ПОЛИМЕРБЕТОНЫ

Коррозионная стойкость арматуры в полимербетонах

Известно, что стальная арматура в плотном железо­бетоне не корродирует в течение длительного времени. Отсутствие коррозии стали в цементных бетонах объяс­няется ее пассивностью в щелочной среде таких бетонов. Основные условия пассивности стали в цементных бето­нах — ее постоянный контакт с норовой жидкостью, имеющей рН 12, при этом наблюдается полное торможе­ние анодного процесса. Коррозия арматуры в цементных бетонах обычно начинается в карбонизированном бетоне, когда создаются условия для более или менее свободно­го протекания анодного процесса растворения металла.

В полимербетонах механизм защитного действия и возможные процессы коррозии арматуры будут сущест­венно отличаться от аналогичных процессов в цементных бетонах.

В технической литературе сравнительно мало данных о коррозионной стойкости арматуры в полимербетонах, к тому же некоторые из этих данных противоречивы. По­этому необходимо привести хотя бы краткие результаты исследований, выполненных в этой области.

По методике, разработанной в лаборатории полимер­бетонов НИИЖБа, прямые испытания на коррозионную стойкость арматуры проводили на шлифованных до 7 класса чистоты, обезжиренных стальных стержнях из стали класса Ст 5, которые укладывались по три стерж­ня в полимербетонные образцы с толщиной защитного слоя у арматуры 7, 15, 20, 25, 30 и 35 мм. Диаметр стерж­ней составлял 6 и 8 при длине 100 мм. Защитный слой толщиной 7 мм был принят для получения количествен­ной оценки за сравнительно короткие сроки.

Полностью отвержденные полимербетонные образцы устанавливали на коррозионные испытания в наиболее характерных средах: воздушно-сухой, атмосферной, во­де, растворах кислот H2S04 и НС1 и производства элект­ролиза меди. В ряде жидких сред испытания проводили при повышенных температурах. По истечении намечен­ных сроков полимербетонные образцы тщательно осмат­ривали, разбивали и извлекали из них арматурные стержни.

Состояние стальной арматуры оценивали по следу­ющим показателям: площади распространения корро­зии— визуально, % к площади образца; потери массы от коррозии — взвешиванием стержней на аналитических весах с точностью до 0,001 г; глубине проникания корро­зии мкм, определяемой на измерительном микроскопе МИС-11, при значительной глубине язв, индикатором с иглой; скорости коррозии, г/м2, определяемой по фор­муле.

V = A G/(S т), (60)

Где AG-—потеря массы образца арматуры, г; S — площадь поверх­ности стержня, м2; т — время испытания, ч.

Перечисленные показатели одновременно определя­лись не менее чем на 3 параллельных образцах арматуры.

В отличие от стальной коррозионная стойкость стек - лопластиковой арматуры (СПА) характеризовалась ко­эффициенте м стоикости ^Сст, который показывает изме­нение прочности при изгибе стеклопластиковых арматур­ных стержней диаметром 6 и длиной 100 мм R« после ис­пытания в полимерных образцах по сравнению с проч­ностью контрольных образцов Rq:

Кеш — Rx /Ro ■ (61)

При определении концентрации водородных ионов рН в водных вытяжках растворной части различных поли­мербетонов установлено, что полимербетоны на по­лиэфирных и эпоксидных смолах имеют значения рН, соответствующие нейтральным растворам. Значение рН растворной части полимербетонов на фура­новых смолах имеет кислый характер. При этом с увели­чением количества вводимого отвердителя БСК рН уменьшается.

Прямые испытания в агрессивных средах показали, что в полимербетонах на полиэфирных и эпоксидных смо­лах при толщине защитного слоя более 20 адм коррозия арматуры практически отсутствует во всех исследован­ных средах, кроме горячей кислоты. В растворах горя­чей кислоты, обладающих высокой проникающей способ­ностью и агрессивностью по отношению к стали, наблю­дается коррозия, которая примерно соответствует кор­розии арматуры в полимербетонах ФАМ, испытанных в растворах кислот при обычной температуре (табл. 66).

В полимербетонах ФАМ, испытанных в воздушно - сухих условиях, коррозии арматуры не наблюдалось. В жидких средах обнаружено поражение стальной армату­ры независимо от вида среды. Однако величина корро­зионного поражения колеблется в очень широких преде­лах и зависит от следующих причин: состава полимербе­тона, толщины защитного слоя и температуры агрессив­ной среды.

Испытания показали, что с увеличением толщины защитного слоя происходит существенное замедление коррозионных процессов стальной арматуры, а с повы­шением температуры агрессивной среды коррозионные

Процессы протекают более интенсивно (табл. 67), так как при этом повышается скорость диффузии жидких сред через защитный слой полимербетона.

В полимербетонах с кислыми отвердителями сущест­венное влияние на коррозию арматуры в жидких агрес­сивных средах оказывает вид наполнителей и заполните­лей. Наиболее высокими защитными свойствами по от­ношению к арматуре обладают полимербетоны на гра­нитном и андезитовом наполнителях и заполнителях. Введение в состав полимербетонов пористых заполните­лей приводит к некоторому увеличению коррозии арма­туры.

Исходя из опасения, что у полимербетонов на пори­стых заполнителях коррозия арматуры будет проходить значительно интенсивнее, чем у тяжелых полимербето­нов, длительность испытаний арматуры в образцах поли­мербетонов на пористых заполнителях была увеличена до 36 мес. Испытания показали (табл. 68), что при оди­наковых условиях агрессивного воздействия скорость коррозии стальной арматуры у термообработанных об­
разцов в среднем на 18—30% меньше соответственно для толщин защитного слоя 25 и 15 мм, чем у полимербето­нов, отверждаемых в нормальных условиях.

Таблица 68. Коррозия стальной арматуры в легком полимербетоне ФАМ на аглопорите

Скорость коррозии у полимербетонов ФАМ на агло - поритовом щебне и кварцевом песке в 1,5 раза ниже, чем у полимербетонов ФАМ на аглопоритовом щебне и пористом песке.

При испытании армированных образцов третьего со­става (табл. 66) в 30%-ном растворе серной кислоты в течение 3 лет у арматурных стержней с толщиной защит­ного слоя 25 и 35 мм обнаружены слабые следы корро­зии металла (~0,5 г/м2).

Такая незначительная величина коррозионного разру­шения после 3 лет испытаний в весьма жестких условиях убедительно показывает, что полимербетоны ФАМ на пористых заполнителях при правильно подобранном со­ставе также обеспечивают вполне надежную защиту ар­матуры.

Наибольшему разрушению подвергается стальная ар­матура в полимербетонах при наличии в их составе гра­фита, хотя стойкость самих полимербетонов с графитом весьма высока. Это объясняется тем, что графит в соче­тании с арматурной сталью образует электрохимическую пару, в которой графит является катодом, а сталь — ак­тивным анодом. Коррозия протекает в основном за счет образования локальных микроэлементов на поверхности арматуры, приводя к интенсивной язвенной коррозии и,

В конечном итоге, к полному разрушению арматурной стали.

Результаты испытаний свидетельствуют, что в воз­душно-сухих и атмосферных условиях среда полимербе­тонов, в том числе при использовании кислых отвердите - лей, не влияет на прочность стеклопластиковой армату­ры. Через 18 мес испытаний Л'ст практически не сни­зился.

При испытании полимербетонных образцов со сталь­ной и стеклопластиковой арматурой в жидких агрессив­ных средах было установлено, что полимербетонные об­разцы, армированные стальной арматурой, имеют боль­шие повреждения. Это объясняется нарушением сплош­ности полимербетона продуктами коррозии стали, кото­рые образуются на поверхности арматуры с увеличением ее объема и создают значительные расклинивающие уси­лия. После испытания полимерных образцов в жидких средах снижение прочности стеклопластиковой армату­ры менее значительно, чем под действием щелочной сре­ды в цементных бетонах.

При испытании полимербетонных образцов, армиро­ванных стеклопластиковой арматурой, в среде электро­лизных ванн было установлено, что стойкость такой ар­матуры, обладающей диэлектрическими свойствами, зна­чительно выше, чем стальной.

Таким образом, существующие в настоящее время полимербетоны по виду отвердителей можно разбить на три основные группы (см. табл. 4, глава 1): отверждае - мые различными кислотами; отверждаемые перекисями; отверждаемые аминами и щелочами.

У третьего вида полимербетонов стальная арматура находится в наиболее благоприятных условиях, так как щелочная среда отвердителя должна способствовать пас­сивации стали, а высокая плотность полимербетона до­статочно надежно защищает ее от контакта с агрессив­ными средами. В наименее благоприятных условиях бу­дет находиться арматура в полимербетонах, отвержда - емых различными кислотами. Вторая группа полимербе­тонов занимают по этим признакам промежуточное по­ложение (табл. 69).

Принятая нами классификация полимербетонов по виду отвердителя и стойкости арматуры в зависимости от вида отвердителя и вида наполнителя и заполнителя по­зволяет прогнозировать поведение арматуры и в зависи­мости от условий эксплуатации более правильно выби-

Рать вид полимербетона в каждом конкретном случае.

Прямыми коррозионными испытаниями было уста­новлено, что коррозия стальной арматуры начинается че­рез некоторое время (время запаздывания) после кон­такта армополимербетона с агрессивной жидкостью. Прн этом скорость коррозии можно условно разделить на три области. В первой области наблюдается увеличение ско­рости коррозии в связи с диффузионным накоплением агрессивной жидкости и увеличением ее концентрации у поверхности металла.

Для второй области характерно снижение во времени скорости коррозии, что связано с возрастанием электро­химического торможения коррозионного процесса за счет образования плотного слоя продуктов коррозии на арма­туре и экранирования ими поверхности металла.

Третья область, характерная в основном для поли­мербетонов низкой стойкости и для малых толщин за­щитного слоя, — область вновь возрастающей скорости коррозии за счет язвенного поражения арматуры.

Для полимербетонов с графитовым наполнителем ха­рактерно отсутствие второй области. У полимербетонов на гранитном заполнителе и андезитовом наполнителе отсутствует третья область. Для таких полимербетонов при толщине защитного слоя 30 мм и постоянном дейст­вии 10%-иой серной кислоты при 20°С скорость коррозии во второй области составляет примерно 0,003—0,004 мм/ /год. При такой скорости коррозии арматура может впол­не надежно эксплуатироваться не менее 25 лет.

Глава 9. ДОЛГОВЕЧНОСТЬ ПОЛИМЕРБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ