Коррозионная стойкость

От состава и характера структуры бетона зависит его коррозионная стойкость, так как чем больше пористость материала, тем глубже проникают жидкие и газообразные агрессивные среды, вызывая серьезные разрушения и приводя к потере несущей способности конструкции.

Агрессивные среды могут быть в жидком, газообразном и твердом агрегатном состоянии. Степень агрессивности по отношению к бетонным и железобетонным конструкциям для жидких сред определяется наличием и концентрацией агрессивных по отношению к бетону и арматуре веществ, температурой, величиной напора и скоростью движения жидкости по отношению к бетонной поверхности. Газовые и твердые среды агрессивны только при наличии на поверхности конструкции слоя влаги вследствие гигроскопичности (гидрофильности) бетона и повышенной влажности воздуха. Поэтому степень их агрессивности оценивают по составу, растворимости в воде, концентрации в газовоздушной среде, гигроскопичности твердого продукта, влажности и температуре окружающего воздуха.

Агрессивность воздействия на бетон оценивают специальными нормами по антикоррозионной защите строительных конструкций. В зависимости от глубины разрушения бетона в течение 50 лет эксплуатации различают слабо-, средне- и сильноагрессивные среды.

Наибольшей химической активностью в бетоне обладает цементный камень, поэтому стойкость всего конгломерата (бетона, железобетона) зависит от его состава, структуры и может рассматриваться с позиции трех основных видов коррозии цементного камня: выщелачивания, кислотного и солевого.

Первый вид — выщелачивание — происходит в результате фильтрации воды через бетон. Этот вид коррозии наиболее опасен для тонкостенных железобетонных конструкций, контактирующих с водой, и конструкций, работающих под напором воды, таких как плотины, дамбы, молы (гидротехнические). Снижение щелочности бетона вследствие вымывания гидрооксида кальция вызывает коррозию стальной арматуры, накопление на ее поверхности продуктов реакции, приводящих к отслоению бетона и разрушению всей конструкции. Интенсивность этого вида коррозии прямо пропорциональна проницаемости бетона, давлению потока воды и содержанию свободного гидрооксида кальция в цементном камне. Следовательно, повысить стойкость бетона можно или за счет перевода гидрооксида кальция в более устойчивые и менее растворимые соединения, или путем целенаправленного повышения плотности бетона. Первое достигается применением пуццоланового и шлакового портландцементов, в которых гидрооксид кальция связывается опокой, трепелом, золой или шлаком в малорастворимые соединения. Второе — путем рационального подбора зернового состава заполнителей, уменьшением водоцементного отношения в сочетании с введением пластифицирующих и гидрофобных добавок, пропиткой и защитой поверхности бетона полимерными составами.

Ко второму виду коррозии относится снижение прочности бетона под действием кислотосодержащих сред. Разрушение и вымывание цементного камня, сопровождаемое обсыпанием несвязанного заполнителя, происходит в поверхностных слоях, постепенно распространяясь вглубь бетона. В большей степени этот вид разрушения бетонных конструкций (полов, стен, плит перекрытий) наблюдается на предприятиях химической и пищевой промышленности. При проектировании бетонных конструкций, эксплуатация которых связана с действием растворов кислот и солей с кислой реакцией, предусматривают использование специального кислотостойкого цемента на основе жидкого стекла или полимерного связующего в качестве вяжущего, заполнителей из кислотостойких горных пород (андезита, диабаза, базальта, кварцита) и кислотостойкой стеклопластиковой арматуры. При действии концентрированных горячих кислот применяют защиту бетонной поверхности с помощью полимерных кислотостойких красочных составов, рулонных материалов, а также плит и плиток из ситаллов, шлакоситаллов, каменного литья и кислотостойкой керамики.

Коррозия третьего вида (солевая) — происходит в результате заполнения пор и пустот кристаллами солей, вызывающих перенапряжение материала, рост остаточных деформаций и разрушение бетонной конструкции. При действии сульфатных сред основным способом защиты является применение цементов, при гидратации которых получается наименьшее количество свободного гидрооксида кальция, участвующего в образовании крупных сульфатосодержащих кристаллов, вызывающих растягивающие напряжения в бетоне. К таким вяжущим относятся пуццолановый и шлакопортландцементы, используемые при слабой и сред­ней степени агрессивности среды. Увеличение концентрации сульфатов требует применения более стойких и надежных минеральных вяжущих: глиноземистого цемента, сульфатостойкого портландцемента и шлакопортландцемента. При действии солей типа хлорида и карбоната натрия, не взаимодействующих с цементным камнем, разрушение происходит только при капиллярном подсосе агрессивного раствора и наличии испаряющей поверхности, поэтому повысить стойкость бетона можно за счет снижения его проницаемости, т.е. повышения плотности.

Биокоррозия бетонных и железобетонных конструкций, характерная для предприятий пищевой промышленности, животноводческих помещений, прачечных, происходит под воздействием как кислот, выделяемых в процессе жизнедеятельности микроорганизмов, так и самих бактерий, дрожжей, водорослей, способных разлагать входящие в состав цементного камня силикаты кальция. Биоповреждения бетона начинаются с поверхности и идут вглубь (так же, как и при погружении бетона в жидкую агрессивную среду). Для повышения стойкости конструкций увеличивают плотность бетона, применяют лакокрасочные и плитные материалы. Наиболее надежная защита от биокоррозии — введение в бетон биоцидных добавок.

Радиационная стойкость бетона зависит от свойств отдельных его составляющих, которые по-разному воспринимают действие ионизирующего излучения. При высоких дозах наблюдается расширение кристаллической решетки заполнителя, постепенный переход минерала в аморфное состояние, сопровождаемый ростом деформаций, снижением плотности (на 3...15 %) и прочности горной породы (до 30 %). Облучение цементного камня вызывает его разогрев до 350 °С и усадку до 2,2 %, увеличивающуюся при повышении дозы радиации. Для получения радиационностойких бетонов используют сверхплотные заполнители, способные поглощать радиационное излучение (баритовые и железосодержащие руды), и шлакопортландцемент в качестве вяжущего.

Стойкость бетона к действию высоких температур определяется составом используемых основных компонентов: вяжущего и заполнителей.

В железобетонных конструкциях, условия эксплуатации которых связаны с прохождением электрического тока большой мощности и напряжения (электростанции и подстанции, линии электропередачи), возможно проявление электрокоррозии. Анализ причин потери несущей способности железобетонных конструкций позволил выделить два основных разрушающих фактора. Первый — накопление большого количества энергии в малом объеме бетона в силу его неоднородности по составу и структуре, что приводит к появлению дугового разряда, вызывающего пережог арматуры, оплавление и растрескивание бетона. Второй — электрокоррозия стали при прохождении электрического тока по арматуре в условиях повышенной влажности, приводящая к образованию и накоплению продуктов коррозии (ржавчины) на стальной поверхности. Обеспечить стойкость конструкции в этих условиях эксплуатации возможно за счет снижения электропроводности бетона, т.е. повышения его диэлектрических свойств. С этой целью в состав бетона вводят органические гидрофобные или уплотняющие добавки, снижающие гигроскопичность и водопоглощение; применяют защитные мастичные и лакокрасочные покрытия на основе высокомолекулярных смол; используют объемную пропитку конструкций полимерными составами.

Вопросы для самоконтроля

1. Перечислите основные виды сборных железобетонных изделий, применяемых в гражданском и промышленном строительстве.

2. Назовите основные технологические процессы изготовления железобетонных изделий.

3. Как армируют сборные железобетонные изделия?