Добавки в бетон Справочное пособие
КОРРОЗИЯ СТАЛИ
Стали носит преимущественно электрохимический характер. На аноде протекает процесс
2Fe->-Fe+2 + 4e,
На катоде
2Н20 + 02 + 4е->-40Н -.
Затем гидроксид железа
(II) может окислиться кислородом до гидроксида железа
(III) по реакции
4Fe(0H)2 + 02-^4Fe(00H) +2Н20.
Состав продуктов коррозии может сильно варьировать, поэтому лучше его представить в виде (FeO) * • (їїегОз) </ • (Н2О) г. В бетоне при рН выше 10 сталь не корродирует, поскольку при этом на поверхности металла возникает защитная пленка. При снижении рН пленка может быть нарушена, что приведет к развитию коррозии стали.
' Механизм коррозии стали в бетоне, в том числе и в присутствии хлоридов, и механизм действия ингибиторов коррозии более подробно описаны в монографии: Алексеев С. Н., Ратинов В. Б., Розенталь Н. К., Кашурииков Н. М. Ингибиторы коррозии стали в железобетонных конструкциях.— М.: Стройиздат, 1985. (Примеч. науч. ред.).
В присутствии хлоридов коррозия стали развивается вследствие разрушения хлорид-ионами защитной пленки на металле. Согласно принятым представлениям, хлорид-ионы преобразуют защитную пленку из оксида железа в растворимый хлорид железа. Механизм коррозии включает адсорбцию хлорид-иона и образование комплекса на поверхности стали.
Возникают проблемы и с другими металлами в бетоне, такими как Al, Си, РЬ и Zn. Например, А1 может вызвать разрушение бетона, и хлориды будут способствовать этому. Коррозия цинка, используемого в качестве покрытия по стали, также может быть усилена в присутствии СаСЬ, поэтому хлорид кальция не рекомендуют вводить в бетоны с арматурой, на которую нанесены гальванические покрытия. Медь не подвергается коррозии в бетоне, однако и на нее СаСЬ может оказать неблагоприятное влияние. Даже некоторые из таких металлов и сплавов, как нержавеющая сталь, сплавы состава Сг—Al—Si, чугун на основе ферросилиция, хро- моникелевые и медноникелевые сплавы, серебро и олово с высокой коррозионной стойкостью в бетоне, Могут снизить ее в присутствии хлоридов.
Точное содержание в бетоне хлорида, не вызывающего коррозии арматуры, неизвестно. По данным АСІ, комитет 201, такое предельно допустимое содержание хлорид-иона составляет 0,15 %. Поскольку хлориды могут присутствовать в бетоне в растворимой и нерастворимой формах, следует иметь в виду, что опасность для коррозии стали представляют лишь растворимые хлориды и только их содержание в разные моменты времени нужно принимать во внимание.
По данным [117], в результате реакции с составляющими цемента и цементного камня через 28 сут в бетоне с введенным первоначально СаСЬ в дозах 0,25; 0,5; 1 и 2 % осталось в жидкой фазе соответственно 0,03; 0,07; 0,15 и 0,37 % хлорида кальция. Сведения о значительном количестве хлоридов, связавшихся в бетоне, имеются и в других работах [49, 118—123, 126], тогда как по некоторым другим источникам в бетоне сохраняется существенное количество несвязанных хлоридов [124, 125] Кинетика связывания хлоридов, определенная путем их выпрессовывания и выщелачивания из цементного камня, представлена на рис. 2.24 [126].
Хлориды могут проникнуть в бетон и при их нанесении в качестве противогололедных реагентов. Для этого случая важно знать диффузионную проницаемость бетона по отношению к хлоридам. Оказалось, что она снижается в бетонах на смешанных цементах [127].
1 1 1 1 I I 4 8 12 16 20 24 t, cgm Рис. 2.24. Количество хлорида кальция, связанного в новообразования в гид - ратирующемся цементном тесте; количество свободного СаСЬ определялось выщелачиванием (/) и выпрессовыва- нием (2) |
Так диффузионная проницаемость бетонов на обычном портландцементе, сульфатостойком цементе, цементе, смешанном с 30 % золы-уноса или с 65 % гранулированного доменного шлака, составила соответственно 44 7; 100; 14,7 и 4,1 X Х10~® см[5]/с.
Коррозия арматуры в таких бетонах зависит от степени их проницаемости. В связи с потенциальной опасностью коррозии стали в армированные бетоны с ненапряженной арматурой разрешено вводить не более 2 % СаСЬ, а в. преднапря - женные бетоны — либо в очень малом количестве, либо не добавлять вовсе.
2.6.3. Ингибиторы коррозии — добавки, вводимые в бетон с целью предохранения арматуры от коррозии. Не существует общей теории, позволяющей объяснить ингибитор - ный эффект этих добавок в любых условиях. Их анодное действие обычно связывают с образованием пассивирующих
65
Пленок из гидроксида железа на поверхности железного анода. При этом считают, что хлориды ускоряют развитие коррозии за счет разрушения пленок и их формирования на некотором расстоянии от анода [128], а в присутствии ингибиторов на основе нитритов происходит быстрое окисление железа и образование непроницаемой оксидной пленки.
Хотя ингибиторы коррозии известны в течение многих лет, имеется очень мало сведений о длительности их действия. По данным [129], хлорид олова одновременно и хороший ускоритель твердения, и обладает ингибиторным эффектом, причем лучшие результаты получены в плотном бетоне.
Согласно [128], введение нитрита кальция (2 %) предохраняет арматуру в бетоне от коррозии. Однако при малых дозах нитритов в присутствии хлоридов протекают катодные реакции, что приводит к коррозии стали, поскольку при такой концентрации нитриты не обеспечивают образования надежной защитной пленки на аноде. Практика показала, что при использовании нитритов возможно их окисление и снижение их ингибиторного эффекта'.
В качестве ингибиторов коррозии арматуры применяют и многие другие вещества: хрома - ты, фосфаты, соли фосфористой кислоты, нитриты щелочных металлов, фториды, бензоаты, лигносульфонаты и т. п. Важно, чтобы эти добавки не ухудшали другие свойства бетонной смеси и бетона. До сих пор нет установившейся точки зрения по поводу эффективности применения ингибиторов коррозии вообще. Так, согласно [130], их нецелесообразно использовать из-за потери со временем ингибиторного действия. По данным [131], они полезны при отсутствии хлоридов. Поэтому представляется, что ингибиторы коррозии нельзя рассматривать как альтернативу хорошему бетону; их следует применять для профилактики коррозии арматуры.