2.2 Коррозия бетона и методы борьбы с ней. Коррозия бетона 3 вида
2. Коррозия бетона и меры борьбы с ней
Коррозией бетона называется понижение прочности, повреждение и разрушение бетона под влиянием окружающей среды.
Большой вклад в изучение коррозии бетона и мер борьбы с ней внесли русские ученые А.А.Байков, В.М.Москвин, С.Н.Алексеев, В.В,Тимашев и др.. различают коррозию бетона трех видов.
3.1. Виды коррозии бетона
3.1. Коррозия бетона первого вида
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:
Ca(OH)2 + СО2 = Ca(OH)3 +Н2О (1).
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.
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.
По вышеприведенной схеме протекает коррозия бетона при контакте его с природными водами, содержащими свободную углекислоту в количестве более 15-20 мг/л. Такая углекислота называется агрессивной по отношению к бетону, т.е. она разрушающе действует на бетон. Процесс коррозии бетона при действии агрессивной углекислоты начинается с растворения карбонатного слоя бетона: CaСO3 + СО2 ↔ Ca(НСO3)2 (2).
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:
CaСO3 + 2HCl = CaCl2 + CО2↑ + Н2О (3),
Ca(OН)2 + 2HCl = CaCl2 + 2 Н2О (4).
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
Nh5NO3 + h3O ↔ Nh5OH + HNO3 (5)
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 · nh3O.
Вышеназванные процессы протекают по следущим реакциям:
MgCl2 + h3O ↔ MgOHCl + HCl; (6)
CaСO3 + 2HCl = CaCl2 + CО2↑ + Н2О (7)
Ca(OН)2 + MgSO4 + 2Н2О = Mg(OН)2↓ + Ca SO4 · 2Н2О (8)
2CaO · SiO2 · nh3O + 2MgSO4 + yh3O = 2Mg(OH)2 + 2[Ca SO4 · 2Н2О]↓ +
+ SiO2 ·mh3O↓ (9)
где n + y = m + 6.
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.
Коррозия бетона третьего вида
Этот вид коррозии происходит при взаимодействии реагентов с компонентами затвердевающего бетона и сопровождается образованием веществ, кристаллизирующихся в порывах бетона с увеличением объема по сравнению с исходными компонентами бетона. Вследствие этого в бетоне возникают расклинивающие напряжения и происходит его растрескивание. Таким образом на бетон действуют серная кислота, сульфаты, гипсовые воды. При этом протекают следущие реакции:
CaСO3 + Н2SO4 + Н2О = CaSO4 · 2Н2О + СO2↑ (10)
CaSO4 · 2Н2О – гипс при кристаллизации увеличивается в объеме по сравнению с исходным компонентом бетона (CaСO3) на 10%;
гипсовые воды,содержащие в растворе сульфат кальция, реагируют с трехкальциевым гидроаллюминатом, входящим в состав бетона, по схеме:
3СаО · Al2O3 · 6h3O + 3CaSO4 + 25h3O = 3CaO · Al2O3 · 3CaSO4 · 31h3O (11).
Образующийся трехкальциевый гидросульфоалюминат при кристаллизации увеличивается в объеме по сравнению с компонентом бетона 3СаО · Al2O3 · 6h3O в 2,5 раза. Коррозия бетона 3 вида происходит особенно быстро, если бетон находится под нагрузкой.
Разбавленные растворы щелочей не разрушают бетон, если они постоянно его омывают. Если же щелочные растворы попеременно контактируют с бетоном, то в этом случае происходит коррозия бетона третьего вида в последствие действия углекислоты воздуха на щелочь, остающуюся в порах влажного бетона. Например, при контакте цемента с раствором гидроксида натрия идет следущая реакция:
2NaOH + CO2↑ + 9h3O = Na2CO3 · 10h3O (12).
Образующаяся сода Na2CO3 · 10h3O также кристаллизируется с увеличением объема в порах высыхающего бетона.
studfiles.net
3.1.3 Коррозия бетона третьего вида
Этот вид коррозии происходит при взаимодействии реагентов с компонентами затвердевающего бетона и сопровождается образованием веществ, кристаллизирующихся в порывах бетона с увеличением объема по сравнению с исходными компонентами бетона. Вследствие этого в бетоне возникают расклинивающие напряжения и происходит его растрескивание. Таким образом на бетон действуют серная кислота, сульфаты, гипсовые воды. При этом протекают следущие реакции:
CaСO3 + Н2SO4 + Н2О = CaSO4 · 2Н2О + СO2↑ (10)
CaSO4 · 2Н2О – гипс при кристаллизации увеличивается в объеме по сравнению с исходным компонентом бетона (CaСO3) на 10%;
гипсовые воды,содержащие в растворе сульфат кальция, реагируют с трехкальциевым гидроалюминатом, входящим в состав бетона, по схеме:
3СаО · Al2O3 · 6h3O + 3CaSO4 + 25h3O =
= 3CaO · Al2O3 · 3CaSO4 · 31h3O (11)
Образующийся трехкальциевый гидросульфоалюминат при кристаллизации увеличивается в объеме по сравнению с компонентом бетона 3СаО · Al2O3 · 6h3O в 2,5 раза. Коррозия бетона 3 вида происходит особенно быстро, если бетон находится под нагрузкой.
Разбавленные растворы щелочей не разрушают бетон, если они постоянно его омывают. Если же щелочные растворы попеременно контактируют с бетоном, то в этом случае происходит коррозия бетона третьего вида вследствие действия углекислоты воздуха на щелочь, остающуюся в порах влажного бетона. Например, при контакте цемента с раствором гидроксида натрия идет следущая реакция:
2NaOH + CO2↑ + 9h3O = Na2CO3 · 10h3O. (12)
Образующаяся сода Na2CO3 · 10h3O также кристаллизируется с увеличением объема в порах высыхающего бетона.
4. Методы предотвращения
и снижения степени коррозии бетона
Предотвращение коррозии цементного камня обеспечивается различными способами: изменением минералогического состава клинкера, фторированием поверхности бетона, регулированием тонкости помола цемента, введением в его состав гидравлически активных материалов, автоклавной обработкой изделий из бетона и гидроизоляцией бетонных сооружений.
4.1. Влияние минералогического состава клинкера
Стойкость портландцемента в пресных водах можно повысить, уменьшив в нем содержание трехкальциевого силиката – минерала, твердеющего с выделением большого количества свободной извести. Обычно стандарт на сульфатостойкий цемент предусматривает следующие требования: 3СаО · Al2O3 не более 5%(мас.), сумма 3СаО · Al2O3 + 4СаОAl2O3 ·Fe2O3 – не более 22%, 3СаО · SiO2 – не более 50%.
4.2 Фторирование поверхности бетона
Другой мерой защиты бетона от коррозии является обработка поверхности бетона растворами фторосиликатов магния или натрия с целью придания ей водонепроницаемости. Фторосиликаты реагируют с карбонатом и гидроксидом кальция поверхностного бетонного слоя:
2CaСO3 + MgSiF6 + nh3O = 2CaF2↓ + MgF2 + SiO2 · nh3O↓ + 2CO2↑; (13)
2Ca(OH)2 + MgSiF6 + (n-2)h3O = 2CaF2↓ + MgF2↓ + SiO2 · nh3O. (14)
Образуются труднорастворимые в воде вещества CaF2, MgF2, SiO2 · nh3O.
4.3. Влияние тонкости помола на стойкость против коррозии
Согласно В.С.Горшкову, увеличение тонкости помола способствует повышению сульфатостойкости цементного камня, этот факт объясняется тем, что увеличение тонкости помола сопровождается формированием плотного цементного камня с высокой водонепроницаемостью, исключающей возможность миграции агрессивной среды, что и обусловливает высокую коррозийную стойкость бетона.
4.4. Влияние тепловлажностной обработки цементного камня
на его коррозийную стойкость
Обработка цементного камня паром при температуре выше 100°С обеспечивает хорошую коррозийностойкость бетона. При автоклавной обработке под высоким давлением Са(ОН)2 реагирует с SiO2 с образованием низкоосновных гидросиликатов, что повышает сульфатостойкость цемента, поскольку реакция
Са(ОН)2 + Na2SO4 = CaSO4 · 2h3O + 2NaOH (15)
прекращается. Гидросиликаты кальция, образующиеся при автоклавной обработке, устойчивы к воздействию агрессивных сред. В процессе обработки образуются 3СаО · Al2O3 · 6h3O и гидрогранаты кальция
3СаО · (Al,Fe)2O3 · 6h3O, SiO2, обладающие высокой устойчивостью к действию сульфатов натрия.
studfiles.net
Коррозия 3го вида
. Коррозия третьего вида. Характеризуется тем, что продукты химических реакций между цементным камнем и агрессивным раствором накапливаются в порах и трещинах бетона и кристаллизуются в них, разрушая цементный камень. Примером такого вида коррозии является разрушение цементного камня под влиянием сульфатов, кот. встречаются в большинстве природных вод,в морских тож. Сернокислые соли взаимодействуя с гидроксидом кальция насыщает гипсом соприкасающиеся с цементным камнем воду, поры и трещины бетона. При небольших концентрациях сульфатов в растворе гипс накапливается в порах цементного камня и бетона, кристаллизируется в виде двуводного гипса с увеличением в объеме ы вызывает появление вредных внутренних напряжений, кот. могут привести к образованию трещин и разрушение. При малых концентрациях сульфатов образовавшийся гипс вступает во взаимодействие с трехкальциевым гидроалюминатом , присоединяя большое кол-во воды. Образовавшийся гидросульфоалюминат кальция, значительно увеличиваясь в объеме по сравнению с исходными материалами в 2.5 раза. накапливается в порах бетона образуя кристаллы в виде тонких длинных игл и разрушают бетон. Борьба с коррозия третьего вида. В случае возможной сульфатной агрессии следует применять цементы определенного минералогического состава со значительно пониженным содержанием трехкальциевого алюмоината и уменьшенным содержанием трехкальциевого силиката. Повышает стойкость бетона карбонация, при длительном выдерживании бетона на воздухе. Атмосферная углекислота вступает во взаимодействие с гидроксидом кальция, образуя на поверхности плотную пленку. Также наносят цементные штукатурки, кот. изолируют наружные поверхности бетона от воды. Защитное действие хим. факторов подбор минералогического состава цемента, введение добавок .
studfiles.net
2. Коррозия бетона и меры борьбы с ней
Коррозией бетона называется понижение прочности, повреждение и разрушение бетона под влиянием окружающей среды.
Большой вклад в изучение коррозии бетона и мер борьбы с ней внесли русские ученые А.А.Байков, В.М.Москвин, С.Н.Алексеев, В.В,Тимашев и др.. различают коррозию бетона трех видов.
3.1. Виды коррозии бетона
3.1. Коррозия бетона первого вида
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:
Ca(OH)2 + СО2 = Ca(OH)3 +Н2О (1).
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.
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.
По вышеприведенной схеме протекает коррозия бетона при контакте его с природными водами, содержащими свободную углекислоту в количестве более 15-20 мг/л. Такая углекислота называется агрессивной по отношению к бетону, т.е. она разрушающе действует на бетон. Процесс коррозии бетона при действии агрессивной углекислоты начинается с растворения карбонатного слоя бетона: CaСO3 + СО2 ↔ Ca(НСO3)2 (2).
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:
CaСO3 + 2HCl = CaCl2 + CО2↑ + Н2О (3),
Ca(OН)2 + 2HCl = CaCl2 + 2 Н2О (4).
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
Nh5NO3 + h3O ↔ Nh5OH + HNO3 (5)
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 · nh3O.
Вышеназванные процессы протекают по следущим реакциям:
MgCl2 + h3O ↔ MgOHCl + HCl; (6)
CaСO3 + 2HCl = CaCl2 + CО2↑ + Н2О (7)
Ca(OН)2 + MgSO4 + 2Н2О = Mg(OН)2↓ + Ca SO4 · 2Н2О (8)
2CaO · SiO2 · nh3O + 2MgSO4 + yh3O = 2Mg(OH)2 + 2[Ca SO4 · 2Н2О]↓ +
+ SiO2 ·mh3O↓ (9)
где n + y = m + 6.
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.
Коррозия бетона третьего вида
Этот вид коррозии происходит при взаимодействии реагентов с компонентами затвердевающего бетона и сопровождается образованием веществ, кристаллизирующихся в порывах бетона с увеличением объема по сравнению с исходными компонентами бетона. Вследствие этого в бетоне возникают расклинивающие напряжения и происходит его растрескивание. Таким образом на бетон действуют серная кислота, сульфаты, гипсовые воды. При этом протекают следущие реакции:
CaСO3 + Н2SO4 + Н2О = CaSO4 · 2Н2О + СO2↑ (10)
CaSO4 · 2Н2О – гипс при кристаллизации увеличивается в объеме по сравнению с исходным компонентом бетона (CaСO3) на 10%;
гипсовые воды,содержащие в растворе сульфат кальция, реагируют с трехкальциевым гидроаллюминатом, входящим в состав бетона, по схеме:
3СаО · Al2O3 · 6h3O + 3CaSO4 + 25h3O = 3CaO · Al2O3 · 3CaSO4 · 31h3O (11).
Образующийся трехкальциевый гидросульфоалюминат при кристаллизации увеличивается в объеме по сравнению с компонентом бетона 3СаО · Al2O3 · 6h3O в 2,5 раза. Коррозия бетона 3 вида происходит особенно быстро, если бетон находится под нагрузкой.
Разбавленные растворы щелочей не разрушают бетон, если они постоянно его омывают. Если же щелочные растворы попеременно контактируют с бетоном, то в этом случае происходит коррозия бетона третьего вида в последствие действия углекислоты воздуха на щелочь, остающуюся в порах влажного бетона. Например, при контакте цемента с раствором гидроксида натрия идет следущая реакция:
2NaOH + CO2↑ + 9h3O = Na2CO3 · 10h3O (12).
Образующаяся сода Na2CO3 · 10h3O также кристаллизируется с увеличением объема в порах высыхающего бетона.
studfiles.net
1.3.2. Глиноземистый цемент
Глиноземистый цемент – быстротвердеющее, гидравлическое вяжущее, получаемое путем высокотемпературного обжига (до начала спекания, т.е. до 1600°С) смеси известняка (СаСО3) с бокситами (xAl2O3 · yh3O). Бокситы встречаются сравнительно редко и являются ценным сырьем для получения металлического алюминия. Поэтому глиноземистый цемент является более дорогим строительным материалом, чем портландцемент.
Главной составной частью этого цемента является однокальциевый алюминат СаО · Al2O3. При взаимодействии с водой образуется гидрат двухкальциевого алюмината:
2(СаО · Al2O3) + 10Н2О = 2СаО · Al2O3 · 7Н2О + 2Al(OH)3.
Двухкальциевый гидроалюминат 2СаО · Al2O3 · 7Н2О – главная составляющая часть затвердевшего глиноземистого цемента. Гидратация глиноземистого цемента сопровождается выделением значительного количества тепла. Это ценно для работ при низких температурах.
В затвердеваемом цементном камне не содержится свободного Са(ОН)3 и 3СаО · Al2O3 · 6Н2О и это делает его более стойким в отношении физической и сульфатной коррозии.
Схватывание глиноземистого цемента начинается через час после затворения и длится не более 12 часов. Твердение происходит в основном в течение 1-3 дней.
Коррозия бетона и меры борьбы с ней
Коррозией бетона называется понижение прочности, повреждение и разрушение бетона под влиянием окружающей среды.
Большой вклад в изучение коррозии бетона и мер борьбы с ней внесли русские ученые А.А.Байков, В.М.Москвин, С.Н.Алексеев, В.В,Тимашев и др. Различают коррозию бетона трех видов.
3.1. Виды коррозии бетона
3.1.1. Коррозия бетона первого вида
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:
Ca(OH)2 + СО2 = Ca(OH)3 +Н2О. (1)
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.
Коррозия бетона второго вида
Этот вид коррозии происходит в результате реакций обмена между кислотами или солями, растворенными в воде, и составными 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 коррозии бетона.
По вышеприведенной схеме протекает коррозия бетона при контакте его с природными водами, содержащими свободную углекислоту в количестве более 15-20 мг/л. Такая углекислота называется агрессивной по отношению к бетону, т.е. она разрушающе действует на бетон. Процесс коррозии бетона при действии агрессивной углекислоты начинается с растворения карбонатного слоя бетона:
CaСO3 + СО2 ↔ Ca(НСO3)2.(2)
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:
CaСO3 + 2HCl = CaCl2 + CО2↑ + Н2О; (3)
Ca(OН)2 + 2HCl = CaCl2 + 2 Н2О. (4)
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
Nh5NO3 + h3O ↔ Nh5OH + HNO3,(5)
образует кислоту HNO3 . Азотная кислота, так же как и соляная, растворяет СаСО3 и, взаимодействуя с Ca(OН)2 бетона, вымывает его.
Особенно опасны для бетонов растворы солей магния, т.к. они реагируют не только с карбонатом и гидроксидом кальция, но и с основной составляющей затвердевшего цемента в бетоне – двухкальциевым гидросиликатом 2СаО · SiO2 · nh3O.
Вышеназванные процессы протекают по следущим реакциям:
MgCl2 + h3O ↔ MgOHCl + HCl; (6)
CaСO3 + 2HCl = CaCl2 + CО2↑ + Н2О (7)
Ca(OН)2 + MgSO4 + 2Н2О = Mg(OН)2↓ + Ca SO4 · 2Н2О (8)
2CaO · SiO2 · nh3O + 2MgSO4 + yh3O = 2Mg(OH)2 + 2[Ca SO4 · 2Н2О]↓ +
+ SiO2 ·mh3O↓, (9)
где n + y = m + 6.
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.
studfiles.net
2.2 Коррозия бетона и методы борьбы с ней
Уже во второй половине 18-ого века было замечено, что бетон, изготовленный на основе портландцемента, в некоторых водах постепенно разрушался, т.е. корродировал. Это наносило большой ущерб экономике, т.к. требовался постоянный ремонт повреждений и реконструкция зданий. В связи с этим пришлось принять ряд мер для повышения долговечности бетона. Так, в 1868 г. Одесский порт уже возводился на смеси портландцемента с гидравлической добавкой. Это существенно повысило долговечность сооружения.
В дальнейшем работы по изучению коррозии цементов и методов борьбы с ней получили широкое развитие. Были разработаны эффективные мероприятия по борьбе с различными видами коррозии.
Коррозия бетона начинается с цементного камня (затвердевшего цемента). Это объясняется его меньшей стойкостью в сравнении с каменными заполнителями, которые так же являются компонентами бетона.
Цементный камень состоит из соединений, образовавшихся в процессе его твердения. Так же в нем содержатся гидратированные зерна цемента. Гидратация наиболее крупных частиц, развивающаяся от поверхности вглубь этих частиц, происходит медленно. Даже через несколько десятилетий она может не закончится.
В цементном камне имеются открытые и закрытые поры, капиллярные ходы. Они заполнены воздухом или водой. В затвердевшем портландцементе всегда содержится определенное количество свободной извести.
2.2.1 Виды коррозии бетона
Выделяют три основных вида коррозии бетона:
1. Характеризуется растворением составных частей цементного камня (в первую очередь гидроксида кальция) в воде. В данном случае происходит растворение и вымывание (выщелачивание) образующегося при этом или уже ранее имевшегося Са(ОН)2.
2. Взаимодействие составляющих цементного камня с веществами, находящимися в окружающей агрессивной среде. В результате образуются либо легкорастворимые продукты, уносимые движущимся раствором, либо аморфные продукты, не обладающие вяжущими свойствами.
3. Продукты химических реакций агрессивного раствора и цементного камня накапливаются в порах, каналах и трещинах бетона. Там они кристаллизуются, занимают больший объем, тем самым разрушая элементы затвердевшего цемента.
Следует отметить, что эти три вида коррозии чаще всего протекают одновременно. Но все же рассмотрим их в отдельности.
2.2.1.1 Коррозионные процессы первого вида
Эти процессы могут протекать с различной скоростью. Многое зависит от толщины сооружений. Чем тоньше конструкция из бетона, тем быстрее идут процессы разрушения.
Если вода начинает фильтроваться через бетон, то разложение гидросиликатов и гидроалюминатов кальция, имеющихся в цементном камне, ускоряется. При этом значительное количество Са(ОН)2 выносится с водой из бетона. Он становится высокопористым и теряет прочность.
Все вещества, которые повышают растворимость Са(ОН)2 в воде, ускоряют коррозию цементного камня. Это, главным образом, соединения, способные взаимодействовать с ионами кальция Са2+ и гидроксид-ионами ОН-. Вещества, уменьшающие растворимость Са(ОН)2, способствуют значительному подавлению коррозионных процессов. Это вещества, образующие в растворе ионы Са2+ и ОН-.
Процессы разложения составляющих цементного камня и вымывание Са(ОН)2 несколько задерживаются, когда на поверхности бетона образуется карбонат кальция. Его образование происходит под действием углекислого газа воздуха из гидроксида кальция. Поэтому целесообразно бетонные блоки, предназначенные для подводных гидротехнических сооружений, до опускания в воду выдержать на открытом воздухе.
studfiles.net
Коррозия бетона
Коррозией называют процесс медленного разрушения бетона и железобетона под воздействием различных агрессивных сред, следствием которого является постепенное снижение несущей способности конструкций и ухудшение эксплуатационных качеств сооружений в целом.
Причины разрушения бетона зависят от условий службы конструкций (на воздухе, под водой, в земле и т.д.) и вида агрессивной среды.
Коррозионные процессы в цементном бетоне можно разделить на три группы.
Коррозия I вида (коррозия выщелачивания)
Растворимость продуктов гидратации цемента в воде обусловливает возможность коррозии цементного камня в бетонах за счёт растворения и вымывания соединений, определяющих прочность кристаллизационных контактов в цементном камне. Так как наиболее растворимым компонентом цемента является гидроксид кальция Ca(OH)2, то коррозионный процесс определяется как «выщелачивание» извести. Существует прямая зависимость интенсивности процесса выщелачивания от проницаемости (плотности) бетона и от минералогического состава цементного камня (количества свободного Ca(OH)2) в нём.
Следует отметить, что процессы разложения составляющих цементного камня в толще бетона и вымывания гидроксида кальция несколько затормаживаются, когда на поверхности бетона под действием углекислого газа, содержащегося в воздухе, образуется карбонат кальция:
Ca(OH)2 + CO2 = СаСОз + h3O.
Поэтому, например, бетонные блоки, предназначенные для подводных работ гидротехнических сооружений, до опускания в воду выдерживаются несколько месяцев на воздухе для карбонизации извести в поверхностном слое.
Коррозия II вида (коррозия кислотная и магнезиальная)
Коррозия II вида связана с развитием обменных реакций между кислотами или солями окружающей среды и составляющими цементного камня. Чем энергичнее протекает реакция взаимодействия, и чем более растворимы новообразования, тем скорее и полнее разрушается бетон.
Так как кислоты взаимодействуют прежде всего с Ca(OH)2, а затем с гидросиликатами и гидроалюминатами кальция с образованием солей, то скорость разрушения зависит от их растворимости и структуры слоя продуктов коррозии.
Наиболее часто встречающаяся в природных условиях коррозия II вида – это коррозия при действии вод, содержащих CO2. При действии углекислого газа на цементный камень бетона, ещё не имеющего карбонизированного поверхностного слоя, идут два процесса. Вначале, при избытке в поверхностном слое ионов OH- образуется карбонат кальция:
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3↓ + h3O.
После того, как ионы OH- в поверхностном слое бетона будут израсходованы, начнётся образование Ca(HCO3)2, растворяющегося в воде и уносимого ею:
CaCO3 + CO2 + h3O = Ca(HCO3)2.
При наличии в бетоне карбонатного слоя будет идти лишь образование гидрокарбоната.
Соли магния, которые встречаются в грунтовых водах в растворённом виде и всегда содержатся в большом количестве в морской воде, также могут разрушение цементного камня в бетоне в результате обменных реакций с кристаллами Ca(OH)2:
MgSO4 + Ca(OH)2 = CaSO4 + Mg(OH)2
MgCl2 + Ca(OH)2 = CaCl2 + Mg(OH)2
Образующийся гидроксид магния выпадает в осадок в виде рыхлой, проницаемой для воды плёнки.
studfiles.net