Содержание
как защитить бетон. Причины и виды коррозии
Коррозия бетона — это разрушение его структуры под воздействием внешних факторов. На ухудшение свойств материала влияют агрессивные химические вещества, микроорганизмы, газы, вода, колебание температуры. Бетонные конструкции постоянно контактируют с окружающей средой — подвергаются влиянию сточных и грунтовых вод, дождя и снега, солнечной радиации, промерзают при низких температурах и нагреваются при высоких. Из-за этого в цементном камне происходят реакции, которые разрушают структуру камня.
Из-за коррозии конструкции теряют прочность, эксплуатационные качества, что приводит к большим материальным затратам на ремонт, а иногда и к аварийным ситуациям. Чтобы сохранить качество железобетонных изделий и конструкций, необходимо их защищать, то есть снижать влияние разрушающих факторов. Как это сделать наиболее эффективно, расскажем в нашей статье.
Причины коррозии бетона и железобетона
Химические.
Реакции, которые проходят между компонентами материала и агрессивными химическими средами, приводят к вымыванию соединений, которые разрушаются. В результате образуются трещины, материал местами становится рыхлым, в порах накапливаются соли, которые разрушают структуру материала.
Например, когда в раствор добавляют гипс, с ним реагируют компоненты цемента и формируется гидросульфоалюминат кальция — минерал, который приводит к образованию микротрещин. Для избежания этой реакции в цемент во время приготовления добавляют пуццолановые добавки с кремнеземом в активной форме.
Физико-химические. Если бетонные конструкции находятся в воде, гидроксид кальция, который входит в состав материала, вымывается. Это происходит с неодинаковой скоростью — массивные конструкции способны дольше противостоять разрушениям.
При отрицательных температурах жидкость, которая находится в теле бетона, замерзает и давит на стенки пор. После оттаивания в бетоне возникают трещины, отслаивается арматура, на поверхности возникают сколы. Чтобы избежать этого, нужно правильно выбирать марку по морозостойкости.
Под воздействием огня бетон теряет до 90% прочности, однако при температуре ниже 500˚С она в течение года восстанавливается. При нагревании снижаются упругопластические свойства бетона, увеличивается риск пластических деформаций под нагрузкой. Возможность дальнейшего использования железобетонных конструкций определяется после инженерно-технического обследования.
Биологические. Подобные разрушения развиваются во влажных средах из-за проникновения микроорганизмов вглубь материала и их развития на поверхности. Грибки, бактерии, мхи и лишайники не только снижают эксплуатационные свойства бетона, но могут вызвать нарушения здоровья.
Наиболее опасна бактериальная коррозия, так как бактерии быстро размножаются и способны выдерживать такие условия, где другие живые существа погибают. Например, тионовые бактерии окисляют минералы цемента до серной кислоты, которая реагирует с гидроокисью кальция и образует двуводный гипс, а он вызывает интенсивное разрушение цементного камня.
Радиационные. Если на бетонные конструкции попадает ионизирующее излучение, находящаяся в бетоне вода испаряется и камень деформируется. Чем выше радиация, тем сильнее разрушения, которые появляются в результате деформации кристаллической решетки минералов Она приводит к появлению трещин.
3 вида коррозии бетона
В процессе эксплуатации в теле бетона и на поверхности происходят химические реакции с выделением веществ, которые оказывают на него разрушающее воздействие. Они отличаются в зависимости от той среды, в которой используется бетонная конструкция и делятся на 3 группы — кислотная, сульфатная и щелочная коррозии.
1 вид коррозии бетона
Кислотная коррозия возникает в результате реакции компонентов бетона с кислотами. При соединении с углекислым газом, который находится в воде, образуется водонерастворимый карбонат кальция. Он накапливается в микротрещинах, увеличивает объем цементного камня и приводит к растрескиванию. При дальнейшем взаимодействии с водой и углекислым газом образуется бикарбонат кальция, который при намокании легко вымывается из материала. Чем больше кислот в жидкости, тем интенсивнее происходит разрушение.
2 вид коррозии бетона
Сульфатная коррозия бетона возникает возникает в результате химической реакции с сульфатами, если они содержатся в воде. Сульфатные ионы образуют с ионами кальция, которые входят в состав многих бетонов, двуводный гипс. Гипс реагирует с высокоосновными алюминатами. В результате реакции получаются гидросульфоалюминаты кальция, которые увеличивают объем материала. Деформации проявляются в виде растрескивания и расслоения бетона.
3 вид коррозии бетона
Щелочная коррозия появляется в результате взаимодействия портландцемента с реакционноспособным кремнеземом заполнителя, который попадается в гравии и песке. Хлориды калия и натрия могут присутствовать в засоленных почвах, морской воде, реагентах, используемых в борьбе с гололедом. Избыток щелочи вызывает появление отложений гидросиликата кальция в порах, внутренних слоях бетона и на поверхности. Затем появляются трещины, которые со временем увеличиваются, участки поверхности шелушатся и вспучиваются.
Способы защиты бетона
Выбирать антикоррозионную защиту бетона нужно в зависимости от химической реакции, которая приводит к разрушению. Среди способов защиты выделяют первичные методы, вторичные и специальные.
Первичная защита заключается в выборе компонентов раствора, конструктивных решений бетонных сооружений. Комплекс мероприятий включает:
- корректировку состава для создания материала высокой плотности, прочности и водонепроницаемости;
- использование специальных добавок, которые обладают вяжущими, водоудерживающими, пластифицирующими и стабилизирующими свойствами;
- выбор арматуры, которая соответствует по коррозионным характеристикам условиям использования, а также ее защита при изготовлении и монтаже сборных ЖБИ конструкций.
При выборе добавок нужно отталкиваться от условий использования сооружений из бетона. Например, при изготовлении раствора с ПРС-заполнителями и портландцементом с содержанием щелочей более 0,6%, рекомендуется использовать минимум 10% активных добавок — опоку, диатомит, трепел. Добавки, которые понижают проницаемость бетона, предотвращают биологическую коррозию бетона, которая может начаться из-за жизнедеятельности микроорганизмов.
Вторичная защита заключается в предотвращении контактирования поверхностей бетонных конструкций с агрессивными веществами. Она включает:
- обработку поверхностей пропитывающими лакокрасочными составами, которые повышают водонепроницаемость поверхности, обмазочными гидроизоляционными материалами на базе различных смол;
- создание изоляции из листовых и пленочных материалов;
- облицовку штучными или блочными изделиями из керамики, шлакоситала, стекла, каменного литья, природного камня;
- использование биоцидных присадок для защиты от микроорганизмов на основе карбоновых соединений, фенолов, солей и окислов меди, хрома, мышьяка.
Специальная защита включает комплекс методов, которые снижают конденсацию влаги и концентрацию агрессивных веществ. Методы направлены на организацию стоков и дренажей, вынос производств с выделениями агрессивных веществ в изолированные помещения.
В соответствии с ГОСТом 31384-2017 выбирать наиболее подходящие способы защиты от коррозии нужно после сравнения разных вариантов с учетом прогнозируемого срока службы и материальных затрат на обновление защиты и ремонт конструкций.
Защита арматуры от коррозии в бетоне
Из-за коррозионного разрушения металла на арматуре образуются продукты коррозии, которые больше по объему, чем сама арматура. Из-за этого бетон трескается и разрушается. Для защиты бетона от разрушения в него добавляют пластифицирующие присадки, которые уменьшают пористость материала, и ингибиторы коррозии, которые замедляют его разъедание. Чтобы предупредить образование ржавчины на арматуре и увеличить долговечность железобетонных сооружений, нужно своевременно выявлять новые трещины, следить за развитием уже существующих и проводить мероприятия по защите бетона от разрушения на улице.
Щелочная коррозия бетона » Ремонт Строительство Интерьер
Впервые о щелочной коррозии бетона сообщил Т. Стентон. С того времени было установлено много случаев разрушения бетона по этой причине. Щелочи взаимодействуют с активным кремнеземом очень медленно, однако в некоторых случаях первые его признаки появились через 1 год после укладки бетона.
Наряду со щелочами в коррозионных процессах участвует и гидрат окиси кальция. Взаимодействие щелочи с активным заполнителем в присутствии гидрата окиси кальция во времени проходит несколько стадий, заканчивающихся реакцией с гидратом окиси кальция. Участие Ca(OH)2 в коррозионных процессах заключается: в выводе кремнекислоты из раствора, восстановлении концентрации щелочи и создании благоприятных условий для дальнейшего перевода части кремнезема заполнителя породы в растворимое состояние, а также в образовании с кремнекислотой из раствора гелеобразного гидросиликата, принимающего наряду с гидросиликатами, образующимися в процессе гидратации цемента, участие в создании оболочки вокруг зерен заполнителя.
Эффект расширения бетона в результате взаимодействия щелочей с активным кремнеземом зависит от молкулярно-го соотношения едкой щелочи (R2O) к реакционно- способному кремнезему (SiО2) заполнителя. Это отношение определяет количество щелочей на каждую реагирующую частицу, а также относительную местную концентрацию щелочей и извести, поскольку последняя уменьшает тенденцию превращения продукта реакции в разбухающий гель. При слишком малом содержании щелочи образуется незначительное количество геля, в то время как при повышенном количестве щелочи получается более жидкий продукт реакции, показывающий меньшее давление. Присутствие воды также очень важно для реакции расширения, которая невозможна в сухом бетоне.
Действие поташа на бетон с реакционноспособными заполнителями равноценно действию щелочей. Этим и обусловлено запрещение изготовления бетонов с добавками поташа с применением заполнителей, содержащих кремнезем в активной форме. Это ограничение распространяется и на другие добавки, содержащие щелочной катион (Li+, Na+, К+).
По иному стоит вопрос о возможности коррозии бетона на обычных заполнителях. Хотя и установлено, что на поверхности кварца при взаимодействии его со щелочами образуется гелеобразный (активный) кремнезем, однако при введении в состав цемента тонкомолотых пуццолановых добавок (которые можно условно приравнять к гелеобразному кремнезему, образующемуся при взаимодействии кварца со щелочью) предотвращается коррозия бетона на активных заполнителях.
Положительное влияние пуццолановых добавок обусловлено их способностью поглощать натрий и калий из растворов, в результате чего продукты реакции распределяются по всему бетону, а не концентрируются в виде скоплений вокруг зерен заполнителя, способных вызвать давление при расширении, или связыванием гидрата окиси кальция, поскольку он способствует превращению продуктов реакции в набухающий гель.
Н.С. Сальников и Ф.М. Иванов установили, что с добавкой поташа даже при применении заполнителей, классифицируемых по номограмме Чейкина и Холстида как неактивные, объем растворных образцов увеличивается.
Чтобы проследить развитие коррозии бетона вследствие взаимодействия щелочей с неактивными кремнеземистыми заполнителями, О.Е. Королева исследовала дэформативность прессованных образцов. Прессованием как бы ускоряли процесс, так как давление образующихся продуктов коррозии должно сразу сказаться на размерах эти образцов, в то время как при использовании обычных (вибрированных) образцов их расширение может произойти только после заполнения пор продуктами гидратации.
Под давлением 200 кгс/см прессовали образцы размером 10x10x30 мм из раствора состава 1:2 с В/Ц =0,35. В качестве вяжущих использовали синтезированные трехкальциевый силикат и алюминат, а также цементы, приготовленные помолом (до 3000 см/г) клинкеров Николаевского и Спасского заводов с добавкой гипса. Заполнителем служил кварцевый песок Вольского карьера
фракции 0,2-0,5 мм. При изготовлении образцов в воду затворения вводили поташ и нитрит натрия (соответственно 5, 10, 15 и 5, 7, 10% веса вяжущего).
В результате введения поташа в растворы на трехкальциевом алюминате и силикате изменяются линейные размеры образцов, особенно на трехкальциевом алюминате: к 30-суточному возрасту увеличение размеров достигает 30 мм/м (рис. 62). Видимо расширение С3А при введении поташа, а также нитрита натрия, обусловлено действием едких щелочей или самих солей на гель алюминия, так как оно наблюдалось в образцах из С3А без добавки песка.
Что же касается расширения образцов из С3S при введении 15% добавки, то оно может быть результатом взаимодействия щелочи с кремнеземом самого минерала (скорее всего) или заполнителя.
Следует отметить, что деформаций расширения образцов с добавками поташа, хранившихся в воздушно-сухих условиях, а также образцов с добавкой нитрита натрия (кроме C3A + NaNO2 водного хранения) не наблюдалось.
Клинкерные цементы с добавками поташа характеризуются усадочными деформациями, а относительные деформации образцов с добавками нитрита натрия мало отличаются от соответствующих эталонов. При храпении образцов в воздушно-сухих условиях наблюдаются лишь деформации усадки (рис. 63, 64).
Щелочную коррозию бетона на неактивных заполнителях определяли также в образцах размером 7,07×7,07×21,5 см, приготовленных из смеси состава 1:1,5:3:0,45 на известковом щебне, кварцевом песке, пикалевском и спасском портландцементах с добавками поташа. Образцы в течение 90 суток выдерживали при -5 (5% K2CO3) и -15 (10% K2CO3)°С, после чего помещали в воздушно-сухие условия, в воду, в пропарочную камеру с температурой 40°С, а также выдерживали над водой и при переменных условиях (7 суток пропаривания при 40°С, 7 суток выдерживания над водой), В результате установлено, что для всех образцов затвердевшего бетона характерна усадка независимо от введенного количества поташа, минералогического состава цемента, температурно-влажностных условий твердения и последующего выдерживания, но ее величина определяется перечисленными факторами.
Наименьшей усадкой обладают образцы, хранившиеся в воде и над водой. Усадка образцов с 5% поташа несколько меньше, чем для образцов с 10% K2CO3 и без него. На протяжении 1-2 месяцев размеры образцов, хранившихся в воде и над водой, незначительно увеличились, после чего проявилась тенденция к усадочным деформациям. Величина относительных деформаций для этих образцов в возрасте 225-275 суток почти одинакова и составляет 0,09-0,10 мм/м.
Наибольшей усадкой характеризуются образцы, хранившиеся в естественных и переменных условиях, Размеры образцов, подвергавшихся непрерывному пропариванию при 40°С, незначительно (менее 0,05 мм/м) увеличились в течение первых 2-3 месяцев. Наибольшее увеличение размеров наблюдается у образцов на спасском портландцементе без добавок и с 5% поташа (рис. 65).
Следует отметить, что бетонные образцы, изготовленные на основе спасского (высокоалюминатного) цемента во всех условиях твердения имели меньшие значения усадочных деформаций или большие величины деформаций расширения по сравнению с образцами на пикалевском (среднеалюминатном) цементе.
Рассматривая вопрос щелочной коррозии бетона, необходимо остановиться на следующем. Так как в результате взаимодействия поташа с Ca(OH) образуются нерастворимые в воде карбонаты кальция, то равновесие реакций (8) и (9) сильно смещено вправо, в сторону образования CaCO3. При этом для взаимодействия 1% поташа с гидроокисью кальция необходимо 0,406% CaO. Всего же при гидратации трехкальциевого силиката при обычной степени гидратации цементов (около 40%) может выделиться около 6,15% CaO.
Следовательно, чтобы поташ, в основном, взаимодействовал с гидролитической окисью кальция, заметно не разрушая гидросиликаты и гидроалюминаты кальция, его можно вводить в состав бетона (раствора) не более 15% веса цемента. В этом случае для полного прохождения реакции Ca(OH)2 + K3CO4 потребуется 6,09% гидролитической CaO. Это количество поташа следует рассматривать как максимально допустимое.
Как рН бетона связан с защитой от коррозии – MA Group
Цемент в бетоне имеет высокий pH, обычно около 13-14, а может быть и выше. Когда стальная арматура встраивается в бетон, вокруг стали образуется пассивирующий слой от воздействия высокощелочной среды. Этот пассивирующий слой, сформированный на стали, представляет собой оксидный слой, который защищает встроенную арматуру от коррозии. При наличии пассивирующего слоя стальная арматура защищена от коррозии, вызванной элементами, и от хлоридов, присутствующих в концентрациях ниже 0,02% (вес/вес) по массе бетона.
Пассивирующий слой не защищает закладную сталь от коррозии, если концентрация хлоридов превышает 0,02% (масс./масс.) по массе бетона. Коррозии любой закладной стали может способствовать наличие хлорида, когда он выше этого порога, даже если на поверхности арматурной стали присутствует пассивирующий слой.
Карбонизация цементного теста (гидратированная цементная часть бетона), хотя и не способствует коррозии стали, может привести к возникновению коррозии. Карбонизация происходит, когда проникновение атмосферного углекислого газа в бетон вступает в реакцию с цементным тестом. pH отвержденного бетона обычно составляет от 11 до 13, но карбонизация снижает pH отвержденного цементного теста, что устраняет любую защиту, обеспечиваемую закладной стали, которая была обеспечена высокощелочной средой. Важно отметить, что когда бетон становится карбонизированным, любое количество хлоридов, присутствующих в бетоне, ускоряет скорость коррозии.
Карбонизация гидроксида кальция в цементном тесте под воздействием воздуха.
Можно провести несколько простых тестов, чтобы определить, является ли бетон карбонизированным. При тестировании глубины карбонизации используется индикатор фенолфталеин, чтобы определить, на какой глубине от поверхности паста была карбонизирована. Для осуществления глубинной карбонизации фенолфталеин сначала растворяют в подходящем растворителе, таком как этанол или изопропанол. Эта смесь наносится на свежеотбитую поверхность бетона. Считается, что поверхность бетона, которая становится ярко-розовой, не имеет значительной карбонизации. Поверхности, которые не розовеют и на которых индикатор фенолфталеина остается прозрачным, считаются карбонизированными. В некоторых случаях этот тест может давать более светлые оттенки розового, что может снизить четкость и достоверность результатов. В этих случаях измерение pH является хорошим методом определения уровня карбонизации пасты. Бетон, который был полностью карбонизирован, обычно имеет рН в диапазоне от 8,5 до 9.. Хотя пассивирующий эффект, защищающий сталь, теряется при рН от 9,5 до 10,5. Индикатор фенолфталеин обычно меняет цвет при рН около 10, но может варьироваться в зависимости от партии фенолфталеина.
Для получения дополнительной информации свяжитесь с Мэттом Андерсоном по телефону 847.306.9240 или по электронной почте [email protected]. А чтобы получить скидку 15 % на наши услуги, сообщите нам, что вы читали наши статьи, прежде чем получать счет.
Нравится:
Нравится Загрузка…
Tagged щелочной, c1152, c1218, хлорид, Бетон, Коррозия, глубина карбонизации, анализ отказов, как это работает, Группа MA, отказ материала, исследование отказа материала, аналитическая группа материалов, пассивация, ph
Коррозия закладных материалов
Коррозия арматурной стали и других закладных металлов является основной причиной износа бетона. При коррозии стали образующаяся ржавчина занимает больший объем, чем сама сталь. Это расширение создает растягивающие напряжения в бетоне, что в конечном итоге может привести к растрескиванию, расслаиванию и отслаиванию.
Сталь подвергается коррозии, поскольку она не является природным материалом. Скорее, железная руда плавится и очищается для производства стали. Производственные этапы, которые превращают железную руду в сталь, добавляют металлу энергии.
Сталь, как и большинство металлов, за исключением золота и платины, термодинамически нестабильна в нормальных атмосферных условиях, высвобождает энергию и возвращается в свое естественное состояние — оксид железа или ржавчину. Этот процесс называется коррозией.
Для возникновения коррозии должны присутствовать следующие элементы:
- Должно быть не менее двух металлов (или два места на одном металле) с разными уровнями энергии
- электролит
- металлическое соединение
В армированном бетоне арматурный стержень может иметь множество отдельных областей с разными энергетическими уровнями. Бетон действует как электролит, а металлическое соединение обеспечивается проволочными стяжками, опорами стульев или самой арматурой.
Коррозия представляет собой электрохимический процесс, связанный с потоком зарядов (электронов и ионов). На активных участках стержня, называемых анодами, атомы железа теряют электроны и перемещаются в окружающий бетон в виде ионов двухвалентного железа. Этот процесс называется реакцией полуэлементного окисления или анодной реакцией и представляется как:
2Fe → 2Fe 2+ + 4e —
Электроны остаются в стержне и направляются к участкам, называемым катодами, где они соединяются с водой и кислородом в бетоне. Реакция на катоде называется реакцией восстановления. Обычная реакция сокращения:
2H 2 O + O 2 + 4E — → 4OH —
. к этим катодным участкам, где они объединяются, образуя гидроксиды железа или ржавчину:
2Fe 2+ + 4OH — → 2Fe(OH)
Этот исходный осажденный гидроксид имеет тенденцию в дальнейшем реагировать с кислородом с образованием высших оксидов. Увеличение объема по мере дальнейшего взаимодействия продуктов реакции с растворенным кислородом приводит к внутреннему напряжению в бетоне, которого может быть достаточно, чтобы вызвать растрескивание и отслоение бетонного покрытия.
Коррозию залитых в бетон металлов можно значительно уменьшить, укладывая бетон без трещин с низкой проницаемостью и достаточным бетонным покрытием. Бетон с низкой проницаемостью может быть получен за счет уменьшения соотношения воды и вяжущих материалов в бетоне и использования пуццоланов и шлака. Пуццоланы и шлак также повышают удельное сопротивление бетона, тем самым снижая скорость коррозии даже после ее начала. АКИ 318-11, 9Требования строительных норм и правил 0089 к конструкционному бетону содержит минимальные требования к бетонному покрытию, которые помогут защитить встроенные металлы от коррозионно-активных материалов. Дополнительные меры по снижению коррозии стальной арматуры в бетоне включают применение антикоррозионных добавок, покрытие арматуры (например, эпоксидной смолой), нанесение герметиков и мембран на поверхность бетона. Герметики и мембраны, если они используются, необходимо периодически наносить повторно.
Бетон и пассивный слой
Хотя сталь имеет естественную склонность к коррозии, щелочная среда бетона (pH от 12 до 13) обеспечивает защиту стали от коррозии. При высоком pH на стали образуется тонкий оксидный слой, препятствующий растворению атомов металла. Эта пассивная пленка на самом деле не останавливает коррозию; снижает скорость коррозии до незначительного уровня. Для стали в бетоне скорость пассивной коррозии обычно составляет 0,1 мкм в год. Без пассивной пленки скорость коррозии стали бы как минимум в 1000 раз выше (ACI222 2001).
Благодаря присущей бетону защите, арматурная сталь не подвергается коррозии в большинстве бетонных элементов и конструкций. Однако при разрушении пассивного слоя может возникнуть коррозия. Разрушение пассивного слоя происходит при снижении щелочности бетона или при повышении концентрации хлоридов в бетоне до определенного уровня.
Роль ионов хлора
Воздействие ионов хлора на железобетон является основной причиной преждевременной коррозии стальной арматуры. Проникновение ионов хлора, присутствующих в солях против обледенения и морской воде, в железобетон может вызвать коррозию стали, если кислород и влага также доступны для поддержания реакции. Растворенные в воде хлориды могут проникать сквозь прочный бетон или достигать стали через трещины. Хлорсодержащие примеси также могут вызывать коррозию.
Никакой другой загрязнитель не упоминается в литературе так широко, как причина коррозии металлов в бетоне, чем ионы хлорида. Механизм, с помощью которого хлориды вызывают коррозию, не совсем понятен, но наиболее популярная теория состоит в том, что ионы хлорида проникают через защитную оксидную пленку легче, чем другие ионы, делая сталь уязвимой для коррозии.
Риск коррозии возрастает по мере увеличения содержания хлоридов в бетоне. Когда содержание хлоридов на поверхности стали превышает определенный предел, называемый пороговым значением, возникает коррозия, если также доступны вода и кислород. Исследования Федерального управления автомобильных дорог (FHWA) показали, что пороговое значение в 0,20 процента общего (кислоторастворимого) хлорида от веса цемента может вызвать коррозию арматурной стали в мостовых настилах (Clear 19). 76). Однако только водорастворимые хлориды способствуют коррозии; некоторые растворимые в кислоте хлориды могут быть связаны внутри агрегатов и, следовательно, не могут способствовать коррозии. Работа в FHWA (Clear 1973) показала, что коэффициент преобразования кислоторастворимых хлоридов в водорастворимые может варьироваться от 0,35 до 0,90, в зависимости от компонентов и истории бетона. Произвольно было выбрано значение 0,75, в результате чего предел водорастворимых хлоридов составил 0,15 процента от веса цемента.
Хотя хлориды напрямую ответственны за инициирование коррозии, они, по-видимому, играют лишь косвенную роль в скорости коррозии после ее инициирования. Основными факторами, контролирующими скорость, являются наличие кислорода, удельное электрическое сопротивление и относительная влажность бетона, а также pH и температура.
Карбонизация
Карбонизация происходит, когда углекислый газ из воздуха проникает в бетон и реагирует с гидроксидами, такими как гидроксид кальция, с образованием карбонатов. В реакции с гидроксидом кальция образуется карбонат кальция:
Ca(OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 + H 2 O
Эта реакция снижает pH пористого раствора до уровня 8,5, при котором пассивная пленка на стали не стабильно.
Карбонизация обычно является медленным процессом. Было подсчитано, что в высококачественном бетоне карбонизация будет происходить со скоростью до 0,04 дюйма в год. Количество карбонизации значительно увеличивается в бетоне с высоким водоцементным отношением, низким содержанием цемента, коротким периодом отверждения, низкой прочностью и высокопроницаемой или пористой массой.
Карбонизация сильно зависит от относительной влажности бетона. Самые высокие показатели карбонизации возникают, когда относительная влажность поддерживается в пределах от 50 до 75 процентов. Ниже 25 процентов относительной влажности степень карбонизации считается незначительной. При относительной влажности выше 75 процентов влага в порах ограничивает проникновение CO2. Коррозия, вызванная карбонизацией, часто возникает на участках фасадов зданий, которые подвергаются воздействию осадков, затенены от солнечного света и имеют низкое бетонное покрытие поверх арматурной стали.
Карбонизация бетона также снижает количество ионов хлора, необходимых для ускорения коррозии. В новом бетоне с pH от 12 до 13 требуется от 7000 до 8000 частей на миллион хлоридов, чтобы начать коррозию закладной стали. Однако если рН снизить до диапазона от 10 до 11, пороговое значение хлоридов для коррозии будет значительно ниже — на уровне 100 частей на миллион или ниже. Однако, как и ионы хлора, карбонизация разрушает пассивную пленку арматуры, но не влияет на скорость коррозии.
Пример карбонизации фасада здания.
Коррозия разнородных металлов
Когда два разных металла, таких как алюминий и сталь, соприкасаются внутри бетона, может возникнуть коррозия, поскольку каждый металл имеет уникальный электрохимический потенциал. Знакомый тип коррозии разнородных металлов происходит в обычной батарейке для фонарика. Цинковый корпус и угольный стержень представляют собой два металла, а влажная паста действует как электролит. Когда углерод и цинк соединены проводом, течет ток. В железобетоне коррозия разнородных металлов может возникать на балконах, где встроенные алюминиевые перила соприкасаются с арматурной сталью. Ниже приведен список металлов в порядке электрохимической активности:
1. Цинк 5. Никель 9. Медь
2. Алюминий 6. Олово 10. Бронзовая
3. Сталь 7. ВЫДЕЛА 11. НЕПРАВИЛЬНАЯ СТАЛА
4. Железо 8. Латунь 12. Золото
Когда металлы соприкасаются в активном электролите, коррозирует менее активный металл (меньший номер) в ряду.
Каталожные номера
Комитет МСА 222, Защита металлов в бетоне от коррозии , ACI 222R-01, Американский институт бетона, Фармингтон-Хиллз, Мичиган, 2001 г., 41 страница.
Комитет ACI 318, Требования строительных норм и правил к конструкционному бетону , ACI 318-05, Американский институт бетона, Фармингтон-Хиллз, Мичиган, 2005 г.