Строительные материалы и изделия

Коррозия бетона

Коррозией (от лат. corrodo — грызу или corrosio — разъедание) бетона называются химические процессы, приводящие к сниже­нию его технических свойств. В химическое взаимодействие с при­родной водой вступают в основном продукты гидратации портланд­цемента, в первую очередь — Са(ОН)2, причиной чего является сравнительно высокая растворимость Са(ОН)2 в воде — до 1,3 г СаО в 1 л. Пока в поровом растворе поддерживается такая концен­трация извести, остальные продукты гидратации портландцемента не могут переходить в раствор, так как для них он является пересы­щенным. Только когда концентрация извести понизится, начнется растворение гидросиликата и гидроалюмината кальция.

Выщелачивающая коррозия. Она заключается в физическом растворении Са(ОН)2 и вымывании его из бетона. Этот процесс называется выщелачиванием. Выщелачивающая коррозия суще­ственно уменьшается в случае высокой временной жесткости воды, т. е. высокого содержания в ней гидрокарбонатов кальция и маг­ния — Са(НС03)2 и Mg(HC03)2, что объясняется взаимодействи­ем их со свободной известью и образованием нерастворимых со­единений, препятствующих растворению Са(ОН)2. Временная жест­кость воды принята за показатель ее агрессивности. Чем выше вре­менная жесткость, тем менее опасна вода для бетона.

Общекислотная коррозия. Под воздействием кислоты вместо Са(ОН)2 образуется хорошо растворимая соль, вымываемая из бетона, например СаС12: Са(ОН)2 + 2НС1 = СаС12 + 2Н20. Это ведет к исчезновению из бетона кристаллического сростка Са(ОН)2. Показателем агрессивности является кислотность воды, выражае­мая водородным показателем pH. Чем меньше pH (при pH < 7), тем опаснее вода.

Углекислая коррозия. При достаточной концентрации С02 в природной воде Са(ОН)2 превращается в хорошо растворимый бикарбонат кальция Са(НС03)2, вымываемый из бетона. Опасной для бетона является не вся углекислота, содержащаяся в воде, а только часть ее, называемая агрессивной. Другая часть углекисло­ты, называемая равновесной, не опасна, так как обеспечивает поддержание Са(НС03)2 в растворенном состоянии. Концентра­ция агрессивной углекислоты [С02]агр принята за показатель аг­рессивности. Чем она больше, тем опаснее вода.

Магнезиальная коррозия. При содержании в воде растворимых солей магния, например MgCl2, MgS04 и других, может происхо­дить обменная реакция: Са(ОН)2 + MgCl2-H> Mg(OH)2 + СаС12. В отли­чие от СаС12 гидроксид магния, заменяющий Са(ОН)2, нераство­рим, но образуется в виде рыхлой массы. Такая замена ведет к снижению прочности бетона. Показателем магнезиальной агрес­сивности является концентрация в воде ионов магния [Mg2+], Чем она больше, тем опаснее вода.

Аммонийная коррозия. Почти все соли аммония хорошо раство­римы и полностью диссоциируют в воде. В растворе ионы NH4 и ОН - связываются в почти недиссоциирующий гидрат аммиака, в результате чего возникает кислая среда: NH4 + Н20 = NH4OH + Н+. В результате аммонийная коррозия протекает так же, как и обще­кислотная, с образованием вместо Са(ОН)2 растворимых солей кальция, вымываемых из бетона: Са(ОН)2 + 2NH4 = Са2+ + 2NH4OH. Концентрация [NH4 ] является показателем агрессивности. С ее увеличением усиливается опасность воды.

Щелочная коррозия. При большом содержании в воде щелочей КОН и NaOH растворимость Са(ОН)2 значительно снижается, что приводит к гидролизу (разложению водой) гидросиликатов и гид­роалюминатов кальция и образованию хорошо растворимых щелоч­ных алюминатов и силикатов: Na20 • А1203 • 4Н20 и Na20 • Si02 • 9Н20.

Итогом является исчезновение из бетона гидросиликатов и гид- роалюмиинатов кальция. Чем больше концентрация в воде катио­нов [К+ + Na+], тем опаснее вода. Эта концентрация принята в качестве показателя агрессивности.

Сульфатная коррозия. Из анионов, содержащихся в природ­ной воде, агрессивное действие на бетон оказывает лишь анион S042-. В процессе коррозии участвует гидроалюминат кальция:

ЗСаО • А1203 • 6Н20 + ЗСа2+ + 3S042“ +

+ 25Н20 -» ЗСаО • А1203 • 3CaS02 • 31Н20

Катионы кальция поступают для реакции в результате раство­рения Са(ОН)2. Образующаяся комплексная соль, называемая гид- росульфоалюминатом кальция (ГСАК), имеет объем в несколько раз больший, чем объем исходных продуктов в бетоне. Это явля­ется причиной растрескивания бетона. Показателем агрессивнос­ти является концентрация в воде аниона [S04~], Чем она больше, тем опаснее вода.

Общесолевая коррозия. При испарении воды из бетона в его порах остается твердый остаток, образующийся из растворенных в воде-среде солей. Постоянное поступление воды в бетон и пос­ледующее ее испарение с открытых поверхностей приводит к на­коплению твердого осадка и росту кристаллов соли в порах бето­на. Этот процесс сопровождается расширением и растрескивани­ем бетона. Показателем агрессивности является концентрация в воде солей (соленость воды) и едких щелочей. Чем выше эта кон­центрация, тем опаснее вода.

Меры борьбы с коррозией бетона. Существуют следующие спо­собы повышения коррозионной стойкости бетона.

1. Применение сульфатостойких цементов, к которым относят­ся сульфатостойкий портландцемент, сульфатостойкий портланд­цемент с минеральными добавками, сульфатостойкий шлакопор­тландцемент и пуццолановый портландцемент.

Цементный камень глиноземистого цемента обладает повышен­ной стойкостью к кислотной (в частности, к углекислой) корро­зии, а также стойкостью в мягких и сульфатных водах. Однако в растворах щелочей глиноземистый цемент не стоек.

2. Повышение водонепроницаемости бетона осуществляется применением цементов с малой водопотребностью, уменьшени­ем водоцементного отношения, тщательным уплотнением бетон­ной смеси при укладке, введением поверхностно-активных доба­вок, понижающих долю открытой пористости.

3. Применение различных видов гидроизоляции (проникающей, мастичной, оклеечной рулонной и других).

4. Гидрофобизация — вид защиты бетона, при котором вода не может проникнуть в открытые поры, а воздух и водяной пар сво­бодно в них перемещаются, что позволяет бетону просыхать. Для этого применяют специальные жидкости, образующие на стенках пор тончайшую пленку, придающую поверхности водоотталкива­ющие свойства.