Защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии является важнейшей проблемой, решение которой направлено на увеличение срока службы конструкций, зданий и сооружений различного назначения. На практике эксплуатации различных инженерных бетонных и железобетонных сооружений было не раз доказано, что под воздействием различных физико-химических процессов, газов и жидкостей бетону свойственно разрушаться.
Цель работы: изучение проблем коррозии бетонов в строительных конструкциях разного типа и пути их решения.
Коррозия бетона – процесс разрушения структуры бетона и охрупчивания его под воздействием факторов окружающей среды. Она возникает под воздействием какого-либо агрессивного вещества, и проникания это вещества в структуру бетона через поры или трещины бетонной конструкции. Агрессивной средой является воздействие воды и низких температур; увлажнение, а затем высушивание бетонов; влияние пресных и минеральных вод.
Существует четыре вида коррозии бетона: растворение составных частей цементного камня; коррозия бетона при взаимодействии цементного камня с кислотами, которые содержатся в воде; коррозия бетона вследствие образования и кристаллизации в порах труднорастворимых веществ; коррозия арматуры в бетоне (для железобетонных конструкций).
Растворение составных частей цементного камня. Этот вид является физическим наиболее распространенным видом коррозии бетона. Все бетонные изделия эксплуатируются в открытой воздушной среде, следовательно, они постоянно подвержены влиянию атмосферных осадков, а так же других жидких веществ. Структура бетона нарушается при вымывании одной из составных частей бетона – гидроксида кальция, или гашеной извести (Ca(OH)2). Этот элемент является самым легкорастворимым в составе бетона, поэтому с течением времени он растворяется и вымывается, вызывая разрушение целостности бетонной конструкции [1].
Коррозия бетона при взаимодействии цементного камня с кислотами. В данном случае коррозия сопровождается увеличением объема бетона либо же вымыванием легкорастворимых известковых соединений, образующихся в бетоне. Увеличение объема сопровождается реакцией:
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O.
Карбонат кальция (CaCO3) не растворяется в воде. С течением времени происходит его отложение в порах цементного камня, благодаря чему идет увеличение объема бетона и, как следствие, его дальнейшее растрескивание и разрушение.
Однако, карбонат кальция способен к дальнейшему взаимодействию с содержащимся в воде углекислым газом с образованием растворимой кислой соли, вызывая углекислотную коррозию бетона:
CaCO3 + H2O + СО2 → Са(НСО3)2.
Коррозия бетона вследствие образования и кристаллизации в порах труднорастворимых веществ. Разрушение бетона возможно при наличии микроорганизмов, что способствуют протеканию так называемой биокоррозии. Различные бактерии, грибки и даже водоросли способны проникать в структуру бетонного камня и там успешно развиваться. В дальнейшем откладываются продукты жизнедеятельности этих микроорганизмов, что способствует разрушению структуры бетона [2].
Сульфатная коррозия – один из наиболее распространенных видов химического разрушения строительных материалов на основе цементов. При контакте с бетоном сульфаты, содержащиеся в воде, активно взаимодействуют с гидроксидом кальция и алюминатными составляющими цементного камня. Так, в результате реакции сульфатов с гидроксидом кальция образуется гипс, накопление которого в пространстве пор бетона привод при кристаллизации к увеличению объема и разрушению цементного камня [3]:
Ca2+ + SO4-2 + 2Н2О → CaSO4 ? 2H2O.
Типичным примером сульфатной коррозии является образование «цементной бациллы» (гидросульфоалюмината кальция):
3CaSО4 + ЗСаО • Аl2O3•6Н2О + 25Н2О — 3СаО •Аl2O3 • 3CaSО4 • 31Н2О.
Гидросульфоалюминат кристаллизуется в виде характерных игл, и называют его «цементной бациллой».
Особенностью этих реакций является то, что и гипс и гидросульфоалюминат кристаллизуются с большим количеством воды при значительном увеличении объема. Если такое образование происходит в порах уже сложившейся структуры цементного камня, то создаются большие внутренние напряжения, приводящие бетон в конструкциях к характерному растрескиванию или отслаиванию поверхностных слоев.
Коррозия арматурного каркаса в бетоне (для железобетонных конструкций). В современном строительстве используют не только бетонные изделия, но и так называемые железобетонные конструкции. Железобетон – залитый бетоном металлический каркас для увеличения надежности и стойкости сооружения. В данном случае возможно протекание еще одного вида коррозии – окисление силового металлического каркаса в бетоне. Окисление каркаса может быть вызвано большим содержанием агрессивных веществ (солей) в воде, которую используют в совокупности с бетоном. Если в данной конструкции имеется большое количество различных по объему пустот, то это способствует развитию коррозии арматурного каркаса, т.к. некоторое количество влаги и воздуха будет попадать в эти полости железобетонного изделия. В результате на разных участках металлической конструкции будет возникать скачек потенциалов, приводящий к электрохимической коррозии [4].
Способы борьбы с коррозией бетона. Чтобы защитить бетон от коррозии и продлить срок его службы, необходимо использовать несколько видов защиты, т.к один вид не поможет предотвратить коррозию. Чтобы защитить бетон от вредоносного влияния окружающей среды, необходимо провести специальные профилактические мероприятия уже на стадии проектирования конструкции. К этим мероприятиям относятся герметизация, нейтрализация агрессивных сред и веществ, а так же обеспечение максимальной вентиляции при использовании бетона в помещениях. Так же немаловажную роль в предотвращении коррозии бетона играет грамотное конструирование, которое исключит скопление в углублениях воды и различных органических веществ, которые могут отрицательно сказаться на качестве бетонного сооружения.
Защиту бетона от коррозии можно разделить на первичную и вторичную. Первичная защита предусматривает ввод в состав бетона различных специальных добавок в процессе его приготовления. Данный метод позволяет изменить состав смеси, что в будущем поможет уберечь здание или сооружение от разрушений. Этот способ является самым эффективным из всех. Добавками могут быть как различные гидроизоляционные, стабилизирующие, пластифицирующие, противоморозные, уплотняющие, а так же биоцидные вещества. Выбор добавки зависит от условий эксплуатации здания или сооружения.
Различные химические добавки помогают снизить уровень агрессивных веществ в порах бетона. При их использовании замкнутость пор бетона увеличивается, что предотвращает его разрушение. В то же время они помогают повысить морозостойкость бетона и железобетона. В качестве химических добавок используют пластификаторы на основе мылонафта, различные кремнийорганические жидкости, сульфитно-дрожжевую бражку.
Вторичная защита. Она включает в себя нанесение защитного покрытия, пропиток и использование других мер, которые помогут ограничить воздействие агрессивных сред на бетонные и железобетонные конструкции. Существует несколько методов вторичной защиты бетона от коррозии: лакокрасочные покрытия и мастики; оклеечная изоляция; гидрофобизирующие вещества; уплотняющие пропитки; химические препараты (биоциды, антисептики и др.) Вторичная защита используется в тех случаях, когда первичная не справляется. Как правило, вторичная защита требует периодического возобновления.
Самым популярным способом вторичной защиты является покрытие лакокрасочными и акриловыми материалами, предотвращающими от воздействия твердых и газообразных сред, а так же от различных микроорганизмов. Хорошо зарекомендовал себя способ пропитка бетона различными уплотняющими составами. Они помогают защитить бетон во всех агрессивных средах. Пропитки заполняют наружный слой бетона, придавая ему хорошие гидрофобные свойства и снижая водопоглощение. При уже зараженном бетоне применяют биоцидные покрытия – химически активные вещества, которые помогают уничтожить бактерии, находящиеся в порах бетона [5].
Для защиты металлической арматуры применяют ингибиторы – вещества, способные в незначительных добавках тормозить коррозию. В настоящее время представляет интерес поиск новых ингибиторов коррозии металлов [6]. Ранее неописанные полифункциональные производные аминоспиртов были синтезированы [7] и исследованы на различные виды активности [8,9] на кафедре химии КубГТУ. Установлено, что все рассмотренные соединения обладают антикоррозионной активностью в нейтральной среде.
Заключение. Коррозия бетона – одна из важнейших проблем современного строительства. Она значительно уменьшает срок эксплуатации сооружений, что может вызвать разрушение конструкции и привести к летальным последствиям. Чтобы избежать разрушений, необходимо уже на стадии проектирования продумывать меры противокоррозионной защиты бетонных и железобетонных конструкций.
Библиографическая ссылка
Ларин В.В., Тлехусеж М.А. КОРРОЗИЯ БЕТОНА. ЕЁ ВИДЫ И СПОСОБЫ БОРЬБЫ С НЕЙ // Материалы МСНК "Студенческий научный форум 2024". – 2020. – № 3. – С. 67-70;URL: https://publish2020.scienceforum.ru/ru/article/view?id=157 (дата обращения: 19.04.2024).