Главная / Про Бетон / Как защитить арматуру от коррозии в бетоне

Как защитить арматуру от коррозии в бетоне

На сегодняшний день многие строители ищут способы продления срока эксплуатации строительных конструкций. Меры защиты металлического инструментария и деталей от коррозионных разрушений экономически оправданы, так как с их помощью снижается количество будущих ремонтных работ.

На протяжение многих лет защита арматуры от коррозии достигается с помощью бетона, но данный материал и сам способен оказывать негативное влияние на металлоконструкции. Чтобы избежать подобных проблем, из бетона исключаются любые вещества, которые способны оказать агрессивное влияние на арматуру. Теоретически это понятно, а вот реализовать это на практике очень сложно, так как нет возможности проверить состав каждого бетонного заполнителя. Из этого следует, что требуется проведение дополнительных мероприятий, которые обеспечат надежную защиту от коррозионных пятен.

Наиболее распространенным методом профилактики появления коррозии на арматуре является окрашивание стойким красителем. Но очень малое количество красок способно выдержать высокую кислотность, возникающую в бетоне при контакте с внешней средой. Так как покрытие имеет пористую структуру, предотвратить проникновение кислорода и влажности не представляется возможным.

Подобный метод является более действенным, чем окрашивание, но он достаточно затратный, а технологии чересчур сложные в реализации. На сегодняшний день применение эпоксидных смол не особо популярно.

Защита арматуры от коррозии с помощью нейтрального преобразователя ржавчины сегодня является наиболее действенным способом профилактики. Средство является сложным химическим соединением с содержанием растительных танинов, функциональных присадок и ингибиторов коррозии.

Ингибиторы впитываются в металлические поверхности и создают защитный слой, что приводит к остановке коррозионных разрушений и перекрытию доступа кислорода и влаги к металлу. Это эффективный способ защиты, так как процесс образования ржавчины замедляется в 5-13 раз. Его можно применять до начала появления коррозии в качестве профилактики, что позволит существенно отсрочить начало окислительного процесса.

Нейтральный преобразователь коррозионных разрушений представляет собой особую композицию из растительных танинов, функциональных присадок и ингибиторов ржавчины. Танины воздействуют на ржавчину, активируя процесс трансформации оксидов железа в особые соединения, создающие крепкую адгезию с металлической поверхностью. Ингибиторы останавливают коррозионные процессы на металлоконструкциях, образуя защитную пленку, а функциональные присадки обеспечивают пропитку даже самых глубоких слоев ржавчины (толщиной до 150 мкм). Средство не содержит едких компонентов и минеральных кислот, а также экологически сертифицировано и безопасно для окружающей среды.

При обработке поверхностей преобразователем ржавчины необходимо надевать средства индивидуальной защиты. Используйте защитные очки, респиратор, резиновые перчатки и сменную одежду. Если состав попал на тело, срочно промойте поражённое место чистой водой. При появлении болевых ощущений обратитесь к врачу. Хранить химические составы необходимо вдали от детей и домашних питомцев.

источник

Бетон представляет собой очень популярный в современном строительстве искусственный материал, который обладает отличными характеристиками прочности. Бетон изготавливают из частей цемента, песка, воды и щебня. Материал образуется при затвердевании густой смеси вяжущих компонентов, цемента с заполнителем. В роли заполнителя может использоваться песок, щебень или гравий.

В настоящее время бетон считается самым востребованным материалом в современном строительстве. Коррозия бетона представляет собой процесс, который часто портит положительные качества этого материала и мешает его полноценному использованию.

Коррозия бетона представляет собой необратимый процесс, в ходе которого разрушается его структура. Под воздействием различных факторов влияния окружающей среды, а также от влияния воды, периодической разморозки и заморозки, материал приобретает хрупкость и разрушается. Кроме того, коррозия бетона может иметь место, когда материал начинает контактировать с различными агрессивными материями, которые постоянно присутствуют в окружающей среде.

Суть коррозийных процессов в бетоне была определена благодаря целому ряду исследований, в ходе которых были найдены и самые эффективные методы борьбы с процессами разрушения. Были определены основные виды коррозии бетона:

вымывание важных элементов структуры;
воздействие агрессивных веществ и кислот, которые содержатся в воде;
биокоррозия.

Кроме основных видов разрушения, существует еще коррозия арматуры в бетоне. Суть этого процесса лучше всего рассматривать отдельно.

Это самая распространенная разновидность необратимого разрушения бетона. Большая часть изделий из этого крепкого материала эксплуатируется в условиях открытого воздуха, и соответственно находится под постоянным воздействием атмосферных осадков и жидких сред различного типа.

Составной частью основы является гидрат окиси кальция, который в первую очередь растворяется под воздействием влаги и воды. Гидроксид кальция постепенно разрушается и смывается, изменяя и разрушая при этом структуру изделия.

В процессе воздействия кислот, происходит увеличение объемов материала или вымывание известковых соединений легкорастворимого типа. Этот вид разрушения, возникает по причине воздействия разнообразных агрессивных веществ, в процессе соприкосновения с которыми образуется две разновидности соединений:

Соли, которые образуются в ходе данных процессов, могут легко растворяться и быстро вымываются водой. А аморфные массы и вовсе не обладают совершенно никакими связующими характеристиками.

Коррозия бетона кислотного типа возникает под воздействием любой из кислот, кроме поликремниевой и кремнефтористоводородной. Возникновение этих кислот становится причиной появления гидроалюминатов, гидроферитов, гидросиликатов, которые в процессе разрушения создают легкорастворимые соли и другие массы аморфного типа.

Коррозия бетона углекислотного типа представляет собой тип общекислотной коррозии, который возникает по причине воздействия воды, содержащей свободные углеродные диоксиды, на бетон. Превышение объемов содержания отрицательной углекислоты, становится причиной разрушения ранее образовавшейся карбонатной пленки.

Этот вид коррозии возникает, когда в порах и капиллярах бетона образуются соли нерастворимого характера, постепенное накапливание которых становится причиной уплотнения камня и последующего его разрушения.

Кроме того, бактерии, грибы и некоторые виды водорослей могут проникать вглубь цементного камня и развиваться там. Результаты их метаболизма, которые попадают в поры и становятся причиной постепенного разрушения камня.

В случае если в бетонной конструкции присутствует железная арматура или железобетон, возможно, появление еще одной разновидности порчи этого материала, который возникает вследствие разрушения арматуры.

Арматура в середине цементного камня ржавеет или происходит образование продуктов коррозии железа, по причине воздействия на бетон воды или наличия в воздухе сероводорода, хлора и сернистых газов. По объему эти материалы превышают оригинальный объем, который был задан железобетонной конструкции, а это в свою очередь, становится причиной появления внутреннего напряжения и как следствие растрескивания бетона.

Воздух и влага проникают во внутренние слои изделия к арматуре благодаря наличию пор в цементном камне. Их подводка к поверхности является неравномерной и по этой причине на разных участках может возникать электрохимическая коррозия арматуры, скорость протекания которой зависит от уровня влагопроницаемости и размеров пористости цементного камня.

Если бетон был подвержен долгому выдерживанию на воздухе, под воздействием углекислот на поверхности может образоваться тончайший слой пленки защитного типа. Такое покрытие не растворяется в воде и не подвергается воздействию солей. Этот процесс называется карбонизация. Он обеспечивает протекцию от коррозии цементного камня, но может стать причиной такого явления, как коррозия арматуры.

На сегодняшний день используется несколько способов, благодаря которым обеспечивается защита арматуры от коррозии. Среди них можно выделить:

облагораживание окружающей металл среды, при помощи использования качественных разновидностей бетона со специальным составом или введения ингибридов;
использование дополнительных методов защиты арматуры бетона от коррозии;
улучшение характеристик используемого металла.

Сам бетон является средой, которой окружен металл, так как именно он находится вокруг арматуры. Для того, чтобы продлить срок использования арматуры, необходимо просто постараться и улучшить влияние бетонного камня на стальную арматуру. Прежде всего, необходимо исключить или уменьшить содержание в составе цемента веществ, которые могут способствовать усилению разрушительных процессов.

Если изделия из бетона используются в условиях влажности периодического характера, их необходимо пропитывать специальными пропитками битумного или петролатумного типа, которые в значительной степени снижают проницаемость бетона. И если насыщать бетонный камень таким образом постоянно, то можно свести все процессы разрушения к минимуму.

Первичная защита бетона от коррозии осуществляется благодаря использованию разнообразных минеральных добавок, которые увеличивают его плотность. Этот метод является максимально эффективным, но следует всегда помнить о том, что его неправильное использование может стать причиной совершенно противоположного результата. Специально для таких целей могут использоваться стабилизирующие, пластифицирующие или влагоудерживающие добавки.

Повысить качество эксплуатационных характеристик этого материала можно благодаря использованию различных добавок химического типа, которые позволяют увеличить уровень его прочности. Благодаря увеличению последней, уменьшается уровень попадания внутрь бетонных конструкций различных веществ и соединений агрессивного характера.

Вторичная защита цементного камня подразумевает использование специальных покрытий, которые предотвращают попадание на его поверхность различных агрессивных веществ. Для этого чаще всего используются разнообразные лаки и краски или защитные смеси. Отличным способом вторичной защиты может стать карбонизация бетона или дополнительная гидроизоляция.

Покрытия из акрила, лаки и специальные краски, нанесенные на поверхность бетона, не дают попадать на поверхность частичек твердого и газообразного типа которые часто и становятся причиной необратимых процессов повреждения. Благодаря таким покрытиям можно достаточно надежно защитить бетон от воздействия влаги и вредоносных микроорганизмов.

Не менее эффективным считается метод защиты цементного камня при помощи уникальных мастик, образующих на его поверхности защитный барьер, который предохраняет ее от влаги и других твердых сред.

Биоцидные добавки внутреннего и внешнего типа защищают бетон от попадания и воздействия микроорганизмов, бактерий и грибков как внутри изделия, так и снаружи.

Самым эффективным методом защиты цементного камня от возникновения необратимых разрушительных процессов, которые вызывает коррозия бетона, специалисты считают комплексное использование первичной и вторичной защиты. Только комплексный подход позволит сохранить изделия и обеспечит им длительный срок службы.

источник

Бетон – это искусственный каменный материал, состоящий из цемента, песка, воды и щебня. При затвердевании уплотненной смеси вяжущего вещества (цемент) с заполнителем образуется бетон. В качестве заполнителя может быть использован щебень, песок, гравий.

Коррозия бетона – процесс разрушения его структуры, охрупчивания под воздействием окружающей среды. Коррозия бетона может быть трех видов.

Это наиболее распространенный вид коррозионного разрушения бетона. Бетонные изделия эксплуатируются в основном на открытом воздухе. При этом они подвергаются воздействию атмосферных осадков и других жидких сред. Составной частью бетона является образовавшийся гидрат окиси кальция (Са(ОН)₂) – гашеная известь. Это самый легкорастворимый компонент, поэтому со временем он растворяется и постепенно выносится, нарушая при этом структуру бетона.

Под воздействием кислот коррозия бетона протекает либо с увеличением его объема, либо с вымыванием легкорастворимых известковых соединений.

Увеличение объема происходит по реакции:

CaCO₃ не растворяется в воде. Постепенно происходит его отложение в порах цементного камня, за счет чего идет увеличение объема бетона, а в дальнейшем его растрескивание и разрушение.

При контакте бетона с водными растворами кислот образуется легкорастворимый бикарбонат кальция, который агрессивный для бетона, а при наличии воды растворяется в ней и постепенно вымывается из структуры бетонного камня. Образование бикарбоната кальция описывается реакцией:

Помимо растворения наблюдается и протекание химической коррозии бетона:

при этом вымываются соли хлористого кальция.

Если разрушение бетона происходит под воздействием сульфатов воды – применяют пуццолановый портландцемент, а также сульфатостойкий портландцемент.

Кроме вышеописанных коррозионных разрушений бетона при наличии микроорганизмов возможно протекание биокоррозии. Грибки, бактерии и некоторые водоросли могут проникать в поры бетонного камня и там развиваться. В порах откладываются продукты их метаболизма и постепенно разрушают структуру бетонного камня.

При коррозии бетона обычно одновременно протекает несколько видов разрушений.

Экстремальными условиями можно назвать воздействие на бетонный камень очень низких температур и различных веществ, обладающих повышенной агрессивностью.

Достаточно распространенным случаем коррозии бетона в экстремальных условиях является разрушение материала под воздействием сульфатов (химическая коррозия бетона). В первую очередь, с сульфатами взаимодействуют алюминатные составляющие бетонного камня и гидроксид кальция. Очень нежелательным является взаимодействие алюминатных минералов и сульфатов. В результате образуется несколько модификаций гидросульфоалюмината, самым опасным из которых, является эттрингит (3СaO•Al₂O₃•3CaSO₄•32H₂O). Данная соль по мере своего роста (увеличения кристаллов) образует внутри бетона очень высокие напряжения, которые значительно превышают прочностные характеристики цементного камня. В результате, под воздействием растворов, в состав которых входят сульфаты, коррозионное разрушение бетона протекает очень интенсивно.

При взаимодействии гидроксида кальция с сульфатами образуется CaSO₄•2H₂O. Со временем вещество скапливается в поровом пространстве бетона, постепенно его разрушая.

Устойчивость к воздействию сульфатсодержащих сред очень сильно зависит от минералогического состава бетона. Если в цементе содержание минералов на основе алюминия и трехкальциевого силиката ограничено, то он в данной среде более стоек.

Если в конструкциях используют залитую бетоном железную арматуру, т.е. железобетон, возможно протекание еще одного вида разрушения – коррозии арматуры в бетоне. Под воздействием вод окружающей среды или при наличии в воздухе сероводорода, хлора, сернистых газов арматура в середине бетона ржавеет и образуются продукты коррозии железа. По объему они превышают начальный объем арматуры, что приводит к возникновению и росту внутренних напряжений, а в дальнейшем – растрескиванию бетона.

Сквозь поры в цементном камне к арматуре проникает воздух и влага. Подвод их к поверхности металла осуществляется не равномерно из-за чего на разных участках поверхности наблюдаются разные потенциалы – протекает электрохимическая коррозия. Скорость протекания электрохимической коррозии арматуры зависит от влагопроницаемости, пористости бетонного камня и наличия в нем трещин.

Наличие в воде растворенных веществ усиливает коррозию арматуры с повышением концентрации электролита.

При длительном выдерживании бетона на воздухе на поверхности образуется очень тонкая (5 – 10 мкм) защитная пленка, которая не растворяется в воде и не взаимодействует с сульфатами. Процесс возникновения защитной пленки под воздействием углекислоты воздуха называется карбонизацией. Карбонизация защищает бетон от коррозии, но способствует коррозии арматуры в бетоне.

Нельзя армировать бетон, в состав которого входит хлористый кальций (больше 2% от веса цемента). Хлористый кальций ускоряет коррозию арматуры как на воздухе, так и в воде.

Существует несколько способов защитить стальную арматуру в бетоне от коррозии: облагородить окружающую металл среду (т.е. использовать качественный бетон специального состава, введение ингибиторов); дополнительная защита арматуры бетона от коррозии (пленки и т.п.); улучшить характеристики самого металла.

Вокруг арматуры находится сам бетон, поэтому именно бетон является средой, окружающей металл. Для продления срока службы арматуры необходимо улучшить влияние бетонного камня на сталь. Прежде всего, нужно исключить или, если это невозможно, свести к минимуму вещества, входящие в состав бетона, которые способствуют интенсификации процесса коррозии арматуры в бетоне. К таким веществам относятся роданиды, хлориды.

Если железобетонное изделие эксплуатируется в условиях периодического смачивания, необходимо пропитывать бетон специальными пропитками (битумными, петролатумными и др.). Это значительно снизит проницаемость бетона. При постоянном насыщении бетонного камня коррозия арматуры в бетоне практически сводится к минимуму. Это объясняется тем, что очень сильно затрудняется проникновение кислорода к поверхности метала, происходит значительное торможение катодного процесса.

Для продления срока службы металлической основы железобетона – бетон облагораживают. Во время формирования бетонной смеси в состав вводят ингибиторы коррозии.

Для защиты от коррозии арматуры в конструкционно-теплоизоляционных бетонах широко используется способ омического ограничения. Суть заключается в том, что влажность самого бетона не должна превышать равновесное значение при относительной влажности воздуха 60%. Тогда процессы коррозии арматуры почти прекращаются, т.к. возникает высокое омическое сопротивление пленок влаги у поверхности арматуры. Этот способ не так уж прост и не эффективен в районах с высокой влажностью и частыми осадками.

Хороший бетон должен обладать первоначальным пассивирующим воздействием на арматуру. Бетонные изделия полностью просыхают примерно за 2-3 года. Если климат сухой, то немного быстрее. Именно в это время и происходит самое сильное коррозионное разрушение арматуры, т.к. она находится во влажной бетонной среде.

Хорошим способом защитить арматуру бетона от коррозии считается предварительное пассивирование поверхности арматуры, а также образование оксидных защитных пленок под воздействием водной щелочной среды бетонного камня. Усиливают защитные свойства пленки введением в бетонную смесь пассиваторов. Часто используют нитрит натрия в количестве 2 – 3 % от исходного веса цемента.

Для защиты бетона от коррозии и продления его срока службы не достаточно применения только одного вида защиты. Чтоб бетон не поддавался вредному влиянию окружающей среды уже на стадии проектирования проводят профилактические мероприятия по его защите.

Эксплуатационно-профилактические мероприятия предусматривают нейтрализацию агрессивных сред, герметизацию, интенсивную вентиляцию при эксплуатации цементного камня в помещении (для осушки воздуха).

Важную роль в предотвращении бетона от дальнейшего разрушения играет рациональное конструирование. При этом необходимо придавать бетонной поверхности конструкционной формы, которая будет исключать скопление в углублениях воды и различных органических веществ. Кроме того важно обеспечить свободный отход жидкости с поверхности. Этого можно достигнуть при использовании водоотводов или формировании бетонной поверхности под уклоном.

Защиту бетона от коррозии можно разделить на первичную и вторичную.

Первичная защита бетона от коррозии предусматривает при его изготовлении и формировании вводить в состав бетона специальные добавки, изменяя при этом его минералогический состав. Этот способ считается наиболее эффективным.

В качестве добавок могут служить различные водоудерживающие, пластифицирующие, стабилизирующие, химические модификаторы, аморфный кремнезем и др.

Кроме того, ориентируясь на условия эксплуатации цементного камня, при его формировании подбирают оптимальный для данных условий состав. Например, для цементов, эксплуатирующихся в сульфатсодержащих водах уменьшают содержание С₃S.

Часто применяют пуццоланизацию. К портландцементу добавляют кислые гидравлические добавки, которые содержат активный кремнезем.

Образовавшийся гидросиликат кальция устойчивее чем Са(ОН)₂.

Химические добавки могут очень сильно улучшить эксплуатационные свойства бетона. Повысить его плотность, в результате чего агрессивные агенты в порах замедляют скорость своего передвижения. Арматура, находясь в плотном бетоне менее подвержена коррозионным разрушениям.

Также при помощи химических добавок можно значительно увеличить количество условно замкнутых пор. В результате морозостойкость цементного камня возрастает в разы.

Самими распространенными химическими добавками, которые применяются для защиты бетона от разрушений являются: пластифицирующие, противоморозные, уплотняющие, гидрофобизирующие, воздухововлекающие, замедлители схватывания, газообразующие, ингибиторы коррозии арматуры.

Некоторые добавки оказывают двойное действие, т.е. улучшают сразу несколько показателей. Другие же, могут улучшать один, и понижать второй.

Самыми перспективными и распространенными являются следующие добавки.

Мылонафт. Это пластифицирующая добавка, состоящая из смеси натриевых солей нерастворимых в воде органических кислот. Она способствует повышению однородности бетонной смеси, уменьшая при этом трение между ее отдельными зернами. Также вовлекает воздух. Производится и поставляется в виде паст. В бетонную смесь необходимо вводить от 0,05 до 0,15 % от массы цемента (в перерасчете на сухое вещество). Если превысить указанную дозировку, снижается прочность бетона на сжатие.

Мылонафт повышает водонепроницаемость бетонного камня на две марки, морозостойкость – в два раза, устойчивость к воздействию растворов минеральных солей, трещиноустойчивость.

Сульфитно-дрожжевая бражка СДБ. Это химическая добавка пластифицирующего действия. Получают ее путем переработки кальциевых солей лигносульфоновых кислот. Вещество способствует повышению подвижности бетонной смеси, вовлечению в нее воздуха и уменьшению слипания цементных зерен. Производители могут поставлять СДБ в виде твердых или жидких концентратов. Для достижения защитного эффекта данной добавки нужно немного больше, чем мылонафта. В перерасчете на сухое вещество цемента, необходимо ввести 0,15 – 0,3% сульфитно-дрожжевой бражки. Она повышает в 1,5 – 2 раза морозостойкость, на 5 – 10% прочность, на одну марку – водонепроницаемость, стойкость к воздействию растворов минеральных солей и трещиностойкость.

Сульфитно-дрожжевая бражка оказывает наилучший эффект при введении ее в бетонный камень на основе высокоалюминатных и быстротвердеющих портландцементов.

Кремнийорганическая жидкость ГКЖ-94. Это гидрофобизирующая и газообразующая добавка, которая образуется в процессе гидролиза этилгидросилоксана. В результате взаимодействия цемента и данной добавки выделяется водород и образуется большое количество замкнутых, равномерно распределенных в бетоне пор. На капилляры и стенки пор бетона оказывает активное гидрофобизирующее воздействие. На реологические свойства смеси почти не влияет, но очень сильно замедляет процесс затвердевания бетона (начальные стадии). Поставляется в виде 50% водной эмульсии или 100% жидкости. Вторую вводят в бетонную смесь в количестве 0,03 – 0,08%.

Способствует повышению водонепроницаемости бетона на две марки, морозостойкости – в три-четыре раза. Кроме того, увеличивает стойкость к переменному увлажнению и высушиванию, воздействию растворов минеральных солей (в условиях капиллярного подсоса), растяжению.

Вторичная защита бетона от коррозии предусматривает нанесение на цементный камень различных лакокрасочных материалов, защитных смесей, покрытий и облицовку различными плитами. Т.е. гидроизоляцию бетона.

К вторичной защите также можно отнести карбонизацию (выдержку бетона на воздухе).

Защита бетона от коррозии лакокрасочными и акриловыми покрытиями применяется при воздействии на него твердых и газообразных сред. Образовавшаяся защитная пленка эффективно защищает поверхность бетона не только от воздуха и влаги, но и от воздействия различных микроорганизмов.

Защита бетона от коррозии мастиками применяется при воздействии на него влаги, контакте с твердыми средами. Часто применяются мастики на основе различных смол (смолизация).

Защиту бетона от коррозии уплотняющими пропитками используют почти во всех средах (жидкой, газообразной), особенно при повышенной влажности, кроме того применяют перед нанесением ЛКМ. Уплотняющие пропитки заполняют наружный слой бетона, придавая ему хорошие гидрофобные свойства, снижают водопоглощение.

Биоцидные материалы применяются для защиты бетона от воздействия различных видов грибков, плесени, бактерий, микроорганизмов. Химически активные вещества биоцидных добавок заполняют поры бетона и уничтожают бактерии.

Защита бетона от коррозии оклеечными покрытиями применяется при эксплуатации бетонного камня в жидких средах, грунтах с высокой влажностью и местах частого смачивания электролитом. Например, нижнюю часть бетонного волнореза оклеивают полиизобутиленовыми пластинами.

Как оклеечные покрытия могут быть использованы полиэтиленовая пленка, полиизобутиленовые пластины, рулоны нефтебитума. Они могут также выполнять роль непроницаемого подслоя в облицовочных покрытиях.

Наиболее эффективна комплексная защита бетона от коррозии, т.е. как первичная, так и вторичная.

источник

Автор: В.В. Иванников, А.Г. Николаев, В.М. Шварц, О.Б. Рябов, В.Н. Степанов (ОАО «НОРЭ»).

Опубликовано в журнале Химическая техника №1/2015

Железобетонные конструкции зданий и сооружений, расположенных на территориях промышленных предприятий, находятся в условиях агрессивных сред и подвержены разрушению. Ремонт этих конструкций требует значительных затрат и в дальнейшем эти затраты будут только возрастать. В связи с этим становится очевидным, что во многих случаях экономически оправдано увеличение первоначальных затрат на изготовление конструкции и ее надежную защиту, если это позволяет сократить число и стоимость ремонтов в процессе эксплуатации объектов строительства.

Коррозионное разрушение бетона колонны глубиной до 60 мм с оголением рабочей арматуры, коррозия оголенной арматуры до 70% площади поперечного сечения Разрушение колонны эстакады – полное коррозионное разрушение бетона колонны в верхней части, коррозия оголенной арматуры до 30% Вертикальные трещины по граням колонны вдоль расположения рабочей арматуры, приводящие к разрушению защитного слоя бетона, оголению и коррозии арматуры

При проведении экспертизы промышленной безопасности (особенно технологических эстакад на предприятиях химической промышленности) часто заметно сильное разрушение железобетонных конструкций (колонны, фермы, балки, траверсы) вследствие воздействия агрессивных сред (см. рисунок).

Железобетон широко известен как долговечный материал, в большинстве случаев не нуждающийся в какой-либо защите от воздействий внешней среды. Бетон, представляющий собой искусственный каменный материал, может быть изготовлен достаточно прочным и стойким против агрессивных воздействий, а стальная арматура обычно находится под надежной защитой слоя этого бетона.

Существенный недостаток железобетона – коррозия арматурной стали, которая является одним из наиболее значимых факторов, определяющих фактическое техническое состояние железобетонных конструкций, их надежность и долговечность, поэтому защита арматуры от коррозии особенно актуальна.

Именно коррозия арматуры может значительно сократить срок службы строительных конструкций. Разрушение металла, конечно, не происходит мгновенно. Для того, чтобы замедлить или предотвратить коррозию металла, нужно подумать о том, чтобы в составе бетона не было примесей, агрессивно воздействующих на металл. К сожалению, это задача практически не решаема, так как не представляется возможным проверить все природное сырье, используемое в бетоне как заполнитель (песок, щебень, гравий).

Особенно опасно проявление коррозии арматуры в конструкциях, подвергающихся значительным нагрузкам. При этом неважно, какой марки использовался бетон: при разрушении арматуры строительная конструкция приходит в негодность.

Разумеется, напрашивается вывод: продлить срок службы железобетонной конструкции можно, предусмотрев меры защиты для входящей в состав изделий арматуры от коррозии. Осуществить это не так просто, как кажется, прежде всего потому, что коррозия появляется еще во время заливки бетона в форму изделия (влажность плюс тепло) процесс коррозии не прекращается.

Коррозия арматуры вызвана, как правило, воздействием на железобетон атмосферно-химических факторов, обусловленных как агрессивными компонентами атмосферы (сульфаты, карбонаты, хлориды), так и частыми циклами мороз–оттепель.

Основой защитного действия цементных бетонов на арматурную сталь является щелочной характер влаги в капиллярно-пористом теле бетона, способствующий сохранению химически пассивного состояния поверхности стали. Таким образом, при высокой плотности бетона, надлежащей толщине защитного слоя и отсутствии его повреждений (трещины, сколы, каверны и пр.) арматура в бетоне сохраняется в химически пассивном состоянии долгие годы и десятилетия. К тому же бетон находится в постоянном взаимодействии со средой, которая может либо способствовать его упрочнению и уплотнению, либо разрушать его структуру и снижать прочность, либо уменьшать его способность защищать арматуру. Повышение прочностных характеристик бетона происходит при воздействии на него кислых газов и жидкостей, например углекислого газа, содержание которого в атмосфере промышленных предприятий превышает 0,03%, или теплого влажного воздуха, упрочняющего цементный бетон. Снижение способности бетона препятствовать коррозии арматуры может быть спровоцировано несколькими процессами, результатом которых является невозможность бетона поддерживать пассивное состояние стали вследствие понижения степени щелочности межфазной жидкости или проникания в нее ионов – стимуляторов коррозии. Как правило, это происходит при воздействии сред, содержащих хлориды.

Коррозия носит преимущественно электрохимический характер и протекает на границе металл – раствор электролита. Сталь не будет подвержена коррозии, если электролит при контакте с ее поверхностью имеет достаточно высокий рН, чтобы пассивировать поверхность стали. Когда щелочные свойства на поверхности стали опускаются ниже рН = 8, сталь станет депассивированной, может начаться коррозия. Раствор портландцемента обычно имеет рН = 12,2…12,5, и при изолировании их от воздействия внешней среды это состояние может сохраняться длительное время, поддерживая стальную поверхность в пассивном состоянии.

Одним из основных факторов, способствующих коррозии арматуры, является нейтрализация высокощелочной среды бетона за счет обменной реакции гидроксида кальция в бетоне с кислыми газами в воздухе (в основном СО2). Этот процесс называется карбонизацией бетона:

Процесс карбонизации начинается с поверхности бетонной конструкции с момента ее изготовления и движется вглубь по мере проникновения углекислого газа внутрь бетона. Скорость карбонизации зависит от многих факторов: плотности бетона, температуры и влажности окружающей среды и самой конструкции и др. Достигая арматуры, карбонизация переводит сталь в активное состояние, а поступающие в бетон кислород (окислитель) и влага (электролит) обеспечивают процесс коррозии, проходящий по электрохимическому принципу.

Вторым механизмом коррозионного разрушения арматуры является локальная депассивация арматурной стали при воздействии ионов хлора (Cl–). Ионы хлора – сильнейшие стимуляторы коррозии стали, являющиеся основной причиной возникновения точечной коррозии стержней арматуры. Ионы хлора могут также изначально находиться в бетоне при использовании загрязненных материалов при приготовлении бетонной смеси.

Хлориды оказывают коррозионное воздействие на арматуру вследствие удаления пассивного слоя оксида железа, что вызывает дальнейшее окисление.

Разрушающее действие на бетон и арматуру вызывает и хлорид кальция, вступающий в реакцию с гидратом кальция, присутствующим в бетоне. Результатом реакции является образование оксихлорида гидрата кальция. Разрушающим воздействием на бетон заключается в увеличении объема продукта реакции:

СaСl2 + Сa(OH)2 + H2O → CaO×СaСl2× ×2H2O.

Третьей главной угрозой является растрескивание бетона, происходящее в процессе эксплуатации.

Оно не обязательно является критическим для дальнейшей эксплуатации и долговечности бетона. Величина трещины – вот важный фактор для возникновения коррозии. Микротрещины или незначительные мелкие трещины не рассматриваются как повреждающие бетон, поскольку они зачастую исчезают через какоето время (засоряются). Трещины, которые были идентифицированы как представляющие максимальную опасность коррозии для арматуры, – это параллельные боковые трещины, особенно идущие вдоль рабочей арматуры. В условиях, где растрескивание бетона более допустимых пределов происходит вследствие его чрезмерной усадки, существует угроза долговечности бетона. В этом случае должен быть осуществлен ремонт трещин после полной обработки бетона материалами проникающей гидроизоляции типа «Панетрон».

Еще одним фактором, оказывающим разрушающее действие на бетон и арматуру, являются циклы мороз–оттепель. Вода является катализатором для всех агрессивных компонентов и в описанных выше химических реакций. Влага может стать причиной серьезных повреждений, проникая сквозь поры бетона.

Увеличение объема воды при переходе в лед (на

9%), различие в коэффициентах линейного расширения продуктов гидратации цемента, клинкерных зерен и зерен мелкого и крупного заполнителя создают предпосылки для появления внутренних напряжений в бетоне при замораживании и оттаивании. Возникающее давление приводит к образованию трещин и разрушению бетона.

В своих рекомендациях по ремонту и восстановлению железобетонных конструкций мы особенно отмечаем коррозионное разрушение арматуры в железобетонных конструкциях вследствие того, что оно может привести к полному разрушению конструкции.

В настоящее время существует ряд способов защитить арматуру в бетоне при ремонте железобетонных конструкций:

введение в ремонтный состав бетонной смеси полимерных добавок, которые благодаря своим свойствам позволяют без потери прочности создать для арматуры дополнительную защиту;
замена участков (удаление) с карбонизированным бетоном (рН

источник

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.

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.

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.

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.

источник

25 Июл 2019 admin 14