы – примером может выступить нитрит натрия (вводят в объеме 2-3% от массы цемента).

Самым эффективным на сегодняшний день считается использование мигрирующих ингибиторов коррозии, которые можно добавлять в жидкий или твердый бетон. Ингибиторы проходят через трещины в бетоне и поры до металлической поверхности, впитываются в металл, создавая защитный мономолекулярный слой. Так тормозятся процессы коррозии, перекрывается к металлу доступ влаги и воздуха.

Ингибиторы замедляют процесс появления ржавчины в среднем в 5-13 раз. Если использовать средство до начала процесса корродирования, время до запуска окисления металла увеличивается в 2-3 раза.

Чтобы использовать ингибиторы, поверхность нужно очистить от грязи и масла, грибка и асфальта, грунтовок и других составов. Потом ингибитор наносят малярным валиком либо с применением пульверизатора. Обычно выполняют в 2 этапа с промежутком по времени (около 8 часов).

Защита бетона

Чтобы получить оптимальный результат, желательно одновременно использовать разные виды защиты бетона. На этапе создания проекта определяются опасные для бетона факторы, рассматриваются мероприятия по профилактике и защите монолита.

Профилактическая защита бетона предполагает герметизацию конструкции, исключение агрессивных сред, улучшение вентиляции в закрытых помещениях. Важно уделить внимание и правильному конструированию – все поверхности должны быть выполнены так, чтобы иметь возможность предотвратить места скопления воды, другой органики. От цементного камня должен осуществляться нормальный водоотвод (реализуют методом создания водоотводов и поверхностей с углом).

Есть два типа защиты бетона: первичная и вторичная. Первичная защита от коррозии предполагает применение разного типа минеральных добавок в бетон, повышающих его плотность. Метод эффективен, но при слишком большой концентрации добавок можно ухудшить характеристики бетона. Используются добавки для повышения разных свойств монолита – стабилизирующие, влагоудерживающие, пластифицирующие.

Благодаря химическим добавкам увеличивается плотность бетона, что не дает проникать вовнутрь структуры агрессивным средам и даже защищает арматуру. Химические добавки закрывают поры камня, повышая морозостойкость.

Наиболее популярные добавки в бетон:

  • противоморозные;
  • воздухозахватывающие;
  • пластификаторы;
  • повышающие водонепроницаемость;
  • антикоррозийные вещества для арматуры;
  • замедлители схватывания.
Читайте также:  Раствор готовый кладочный цементный марки 150 - характеристики

Часто применяют добавки комплексного воздействия, которые одновременно меняют несколько свойств. В некоторых случаях при улучшении одних характеристик вещества ухудшают другие (менее важные).

Вторичная защита бетона от коррозии предполагает использование разных покрытий, которые не позволяют воздействовать на поверхность монолита опасным средам и веществам. Чаще всего применяют лакокрасочные смеси, обеспечивают дополнительную гидроизоляцию, долго выдерживают бетон на воздухе (до карбонизации).

Специальные краски, акриловые покрытия, лаки не позволяют попадать на бетон твердым и газообразным компонентам, способным вызвать коррозию. Такие покрытия защищают камень от влаги и противодействуют такому неприятному фактору, как биологическая коррозия бетона (воздействие микроорганизмов). Применяются разные мастики, создающие защитный барьер. Наиболее эффективными считаются смеси на базе смол.

Актуальны уплотняющие пропитки, которые могут использоваться в качестве основы перед нанесением лакокрасочных покрытий. Такие составы не позволяют воздействовать на бетон газам, влаге. Биоцидные добавки защищают от бактерий, грибков, плесени. Внутри пор материала составы не позволяют развиваться бактериям.

Коррозия бетона и арматуры в конструкциях – актуальная проблема, которая значительно ухудшает эксплуатационные характеристики и сокращает срок службы. Для наиболее эффективной защиты бетонного монолита и стальных каркасов внутри лучше всего использовать несколько методов.

Коррозия бетона

Изначально термин «коррозия» применялся только в отношении металлов. Позже его стали употреблять касательно других материалов и изделий из них. Главный синоним коррозии – разрушение. А этому процессу подвержены практически все строительные конструкции под влиянием различных внешних факторов.

В частности коррозия бетона – это распад его структуры, потеря плотности, прочности и, как следствие, утрата эксплуатационных качеств. Разрушение бетонных элементов начинается с рассыпания или расслоения цементного камня, поскольку заполнители более стойки к агрессивным воздействиям.

Виды коррозии бетона

Вредное, разрушительное влияние на бетон могут оказывать атмосферные осадки, содержащие кислоты и даже воздух поблизости от многих промышленных предприятий (газовая коррозия). А также вода из рек, морей, грунта, дренажных систем и стоков. Когда конструкция выполнена из армированного бетона, то к внешним факторам добавляется еще и опасность возникновения коррозионных процессов в арматуре.

В зависимости от характера содержащихся во внешней среде примесей коррозия бетона и железобетона делится на три типа:

  • 1 вид коррозии – разложение цементного камня в результате выщелачивания гидроксида кальция. Этот элемент может присутствовать в бетонной смеси с момента ее формовки, либо образоваться в процессе воздействия на готовую конструкцию воды с вредными примесями. Са(ОН)2 – это компонент, который легче всего растворяется и быстрее всего вымывается из тела бетона, тем самым разрушая его.
  • 2 вид – подразумевает распад цементного камня от взаимодействия с кислотами. Этот тип называют химической коррозией В этом случае в конструкции происходит вымывание легкорастворимых известковых продуктов, либо проистекает процесс, обратный этому.Под воздействием агрессивных вод в теле бетона образуются осадки, не обладающие вяжущими свойствами. В результате изделие теряет прочность и превращается в слабую рыхлую массу. В эту категорию можно включить щелочную коррозию, которую вызывает избыток противоморозных добавок при формировании бетонной смеси.
  • 3 вид коррозии – это процесс, при котором под воздействием кислоты образуется соединение кальция, не растворимое в воде. СаСО2 или CaSO4 постепенно заполняет свободные поры в массе бетона, увеличивая его объем, что в результате приводит к разрушению конструкции. Из всех видов 3 категории на практике чаще всего встречается сульфатная коррозия.

Понятно, что такое разделение является условным, так как не всегда можно с большой точностью определить, что именно повлияло на разъедание конкретного сооружения.

Коррозионные процессы происходят обычно под влиянием совокупности различных факторов и одновременно может совершаться несколько категорий разрушений.

В том числе значительное влияние на целостность конструкции оказывает отсутствие или наличие коррозии арматуры в железобетоне.

Что приводит к ржавлению арматурного каркаса

Существует несколько причин появления ржавчины на металле внутри бетонной массы. И далеко не всегда это внешние воздействия.

  • Внутреннюю коррозию может вызвать наличие большого количества агрессивных компонентов в воде, которой затворяют бетонную смесь. Кроме того, для создания армированного бетона нельзя использовать состав, содержащий более 2% (от массы цемента) хлористого кальция. Поскольку этот элемент значительно ускоряет коррозию арматуры в бетоне при эксплуатации в любой среде.
  • Немаловажное значение имеет плотность укладки бетонной смеси. Дело в том, наличие большого количества пор, пустот, раковин дает возможность влаге и воздуху проникать внутрь изделия, к арматурному каркасу. В результате на различных участка металлического контура возникают разные электрические потенциалы, что приводит к электрохимической коррозии.
  • Понятие физическая коррозия связано с разрушением бетона в результате его попеременного замораживания и оттаивания. Избежать этой неприятности можно, создав благоприятные условия во время набора бетоном прочности до заданной величины.

Чтобы правильно оценить ситуацию и принять меры для ее исправления, необходимо понять уровень угрозы. Для определения степени коррозии арматуры и бетона применяются физико-химические способы:

  • Изучение состава компонентов, вновь образованных в бетонной массе под воздействием агрессивных веществ. Исследования выполняются в лаборатории при помощи дифференциально-термической и рентгено-структурной диагностики на специально отобранных образцах.
  • Проведение визуального осмотра измененной структуры бетона в конструкции, используя увеличительную лупу. Этот способ позволяет выявить многие поверхностные дефекты.
  • Мощные микроскопы помогают обнаружить характер расположения и соединения элементов цементного камня с зернами заполнителей. А также состояние контакта бетона с арматурой, габариты и направление распространения трещин.

Для определения прочностных характеристик эксплуатируемых конструкций из бетона и железобетона применяются неразрушающие методы контроля в соответствии с рекомендациями и требованиями ГОСТ 18105-86.

Как защитить бетон от коррозии

Методы защиты бетонных и железобетонных конструкций от разрушений из-за ржавчины можно разделить на такие варианты:

  • Подкорректировать состав бетонной смеси таким образом, чтобы увеличить его прочностные характеристики, а также устойчивость к вредному влиянию условий эксплуатации. Достичь этого можно использованием специальных добавок или вяжущего с особыми свойствами. Например, белитового цемента, понижающего степень образования гидроксида кальция.
  • Употреблять средства по защите арматуры в бетоне от коррозии в процессе формирования стального каркаса.
  • Обработать внешние поверхности конструкций гидравлическими смесями.
  • Использовать меры по покрытию бетона антикоррозионными препаратами, обладающими свойством глубокого проникновения в тело изделия.

Существует много причин для образования коррозии железобетона, и меры защиты также бывают разными. Их делят на первичные и вторичные. К первым относятся мероприятия, по приданию бетонной смеси улучшенных характеристик. Применяются добавки, оказывающие стабилизирующее, гидроизоляционное действие, а также пластификаторы, биоциды и многое другое. К таким относятся:

  • сульфатно-дрожжевая бражка;
  • кремнийорганический препарат;
  • мылонафт.

В эту же категорию можно включить способы и средства, защищающие металл внутри массы железобетонных изделий. Обычно это антикоррозийные препараты.

Вторичную защиту бетона от коррозии обеспечивает внешнее покрытие бетонных конструкций лакокрасочными, мастичными материалами, либо пропитками с уплотняющими свойствами.

Хороший результат дает гидроизоляционное оклеечное покрытие. Однако наилучшего эффекта можно добиться, используя первичную и вторичную защиту в совокупности.

Коррозия в любом своем проявлении опасна для построек из бетона и железобетона. Поэтому очень важно соблюдать нормы и правила возведения зданий, сооружений. Применять необходимые защитные меры, препятствующие ржавлению конструкций.

Защита бетона от коррозии

Коррозийным разъеданием подвергаются многие строительные материалы, в том числе и бетон. Она представляет собой разрушение металлов под воздействием физико-химических или химических факторов окружающей среды. Чтобы предотвратить разрушение в сооружениях из бетона и железобетона существуют различные методы защиты. Это могут быть покрытия поверхности с помощью специального стойкого материала или разнообразными лаками, пропитками.

Определение коррозии

Коррозия представляет собой разъедание строительных материалов под влиянием физических, химических и биологических факторов при контакте с окружающей средой. Бетон имеет в своем составе наименее прочный компонент – это цементный камень. Именно с этой части материала начинается коррозийный процесс. Разрушение случается в результате воздействия различных видов вод, а именно:

  • сточных;
  • вод в траншеях или трубах;
  • морских;
  • речных;
  • грунтовых.

Наиболее опасны для бетонов грунтовые воды вблизи промышленных предприятий из-за наличия в них химических выбросов. Также при воздействии с бетоном и железобетоном наносят им весомый вред сточные воды. Коррозия бетона воздействует на гидротехнические сооружения, загрязняет воздух, однако, такая концентрация газа в окружающей среде не вредит здоровью человека, но способствует разрушению бетонных конструкций.

Разрушения строительных материалов разнообразны и могут находиться разрушающие микроорганизмы как в прямом контакте, так и внутри структур. Ускоряется разъедание в бетоне при повышенной влажности окружающей среды.

Виды и описание

Существуют разновидности бетонной коррозии:

  • Радиационная, которая зависит от дозы ионизирующего облучения и количества цементного камня. Вследствие чего искажается кристаллическая решетка минералов, расширяется заполнитель, который приводит к микротрещинам, макротрещинам в материале, а в дальнейшем к полному разрушению.
  • Химическая, происходящая вследствие атмосферных осадков и под воздействием углекислого газа, входящий в состав воздуха. Таким образом, в строительстве бывает газовая коррозия, которая особенно актуальна при большом количестве влаги.
  • Биологическая. Разъедания, связанные с биологической коррозией, появляются в результате воздействия химических веществ, получившиеся при эксплуатации бетонных конструкций.
  • Физико-химическая коррозия появляется в результате замерзания воды. В жидком состоянии вода попадает в поры материала, а в результате минусовых температур она замерзает. Образовавшийся лед расширяется и распирает постройки, в итоге образуются трещины.

Вернуться к оглавлению

Химические разъедания

Образуются под взаимодействием бетонного камня с веществами окружающей среды. Процессы химической коррозии относятся к трем категориям:

  • В результате кристаллизации материалов происходит растрескивание. Трещины являются последствием расширения объема материала из-за низких температур.
  • Выщелачивание мягкими водами с последующим образованием белого налета.
  • Цементная бацилла, которая является последствием влаги, разрушает бетонные конструкции. На них образуются трещины и растрескивания.

Вернуться к оглавлению

Физико-химическая

В этом случае цементный камень расходится в воде. В результате чего гидроксид кальция вымывается или растворяется. Растворение железобетона из-за воздействия воды случается с различной быстротой. Так, например, плотные массивные конструкции подвластны коррозии лишь по истечении многих десятилетий. В сооружениях с тонкими оболочками, вымывание кальция случается уже через 2-3 года. В момент прохождения вод через бетон, процесс разложения ускоряется во много раз, и уменьшаются прочностные характеристики материала.

Биологические разрушения

Коррозия с образованием больших объемов биологических соединений в камне, является итогом влияния проникающих в бетон различных веществ. Это способствует появлению внутреннего напряжения и трещин в бетонной конструкции. Биологическая коррозия определяется наличием на цементном камне бактерий, мхов, грибков или лишайников.

Биологические разрушения развиваются из-за прямого контакта микроорганизмов с материалом. А также биоорганизмы, которые могут нанести вред материалу, находясь на расстоянии. Развиваются биологические коррозии в условиях техногенной среды с большим содержанием влаги в атмосфере.

Читайте также:  Анкеровка арматуры в бетоне: таблица, расчет, длина

Радиационная

Коррозия бетона бывает радиационной, которая возникает в результате радиационного излучения. Она способствует удалению из бетонной конструкции кристаллизованной жидкости и тем самым приводит к нарушению прочности структуры. Продолжительное воздействие радиационного облучения приводит к жидкому состоянию кристаллических веществ. Появляется напряжение в бетонном растворе, и возникают трещины.

Факторы влияния

Коррозия бетона возникает под воздействием следующих обстоятельств, от которых зависит скорость разрушения зданий и сооружений:

  • умение поверхности бетонного раствора противодействовать веществам;
  • пористость материала;
  • вещества, находящиеся в атмосферных осадках;
  • капиллярность.

Главная составляющая бетона – это его пористость, которая определяет количество пор и наличие плотности в структуре материала. От пористости бетона зависит возможность влагопоглощения конструкции при таянии снежных масс или других атмосферных осадков. Материал со значительным количеством пор подвластен большей возможности разрушения в результате физико-химической коррозии. Поэтому защита бетона от коррозии должна начинаться на начальном этапе постройки зданий и сооружений, ведь все виды коррозии бетона приводят к разрушению построек.

Антикоррозийная защита

Виды коррозийных разрушений бетона различны и многообразны. Многих строителей интересует вопрос защиты бетонных конструкций от влияния негативных внешних факторов окружающей среды.

Зачастую подвергаются разрушению верхние слои бетона, тогда защита заключается в применении бетона с небольшим количеством капилляров в его структуре. Используя препарат от возникновения трещин еще на начальном этапе строительства, это поможет уберечь сооружения от выщелачивания и вымывания.

Защита от разрушений в виде ржавчины разделяется:

  • способы, изменяющие состав бетона, при этом, делая его более прочным и устойчивым к негативным воздействиям окружающей среды;
  • мероприятия, связанные с покрытием поверхности материала гидравлическими препаратами;
  • комбинированные мероприятия, которые включают в себя покрытие бетона антикоррозийным препаратом с дальнейшим его проникновением вглубь материала.

Применение в состав бетона белитового цемента позволит снизить количество выделяемого гидроксида кальция, что способствует испарению жидкости. Такой компонент позволит уплотнить материал и тем самым прекратит проникновение жидкости через бетонный раствор.

Еще один вид разрушения бетонного сооружения от ржавчины — сульфатная коррозия бетона. Она появляется в результате взаимосвязи сульфатов с камнем в цементе раствора. Разрушение наблюдается в виде искривлений конструкции и распирания конструктивных элементов.

Металлические части конструкции покрывают специальными защитными материалами.

Коррозию бетона, возникшую из-за воздействия вод, предотвращают разными путями. Используют разнообразные добавки, препараты на начальном этапе приготовления бетонного раствора: водоотводы или гидроизоляцию.

Защита бетона от разъеданий подразделяется на: первичную и вторичную. Также подвластны воздействию разъедания ржавчиной сооружения из железобетона. Для их спасения применяют ингибиторы металлической коррозии в момент приготовления бетонного раствора. Таким образом, на составляющих из железобетона образуется пленка, которая останавливает контакт металла с бетоном.

Первичная

Данная защита обусловлена введением дополнительных препаратов в состав бетонной смеси в процессе его приготовления. Такой способ позволит изменить состав смеси и убережет в дальнейшем здания и сооружения от разрушений.

Применяют разнообразные стабилизирующие, гидроизоляционные, пластифицирующие, биоцидные и другие препараты. При выборе вспомогательных препаратов для изготовления раствора отталкиваются от условий эксплуатации бетонного камня. Например, при изготовлении цементного раствора в водах с большим содержанием сульфата снижают количество свинца.

Что используется?

Улучшают бетонный раствор и его прочностные характеристики химические препараты. Они позволяют сократить в порах агрессивные вещества, которые замедляются при движении. А, значит, коррозия арматуры в бетоне подвергается меньшим разъеданиям. Используя химические препараты в качестве добавок в цементный раствор, увеличивают замкнутость пор. Благодаря этому образуется высокая морозостойкость бетона и железобетона. Используют химические добавки: противоморозные, воздухопоглощающие, уплотняющие, замедлители схватывания.

Применение добавок в бетонную смесь, которые повышают морозостойкость.

Применяют добавки, которые способны улучшить сразу пару показателей или, наоборот, один улучшают, другой снижают. Для защиты бетонных сооружений от разъедания его составляющих ржавчиной используют такие добавки:

  • сульфатно-дрожжевую бражку;
  • мылонафт;
  • кремнийорганическую жидкость.

Вернуться к оглавлению

Вторичная

Вторичная защита от разрушений ржавчиной бетонных сооружений и зданий из железобетона заключается в защитном покрытии верхнего слоя цементного камня. Защита состоит из лакокрасочных покрытий и уплотняющей пропитки. Также к ней относят выдержу бетона определенное время на воздухе.

Что используется?

Вторичная защита включает в себя следующие добавки, при которых разъедание ржавчиной бетонных построек сводится к минимуму:

  • пропитки с уплотнением;
  • покрытия красками и акрилами, с помощью которых образуется защитная пленка;
  • защита мастиками, которая актуальна при большом воздействии на бетонный раствор влаги;
  • защита оклеиванием полиизобутиленовыми пластинами;
  • биоцидные добавки, которые оберегают сооружения от грибков, плесени и микроорганизмов. Большего эффекта можно добиться, используя первичную и вторичную защиту в комплексе.

Вернуться к оглавлению

Заключение

Коррозийные воздействия опасны для бетонных зданий и сооружений из железобетона. Важно следить за постройками и всячески предотвращать появление разъедающей ржавчины. Иначе постройка, на которую ушло много сил и финансов, может полностью пасть. На рынке строительных материалов присутствует множество различных добавок, которые способны спасти постройку от разрушений.

Главное, принять меры как во время работы и в момент приготовления раствора, так и поддерживать сооружения в дальнейшем, чтобы коррозия бетона не разрушила все труды.

Коррозия бетона: виды и методы устранения

Коррозия бетона — это процесс разрушения конструкций в результате воздействия на их структуру различных внешних агрессивных сред, или вследствие внутренних химических и физико-химических процессов. Экономические потери в результате снижения долговечности и прочности эксплуатируемых сооружений, в некоторых случаях, соизмеримы с солидными инвестициями в отдельные отрасли промышленности.

Заблаговременно выявляя факторы коррозии бетона и железобетона, изучая закономерности процессов, можно существенно сократить финансовые риски и повысить надежность объектов гражданского и промышленного строительства (см. видео в этой статье).

Общие сведения, виды и характер разрушений

Долговечность конструкций зависит от структуры бетона и свойств окружающей среды, в которой они эксплуатируются.

По степени своего влияния агрессивные среды делятся на:

  • сильноагрессивные;
  • средней агрессивности;
  • слабоагрессивные;
  • неагрессивные.

По агрегатному состоянию реагенты можно разделить на:

Величина агрессивного воздействия на железобетонные конструкции вычисляется для каждой среды индивидуально, в зависимости от того, в каких условиях эксплуатируются сооружение.

  • наличие и концентрация агрессивных реагентов;
  • температура, при которой происходит химическая реакция;
  • скорость движения жидкостей у поверхности.
  • виды газообразных веществ и их концентрация;
  • растворимость компонентов в воде;
  • влажность и температура воздуха.

Для твердых агрессивных веществ (аэрозоли, пыль, соли):

  • дисперсность;
  • возможность растворения в воде;
  • влажность среды.

Скорость коррозии бетона зависит от следующих факторов:

  • от природы и химического состава агрессивной среды;
  • агрегатного состояния (твердое, жидкое, газообразное);
  • химической концентрации и состава агрессивных веществ;
  • температуры и значений влажности окружающей среды;
  • скорости притока к поверхности изделий агрессивных веществ и устранения продуктов коррозии;
  • особенностей проектного состава бетона (проницаемости, теплопроводности и др.);
  • характера изделий и внутренней структуры материала (толщина защитного слоя, форма, наличие трещин, густота армирования и т.д.);
  • вида физического или термического воздействия на железобетон (замораживание, нагрев, механические нагрузки и пр.).

Классификация процессов коррозии в жидкой среде

В химических реакциях, приводящих к разрушению, участвует вода, цементный камень и заполнитель. Долговечность сооружений определяется периодом от начала эксплуатации объекта до ухудшения его эксплуатационных характеристик и началом разрушения.

Виды коррозии бетона и агрессивность воздействия жидкой среды подлежат классификации по общим признакам воздействия на конкретные конструкции.

Проведенные исследования и анализ поврежденных сооружений позволяют сделать заключение, что все действующие причины можно разделить на 3 вида:

  1. Составляющие цементного камня, под действием жидких реагентов, растворяются и выводятся из структуры бетона. Особенно активно эти процессы проистекают при фильтрации жидкости через толщу конструкции.
  2. Химические реакции обмена, протекающие между цементным камнем и агрессивной средой. В результате таких реакций происходит формирование продуктов распада со слабыми вяжущими свойствами, которые под действием жидкостей легко вымываются из структуры бетона.
  3. Третий вид разрушений вмещает в себя процессы образования кристаллических труднорастворимых соединений, под действием которых происходит расширение пористой структуры, что приводит к появлению трещин и последующему нарушению целостности всего сооружения.

Первый вид коррозии

Способность растворения продуктов процесса гидратации цемента в водной среде и вымывание их из структуры цементного камня значительно влияет на прочностные характеристики бетонных сооружений. Наиболее растворимым компонентом структуры цементного раствора, приготовленным на портландцементе, является известь. Поэтому, коррозия железобетона в этом случае определяется как процесс растворения гидроксида кальция.

Цементный раствор по своей структуре — это сложная неустойчивая система, состоящая из негидратированных зерен клинкера и продуктов гидратации цемента, находящихся в состоянии равновесия. Под действием воды это равновесие нарушается, и вся система переходит в новое устойчивое состояние, но с другими условиями взаимодействия.

Протекание процесса растворения (выщелачивания) компонентов можно разделить на два периода:

  • в процессе выщелачивания гидроксида кальция в раствор перемещается свободный Ca(OH)2;
  • в результате снижения количества CaO, образующего соединение с цементным камнем, происходит гидролиз (разрушение) остальных гидратов, устойчивое состояние которых возможно только в соединениях гидроксида кальция обусловленной концентрации (см. фото).

Способность гидроксида кальция растворяться даже в дистиллированной воде, отрицательно влияет на деструктивные процессы способствующие коррозии.

  • Наиболее благоприятная температура для развития процесса растворения гидроксида кальция — 20°С. При дальнейшем повышении температуры растворимость падает.
  • При продолжительном воздействии воды на цементный камень возможно полное удаление данного компонента из структуры бетона с полным разложением других гидратных составляющих — глинозема, оксида железа и кремнезема до аморфного рыхлого состояния.
  • Интенсивность процесса выщелачивания прямо пропорциональна плотности материала и количеству минеральных заполнителей, имеющих в своем составе гидроксид кальция.
  • Признаки поражений первого вида заметны на участках конструкций в виде подсыхающих пятен после воздействия воды.

Примечание: Растворенный в воде гидроксид кальция, в результате химических реакций, происходящих в структуре материала, карбонизируется и выделяется на поверхности конструкций в виде белого налета карбоната кальция.

Повреждения первого типа сравнительно широко распространены в подземных и гидротехнических сооружениях, подвергающихся временному или постоянному влиянию пресных вод. Снизить скорость разрушений первого вида помогают пуццолановые добавки (опоки, трасса, трепел и др.), связывающие соединения Ca(OH)2 и снижающие проницаемость бетона.

Помимо этого, для повышения устойчивости материалов к влиянию коррозии первого вида, необходимо проводить следующие мероприятия:

  • для изготовления коррозионностойких конструкций применять бетоны повышенной плотности;
  • проводить искусственную карбонизацию оснований;
  • применять пуццолановые или другие специальные цементы;
  • применять гидроизоляцию поверхностей;
  • обрабатывать готовые конструкции специальными пропитками.

Сопротивление материалов выщелачиванию позитивно сказывается и на способности изделий сопротивляться обменным реакциям, протекающим в структуре конструкций, в процессе коррозийного воздействия второго вида.

Читайте также:  Клей для бетона и металла, эпоксидный, полимерный, фуриловый

Второй тип коррозии

Ко второму виду разрушающих процессов, происходящих в жидкой среде, относятся химические реакции обмена между составляющими раствора и цементного камня. Полученные в результате реакции вещества, либо легко растворяются в воде и вымываются из структуры бетона фильтрационным потоком, либо выпадают в осадок в виде аморфных соединений, не обладающих вяжущими свойствами.

Данный вид коррозии возможен при агрессивном воздействии на покрытия химических соединений отдельных типов солей и кислотных растворов. Чем интенсивней будет происходить реакция замещения, и чем быстрее будут растворяться образовавшиеся продукты, тем короче и глубже процесс разрушения цементного камня.

Основные типы коррозии второго вида:

В сравнении с разрушениями первого вида, когда происходило постепенное растворение веществ, получаемых в результате гидролиза цемента, схема отрицательных воздействий второго вида несколько иная и проходит она в верхних слоях бетона, непосредственно соприкасающихся с агрессивной средой.

Новообразования на поверхности, полученные в результате реакций обмена и не обладающие достаточной плотностью и вяжущими свойствами смываются водой, обнажая тем самым следующий слой бетона и уже в этом слое начинают происходить реакции разрушения.

Этот слой также растворяется и удаляется. По этой схеме, и в такой последовательности протекают последующие этапы коррозии второго вида вплоть до полного разрушения конструкции.

Разрушение сооружений под действием углекислотных соединений

Что такое углекислотная коррозия, и какой механизм действия данного вида разрушений рассмотрим в этой главе.

Одним из наиболее часто встречающихся деструкций второго вида — это дефекты бетона, возникающие в результате действия углекислых вод. Углекислота в той или иной степени присутствует в составе любых природных жидкостей.

Причиной присутствия CO2 в природных водах являются биохимические процессы, происходящие как в самой жидкости, так и в грунте, с которым вода постоянно контактирует.

Выделение углекислого газа связано с микробиологическими процессами, протекающими при гниении остатков растительности на разной глубине залегания. Также выделение CO2 возможно в результате соединения карбонатных осадочных пород с протекающими грунтовыми водами.

Коррозия бетона: виды (сульфатная, биологическая), защита

КАЧЕСТВЕННО

БЫСТРО

SEO оптимизация

адаптивная верстка

Ремонт в регионах

  1. Главная
  2. Строительство
  3. Защита конструкций от коррозии
  4. Сульфатная и магнезиальная коррозия бетонов.

Сульфатная коррозия бетона состоит в том, что в жидкой фазе цемента всегда присутствуют и могут активно взаимодействовать с агрессивной средой ионы кальция (Са”) и гидроокисла (ОН’). Имеются и другие ионы, но они обычно подавляются большим количеством извести.

Действие катионов среды оказывается наиболее агрессивным в том случае, если они способны образовывать с ионами гидроокисла плохо растворимые или малодиссоциированные соединения, удаляемые из сферы реакции в осадок, воду или газ. Сюда относятся катионы металлов, образующие слабые основания (гидраты окислов магния, цинка, алюминия, железа, меди, аммония).

Образование этих соединений типа Mg(OH)2 и других приводит к резкому понижению щелочности в бетоне и далее к растворению твердой извести, а затем к гидролизу устойчивых до этого силикатов и алюминатов.

Действие катионов натрия, калия, кальция и бария незначительно.
Анионы, образующие нерастворимые кальциевые соли (СО3“; С2О4” ; PO4“; SiO3“;), будут уплотнять поры бетона и, следовательно, играть положительную роль.
Особое положение занимают сульфатные анионы (SO4“). При известной концентрации они могут образовать с ионами кальция двуводный гипс, а вместе с высокоосноными алюминатами и гидросульфо-алюминат:
Са” + SO4 + 2Н20 — CaS04 • 2Н20;
3CaS04 + ЗСаО • Аl2O3 + 31Н20 — СаО •Аl2O3 • 3CaS04 • 31Н20.

Особенностью этих реакций является то, что и гипс и гидросульфо-алюминат кристаллизуются с большим количеством воды при значительном увеличении объема.

Если такое образование происходит в порах уже сложившейся структуры цементного камня, то создаются большие внутренние напряжения, приводящие бетон в конструкциях к характерному растрескиванию или отслаиванию поверхностных слоев.

Гидросульфоалюминат кристаллизуется в виде характерных игл, что послужило поводом назвать его «цементной бациллой».

Описанные разрушения бывают не всегда. Если образование гидросульфоалюмината протекает еще до формирования структуры бетона в жидкой фазе или в растворе присутствуют в значительном количестве ионы хлора, усиливающие растворимость алюминатов и сульфоалюмината, опасных напряжений может не возникать. Этим объясняется относительно невысокая агрессивность к цементному бетону морской воды, в которой содержится большое количество сульфатов, но еще большее количество хлоридов.

Если анионы хлора присутствуют в воде совместно с катионами магния, то последние, образуя с известью Mg(OH)2 и СаСl2, понижают концентрацию извести, а вместе с этим создают возможность существования высокоосновных гидроалюминатов и образование сульфоалюминатов в опасной форме.

Наличие в растворе хлористого кальция приводит к образованию неопасных хлоралюминатов и плохо растворимых хлорокисей кальция. На этом основаны специальные приемы введения в бетон большого количества хлоридов. При этом сильно понижается точка замерзания воды, что позволяет работать с бетоном в зимнее время, а самый бетон уплотняется (получается так называемый «холодный» бетон). Однако одновременно с этим было установлено, что в таком бетоне ионы хлора усиливают коррозию арматуры и поэтому широкого применения, особенно в армированных конструкциях, «холодный» бетон не получил.

Сульфатная коррозия бетона может усиливаться в том случае, если одновременно с катионами кальция цемента будут связываться и анионы гидроксила:
Са” + 20Н’ – Са (ОН)2.
Поэтому наиболее опасными являются сернокислые соли, образованные слабыми основаниями, особенно сульфат аммония
Са (ОН)2 + (NH4)2 S04 = CaS04 • 2Н20 + NH3.

При увеличении концентрации растворимых сульфатов сульфо ллюминатная коррозия переходит в гипсовую. Степень агрессивности, а также и скорость разрушения цементного камня при этом сильно возрастают.

При наличии значительных концентраций катионов магния происходит обменная реакция с разрушением структурной гидроокиси кальция и образование гипса:
Са (ОН)2 + MgS04 + 2Н20 = Mg (ОН)2 + CaS04 • 2Н2О.

Рассмотрение механизма сульфатной коррозии бетона позволяет понять и практикуемые мероприятия по ее смягчению:

  • а) возможное уменьшение количества извести (например, использованием белитовых, пуццолановых или глиноземистых цементов);
  • б) уменьшение содержания высокоосновных алюминатов, что и практикуется в так называемых сульфатостойких портландцементах, где допустимый процент С3А снижается до 5% вместо обычно имеющегося содержания в 8—12%;
  • в) введение большого процента гипса в состав цемента при помоле — в этом случае гидросулвфоалюминаты образуются в жидкой фазе еще до формирования структуры.

Коррозия бетона: виды (сульфатная, биологическая), защита

Широкое распространение в природе сульфатных солей часто является причиной повышенной агрессивности воды, если учесть, что содержание сульфатных ионов может колебаться от 50 мг/л в воде реки до 4000-5000 мг/л в минерализованных природных водах. В сточных водах промышленных предприятий содержание сульфатных ионов может достигать 5000-10000 мг/л. Сульфатные ионы образуют с ионами кальция двуводный гипс, затем, реагируя с высокоосновными алюминатами, дают гидросульфоалюминаты кальция. Отличительным свойством этих новообразований является увеличение объема по сравнению с объемами исходных материалов в основном за счет присоединения кристаллизационной воды.

Наличие в растворе сульфатов натрия, кальция, магния, ионов S04 в концентрациях, превышающих 250 мг/л, вызывает повышенную растворимость составных частей цементного камня, что приводит к снижению прочности бетона или раствора.

В результате обменной реакции с замещением катионов сульфата ионами Са”, Nа”, Мg” возникает коррозия бетона II вида. При этом в водной среде, соприкасающейся с цементным камнем, происходит насыщение ее сернокислым кальцием.

При концентрации СаS04, превышающей 2000 мг/л, происходит образование кристаллов гипса СаS04-2Н20. Наличие в растворов других солей, например хлористого натрия, повышает растмость гипса и отодвигает начало образования кристаллов.

В свою очередь хлористый кальций снижает растворимость СаSO4 и приближает момент выпадания его в твердую фазу.

Образование двуводного гипса и гидросульфоалюмината в порах бетона, по мере разложения исходных минералов цементного камня, вызывает структурные напряжения и деформации, проявляющиеся в расслоении и растрескивании бетона, вызываемом увеличением его массы.

Образование кристаллов гипса происходит в местах повышенного содержания гидратов окиси кальция. Кроме гипса, в цементном камне образуется также гидросульфоалюминат, который кристаллизуется с 30-32 молекулами воды

Большое содержание кристаллизационной воды в составе гидросульфоалюмината кальция, которое приводит к значительному увеличению новообразований, является причиной интенсивного разрушения бетонной структуры.

Образование продуктов сульфатной коррозии идет за счет недиссоциированной гидроокиси кальция, которая имеет место при значении рН поровой жидкости, равном 11. Кристаллизация гипса идет за счет любой формы гидроокиси кальция при любом значении рН. Изменения в бетоне, вызываемые образованием гидросульфоалюмината, начинают происходить при контакте бетона со средой, содержащей 250 мг сульфат-иона. По мере увеличения концентрации сульфат-ионов интенсивность коррозионного процесса растет, вплоть до концентрации, соответствующей содержанию сульфат-иона в насыщенных растворах гипса, т. е. до 1500 мг/л.

Для того чтобы весь кальций, входящий в состав гидрата окиси кальция, перевести в гипс, необходимо, чтобы концентрация сульфата натрия была равной 3000, а сульфата магния – 2500 мг/л. Из этого вытекает, что без образования перенасыщенного раствора гипса его кристаллизация невозможна, поэтому концентрация сульфатов для образования в структуре цементного камня кристаллов гипса должна быть не менее 0,18%. При меньших концентрациях единственной твердой фазой новообразований будет гидросульфоалюминат.

Вопрос сульфатной коррозии чрезвычайно сложен. Наличие гипса и гидросульфоалюминатов в структуре цементного камня не может свидетельствовать о коррозионном процессе, поскольку и гипс и гидросульфоалюминат являются структурными элементами целого ряда цементов.

Существенно повысить сульфатную стойкость цементов можно путем снижения содержания в минералогическом составе цементного камня высокоосновных алюминатов. Например, в сульфатостойком цементе содержание СзА снижено до 5%, а в сульфатостойком шлакопортландцементе и пуццолановом цементе – до 8%. Повысить сульфатостойкость цемента можно путем добавления 10-20% тонкомолотого гранулированного шлака для портландцемента и 5-10% тонкомолотых трепела, опоки или диатомитов, а также 21-60% граншлака для сульфатостойкого шлакопортландцемента.

Для бетонов нормальной плотности и обычных портландцементов в условиях сильнофильтрующих грунтов при содержании в водной среде ионов хлора менее 1000 мг/л неагрессивной считается вода, содержащая менее 300 мг/л сульфатов в пересчете на ионы S04″ и среднеагрессивной – при содержании ионов сульфатов в пределах 401-500 мг/л.

Для сульфатостойких портландцементов содержание ионов сульфатов может быть увеличено в 10 раз, например, неагрессивной считается концентрация S”, равная 3000 мг/л. Портландцементы с умеренной экзотермией по сравнению с обычными не сульфатостойкими цементами допускают концентрацию сульфатов в 5 раз выше. Наличие испаряющих поверхностей конструкции, находящейся в сильнофильтрующих грунтах, приводит к разрушению бетона при содержании в воде хлоридов, сульфатов, нитратов и других солей, поэтому неагрессивной средой считается вода, содержащая солей менее 10 г/л и среднеагрессивной – 16-20 г/л.

Добавить комментарий