Коррозия бетона и железобетона. Коррозия бетона и железобетона
5.2. Коррозия бетона и железобетона в условиях агрессивной атмосферы
40
зуя растворимые CaCl2 и NaOH, которые постепенно вымываются из бетона:
NaCl + Са(ОН)2 → CaCl2 + NaOH
При этом растет пористость бетона и ухудшаются его несущие свойства. Сле-
дует отметить, что растворы NaCl вызывают коррозию арматуры с образованием объемных соединений даже в том случае, когда нейтрализация бетона еще не прошла и рН внутри пор остается достаточно высоким(рН > 11,8). Это объясня-
ется тем, что ионы С1- разрушают пассивную пленку на железе, вызывая локаль-
ную (местную) коррозию. В этой связи эффект растрескивания железобетона вдоль арматуры, особенно при периодическом обливании растворамиNaCl, мо-
жет проявиться очень быстро (2 - 5 лет).
3) Коррозионное воздействие жидких сред с компонентами, которые вступают во взаимодействие с составляющими бетона и образуют при этом нерастворимые объемные соединения.
К третьему виду коррозии, по классификации В.М. Москвина, относится сульфатная коррозия бетона. Сульфатная коррозия является особенно распро-
страненной из-затого, чтосульфат-ионыприсутствуют практически во всех видах природных и сточных вод.
При взаимодействии сульфатов кристаллический Са(ОН) , находящийся в
2
цементном камне, и Са(ОН)2 поровой жидкости взаимодействуют с сульфатами с образованием гипса CaSO4·2h3O:
Са(ОН)2 + Na2SO4 + 2h3О = CaSO4·2h3O + 2NaOH
При взаимодействии сульфатов с другими компонентами цементного камня -может образоваться гидросульфоалюминат кальцияГСАК (3СаО·А12O3·3CaSO4
32Н2O.), или (3СаО · Al2O3 · 3СаSО4 · 11Н2О).
Гипс и ГСАК имеют объем, более чем в два раза превышающий объем ис-
ходных компонентов цементного камня. В этой связи в бетоне появляются боль-
шие внутренние напряжения, приводящие к послойному растрескиванию бетона,
оголению и выпадению наполнителей.
41
Любая сухая атмосфера для бетона и железобетона не опасна. Такой атмо-
сферой является атмосфера с влажностью< 60%. При влажности > 60% внутри бетона появляется капиллярная влага, в ней растворяются газы, присутствующие в загрязненной агрессивной атмосфере(атмосфера промышленных предприятий,
городов, морская атмосфера и т..д), и начинается их взаимодействие с состав-
ляющими цементного камня.
С.Н. Алексеев [ 5 ] делит все газы, которые могут присутствовать в атмосфе-
ре, на три группы:
1. Газы, образующие при реакции с Ca(OH)2, нерастворимые или малораство-
римые соли с небольшим объёмом. Это СО2, пары плавиковой кислоты, пары ща-
велевой кислоты, Р2О5 и т. д.
Например, при повышенном содержании углекислого газа в воздухе в поро-
вой влаге бетона происходит следующая реакция:
Ca(OH)2 + СО2 → CaCO3 + h3O
Образующийся по этой реакции мелCaCO3 по объему лишь на30% больше исходной извести Ca(OH)2, поэтому такие газы по отношению к бетону представ-
ляют не очень высокую опасность, так как бетон даже постепенно уплотняется.
Лишь в том случае, когда большая часть Ca(OH)2 заменяется на CaCO3, бетон по-
степенно начинает терять несущую способность.
Однако эти газы представляют опасность для железобетона, так как вышеот-
меченная реакция приводит к нейтрализация бетона, pH внутри бетона снижается с 12,5 до 11,5. Эта нейтрализация может идти достаточно долго (30 – 50 лет) в за-
висимости от концентрации углекислого газа в воздухе. Но как только она прой-
дёт, начинается коррозия арматуры с образованием объёмных продуктов корро-
зии, и бетон начинает растрескиваться вдоль арматуры.
2. Газы, образующие при реакции сCa(OH)2 нерастворимые объёмные про-
дукты коррозии. Это серосодержащие газы SO3, SO2, h3S.
При взаимодействии этих газов с известью протекают следующие реакции:
Ca(OH)2 + SО3 → CaSO4 + h3O
42
Ca(OH)2 + SО3 → CaSO3 + h3O
↓O2
CaSO4
Ca(OH)2 + h3S → CaS + 2h3O
↓O2
CaSO4
Все газы при взаимодействии сCa(OH)2 дают один продукт: CaSO4 – гипс,
который по объёму в2,3 раза больше, чем Ca(OH)2. Вначале бетон уплотняется,
затем в поверхностных слоях начинают возрастать внутренние напряжения, и бе-
тон начинает трещать и отслаиваться с оголением наполнителей. Таким образом,
газы этой группы опасны прежде всего по отношению к бетону.
3. Газы, образующие при взаимодействии сCa(OH)2 растворимые продукты коррозии (обычно это растворимые соли).
Газы этой группы разделяются на две подгруппы.
Подгруппа А: Cl2, пары HCl, HBr, HI, Ch4COOH.
При взаимодействии с такими газами образуются растворимые соли.
Например, Ca(OH)2 + 2HCl (пары) → CaCl2 + 2h3O
Растворимые соли вымываются из бетона, в результате чего постепенно рас-
тёт пористость бетона и уменьшаются его несущие свойства. Кроме того, эти газы могут вызывать локальную коррозию арматуры с образованием объёмных про-
дуктов даже при pH = 12 –12,5.Образование таких продуктов приводит к появле-
нию внутренних напряжений внутри бетона около арматуры, которые вызывают растрескивание бетона вдоль арматуры. Таким образом, газы этой подгруппы опасны как по отношению к бетону, так и по отношению к арматуре железобето-
на.
Подгруппа В: азотосодержащие газы (NO2, NO, пары HNO3)
Ca(OH)2 + 2HNO3 → Ca(NO3)2 + 2h3O
Газы группы В опасны по отношению к бетону. По отношению к арматуре железобетона эти газы опасности не представляют, являются ингибиторами коррозии.
43
В реальной практике часто коррозия идёт более сложно, так как может быть смесь этих газов и тогда действие газов может ослабляться или усугубляться.
Наибольшую опасность по отношению к бетону и железобетону представляют промышленные загрязненные атмосферы.
5.3. Подземная коррозия бетона и железобетона
На агрессивность грунта по отношению к бетону и железобетону влияют не-
сколько факторов:
1) Влажность грунта.
Грунт подразделяется на сухой, нормальный и влажный. Сухой грунт встре-
чается редко и опасности не представляет. Нормальный и влажный грунт обяза-
тельно способствует увлажнению бетона и железобетона, появлению в нём ка-
пиллярной влаги и растворению в ней активных составляющих грунта с после-
дующим взаимодействием с составляющими цементного камня. 2) Агрессивность грунтовых вод (прежде всего их pH):
а) озёрные грунтовые воды (pH = 6,5 – 7,4) - низкая коррозионная активность;
б) речные грунтовые воды (pH = 6 – 8,2) - средняя коррозионная агрессивность;
в) грязные речные, болотные, загрязнённые грунтовые воды промышленных предприятий и городов (pH = 6 – 8,2) - высокая агрессивность грунта.
3) Периодичность подъёмов грунтовых вод.
При подъёме (опускании) грунтовых вод создаются условия вымывания ком-
понентов из цементного камня со всеми вытекающими последствиями: повыше-
нием пористости бетона, нейтрализацией бетона, коррозией арматуры и растрес-
киванием бетона вдоль арматуры.
4)Наличие фильтрации грунтовых вод через бетон (см. раздел 5.1).
5)Солевой состав грунта, прежде всего концентрацией ионовSO-4 иCl-,ко-
торые, попадая в бетон, начинают взаимодействовать с составляющими цемент-
ного камня (см. раздел 5.1). В зависимости от плотности бетона содержание суль-
studfiles.net
Коррозия бетона и железобетона
Ничто не вечно, в это высказывание входит и бетон. Как известно, бетон – это материал, который создан искусственно из различных составляющих в процессе их затвердении: песка, цемента, щебня и воды. Бетон очень широко используется вовремя строительства, и характерною особенностью является использование (при его армировании) продуктов металлургии, таких как арматура, именуемым в готовом виде – железобетоном. В отличие от бетона армированный железобетон в свой структуре имеет сталь, что делает его более стойким и долговечным. Однако не смотря на все это, как бетон, так и железобетон очень часто поддаются коррозии.
Что же это такое коррозия?
Первый тип коррозии бетона – растворение составляющих частей. Этот тип коррозии самый распространенный, ведь в большинстве случаях бетон эксплуатируется на открытом воздухе, и поэтому на него влияет атмосферные осадки. Так как в его состав входит гашеная известь, она как легкорастворимый компонент со временем растворяется, при этом разрушая структуру самого бетонного изделия.
Второй тип коррозии – влияния на бетон различных кислот, которые присутствуют в составе воды, при этом происходит либо увеличение объема бетона, либо вымывания легкорастворимых веществ.
Последний вид разрушения бетона – биологическая коррозия. Это такой вид коррозии, особенностью которого является то, что попадающие в бетон микроорганизмы разрушают его.
Железобетон так же поддается коррозии, однако это происходит с определенной особенностью. На процесс разрушения сильно влияет вес конструкции, уровень напряжения на арматуру и конструкцию в целом. Поэтому, деформация и изменения под влиянием окружающие среды, происходит как в бетоне, так и арматуре. Одним из видов коррозии железобетона является вымывание составляющих бетона водой. Но еще быстрее проходит этот процесс при наличии в среде воздействия — химически активных веществ.
Существуют определенные меры борьбы с коррозией. Для начала нужно снизить агрессивное воздействия влаги и окружающей среды. Первой и необходимой защитой считается добавка различных пластификаторов и присадок при изготовлении бетона, они без сомненья помогут повысит плотность бетона. Различные химические добавки способствуют и в улучшении свойств бетона. Вторая защита заключается в применении защитных покрытий уже на готовую бетонную конструкцию, например, лакокрасочных или мастичных средства. Так же стоит обратить внимания на оклеенные покрытия, которые применяются при эксплуатации бетонного камня в особенных условиях окружающей среды.
Для защиты бетона и железобетона (ЖБИ), важна как первичная, так и вторичная защита, для более долго использования конструкции стоит максимально использовать обе.
prom-beton.ru
Коррозия бетона, железобетона и других строительных материалов
из "Производство антикоррозионных работ Издание 2"
Коррозия бетона. Обычный бетон на портландцементе быстро разрушается при действии на него агрессивных растворов и влажных газов. Разрушение бетона происходит различными путями в зависимости от характера агрессивной среды. [c.15] В естественных условиях в процессе работы плотин, шлюзов, градирен, резервуаров чистой воды при действии на бетон мягкой воды, т. е. такой, в которой содержится мало кальциевых солей, составные части затвердевшего цементного камня (известь) растворяются и уносятся протекающей водой. В результате этого бетон теряет механическую прочность и разрушается. [c.15] При эксплуатации бетонных и железобетонных конструкций в цехах с агрессивными средами, главным образом в химической промышленности, на бетон действуют растворы кислот или влажные кислые газы. В результате коррозии в бетоне образуются кальциевые соли, которые либо растворяются и уносятся водой, либо выделяются в бетоне и на некоторый период уплотняют поверхностные слои бетона. [c.15] Особое место занимает сульфатная коррозия, которая протекает при действии на поверхность бетонных конструкций растворов солей серной кислоты. В результате взаимодействия этих растворов с составными частями бетона образуются продукты коррозии, которые отлагаются в порах, трещинах и капиллярах бетона, кристаллизуются в них, увеличиваются при этом в объеме и при некоторых условиях вызывают разрушение бетона. [c.16] Промышленные воды, содержащие сернокислые соли, и грунтовые воды, насыщенные углекислым газом, вызывают усиленную коррозию бетона, причем скорость разрушения бетона увеличивается с повышением содержания в воде солей и углекислого газа. [c.16] В слабых растворах щелочей (до 10%) бетон на портландцементе является практически стойким. При действии щелочных растворов высокой концентрации и особенно при повышенной температуре бетон разрушается. Это объясняется тем, что концентрированные растворы щелочей (свыше 10%) растворяют составные частицы цементного раствора (зерна кварцевого песка). [c.16] Стойкость бетона при действии на него водных солевых растворов зависит от характера и концентраций растворов солей, от химического состава цемента и заполнителей бетона, а также от плотности бетона. Растворы кислых солей разрушают бетон, содержащий значительное количество свободной извести. [c.16] Коррозия железобетона. В зависимости от характера агрессивной среды коррозия железобетона может происходить вследствие коррозии как бетона, так и арматуры. Если среда агрессивна к бетону, в нем развивается коррозия, приводящая к обнажению арматуры и разрушению конструкции. Если среда агрессивна только к стальной арматуре, то, проникая к ней через поры и капилляры защитного слоя бетона, агрессивные агенты вызывают ее коррозию. [c.16] Разрушение арматуры в железобетонных конструкциях без повреждения защитного слоя бетона протекает следующим образом агрессивная среда, проникшая через пористый бетон, образует на поверхности арматуры продукты коррозии (ржавчину, соли), которые, увеличиваясь в объеме, разрывают прилегающие слои бетона и образуют трещины в защитном слое бетона. Обычно эти трещины идут вдоль стержней арматуры. С появлением в бетоне трещин процесс разрушения арматуры усиливается из-за более интенсивного поступления к металлу химических веществ. [c.17] Коррозия штучных силикатных материалов. При строительстве цехов с агрессивными средами для возведения стен, фундаментов и других конструкций применяют разнообразные штучные силикатные материалы обожженный глиняный кирпич, силикатный кирпич и шлакобетонные камни. Эти материалы по своему химическому составу в основном представляют собой различные соли кремниевых и поликремниевых кислот, алюмосиликаты, кальциевые силикаты или чистый кремнезем с примесями окислов других элементов. [c.17] При действии агрессивной среды материал, в состав которого входит углекислый кальций, легко разрушается при действии минеральных кислот, образуя кальциевые соли соответствующих кислот. Материалы, содержащие кремнезем, при взаимодействии с концентрированными щелочами растворяются с образованием растворимого кремнекислого натрия. [c.18] Большое влияние на скорость коррозии строительных силикатных материалов оказывает их пористость и структура. Разрущение пористых материалов протекает не только на поверхности, но и в толще материала. При замкнутых, не сообщающихся друг с другом порах разрушительное влияние агрессивных сред проявляется в меньшей степени, чем при наличии открытых пор, когда агрессивная жидкость легко проходит в толщу материала. При кристаллической структуре материала коррозионный процесс протекает более медленно, чем при аморфной. Так, например, кристаллический кремнезем (кварц) хорошо сопротивляется воздействию растворов щелочей, в то время как аморфный кремнезем легко в них растворяется. [c.18] Глиняный кирпич разрушается под действием растворов щелочей, водных растворов органических и минеральных кислот, а также многих солей и лишь удовлетворительно устойчив в слабых кислотах и кислых газах. Из всех сортов глиняного кирпича наибольшей устойчивостью к агрессивным средам обладает плотный клинкерный кирпич (пережог), получаемый в результате обжига отформованного кирпича при более высокой температуре. [c.18] Иногда при строительстве химических заводов для заполнения стеновых проемов пытаются применять шлакобетонные камни, однако они совершенно не устойчивы к действию кислых агрессивных сред и малоустойчивы к действию влаги и растворов щелочей (за исключением слабых концентраций) и в условиях переменного увлажнения и замораживания. [c.18] Коррозия древесины. Древесина состоит из отдельных, тесно срощенных между собой клеток, разнообразных по форме и размерам. Основными составными частями древесины являются лигнин, который цементирует отдельные структурные элементы древесины и придает ей жесткость, и целлюлоза. Кроме того, в состав древесины входят экстрактивные вещества (смолы, воски, масла и др.) и минеральные вещества, необходимые для питания дерева и усиления его роста. [c.19] Коррозия древесины протекает различно в зависимости от характера агрессивной среды, ее концентрации и температуры. При действии на древесину растворов кислот или кислых солей происходит гидролиз (разрушение) целлюлозы древесины, вызывающий необратимую потерю ее прочности. Разрушение древесины под воздействием щелочей объясняется растворением лигнина и частично целлюлозы. Такое же действие на древесину оказывают растворы концентрированных сернокислых солей (сернокислый цинк, сернокислое железо и др.). [c.19] Древесина стойка в условиях слабоагрессивных сред. Хвойные породы древесины благодаря содержанию в них смолы обладают большей химической стойкостью, чем лиственные породы. Они стойки к воздействию разбавленных растворов уксусной, соляной, фосфорной и плавиковой кислот, а также растворов нейтральных солей любых концентраций, к действию раствора аммиака, гидроокисей кальция и бария. Древесина разрушается при действии на нее концентрированных минеральных кислот, особенно, обладающих окислительными свойствами (азотной, крепкой серной, хромовой). Водные растворы едких щелочей медленно разрушают (расщепляют) древесину такое же действие на древесину оказывают соли железа, алюминия и цинка. [c.19] Из древесины изготовляют строительные конструкции для химических, коксохимических, гидрометаллургических и других предприятий, а также емкости для хранения разбавленных кислот и растворов солей, сборники, охладительные башни, градирни, вентиляционные короба, вытяжные трубы, лотки и др. [c.20]Вернуться к основной статье
chem21.info
