Коррозия бетона и методы борьбы с ней. Физическая коррозия. Химическая коррозия: углекислотная, сульфатная, магнезиальная, записать реакции.
Date: 2015-10-07; view: 924.
Вопрос 55
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.
При эксплуатации инженерных сооружений в жидких и газовых средах бетон может подвергаться химической коррозии. Коррозия в газообразной среде протекает обычно при наличии влаги и так же, как в воде.
В соответствии с классификацией, предложенной В.М. Москвиным, химическую коррозию цементного бетона разделяют на три вида. В чистом виде она встречается редко. Чаще совмещаются два вида коррозии.
Коррозия первого вида происходит в результате растворения составляющих цементного камня водами с малой временной жесткостью. Эта вода горных рек, дождевая, болотная, конденсат. Уменьшает агрессивность воды содержание в ней Са(НСО3)2 и Мg(НСО3)2. И только вода с бикарбонатной щелочью менее 1,4-0,7 мг экв/л является агрессивной. Разрушение цементного камня начинается вымыванием Са(ОН)2, растворимость, которой составляет 1,2 г/л в расчете на СаО, а затем идет разрушение клинкерных минералов. Выщелачивание 15-30% СаО цементного камня приводит к уменьшению прочности на 40-50%.
Стойкость бетона можно повысить применением более плотных бетонов, пуццолановых портландцементов и шлакопортландцементов. Добавки в цементах связывают известь в нерастворимые соединения. При выдерживании изделий на воздухе в результате взаимодействия Са(ОН)2 с СО2 на поверхности бетона образуется малорастворимый карбонат кальция СаСО3, который не выщелачивается водой.
Коррозия второго вида происходит в результате взаимодействия составляющих цементного камня с кислотами и некоторыми солями. При обменных реакциях образуются не имеющие прочности легкорастворимые соединения. К этому виду коррозии относят углекислотную, общекислотную, магнезиальную.
Углекислотная коррозия. Углекислый газ СО2, находящийся в воздухе, растворяется в воде, образуя угольную кислоту Н2СО3. При наличии в воде достаточного количества карбоната кальция СаСО, чтобы нейтрализовать угольную кислоту, Н2СО3 и СаСО3 должны находиться в равновесном состоянии: СаСО3 + Н2СО3 <-> Са (НСО3)2. Эта угольная кислота не является агрессивной по отношению к цементному камню. Если количество углекислоты больше, чем равновесное, она становится агрессивной и способна разрушить цементный камень по реакциям:
Са (ОН)2 + Н2СО3 = СаСО3 + 2Н2О;
СаСО3 + Н2СО3 = Са (НСО3)2.
Гидрокарбонат кальция легко растворяется и вымывается водой. Углекислотная коррозия происходит в результате действия растворов неорганических и органических кислот при их рН < 7. Не входят сюда кремнефтористо-водородная и поликремниевые кислоты. Кислоты содержатся в сточных, болотных водах; в выбросах промышленных предприятий может быть сернистый газ, хлор и другие, образующие с водой кислоты. Кислоты взаимодействуют с гидроксидом кальция, в результате чего получаются бессвязные кальциевые соли, легко вымываемые водой. Например, при действии соляной кислоты НСI на цементный камень получается растворимый хлорид кальция:
Са(ОН)2 + 2НСl = СаСl2 + 2Н2О.
Органические кислоты — азотная, уксусная, молочная, винная, олеиновая, гуминовая, фульвовая и другие — также разрушают цементный камень.
Магнезиальная коррозия. Чисто магнезиальная коррозия происходит при действии магнезиальных солей, кроме МgSО4. Например, в морской воде содержится хлорид магния МgСI2, который взаимодействует с цементным камнем по реакции:
Са(ОН)2 + МgСl2 = СаСl2 + Mg(OH)2.
Образуется растворимый хлорид кальция и бессвязный гидроксид магния. Коррозия становится заметной при содержании в воде МgСI2 более 1,5-2%.
Для защиты от коррозии второго вида следует применять плотные бетоны, делать пропитку бетона эпоксидными, полиэфирными и другими смолами, устраивать защитные покрытия.
Коррозия третьего вида возникает при действии на цементный камень веществ, способных образовывать кристаллические соединения увеличенного объема. Они оказывают давление на стенки пор и разрушают цементный камень. Коррозия происходит при действии вод, содержащих сульфат кальция СаSO4, сульфат натрия Na2SO4 и др. Na2SO4 вначале реагирует с Са(ОН)2 по схеме Са(ОН)2 + Na2SO4 <-> CaSO4 + 2NaOH, а затем CaSO4 с минералом С3А. Сульфат кальция CaSO4 сразу реагирует с минералом С3А (ЗСаО х Аl2О3):
ЗСаО х Аl2O3 х 6Н2О + 3CaSO4 + (25-26)Н2О = ЗСаО х Аl2О3 х 3CaSO4 х(31-32) Н2О.
В результате взаимодействия образуется кристаллический трехсульфатный гидроалюминат (этрингит) с объемом в 2,8 раза большим объема исходных веществ.
Для предотвращения этого вида коррозии применяют глиноземистый цемент, сульфатостойкие портландцемента и бетоны повышенной плотности.
Сульфатно-магнезиальная коррозия возникает при действии на цементный камень сульфата магния MgSO4. Реакция идет по схеме: Са(ОН)2 + MgSO4 + 2Н2О = CaSO4 х2Н2О + Мg(ОН)2. Образуется рыхлая масса Мg(ОН)2 и кристаллы CaSO4 х 2Н2О, которые растворяются в воде. Влияние на цемент сказывается при концентрации MgSO4 более 0,5-0,75%. Происходит совмещение двух видов коррозии — магнезиальной и сульфатной.
Для повышения стойкости бетона при коррозии 1-го вида используют:
- бетоны повышенной плотности;
- специальные цементы, в частности пуццолановые;
- гидроизоляцию бетона;
- облицовку или пропитку бетона.
Для защиты бетона от коррозии 2-го вида используют следующие приемы:
- правильный выборцемента;
- повышение плотности бетона;
- защита поверхности бетона специальными красками;
- облицовка и др.
Основными мероприятиями по борьбе с коррозией бетона 3-го вида являются:
- выбор цемента в зависимости от условий службы конструкций и степени агрессивности среды;
- введение воздухововлекающих, пластифицирующих добавок типа СДБ, повышение плотности бетона различными способами, в том числе применением низких ВЦ и уплотняющих добавок.
Если указанные средства не могут обеспечить защиту, то необходимо прекратить доступ воды к поверхности бетона, т.е. применить поверхностную защиту.