Главная / Про Бетон / Защита от коррозии в строительстве бетоны

Защита от коррозии в строительстве бетоны

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

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).

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

По степени своего влияния агрессивные среды делятся на:

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.).

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:

Составляющие цементного камня, под действием жидких реагентов, растворяются и выводятся из структуры бетона. Особенно активно эти процессы проистекают при фильтрации жидкости через толщу конструкции.
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.
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.

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.

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.

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.

Определяющим фактором скорости происходящих разрушений, в этом случае, является концентрация углекислоты в растворе. Чем больше H₂CO_3, тем выше кислотные характеристики раствора и скорость углекислотной коррозии.

Агрессивное воздействие на конструкции органических или неорганических кислот также активизирует в материале процессы коррозии второго вида, которые в определенный момент могут трансформироваться в коррозию первого вида, вызывая при этом полное разрушение цементного камня в структуре изделия.

Из состава неорганических кислот, вызывающих коррозию бетона, помимо углекислоты, наиболее чаще приходится сталкиваться с реакциями:

А из органических — это молочная, уксусная и др.

Под действием кислоты цементный камень почти полностью разрушается. Причем химические продукты разрушения отчасти растворяются, а в некоторой своей части сохраняются в месте прохождения реакций.

Степень активности кислотной коррозии определяется силой действующей кислоты и концентрацией ионов водорода. В результате кислотной реакции на поверхности цементного камня формируются соли кальция и рыхлая аморфная масса.

Соли кальция, растворимые в воде, вымываются из структуры, а рыхлая масса остается. Все эти процессы снижают прочность сооружения, а с течением времени разрушают его полностью.

Важную роль в развитии процесса кислотных агрессивных воздействий играет скорость обменных реакций у поверхности пораженной конструкции.

Этот тип коррозии может возникать при высоком содержании щелочей в вяжущих и заполнителях, используемых для приготовления бетона.

Наиболее распространенным видом щелочных воздействий, является химическая реакция соединений калия и натрия с кремнеземом заполнителей. В модифицированных бетонах повышенное содержание щелочей объясняется присутствием в применяемых цементах оксидов калия и натрия.
Повышенное содержание этих элементов вызвано высокой очисткой газов, выходящих из дымовых труб цементных печей и последующим возвращением цементной пыли из пылеуловителей в структуру технологического процесса. Кроме этого, содержание щелочей может увеличиваться с применением минеральных, химических или органоминеральных модифицирующих добавок.
Также в реакцию с кремнеземом могут вступать хлориды калия и натрия, находящиеся в морской воде, засоленных грунтах или противогололедных реагентах.
Взаимодействовать со щелочами может не только кремнезем, но и отдельные разновидности кварцевых заполнителей.

В результате взаимодействия заполнителей с цементным камнем, на его поверхности образуются гидратированные соединения, расширяющиеся во влажной среде.
В момент набухания в структуре изделий возникают напряжения, вызывающие деформацию конструкций и разрушение бетона.
В результате таких реакций на поверхности образуются мелкие трещины, из которых в отдельных случаях просачивается силикат натрия.

Обратите внимание: Наиболее эффективным способом защиты от щелочной деструкции, является включение в состав цемента 10–20% активных тонкомолотых минеральных добавок, которые замедляют реакции гидратации и устраняют причины напряжений, вызывающих разрушения.

На прекращение процесса щелочного воздействия положительно влияет автоклавная обработка, в результате которой на частицах заполнителя образуются защитные микропленки гидросиликата кальция.

Наиболее известными жидкими агрессивными средами третьего вида выступают подземные и промышленные воды, содержащие в своем составе сульфатные соединения. Сульфатная коррозия бетонов — это результат воздействия на конструкции жидких сульфатных растворов.

Ее механизм действия основан на способности образования кристаллических сульфатных формирований, вызывающих увеличение объема цементного камня. Напряжения, возникающие в результате таких реакций, могут значительно превышать значение прочности бетона. Результатом таких пластических деформаций является разрушение возведенных конструкций.
Процессы, происходящие в структуре изделий при протекании сульфатной коррозии, представляют собой довольно сложную физико-химическую схему, которую объяснить можно только упрощенно — отметив лишь основные особенности.
В период взаимодействия сульфатных растворов, в порах конструкций образуется гидросульфоалюминат кальция и гипс.
При дальнейшем развитии процесса гипс вступает в реакцию с цементным камнем, и образует несколько сульфатных соединений. Самым опасным из них считается трехкальциевый гидросульфоалюминат — он, кристаллизуясь, способен увеличиваться в объеме в 2,5 раза.

Применение хлоридов в качестве добавок способно оказывать замедляющее действие на развитие сульфатной коррозии, а присутствие бикарбонатов, образующих труднорастворимые компоненты, препятствует проникновению сульфатов вглубь конструкций.

Биологическая коррозия бетонов — это прямое или косвенное влияние микроорганизмов, бактерий на технические характеристики материалов. К такому виду организмов относятся различные грибковые образования, морские водоросли, лишайники, плесень и др.

Биоповреждения бетонных конструкций заключаются в нарушении плотности бетона под действием различных кислот микробного происхождения.

Микроорганизмы, реагируя в период своей жизнедеятельности с окружающей средой и загрязнениями, на поверхности конструкций выделяют кислоты, аммиак и другие агрессивные вещества. Вступая в реакцию с цементным камнем, они способствуют разрушению структурных связей и нарушению прочности конструкций.

На развитие химических коррозионных реакций в бетоне, большое воздействие оказывает газовая среда, в которой эксплуатируются изделия.

В воздухе, помимо азота и кислорода, в небольших количествах находятся аргон, водород, углекислый газ и др. Также, в зависимости от географического положения и от развития индустриализации региона, в атмосфере могут присутствовать выбросы промышленных предприятий, автотранспорта и т.д.

В сочетании с достаточной температурой и влажностью этой воздушной среды, создаются прекрасные условия для протекания газовой коррозии.

Перечисленные выше газы легко растворимы в воде, и при контакте с цементным камнем могут образовывать кислотные соединения. Особенно опасна углекислота, которая реагируя с гидроксидом кальция образует легко растворимый в воде бикарбонат кальция, который под действием грунтовых вод или осадков свободно вымывается из структуры материала.

Коррозийные процессы протекают особенно интенсивно, когда агрессивные жидкости через трещины, поры и капилляры проникают в толщу бетона.

К причинам агрессивного воздействия относятся:

пресные и морские воды;
процессы попеременного увлажнения и высушивания поверхностей;
замерзание–оттаивание бетона.

Инструкция по предотвращению коррозийных разрушений предлагает следующие методы защиты:

Первичная защита предусматривает комплекс мер реализуемых на стадии проектных разработок, изготовления элементов и начала возведения строительных конструкций: конструктивные улучшения эксплуатационных свойств изделий, применение модифицирующих добавок, влияющих на специальные характеристики бетонов.
Вторичная защита конструкций обязана исключить прямые контакты агрессивных сред с поверхностью материала в период эксплуатации зданий и сооружений. Подразумевается: устройство оклеечной и обмазочной изоляции; обработка поверхностей специальными пропитками и др.

К мерам, применяемым для первичной защиты изделий и конструкций относятся:

разработка и применение материалов устойчивых к влиянию агрессивной среды;
использование специальных модифицирующих добавок, поднимающих коррозионную стойкость конструкций и увеличивающих защитные функции по отношению к арматурному каркасу и другим металлическим элементам изделий.
понижение проницаемости бетонов;
разработка и соблюдение дополнительных конструктивных норм и требований при проектировании железобетонных конструкций.

К методам вторичной защиты относятся пропитки и защитные материалы, наиболее распространенные в индивидуальном строительстве и знакомые любому застройщику, который хотя бы раз проводил ремонт бетонных поверхностей своими руками:

Биоцидные пропитки искореняют и подавляют развитие грибковых образований, плесени на поверхностях конструкций. Механизм действия данных материалов заключается в проникновении химических составов в структуру бетона, заполняя микротрещины, поры и капилляры изделия.

Обмазочные и оклеечные гидроизоляционные материалы применяются для защиты фундаментов зданий, или в качестве водонепроницаемого слоя в многослойных облицовочных покрытиях (полиэтиленовая пленка, резинобитумные мастики и др.).

Уплотняющие пропитки — добавляют изделиям гидрофобные свойства, которые качественно снижают водопоглощение материала и повышают его водонепроницаемость. Применяются в местах эксплуатации конструкций в условиях повышенной влажности или с целью придания покрытиям повышенных санитарно-гигиенических свойств.

Акриловые и лакокрасочные покрытия при нанесении защитного слоя образуют на поверхности конструкций прочную атмосферостойкую пленку, которая защищает поверхность от воздействия грибков, плесени и других микроорганизмов.

Внимание! – выбор антикоррозионных составов должен проводиться с учетом требований пожарной безопасности и их совместимости с огнезащитными лакокрасочными материалами.

Если осуществлен правильный выбор состава цемента, заполнителей, химических и минеральных добавок, приняты во внимание условия эксплуатации конструкций и учтены все технологические особенности приготовления и укладки смесей, то возведенные объекты будут служить долго, невзирая на любые виды коррозии бетона. И наоборот, цена допущенным просчетам в проектировании и исполнении технологической схемы — быстрое разрушение железобетонных сооружений.

источник

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 05.04.2016 2016-04-05

Статья просмотрена: 2168 раз

Жуков Е. М., Кропотов Ю. И., Лугинин И. А., Легаева Л. А. Современные методы защиты железобетонных конструкций зданий и сооружений от коррозии // Молодой ученый. 2016. №7. С. 75-78. URL https://moluch.ru/archive/111/27790/ (дата обращения: 06.07.2019).

Бетоны представляют собой искусственные каменные строительные материалы, получаемые в результате формирования и затвердевания рационально подобранной по составу, тщательно перемешанной и уплотненной бетонной смеси, состоящей из вяжущего вещества (цемент и др.), крупных и мелких заполнителей и воды. Кроме основных компонентов в состав бетонной смеси могут вводиться дополнительные специальные добавки. Бетоны относятся к самым массовым по применению в строительстве материалам вследствие их высокой прочности, надежности и долговечности при работе в конструкциях зданий и сооружений. После твердения бетонная смесь образует бетон (конгломерат), где часть объемов занимают поры и капилляры разного размера и в различном количестве.

Практика эксплуатации инженерных бетонных сооружений показала, что в ряде случаев под влиянием физико-химического действия жидких и газовых сред бетон может подвергаться разрушению.

Коррозия бетона возникает в результате проникания агрессивного вещества в его толщу; она особенно интенсивна при постоянной фильтрации такого вещества через трещины или поры бетона. К агрессивным воздействиям внешней среды чаще всего относят следующие: пресные и минерализованные воды, совместное действие воды и мороза, попеременное увлажнение и высушивание.

Для предотвращения коррозионного разрушения бетона и железобетона существуют следующие виды защиты:

– Первичная: защита строительных конструкций от коррозии и протечек, реализуемая на стадии изготовления (возведения) конструкции за счет свойств бетона (добавлением в бетон различных веществ) и конструктивных мер, достаточных для сохранения эксплуатационных свойств конструкций, предусмотренных проектом;

– Вторичная: защита строительных конструкций от коррозии и протечек, реализуемая после изготовления (возведения) конструкции и подразумевающая устройство оклеечной, свободномонтируемой, обмазочной, металлической и прочих видов изоляции и других мер, исключающих или препятствующих прямому контакту агрессивной среды с материалом конструкций.

К мерам первичной защиты относятся:

1) применение бетонов, стойких к воздействию агрессивной среды;

2) применение различных модифицирующих добавок, повышающих коррозионную стойкость бетонов и их защитную способность по отношению к стальной арматуре, стальным закладным деталям и соединительным элементам. Добавки могут быть пластифицирующие (увеличивающие), стабилизирующие (предупреждающие расслоение), водоудерживающие, а также регулирующие схватывание бетонных смесей, их плотность, пористость и т. д.;

3) снижение проницаемости бетонов;

4) соблюдение дополнительных расчетных и конструктивных требований при проектировании бетонных и железобетонных конструкций.

К мерам вторичной защиты относится нанесение на поверхности бетонных и железобетонных конструкций защитных материалов:

биоцидные материалы — уничтожают и подавляют грибковые образования на бетонных конструкциях (принцип действия заключается в проникновении химически активных элементов в структуру бетона и заполнении ими микротрещин и пор);

оклеечные покрытия — применяются при воздействии жидких сред (например, если бетонная свая подтапливается подземными водами), в грунтах, а также в качестве непроницаемого подслоя в облицовочных покрытиях (это могут быть рулоны нефтебитума, полиэтиленовая плёнка, полиизобутиленовые пластины и т. п.);

уплотняющие пропитки — придают бетону высокие гидрофобные свойства, резко повышают водонепроницаемость и снижают водопоглощение материала (применяются в условиях повышенной влажности и в случае необходимости обеспечения специальных санитарно-гигиенических требований);

лакокрасочные и акриловые покрытия — образуют атмосферостойкую, прочную и долговечную защиту, в том числе предотвращающую появление на поверхности грибков и микроорганизмов.

Вторичная защита применяется в случаях, если защита от коррозии не может быть обеспечена мерами первичной защиты и, как правило, требует периодического её возобновления. Антикоррозийные покрытия можно применять везде, где существует подобная необходимость для бетона. При выборе защитных средств следует учитывать особенности воздействия среды, возможные физические и химические воздействия.

Современный рынок гидроизоляционных материалов предлагает широкий спектр составов для защиты бетона, при этом каждый цементный материал выполняет определенную функцию:

Обмазочная гидроизоляция применяется для гидроизоляции бетонных, железо-, пено-, газобетонных, а также кирпичных конструкций. Толщина гидроизоляции 2–6 мм. Гидроизоляционные составы производятся в двух вариантах: жесткая цементная гидроизоляция (сухая смесь) и гибкая полимерцементная гидроизоляция (двухкомпонентный состав: сухая смесь и водная дисперсия полимера). Полимерцементная гидроизоляция применяется для гидроизоляции сооружений с повышенным трещинообразованием, подвергающихся температурным и механическим деформациям, осадке и вибрациям.

Штукатурная гидроизоляция — сухие смеси для гидроизоляции бетонных, железобетонных и кирпичных конструкций, применяются при необходимости дополнительного выравнивания поверхностей. Толщина гидроизоляции 5–50 мм.

Шовная гидроизоляция — сухие смеси для гидроизоляции стыков, швов, сопряжений, примыканий, вводов коммуникаций в статически нагруженных сборных и монолитных бетонных конструкциях.

Ремонтные смеси — цементные составы с использованием армирующего волокна, которые применяется для локального восстановления поверхностей (сколов, выбоин, трещин, эрозии) бетонных, железо-, пено-, газобетонных, кирпичных и каменных конструкций.

Водяная пробка — быстросхватывающиеся цементные составы, используемые для оперативной ликвидации напорных течей через трещины, стыки и отверстия в бетонных и железобетонных конструкциях, кирпичной и каменной кладке.

Проникающая гидроизоляция — сухие смеси для гидроизоляции бетонных и железобетонных конструкций. Такой вид цементной гидроизоляции не предназначен для гидроизоляции пенобетонных и газобетонных конструкций (из-за большого размера пор), кирпичных стен (вследствие отсутствия в кирпиче необходимых для реакции веществ). Основное отличие проникающей гидроизоляции от всех других цементных гидроизоляций: формирование водонепроницаемого покрытия не на поверхности бетона, а в его значительной толщи (до 400 мм для определенных проникающих материалов). Может использоваться на влажных поверхностях, с внутренней и внешней стороны, при положительном и отрицательном давлении воды. Действие проникающей гидроизоляции продолжается и усиливается после нанесения состава на поверхность (см. рис. 1).

Рис. 1. Проникающая гидроизоляция

Добавки в бетон — сухие смеси, используемые в качестве добавки в бетон на стадии приготовления, для повышения водонепроницаемости, морозостойкости и коррозионной стойкости бетонов и растворов. Применение гидроизоляционных добавок позволяет снизить водоцементное отношение и, как следствие, уменьшить объем пор в бетоне, повышая, таким образом, плотность, прочность, водонепроницаемость, а также долговечность бетона [2].

Окончательное решение о виде защиты и материалах для защиты от коррозии бетонных и железобетонных конструкций следует принимать на основе сравнения технико-экономических показателей различных вариантов технических решений. При технико-экономических расчетах защитных мероприятий должны быть учтены капиталовложения, средняя годовая стоимость защиты от коррозии бетонных и железобетонных конструкций и стоимость ее периодического восстановления, а также значение вынужденных потерь, вызываемых необходимостью перерыва производственного процесса на время восстановления защиты от коррозии.

Процесс коррозии — очень сложный и опасный для бетонных или железобетонных построек процесс. Поэтому к нему стоит отнестись с большим вниманием. Если пренебрегать коррозией бетона и не пытаться ее предотвратить, то любая постройка через некоторый период времени может полностью разрушиться. К счастью, на сегодняшний день существует большое количество систем защитных материалов, препятствующих этому процессу и предлагающих ряд вариантов эффективного решения задач, стоящих перед строителями и эксплуатирующими здания и сооружения организациями.

СП 28.13330.2012 Защита строительных конструкций от коррозии.
ГОСТ 24211–2003 Добавки для бетонов и строительных растворов.

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

21 Июл 2019 admin 18