Железобетонные конструкции постоянно подвергаются воздействию внешней среды, которая провоцирует возникновение коррозии материала. В этой статье рассмотрим различия в типах коррозии и как они проявляются.
Итак, по характеру воздействия коррозия бывает химической, электрохимической и механической.
При химической коррозии происходит химическое взаимодействие между материалами конструкции и агрессивной средой, при этом не возникает электрический ток. Химическая коррозия может быть газовой и жидкой, в обеих отсутствуют электролиты.
При электрохимической коррозии коррозионные процессы протекают в водных растворах электролитов, во влажных газах, в расплавленных солях и щелочах. В материалах возникают электрические токи, в арматуре и закладных деталях одновременно протекают окислительный и восстановительный процессы.
Механическая коррозия (деструкция) возникает в материалах неорганического происхождения (цементный камень, растворная составляющая бетона, заполнитель) и вызывается напряжениями внутри материала, достигающими предела его прочности на растяжение. Внутренние напряжения в пористой структуре материала возникают вследствие разных причин, среди которых кристаллизация солей, отложение продуктов коррозии, давление льда при замерзании воды в порах и капиллярах. В бетоне между заполнителем и цементным камнем возникают внутренние напряжения при резких сменах температур в результате разных коэффициентов линейно-температурного расширения.
Различаются три вида коррозии:
- Коррозия I вида
На поверхности бетона в месте испарения или фильтрации свободной воды возникает налёт.
Коррозия вызывается фильтрацией мягкой воды сквозь толщину бетона и вымыванием из него гидрата окиси кальция: Ca(OH)2 (гашёная известь) и CaO (негашёная известь). В связи с этим происходит разрушение и других компонентов цементного камня: гидросиликатов, гидроалюминатов, гидроферритов, так как их стабильное существование возможно лишь в растворах Ca(OH)2 определённой концентрации. Описанный процесс называется выщелачиванием цементного камня. Выщелачивание из бетона 16 % извести приводит к снижению его прочности примерно на 20 %, при 30 %-ном выщелачивании прочность снижается уже на 50 %. При 40-50 %-ной потере извести бетон теряет свою прочность.
Коррозии I вида особо подвержены бетоны на портландцементе. Стойкими оказываются бетоны на пуццолановом портландцементе и шлакопортландцементе с гидравлическими добавками.
- Коррозия II вида
При коррозии II вида происходит химическое разрушение компонентов бетона (цементного камня и заполнителей) под воздействием кислот и щелочей.
Кислотная коррозия цементного камня происходит из-за взаимодействия гидрата окиси кальция с соляной, серной, азотной кислотами, в результате чего Ca(OH)2 разрушается.
При фильтрации кислотных растворов через толщу бетона продукты разрушения вымываются, его структура делается пористой, и конструкция утрачивает несущую способность.
При концентрации растворов кислот выше 0,0001N, практически все цементные бетоны, за исключением кислотоупорных, быстро разрушаются. Более стойкими оказываются бетоны плотной структуры на портландцементе.
Стойкость бетонов в кислотной среде также зависит от вида заполнителей. Менее подвержены разрушению заполнители силикатных пород (гранит, сиенит, базальт, песчаник, кварцит).
Щелочная коррозия цементного камня происходит при высокой концентрации щелочей и положительной температуре среды. В этих условиях растворяются составляющие цементного клинкера (кремнезём и полуторные окислы), что и вызывает разрушение бетона. Менее подвержены коррозии бетоны на портландцементе и заполнителях карбонатных пород.
Коррозию II вида вызывают свободные органические кислоты (например, уксусная, молочная), растворяющие кальций; сульфаты, способствующие образованию сульфоалюмината кальция или гипса; соли магния, снижающие прочность соединений, содержащих известь; соли аммония, разрушающе действующие на композиты, содержащие известь.
Также вредными для бетона являются растительные и животные жиры и масла, так как они, превращая известь в мягкие соли жирных кислот, разрушают цементный камень.
- Коррозии III вида
При коррозии III вида происходит разрушение структуры бетона продуктами кристаллообразования солей, накапливающихся в порах и капиллярах.
Кристаллизация солей может возникать при химическом взаимодействии агрессивной среды с компонентами камня или проникновением извне соляных растворов.
В этих случаях кристаллы соли выпадают в осадок, кальматируя (заполняя) пустоты в бетоне. На начальном этапе это ведёт к уплотнению бетона и повышению его прочности. Однако в последующем продукты кристаллизации настолько увеличиваются в объёме, что начинают рвать структурные связи, приводя к интенсивному трещинообразованию и разрушению бетона.
Определяющим фактором кристаллизационной коррозии является наличие в водных растворах сульфатов кальция, магния, натрия, способных при взаимодействии с трёхкальциевым гидроалюминатом цемента образовывать кристаллы. Стойкими к коррозии III вида можно отнести бетоны, в которых использованы цементы с низким содержанием трёхкальциевого алюмината (в портландцементе – до 5 %, в пуццолановом и шлакопортландцементе – до 7 %).
Бетонные конструкции, незащищённые от атмосферных воздействий (козырьки, балконы, лоджии), периодически замораживаются и оттаивают. Разрушающих факторов при замораживании бетона в водонасыщенном состоянии несколько: кристаллизационное давление льда; гидравлическое давление воды, возникающее в капиллярах вследствие отжатия её из зоны замерзания; различие в коэффициентах линейного расширения льда и скелета материала и т.д.
При замораживании бетон постепенно разрушается из-за накопления дефектов, образующихся во время отдельных циклов. Скорость разрушения зависит от степени водонасыщения бетона, пористости цементного камня, вида заполнителя. Более морозостойкими являются бетоны плотной структуры с низким коэффициентом водопоглощения.
Коррозия арматуры железобетона и её виды
Арматура в бетоне воспринимает растягивающее напряжение от внешней нагрузки, обеспечивая прочность конструкции, поэтому коррозия арматуры недопустима.
Под влиянием щелочной среды цементного бетона (pH = 12,5-12,6) стальная арматура пассивируется, т.е. защищается от окисления. Однако щелочность защитного слоя бетона в результате воздействия воды и содержащихся в воздухе двуокисей углерода CO2 и серы SO2 постепенно снижается, и, если она оказывается ниже значений pH = 9,5, то в арматуре начинаются окислительные процессы.
Углекислота реагируя с окисью кальция, содержащейся в бетоне, образует карбонат кальция и остаточную воду. Это реакция протекает в течение нескольких лет, понижаю величину pH в защитном слое бетона на 2,5-4 ед.
Серная кислота, реагируя с окисью кальция, образует гипс и остаточную воду. В результате этой реакции величина pH дополнительно может снижаться на 1-3 ед., достигая величины pH = 6-7.
Скорость окисления арматуры зависит в первую очередь от толщины защитного слоя бетона и степени агрессивности среды.
Коррозия арматуры может быть вызвана разными неблагоприятными факторами, обусловливающими химическое и электрохимическое воздействие. К ним относятся растворы кислот, щелочей, солей, влажные газы, природные и промышленные воды, а также блуждающие токи.
На сайт НОАТЕК https://noatech.pro/
2 июл в 10:04