Виды коррозии бетона москвин
Обновлено: 31.05.2024
Виды коррозии бетона
Этот вид коррозии сопровождается растворением составных частей цементного камня, в первую очередь, гидроксида кальция под действием проточной воды. Хотя растворимость Ca(OH)2 в воде невелика (1,7 г/л при 15°С), но под действием проточной воды из цементного камня может вымыться большое количество Ca(OH)2. в связи с этим цементный камень становится пористым, теряет связанность и часть прочности. Если бетон плотный и не имеет пустот и трещин, то коррозия его может протекать только с поверхности; если же бетон пористый и вода проходит сквозь него под напором, то процесс протекает очень интенсивно. Наиболее сильное растворяющее действие на гидроксид кальция оказывает чистая дистиллированная вода (на заводах) и мягкая природная (дождевая) вода. Однако растворению Ca(OH)2 препятствует защитный верхний слой из карбоната кальция, образующегося на поверхности твердеющего бетона по реакции:
Эта реакция называется реакцией карбонизации. Растворимость карбоната кальция в чистой воде приблизительно в 100 раз меньше, чем гидроксида кальция. Поэтому верхний слой из карбоната кальция, хотя и очень тонкий – несколько микрометров, защищает цементный камень от вымывания Ca(OH)2 из бетона. Поэтому при строительстве морских сооружений из бетонных блоков последние обязательно выдерживают 2-3 месяца на берегу перед опусканием их в водоем.
3.2. Коррозия бетона второго вида
Этот вид коррозии происходит в результате реакций обмена между кислотами или солями, растворенными в воде, и составними частями цементного камня. В результате такого взаимодействия образуются вещества, которые легко растворяются в воде и вымываются ею из бетона. Это также способствует понижению прочности и разрушению бетона, т.е. его коррозии.
Гидрокарбонат кальция Ca(НСO3)2 обладает значительной растворимостью в воде и вымывается из бетона. Лишенный защитного карбонатного слоя бетон быстро разрушается.
Сточные воды могут содержать различные неорганические кислоты, разрушающе действующие на бетон, например:
Образующийся хлорид кальция CaCl2 легко растворим в воде и ею вымывается из бетона.
Аналогично разрушают бетон и аммонийные соли, входящие в состав многих удобрений. Например, нитрат аммония, подвергаясь во влажной среде гидролизу по схеме
образует кислоту HNO3 . Азотная кислота также, как и соляная растворяет СаСО3 и взаимодействуя с Ca(OН)2 бетона, вымывает его.
Особенно опасны для бетонов растворы солей магния т.к. он реагируют не только с карбонатом и гидроксидом кальция, но и с основной составляющей затвердевшего цемента в бетоне – двухкальциевым гидросиликатом 2СаО · SiO2 · nH2O.
Вышеназванные процессы протекают по следущим реакциям:
Образующийся в реакциях (8) и (9) гидроксид магния Mg(OH)2 хотя и труднорастворим, но связанностью не обладает, поэтому тоже вымывается из бетона водой. Все эти процессы способствуют понижению прочности и разрушению бетона. Соли магния содержатся в морской воде, поэтому она особенно агрессивна по отношению к бетону.
шпоры гос / Новая папка / Контроль качества
На железобетонные конструкции зданий и сооружений в процессе их эксплуатации одновременно с силовыми нагрузками разрушающе действуют разнообразные внешние факторы - химические и физические. Соответственно различают химическую и физическую коррозии. Под химической коррозией понимают процесс разрушения бетона в результате химического взаимодействия агрессивных веществ в жидком, твердом и газообразном состоянии с составляющими цементного камня и заполнителем.
Физическая коррозия бетона и железобетона вызывается сменой отрицательных и положительных температур, попеременным увлажнением и высыханием, сопровождающимися деформациями усадки и набухания, отложением солей в порах цементного камня, приводящими к развитию кристаллизационного движения.
На основании результатов изучения кристаллизационных процессов и характера разрушения эксплуатируемых конструкций различают следующие основные виды коррозии (Кинд. В.А.):
1) коррозию выщелачивания, происходящую вследствие растворения гидрата окиси кальция в цементном камне и выноса ее из него;
2) общекислотную коррозию - в результате действия кислот при РН менее 7;
3) углекислую, вызываемую действием на бетон углекислоты;
4) сульфатную, которая подразделяется на три вида: сульфоалюминатную - вызываемую действием сульфат -ионов более 1000 гм/л; гипсовую - под действием воды с большим содержанием Na2S04 или К2S()2;
5) магнезиальную коррозию, которая также подразделяется соответственно на магнезиальную, вызываемую действием ионов магния при отсутствии в воде ионов сульфата, и магнезиально-гипсовую или сульфатно-магнезиальную, происходящую при совместном воздействии на бетон ионов магния и сульфата.
Все эти виды коррозии могут протекать под действием природных, промышленных и бытовых сточных вод. Степень агрессивности этих вод и других агрессивных факторов (газообразные и твердые вещества) приведена в нормах СНиП. Из большого числа разнообразных процессов коррозии В.М. Москвин выделил три основных вида.
К коррозии первого вида принято относить процессы коррозии бетона под действием вод с малой временной жесткостью, возникающей в результате растворения составных частей цементного камня и выноса их протекающей водой.
Под коррозией второго вида понимают процессы коррозии, развивающиеся в бетоне в результате обменных реакций между составными частями цементного камня и химическими веществами, содержащимися в воде.
Коррозия третьего вида объединяет процессы разрушения цементного камня в результате отложения и кристаллизации в порах и пустотах бетона малорастворимых солей, кристаллизация которых вызывает возникновение усилий, приводящих к разрушению структуры бетона.
Коррозия первого вида
Причиной коррозии бетона в пресной воде является растворимость отдельных компонентов цементного камня. Наиболее растворимым компонентом является гидрооксид кальция, образующийся при гидролизе C3S.
Этот вид коррозии особенно прогрессирует в условиях воздействия проточной воды, фильтрующейся через тело бетона. В общем случае скорость коррозии I вида прямо пропорциональна скорости течения воды, при этом вначале происходит разрушение многоосновных гидросиликатов, а затем и малоосновных.
Для борьбы с коррозией I вида в цемент вводят активные гидравлические добавки, которые связывают Са(ОН)2 в малорастворимый гидросиликат кальция. Вследствие этого количество свободного Са(ОН)2 резко уменьшается и значительно снижается скорость коррозии. Одновременно гидравлические добавки повышают плотность бетона, снижая его водонепроницаемость. Снижение водонепроницаемости можно достичь также за счет более интенсивного уплотнения бетонной смеси, позволяющего сформировать более плотную структуру бетона.
Коррозия второго вида
Коррозия второго вида происходит в результате взаимодействия составных частей цементного камня с кислотами и солями, находящимися в окружающей бетон среде. В результате обменных реакций образуются продукты в виде аморфной массы, которые растворяются и выносятся из тела бетона. Это приводит к увеличению пористости и снижению прочности цементного
камня и дальнейшей активизации процесса коррозии до полного разрушения бетона.
Обменные реакции чаще всего протекают в бетоне под действием сернокислых и хлористых солей по следующей схеме:
Са(ОН)2 + MgS04 + 2Н 20 = CaS04.2H 20 + Mg(OH)2 Са(ОН)2 + MgCI2 = CaCI2 + Mg(OH)2.
Образующееся труднорастворимое аморфное вещество - Mg(OH)2 либо выпадает в осадок на месте образования, либо выщелачивается из цементного камня. Образовавшийся на первой стадии двуводный гипс реагирует затем с трехкальциевым алюминатом, образуя гидросульфоалюминат кальция (коррозия III вида).
Эффективными средствами защиты бетона от коррозии второго вида служат применение цементов определенного состава (белитовые), введение гидравлической добавки для связывания Са (ОН)2 и перевода С3А.nН20 в менее основный СА(гидроалюминатСа), а также получение плотных бетонов.
Коррозия бетона третьего вида
При действии на бетон минерализованных вод в его порах и капиллярах накапливаются кристаллы солей, а также продукты реакции, образующиеся при взаимодействии воды- среды с цементным камнем. В результате увеличения числа кристаллов возникают значительные растягивающие усилия в стенках пор и капилляров, и под влиянием этих усилий стенки разрушаются.
Такие изменения цементного камня вызывают воды, содержащие сульфаты в виде растворенного сернокислого кальция и другие сульфаты. Гипс, выделяющийся из раствора, откладывается в порах цементного камня. При наличии в воде других солей сульфатов гипс образуется при взаимодействии этих солей с Са(ОН)2. Гипсовая коррозия начинается при концентрации S04 свыше 1000 мг/ л. Предельно допустимая концентрация SO4 для портландцемента - 250 мг/ л независимо от состава находящейся в воде сернокислой соли.
Кроме того, между сульфатами и трехкальциевым алюминатом происходит реакция образования труднорастворимого гидросульфоалюмината кальция (ГСАК):
ЗСаО*Аl203+3CaS04+31H20 = ЗСаО*АL2 О 3*CaSO4*31Н 20.
Объем ГСАК примерно в 2,5 раза больше, чем сумма объемов исходных компонентов, вследствие чего цементный камень разрушается. Механизм коррозии 3 вида имеет сложную зависимость. В начале процесса происходит отложение гипса в порах и образование гидросульфатов приводит к уплотнению бетона. Продолжительность такого периода может колебаться от нескольких месяцев до нескольких лет. Скорость коррозии 3 вида зависит от минералогического состава клинкера и от микро- и макроструктуры цементного камня. В качестве мер борьбы с коррозией 3 вида применяют портландцементы с высоким содержанием C3Sи низким содержанием С3А (сульфатостойкого портландцемента), повышение плотности бетона за счет снижения водоцементного отношения и интенсификации уплотнения, защиту поверхности битумными красками, фенолформальдегидными смолами и др.
5. Условия возникновения коррозии арматуры в бетоне и способы ее предотвращения.
Коррозия арматуры в бетоне является частным случаем многообразного явления коррозии металлов. Под понятием коррозии металлов подразумевается процесс постепенного разрушения их поверхности в результате химического или электрохимического взаимодействия металла с окружающей средой. Чисто химическое взаимодействие металлов со средой встречается несравненно реже, чем электрохимическое.
Электрохимическая коррозия, или коррозия в электролитах, является результатом работы множества микроскопических короткозамкнутых гальванических элементов, возникающих на поверхности металла при контакте с электролитом. Их возникновение обусловлено неоднородностью металла или окружающей среды. Разность потенциалов на поверхности стальной арматуры в бетоне обусловлена тем, что отдельные микроучастки стали имеют разные структурные характеристики, связанные с характером окисных пленок, точек соприкосновения как с жидкой фазой, так и с продуктами гидратации цемента, зернами мелкого и крупного заполнителей. Таким образом, электрохимическая коррозия предполагает наличие электрического тока, который возникает в процессе коррозии и не нуждается во внешней причине. При наличии внешней причины, например, в виде блуждающих токов, коррозия еще более усиливается.
Пассивирующее действие бетона на сталь
Коррозия стали в бетоне является результатом электрохимического процесса, при котором на анодных участках железо переходит в раствор и превращается в ржавчину. Необходимые для этого процесса гидроксил-ионы образуются на катоде из кислорода и воды. Стальная арматура в плотном и некарбонизованном бетоне без трещин надежно защищена от коррозии. Это обусловлено высокой щелочностью рН поровой влаги, которая находится в пределах 12,5-13,5 в зависимости от вида и количества цемента, вида и количества добавок. Высокая щелочность бетона вызвана, как известно, процессами гидролиза и гидратации силикатных фаз цемента с образованием Са(ОН)2 . При наличии в цементе щелочных солей калия и натрия, они в процессе гидратациицемента превращаются в гидроксиды - КОН или NaOH, которые повышают рН среды бетона до 13,5. При столь высоком значении рН среды в присутствии кислорода на поверхности стали образуется микроскопически топкий слой гидроксида двухвалентного железа, который предохраняет сталь от анодного растворения. При снижении рН среды ниже 12 гидроксид двухвалентногожелеза переходит в гидроксид трехвалентного железа пo схеме:
Fе (OH) 2 + 02+Н20 <=> 2Fe (ОН)3.
При этомобъем образующегося гидроксида более, чем в 2 раза превышает сумму объемовисходных компонентов, что приводит к нарушению оцепления арматурыс бетоном. В результате несущая способность конструкций понижается.
Электрокоррозия. Условия ее возникновения и предотвращения
Длительная практика эксплуатации железобетонных конструкций в поле действия блуждающих токов показала, что в анодных зонах стали идет интенсивный процесс коррозии с разрушением бетонного покрытия. Источником разрушения являются токи постоянной величины. Коррозия стали в бетоне под действием токов постоянной величины описывается теорией механических напряжений. Согласно этой теории, при прохождении постоянного тока через арматуру последняя подвергается коррозии, в результате чего образующиеся продукты коррозии приводят к возникновению внутренних растягивающих напряжений, что неизбежно ведет к разрушению бетона. Для защиты железобетонных конструкций от электрокоррозии используют метод протекторной защиты. Суть способа состоит в наложении на арматуру внешнего защитного потенциала, при котором она попадает в зону пассивного состояния диаграммы Пурбэ, то есть когда железо неионизируется (не растворяется) в любых агрессивных средах. Величина защитного потенциала принимается в пределах 0.85-1,1В по отношению к медно -сульфатному электроду, а плотность тока около –
Основные способы защиты арматуры в бетоне от коррозии
Скорость электрохимической коррозии стальной арматуры зависит от многих факторов, важнейшими из которых являются величина рН среды бетона, толщина и плотность защитного слоя, наличие и характер трещин, температура и химический состав окружающей среды. Поэтому для обеспечении долговечности железобетона следует применять такие способы и приемы, которые бы обеспечили сохранность стальной арматуры. В частности, дня повышения плотности защитного слоя бетона следует применять пластифицирующие добавки, для поддержания высокого значения рН среды бетона - чистоклинкерный портландцемент или портландцемент с минимальным содержанием минеральных добавок, для повышения трещиностойкости бетона наряду с химическими добавками следует стремиться к минимальному удельному расходу
цемента, мягким режимам тепловой обработки. Для повышения защитных свойств бетона по отношению к стальной арматуре вводят в бетонную смесь специальные добавки - ингибиторы или пассиваторы коррозии. К ним относятся нитриты, нитраты, хроматы, бихроматы, фосфаты, силикаты, бораты натрия или калия в количествах 0,5-3,0% от массы цемента. Сущность механизма действия пассиваторов заключается в образовании на поверхности металла защитных пленок из оксидов или нерастворимых солей. Такими свойствами обладают нитриты, фосфаты, силикаты, хроматы, бихроматы и некоторые другие соединения. Следует, однако, заметить, что некоторые из перечисленных соединений, действуя в основном на анодный процесс, сокращают площадь анодных участков и в случае малой концентрации способствуют локализации коррозионного процесса в отдельных точках -питтингах. Следовательно, добавки - пассиваторы не всегда обеспечивают надежную защиту стали от коррозии.
Добавки-ингибиторы обеспечивают надежную защиту стали от коррозии, особенно в бетоне с пониженной щелочностью среды. Они образуют на поверхности стали пленки с физической адсорбцией. К таким добавкам относятся амины, фосфорорганические соединения, ряд ПАВ катионактивного действия. Наибольшую эффективность защиты арматуры в бетоне обеспечивают комплексные добавки.
23. Первый вид коррозии цементного камня (по Москвину)
Возведенные с применением портландцемента бетонные сооружения могут подвергнуться разрушению (коррозии) под действием природных вод и «агрессивных жидкостей. Разрушение обычно начинается с цементного камня, как наиболее подверженного коррозии. Исследования советских ученых А.А. Байкова, В.А. Кинда, В.Н. Юнга, В.Н. Москвина и других позволили установить сущность процессов коррозии цементного камня и рекомендовать методы борьбы с ней.
В.H Москвин разделяет коррозионные процессы, возникающие в цементных бетонах, на три основные вида.
Коррозия первого вида возникает при действии на цементный камень бетона Проточных пресных вод (с малой временной жесткостью). Эти воды растворяют и вымывают гидроксид кальция, выделяющийся при гидролизе трехкальциевого силиката. В результате такого выщелачивающего действия воды повышается пористость цементного камня и снижается его прочность, что в свою очередь приводит к постепенному разрушению бетона.
Главным средством борьбы с выщелачиванием является введение в цемент активных минеральных добавок и применение плотного бетона. Положительно сказывается выдерживание на воздухе 2-3 месяца бетонных свай, блоков и других элементов с целью образования на их поверхности защитного слоя из малорастворимого СаСО3 (Са(ОН)2 + СО2 -> СаСО3).
24 Второй вид коррозии цементного камня
Коррозия второго вида может происходить при действии на цементный камень бетона минерализованных вод, содержащих химические соединения, которые вступают в обменные реакции с составляющими цементного камня. Образующиеся при этом продукты реакции либо легко растворяются и уносятся водой, либо выделяются в виде амфорной массы, не обладающей связующими свойствами.
Основной комплекс мер защиты цементного камня от коррозии:
1.повышение плотности цементного камня;
2.выбор специальных вяжущих;
3.введение добавок, изменяющих структуру цементного камня, уменьшающих водопотребность и т.д.;
4.обработка поверхностного слоя (флюатирование, гидрофобизация, силикатизация и т.д.), а также инъекция растворов в толщу конструкции (цементация, битумизация, смолизация, силикатизация и т.д.);
5.защита поверхности от агрессивной среды при помощи окраски, оклейки, оштукатуривания различными гидроизоляционными материалами, а также торкретированием и облицовкой керамикой или металлом.
25 Третий вид коррозии
Коррозия третьего вида характеризуется прониканием в цементный камень растворов солей, которые при взаимодействии с составляющими кристаллического каркаса образуют соединения, кристаллизующиеся в порах, трещинах и капиллярах бетонного монолита, вызывая внутренние напряжения, приводящие к его разрушению.
Меры борьбы: 1) правильный выбор цемента, 2) изготовление особо плотного бетона, 3) применение защитных покрытий.
26. Заполнители для бетонов. Показатели их качества
Бетоном называют искусственный каменный материал, получаемый в результате расширения рационально подобранной, тщательно перемешанной и уплотненной смеси минерального вяжущего вещества, воды, заполнителей и в необходимых случаях специальных добавок. Смесь указанных компонентов до начала ее затвердевания называют бетонной смесью.
Вяжущее вещество и вода - активные составляющие бетона, которые в смеси обволакивают тонким слоем зерна заполнителя. Со временем вяжущее вещество затвердевает и связывает их, превращая бетонную смесь в прочный монолитный камень - бетон.
Заполнители (песок, щебень или гравий) занимают до 80 - 85 % объема бетона и образуют его жесткий скелет препятствующий усадке. Применяя заполнители с различными свойствами, можно получать бетоны с разнообразными физико-механическими показателями, например, легкие, жароупорные и пр.
Песок. В качестве мелкого заполнителя для тяжелого бетона используют природный песок крупностью от 0,14 до 5мм.
Природные пески разделяются наречные, морские и горные (овражные). Речные и морские пески имеют округлую форму зерен; горные содержат остроугольные зерна, что обеспечивает их лучшее сцепление с бетоном. Однако горные пески обычно больше загрязнены вредными примесями, чем речные и морские.
Искусственные пески получают дроблением твердых и плотных горных пород, а также отвальных металлургических шлаков. Дробленые пески имеют высокую стоимость, и поэтому, их применяют для обогащения мелкого природного песка в бетоне.
По зерновому составу пески делят на крупные, средние, мелкие и очень мелкие В песке для бетонов и растворов не допускается наличие зерен размером более 10 мм, а зерен размером 5-10 мм не должно быть более 5 % по массе. Количество мелких частиц, прошедших через сито с отверстиями 0,14 мм, не должно превышать 10%.
Крупный заполнитель: для тяжелого бетона это гравии или щебень.
Гравий - рыхлая смесь зерен округлой формы размером 5-70 мм, образовавшихся в результате естественного разрушения (выветривания) твердых , горных пород. Гравий может быть горным (овражным), речным и морским. Горный гравий имеет шероховатую поверхность и содержит обычно примеси песка, глины, пыли и органических веществ. Речной и морской гравий чище горного, но зато с гладкой поверхностью, что ухудшает сцепление с цементно-песчаным раствором. Для улучшения сцепления его можно дробить на щебень.
Щебень - рыхлая смесь, получаемая дроблением больших кусков различных твердых горных пород, а также кирпичного боя, шлаков и др. Полученную смесь зерен различных размеров (5 - 70 мм) подвергают рассеву на отдельные фракции. В зависимости от размера зерен гравий и щебень подразделяют на фракции 5-10, 10 - 20, 20 - 40 и 40 –70мм. В каждой фракции гравия или щебня должны быть зерна всех размеров - от наибольшего до наименьшего для данной фракции.
Для приготовления бетона более экономичен предельно крупный гравий или щебень, так как при этом снижается расход цемента. Но наибольший размер зерен крупного заполнителя должен быть не более 1/3 наименьшего размера бетонируемой конструкции или не более 3/4 наименьшего расстояния между стержнями арматуры. При бетонировании плит допускается применение до 50 % зерен крупного заполнителя наибольшей крупности, равной половине толщины плиты. Содержание зерен крупнее установленного наибольшего размера допускается не более 5% по массе гравия или щебня.
Для тяжелых бетонов следует применять щебень, получаемый из горных пород, имеющих прочность в 1,5 - 2 раза выше заданной марки бетона. Содержание в щебне зерен слабых, выветрившихся пород не должно превышать 10%по массе. Проверяется также морозостойкость гравия и щебня. Окончательно пригодность гравия или щебня для бетона требуемой марки устанавливают по результатам испытания бетона на данном заполнителе.
Общим для всех заполнителей требованием является однородность, т. е. постоянство свойств и показателей качества заполнителей от пробы к пробе
Химическая коррозия бетона
При эксплуатации инженерных сооружений в жидких и газовых средах бетон может подвергаться химической коррозии. Коррозия в газообразной среде протекает обычно при наличии влаги и так же, как в воде.
В соответствии с классификацией, предложенной В.М. Москвиным, химическую коррозию цементного бетона разделяют на три вида. В чистом виде она встречается редко. Чаще совмещаются два вида коррозии.
Коррозия первого вида происходит в результате растворения составляющих цементного камня водами с малой временной жесткостью. Эта вода горных рек, дождевая, болотная, конденсат. Уменьшает агрессивность воды содержание в ней Ca(HCO3)2 и Mg(HCO3)2. И только вода с бикарбонатной щелочью менее 1,4–0,7 мг экв/л является агрессивной. Разрушение цементного камня начинается вымыванием Са(ОН)2, растворимость которой составляет 1,2 г/л в расчете на СаО, а затем идет разрушение клинкерных минералов. Выщелачивание 15–30% СаО из цементного камня приводит к уменьшению прочности на 40–50%.
Стойкость бетона можно повысить применением более плотных бетонов, пуццолановых портландцементов и шлакопортландцементов. Добавки в цементах связывают известь в нерастворимые соединения. При выдерживании изделий на воздухе в результате взаимодействия Са(ОН)2 с СО2 на поверхности бетона образуется малорастворимый карбонат кальция СаСО3, который не выщелачивается водой.
Коррозия второго вида происходит в результате взаимодействия составляющих цементного камня с кислотами и некоторыми солями. При обменных реакциях образуются не имеющие прочности легкорастворимые соединения. К этому виду коррозии относят углекислотную, общекислотную, магнезиальную.
Углекислотная коррозия. Углекислый газ СО2, находящийся в воздухе, растворяется в воде, образуя угольную кислоту H2CO3. При наличии в воде достаточного количества карбоната кальция СаСО, чтобы нейтрализовать угольную кислоту, Н2СО3 и СаСО3 должны находиться в равновесном состоянии: СаСО3 + Н2СО3 « Са(НСО3)2. Эта угольная кислота не является агрессивной по отношению к цементному камню. Если количество углекислоты больше, чем равновесное, она становится агрессивной и способна разрушить цементный камень по реакциям:
Са(ОН)2 + H2CO3 = CaCO3 + 2H2O;
CaCO3 + H2CO3 = Ca(HCO3)2.
Гидрокарбонат кальция легко растворяется и вымывается водой.
Углекислотная коррозияпроисходит в результате действия растворов неорганических и органических кислот при их рН < 7. Не входят сюда кремнефтористо-водородная и поликремниевые кислоты. Кислоты содержатся в сточных, болотных водах; в выбросах промышленных предприятий может быть сернистый газ, хлор и другие, образующие с водой кислоты. Кислоты взаимодействуют с гидроксидом кальция, в результате чего получаются бессвязные кальциевые соли, легко вымываемые водой. Например, при действии соляной кислоты НС1 на цементный камень получается растворимый хлорид кальция:
Са(ОН)2 + 2НСl = СаСl2 + 2Н2О.
Органические кислоты — азотная, уксусная, молочная, винная, олеиновая, гуминовая, фульвовая и другие — также разрушают цементный камень.
Магнезиальная коррозия. Чисто магнезиальная коррозия происходит при действии магнезиальных солей, кроме MgSO4. Например, в морской воде содержится хлорид магния MgCI2, который взаимодействует с цементным камнем по реакции:
Са(ОН)2 + MgCl2 = СаСl2 + Мg(ОН)2.
Образуется растворимый хлорид кальция и бессвязный гидроксид магния. Коррозия становится заметной при содержании в воде MgCl2 более 1,5–2%.
Для защиты от коррозии второго вида следует применять плотные бетоны, делать пропитку бетона эпоксидными, полиэфирными и другими смолами, устраивать защитные покрытия.
Коррозия третьего вида возникает при действии на цементный камень веществ, способных образовывать кристаллические соединения увеличенного объема. Они оказывают давление на стенки пор и разрушают цементный камень. Коррозия происходит при действии вод, содержащих сульфат кальция CaSO4, сульфат натрия Na2SO4 и др. Nа2SO4 вначале реагирует с Ca(OH)2 по схеме Ca(OH)2 + Na2SO4 « CaSO4 + 2NaOH, а затем CaSO4 с минералом C3A. Сульфат кальция CaSO4 сразу реагирует с минералом C3A:
3CaO хAl2O3 х6H2O + CaSO4 + (25–26)H2O = 3CaO хAl2O3 хCaSO4 х(31–32)H2O.
В результате взаимодействия образуется кристаллический трехсульфатный гидроалюминат (этрингит) с объемом в 2,8 раза большим объема исходных веществ.
Для предотвращения этого вида коррозии применяют глиноземистый цемент, сульфатостойкие портландцемента и бетоны повышенной плотности.
Сульфатно-магнезиальная коррозия возникает при действии на цементный камень сульфата магния MgSO4. Реакция идет по схеме: Са(ОН)2 + MgSO4 + 2H2О = CaSO4 х2H2O + Мg(ОН)2. Образуется рыхлая масса Мg(ОН)2 и кристаллы CaSO4 х2H2O, которые растворяются в воде. Влияние на цемент сказывается при концентрации МgSO4 более 0,5–0,75%. Происходит совмещение двух видов коррозии — магнезиальной и сульфатной.
Свойства бетона
Качество затвердевшего бетона характеризуют следующие его свойства: прочность при сжатии, растяжении, растяжении при изгибе, срезе и смятии, усадка и набухание, водонепроницаемость, морозостойкость, тепловыделение, теплоемкость, акустические свойства, коррозионная стойкость и др.
Химическая коррозия бетона
Коррозия бетона разделяется на 3 вида по Москвину Б.Н.
К коррозии I вида относятся процессы протекающие в бетоне под действием водной среды с малой временной жесткостью при этом некоторые составляющие цементного камня растворяются и выносятся из бетона при фильтрации.
К коррозии II вида относятся процессы развивающиеся в бетоне под действием вод, содержащих химические вещества, вступающие во взаимодействие с цементным камнем бетона. При этом образуются либо легкорастворимые соединения, либо непрочные аморфные массы ( ).
К коррозии III вида относятся процессы вызываемые обменными реакциями, составляющими цементного камня дающих продукты, которые кристаллизуются в порах бетона, разрушая его впоследствии.
Процессы коррозии бетона подразделяются на следующие виды:
2.Кислотная коррозия, при которой рН<7.
3.Углекислотная коррозия, которая возникает при наличии в воде углекислоты выше оптимального значения.
4.Сульфатная коррозия, которая разделяется на 3 подгруппы:
сульфоалюминатная коррозия, которая возникает при содержании ионов – 1000 мг/л.
сульфоалюминатногипсовая коррозия, которая возникает при содержании ионов мг/л.
гипсовая коррозия, при действии вод большого содержания или .
собственно магнезиальная, которая вызывается отсутствием в воде ионов .
сульфатномагнезиальная коррозия при совместном действии катионов Mg и ионов .
Коррозия выщелачивания (1-го вида)
Происходит при действии сточных мягких вод (грунтовых, речных). Содержание через 1 – 3 месяца после твердения бетона достигает 10 – 15 % в пересчете на свободный оксид СаО. Растворимость составляет 1,3 мг/л. При содержании свободного гидроксида кальция менее 1,1 г/л начинаю разлагаться гидроксиды кальция. При дальнейшем снижении концентрации до 1,08 г/л начинает разлагаться гидроалюминат кальция ( ). При дальнейшем снижении начинают разлагаться и др. новообразования и в последнюю очередь разлагаются низкоосновные гидросиликаты кальция примерно СSН (В) – табермарин.
При вымывании 15 – 30 % из бетона прочность снижается на 40 – 50 %.
Выщелачивающие действия воды зависят от наличия в ней бикарбонатов кальция или происходит взаимодействие с цементного камня и образуется малорастворимые . Способствует повышению плотности и коррозионной устойчивости.
Для первичной защиты бетона от коррозии выщелачивания следует использовать цементы содержащие в своем составе активные минеральные добавки, которые связывают в нерастворимые соединения.
Если в водном растворе присутствует NaCl и , то они способствуют растворимости , т.е. повышают процессы коррозии.
Коррозия 2-го вида.
Классифицируется на 2 разновидности:
Эта коррозия связана с воздействием на бетон различных минеральных кислот (соляная, серная, уксусная и т.д.) с воздействием кислых солей ( , , FeCl и др.) которые гидролизуясь образуют сильные кислоты. Степень воздействия кислот определяет величина водородного показателя рН и в зависимости от вида кислоты может протекать довольно интенсивно.
Продукты гидратации цемента относятся к щелочной среде, с величиной рН, равной 12,5 поэтому при воздействии любой кислоты на цемент образуется кальциевая соль и аморфные бессвязанные массы ( , , ).
Эта коррозия развивается под действием воды содержащей (углекислоту) на цементный камень. На начальной стадии воздействия воды содержащей углекислоту происходит взаимодействие:
Если концентрация в воде превышает т.н. равновесное состояние, то начинается взаимодействие с углекислотой:
В результате этой реакции образуется бикарбонат кальция, легко растворимый в воде.
Коррозия третьего вида.
Этот вид коррозии связан с образованием в порах бетона малорастворимых соединений, кристаллизующихся с увеличением объема и связан с воздействием на бетон сточных вод содержащих сульфаты и соли магния. Это вид можно классифицировать на следующие виды.
3) чисто магнезиальная;
Коррозия бетона при действии щелочей цемента на кремнезем заполнителя. Агрессивное действие веществ на бетон.
Сульфоалюминатная коррозия
Возникает при действии на бетон вод, содержащих более 300 мг/л ионов , ионов хлора менее 1000 мг/л. Является следствием взаимодействия гипса с высокоосновными алюминатами кальция содержащихся в цементном камне. В результате чего возникает следующая реакция:
= (гидросульфоалюминат кальция ГСАК)
Образование эттрингита в бетоне сопровождается увеличением объема в 4,76 раза. С увеличением объема возникают сильные напряжения в цементном камне приводящие к разрушению его структуры, деформациям и снижению прочности. При этом следует отметить, что эттрингит образуется только при наличии четырех- или трехкальциевого алюмината устойчивых при концентрациях в водном растворе не ниже 1,08 – 0,4 г/л. Если в агрессивном растворе содержится сульфат натрия, то в начальный период происходит взаимодействие:
Гипсовая коррозия
Связана с образованием в порах бетона двуводного гипса.
Магнезиальная коррозия
Возникает при действии на бетон растворимых солей магния кроме . В этом случае в результате взаимодействия:
возникает разложение гидросиликатов и гидроалюминатов кальция в результате снижения концентрации гидроксидов. Эта реакция возможна при большой концентрации 1,5 – 2 %. Если концентрация меньше 500 мг/л вода считается неагрессивной.
Сульфатномагнезиальная коррозия
Возникает при наличии в воде . Происходит взаимодействие:
Сильная коррозия развивается при концентрации от 0,5 – 0,75 %. Более агрессивной считается воздействие воды с наличием сульфата аммония .
Процессы разрушения бетона при коррозии
Процессы разрушения при коррозии I и II вида происходит постепенно с поверхности в глубину материала. Интенсивность разрушения бетона зависит от механизма переноса агрессивной среды и их взаимодействия с компонентами бетона. В процессе коррозии бетона имеет месть различные механизмы переноса агрессивных веществ к поверхности коррозии.
В ненапорных подземных канализациях и подводных конструкциях, а также в водонасыщенных несущих конструкциях преобладает диффузионный перенос агрессивных веществ.
При одностороннем напоре или при наличии температурного или влажностного градиента или капиллярного подсоса имеет фильтрационный механизм переноса агрессивных веществ.
Скорость коррозии бетона быстро развивается в первоначальный период и постепенно затухает во времени. Это связано с тем, что на поверхности конструкции накапливаются продукты коррозии которые препятствуют доступу агрессивных веществ.
I первоначальный период – скорость коррозии бетона будет определяться в основном скоростью взаимодействия агрессивных веществ с компонентами бетона. Далее, по мере накопления продуктов скорость коррозии будет зависеть от диффузии.
I период диффузионно-кинетический.
С увеличением величины глубины поражения бетона и величины слоя продуктов коррозии решающее влияние будет оказывать диффузия агрессивных веществ.
II период – период внутренней диффузии. Характеризуется прямолинейным значением глубины разрушения бетона
Толщина слоя продуктов коррозии зависит от условия эксплуатации конструкции и способности продуктов коррозии увеличиваться в порах бетона или на его поверхности.
При взаимодействии агрессивного вещества с компонентами бетона происходит послойное разрушение бетона с образованием следующих зон.
I зона коррозии, где происходит взаимодействие компонентов бетона и агрессивного вещества;
II зона вторичных химических реакций;
III зона полностью разрушенного бетона.
Расчетную глубину разрушения бетона определяют по следующей зависимости:
где: – количество прореагировавшего цементного камня в
пересчете на СаО отнесенной к единице реагирующей поверхности, ;
Ц – расход цемента в бетоне ;
– количество СаО в цементном камне по результатами
В действительности при работе конструкции, нельзя допускать значительных разрушений бетона. Если глубина разрушения бетона через 50 лет эксплуатации превышает 1,3 см, следует применять специальные методы защиты.
При коррозии 3 вида процесс разрушения бетона определяется количество нерастворимых продуктов коррозии в порах бетона.
Основные виды химической коррозии бетона и цементного камня. Способы защиты.
Клас-ция по Москвину:I.Коррозия, которая протекает под действием вод с малой временной жесткостью, при этом составляющие цем. камня растворяются и уносятся с водой. II.Протекат по воздействием вод, содержащих в-ва, которые вступают в реакцию с цем. камнем. Продукты реакции легко растворимы либо выделяются на месте в виде аморфных масс, не обладающих важными свойствами. III.Под действием вод, содержащих в-ва, которые вступают в реакцию с цем. камнем, продукты реакции кристаллизуются в порах и капиллярах.
Класс-ция по Кинду: 1)Коррозия выщелачивания. 2)Кислотная коррозия. 3)Углекислотная коррозия. 4)Магнезиальная коррозия. a) Собственномагнезиальная. b)Сульфомагнезиальная. 5)Сульфатная коррозия. a) Сульфоалюминатная (концентрация сульфатаниона до 1000). b)Сульфоалюминатногипсовая (концентрация >1000) c) Гипсовая (действие солей Na2SO4, K2SO4).
Коррозия I вида. Цем. камень нах-ся в состоянии неустойчивого равновесия. Наблюдается при действии вод с малой временной жесткостью. Чем ближе к дистиллированной (чем более мягкая), тем больше растворяется Ca(OH)2. Цем. камень имеет щелочную среду. Щелочная среда или PH цем. камня восстанавливается за счет разложения высокоосновных соединений. Вымывание 10% Ca(OH)2 хар-ся как неустойчивое состояние. Если вымывается больше, то прочность теряется до 50%.
На коррозию влияет состав цем. камня: - чем выше содержание Ca(OH)2, тем больше будет коррозия. - минералогический состав клинкера. - вещественный состав (наличие АМД приводит к уменьшению количества Ca(OH)2 за счет связывания его с CSH). Используют гидрофильные и гидрофобные добавки, сокращают В/Ц, сокращают количество пор. Гидрофобные делают поверхность плохо смачиваемой. - чем плотнее цем. камень, тем меньше коррозия.
Коррозия II вида. CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2. Ca(HCO3)2 хорошо растворим, хорошо вымывается с водой. Повышенная жесткость воды приводит к углекислотной коррозии.
Меры борьбы с углекислотной коррозией: 1) Выбирают соответствующие виды цемента (глиноземистый ПЦ и ППЦ). 2) Использование тонкомолотых карбонатов (Са или Mg) в качестве наполнителя. Переводят агрессивную СО2 в Са(НСО3)2. 3) Использование засыпок из карбонатных пород около ж/б конструкций, которые подвергаются воздействию коррозии.
Кислотная коррозия. H2SO4, HCl, HNO3, уксусная и молочная кислота. Поцесс разрушения начинается с поверхностного слоя. Если продукты реакции не препятствуют проникновению агрессивной среды, то процесс разрушения перемещается в глубинные слои. Скорость разрушения зависит от скорости реакции и от свойств продуктов реакции. Кислоты будут реагировать со всеми составляющими цем. камня. CaSO4 менее растворим, поэтому он задерживается на поверхности, замедляется скорость разрушения. Для защиты используют листовые мат-лы, кислотоупорные цементы. Обычные бетоны начинают разрушаться при воздействии среды с PH<6,5, особоплотные – при PH<4,5. При воздействии растворов защищают обработкой поверхности слабофтористой кислотой. Кислотную коррозию вызывают также соли, имеющие кислую среду (FeCl3, Al2(SO4)3).
Собственномагнезиальная коррозия происходит под воздействием MgCl2.
Ca(OH)2+MgCl2=CaCl2+Mg(OH)2. Если концентрация р-ра MgCl2 до 2%, то Mg(OH)2 выпадает в виде рыхлой, высокопроницаемой массы. Если >5%, то в виде плотной непрницаемой пленки. Наличие др. в-в в воде влияет на растворимость защитной пленки. Используя чистый ПЦ, пленка будет плотнее.
Коррозия III вида. Ca(OH)2+Na2SO4+2H2O=CaSO4•2H2O+2NaOH. Гипс выкристаллизовывается, накапливается в порах, давит на стенки.
4) Применение глиноземистого цемента. Магнезиальносульфатная коррозия. Образуется Mg(OH)2, PH которого намного меньше. MgSO4 вступает в реакцию с гидроалюминатами, гидросульфатами.
Читайте также: