Что понимают под коррозионной стойкостью бетона
Перейти к содержимому

Что понимают под коррозионной стойкостью бетона

  • автор:

Стойкость бетона во времени.

Для обеспечения основного требования, к конструкции — долговечности бетон должен обладать наравне с необходимыми прочностными и упруго-деформативными характеристиками также повышенной стойкостью по отношению к агрессивному воздействию тех или иных факторов. Под стойкостью бетона понимается его способность в течение длительного срока сохранять в условиях воздействия внешней среды необходимые структурные и физико-механические свойства, обеспечивая нормальную службу конструкции или сооружения.

В процессе эксплуатации бетонные и железобетонные конструкции и сооружения подвергаются воздействию физических и химических факторов окружающей среды (природной или созданной условиями производства), которые нередко являются агрессивными по отношению к бетону в конструкции. Развивающийся под воздействием агрессивных факторов деструктивный процесс в бетоне принято называть коррозией.

Различают физические, химические и биологические причины коррозии бетона. К физическим факторам, оказывающим разрушающее воздействие на бетон, относятся: многократное попеременное замерзание и оттаивание бетона в увлажненном или насыщенном водой состоянии; частые попеременные увлажнение и высыхание бетона в условиях положительных температур, которые сопровождаются остаточными деформациями усадки и набухания; капиллярный подсос с миграцией в бетоне влаги, содержащей растворимые соли, что вызывает отложение и выкристаллизовывание солей в порах бетона с развитием значительного внутреннего давления на стенки пор или образование солевых налетов на наружных лицевых поверхностях конструкций и сооружений, наконец, постоянное или периодическое действие на бетон высоких температур. Таким образом, бетон должен обладать соответствующей морозостойкостью, атмосферостойкостью, огне- и жаростойкостью и другими физическими характеристиками, обеспечивающими его стойкость в тех или иных условиях.

Фактором, вызывающим химическую коррозию бетона в конструкции, является агрессивное воздействие химически активной по отношению к бетону водной или газовой среды. Способность бетона противостоять таким воздействиям называют химической стойкостью или просто коррозиестойкостью бетона. Биологические причины коррозия по существу сводятся к химическим.

А.) Морозостойкость бетона

Морозостойкость — одно из основных свойств бетона, предопределяющее его долговечность. Под морозостойкостью понимается способность бетона, находящегося в увлажненном или в насыщенном водой состоянии, противостоять систематическому действию знакопеременных температур окружающей среды без изменения структурных и физико-механических характеристик.

Основной причиной разрушения бетона при многократном попеременном замораживании и оттаивании, сопровождающемся водонасыщением, является увеличение объема воды в порах бетона, достигающее 9-10%. В результате превращения воды в лед создается давление изнутри на стенки пор и в бетоне возникают значительные внутренние напряжения, приводящие при многократном повторении теплосмен к постепенному расшатыванию его структуры и затем к разрушению.

Разрушение от внутренних напряжений может произойти в тех случаях, если в момент замерзания поры в бетоне заполнены водой не менее чем на 85-90% их общего объема. Однако в обычных условиях эксплуатации и при хранении па воздухе такого водонасыщения не наблюдается. При замерзании же бетона, которое происходит начиная с наружных слоев и постепенно распространяется в глубь конструкции, в нем создается градиент температуры и влага из более теплых, внутренних слоев непрерывно мигрирует к более холодным, наружным. Создаются условия для более полного насыщения пор бетона в зонах замерзания и для разрушительного действия льда в этих зонах. Вода замерзает со скоростью, зависящей от температуры наружного воздуха и размеров пор, — вначале в крупных порах, а затем в более мелких. Во время оттаивания вода перемещается в бетоне в обратном направлении, мигрируя от нагревшихся наружных слоев к более холодным внутренним. При многократно повторяющихся циклах замерзания и оттаивания способность бетона к водонасыщению возрастает, содержание воды в порах постепенно увеличивается, нарушения структуры- усиливаются и бетон начинает заметно разрушаться. Требования к бетону по морозостойкости в зависимости от назначения сооружения, конструкции, от условий их эксплуатации нормируются в виде марок бетона по морозостойкости, оцениваемой согласно стандартной методике по числу циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое бетон должен выдержать без снижения прочности более чем на 25% и уменьшения веса более чем на 5%.

Большое влияние на морозостойкость бетона оказывает его плотность и характер пористости. Увеличение плотности бетона достигается рядом технологических средств, в частности уменьшением начального содержания воды в бетонной смеси и водоцементного отношения; для получения бетонов с высокой морозостойкостью оно должно быть в пределах 0,45-0,55.

Температура замерзания воды в порах бетона зависит от радиуса пор: чем тоньше поры, тем ниже температура замерзания воды в них. Так, в наиболее тонких капиллярах вода переходит в лед при -25° С, а в порах гелевидной составляющей цементного камня — при температуре от -50 до -60° С. Наиболее нежелательными с точки зрения, морозостойкостиявляются сообщающиеся между собой капиллярные поры, в том числе и тонкие капилляры, обусловливающие возможность капиллярного подсоса; и те и другие способствуют значительному водонасыщению бетона. В то же время более крупные заполненные воздухом и плохо сообщающиеся между собой поры-ячейки, характерные для ячеистого бетона, почти не оказывают отрицательного влияния на морозостойкость. Для обеспечения необходимой морозостойкости таких бетонов важно, чтобы стенки пор были достаточно плотными и морозостойкими.

На морозостойкости бетона существенно отражаются свойства и характеристики примененного вяжущего вещества и заполнителей. Цементы не должны содержать тонкомолотых добавок, повышающих их водопотребность (в особенности опоки, трепела); пуццолановые портландцементы снижают морозостойкость бетонов. Повышенная морозостойкость может быть достигнута при использовании алитового портландцемента с содержанием С3А не более 6-8%. Примененный в бетоне крупный заполнитель должен обладать морозостойкостью, не ниже требуемой для бетона в целом, а содержание пылевидных, глинистых и илистых примесей в крупном и мелком заполнителях не должно превышать 1-2% (по весу).

Повышение морозостойкости может обеспечить введение в состав бетона пластифицирующих, воздухововлекающих и гидрофобизующих поверхностно-активных добавок. Образующиеся в этом случае в бетоне мелкие равномерно распределенные замкнутые поры-сфероиды играют роль буферов, смягчающих отрицательное действие внутреннего давления, развивающегося в бетоне при образовании в порах льда, а частично сообщающиеся с капиллярами поры-сфероиды являются запасными емкостями, в которые выдавливается из капилляров вода при расширении ее во время перехода в лед. Введение добавки в таком количестве, при котором объем воздухововлеченных пор составляет от 3 до 4% общего объема бетона, позволяет существенно повысить морозостойкость бетона. Кроме того, немаловажным фактором повышения морозостойкости является снижение водопотребности бетонной смеси при введении в ее состав поверхностно-активных веществ.

Основные виды коррозии бетона при экспертизе промышленной безопасности Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Зубко Ольга Викторовна, Выдрин Владимир Николаевич

Рассматриваются вопросы коррозии бетона при проведении экспертизы промышленной безопасности .

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Зубко Ольга Викторовна, Выдрин Владимир Николаевич

Применение базальтопластиковой арматуры в сооружениях, эксплуатируемых в условиях повышенной влажности и морского климата

О современных методах обеспечения долговечности железобетонных конструкций

Количественный метод проектирования первичной защиты бетона защитного слоя в условиях атмосферных климатических воздействий

Коррозия и антикоррозионная защита железобетонных мостовых конструкций
Анализ деградации бетона сооружений на острове Сахалин
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Основные виды коррозии бетона при экспертизе промышленной безопасности»

Основные виды коррозии бетона при экспертизе промышленной безопасности Зубко О. В.1, Выдрин В. Н.2

1 Зубко Ольга Викторовна / Zubko Olga Viktorovna — эксперт по промышленной безопасности, производственно-коммерческий директор;

2Выдрин Владимир Николаевич / Vydrin Vladimir Nikolaevish — эксперт по промышленной

Аннотация: рассматриваются вопросы коррозии бетона при проведении

экспертизы промышленной безопасности.

Ключевые слова: коррозия, бетон, арматура, дефекты, экспертиза промышленной безопасности.

Значительную часть конструкций обследуемых зданий и сооружений по ГОСТ 31937-2011 [2] на опасных производственных объектах, при проведении экспертизы промышленной безопасности на основании требований статьи 13 Федерального закона РФ от 21.07.1997 № 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» [1], образуют железобетонные с длительным сроком эксплуатации. Их старение, преждевременное разрушение, утрата ими герметичности, несущей способности могут привести к угрозе безопасности. До 50-х годов прошлого века в большинстве промышленных зданий применялся монолитный железобетон, который характеризуется жесткими соединениями конструкций, в 60-е годы стали применяться малоразмерные сборные элементы в качестве плит покрытия, которые к настоящему времени почти полностью утратили свои эксплуатационные качества. В дальнейшем появился типовой сборный железобетон с шарнирными схемами соединения отдельных элементов в узлах. Отдельные дефекты и повреждения таких конструкций чаще вызывают обрушение в зданиях, чем конструкции из монолитного железобетона, обладающие в значительно большей мере способностью к перераспределению усилий вследствие повышенной статической неопределимости и жесткости узлов [6]. От проблем с коррозией железобетонных конструкций страдает большое количество зданий и сооружений, расположенных на опасных объектах. На стойкость железобетонных конструкций оказывают значительные воздействия агрессивные среды. Агрессивные среды по физическому состоянию разделяются на газообразные, твердые и жидкие. Степень воздействия агрессивных сред на конструкции определяется: для газообразных сред видом и концентрацией газов (группа газов) и температурно-влажностным режимом помещений или зоной влажности территории; для жидких сред наличием и концентрацией агрессивных агентов, температурой, величиной напора или скоростью движения жидкости у поверхности конструкции; для твердых сред (соли, аэрозоли, пыль, грунты) дисперсностью, растворимостью в воде, гигроскопичностью, температурновлажностным режимом помещений или зоной влажности [6]. Значительное влияние на скорость коррозии бетона в агрессивных средах может оказывать и температура среды. В настоящее время этот фактор должным образом в нормах не учитывается [7]. Руководствуясь СП 63.13330.2012 [4], СП 28.13330.2012 [5], ГОСТ 31384 -2008 [3], в каждом конкретном случае, в зависимости от конкретных условий, устанавливается степень агрессивности среды.

Основные встречающиеся виды коррозии:

Коррозия в твердых средах. К агрессивным твердым средам относят грунты различного состава, соли, в частности минеральные удобрения, другие химические продукты, находящиеся в твердом состоянии. Основные признаки агрессивности твердых сред по отношению к бетону: растворимость в воде, гигроскопичность,

способность в растворенном состоянии реагировать с компонентами цементного камня или кристаллизироваться в порах бетона.

Повреждение бетона при замораживании и оттаивании. Повреждение бетона при замораживании и оттаивании развивается вследствие изменения объема отдельных фаз и структурных элементов бетона. Увеличение объема воды при переходе в лед, различие в коэффициентах линейного расширения продуктов гидратации цемента, клинкерных зерен и зерен мелкого и крупного заполнителя создают предпосылки для появления внутренних напряжений в бетоне при замораживании и оттаивании. Тот факт, что разрушение резко ускоряется при замораживании бетона, насыщенного водой, а введение в структуру бетона определенного количества мелких воздушных пор сильно повышает морозостойкость, свидетельствует о решающей роли замораживания воды в порах бетона. Существенным является то, что температура замерзания воды зависит от размера вмещающих ее пор и капилляров; чем меньше размер пор, тем при более низкой температуре вода переходит в лед [7].

Этот вид повреждений встречается достаточно часто, а именно во многих случаях, когда бетон подвергается систематическому воздействию воды или растворов солей и мороза. Ремонт конструкций, подверженных морозной деструкции, затруднен. Ф. И. Ивановым в своих работах было показано, что при небольшой степени морозного повреждения бетона в дальнейшем в теплый период года возможно самозалечивание микротрещин и восстановление прочности. Однако при образовании макротрещин самопроизвольное восстановление прочности бетона невозможно. В отдельных случаях можно упрочнить бетон пропиткой низковязкими мономерами с последующей полимеризацией [8].

Коррозия в маслах и органических средах. При длительном воздействии минеральных масел установлено, что в этих условиях происходит постепенное снижение прочности бетона. За семь лет испытаний прочность бетона снижалась до 30 % от первоначальной. Снижение прочности объясняется уменьшением прочности контактов срастания гидратированных соединений цементного камня при полном отсутствии гидратации клинкерного фонда цементного камня и самозалечивания. Агрессивное действие технических масел связано также с возможным наличием в них кислот и поверхностно—активных веществ. Нефтепродукты могут оказать агрессивное воздействие на бетон. Степень их агрессивного воздействия увеличивается от неагрессивной до среднеагрессивной в ряду: бензин, керосин, дизельное топливо, сернистый мазут, сернистая нефть. Сильноагрессивное воздействие на бетон оказывают многие органические кислоты: уксусная, лимонная, молочная концентрацией свыше 0,05 г/л, а также жирные водонерастворимые кислоты (каприловая, капроновая и другие).

Биологическая коррозия. Под биологической коррозией понимают процессы, вызванные продуктами жизнедеятельности живых организмов, в первую очередь бактерий и организмов, поселяющихся на поверхности конструкций.

Внутренняя коррозия. К процессам внутренней коррозии бетона отнесены процессы взаимодействия компонентов цементного камня и бетона в присутствии влаги, вызывающие ухудшение технических характеристик бетона [7]. Бетон, подвергшийся внутренней коррозии, практически не поддается восстановлению. Процесс может быть лишь остановлен, если бетон будет высушен и в дальнейшем поддерживаться в сухом состоянии [8].

При проведении обследования при визуальном контроле в соответствии с ГОСТ 31937-2011 [2] устанавливаются нарушения защитных покрытий и облицовок, наличие трещин, расположенных вдоль стержней арматуры и являющихся следствием образования продуктов ее коррозии, отслоение защитного слоя в результате интенсивной коррозии арматуры; следует уделять внимание сохранности арматуры в бетоне. Глубина и степень коррозии бетона защитного слоя железобетонных

конструкций определяется по изменению величины щелочности (рН) — коррозия вследствие карбонизации. Массовое повреждение конструкций по указанной причине наблюдается при изготовлении низкомарочных бетонов с повышенным водоцементным отношением и вследствие этого с повышенной проницаемостью для углекислого газа. Весьма распространены случаи коррозии из-за заниженной толщины защитного слоя (скрытый брак). Ремонт поврежденных конструкций включает удаление разрушенного бетона и замену его новым плотным бетоном. При ремонте следует удалить карбонизированный слой бетона. Если глубина карбонизации превышает толщину защитного слоя, то бетон должен быть удален, в том числе и за арматурой. Затем механизированным способом (ручного удаления ржавчины стальной щеткой недостаточно) производят очистку арматуры от ржавчины, при необходимости усиливают арматуру и восстанавливают защитный бетон. Обычно применяют ремонтные составы, обладающие после отверждения малой проницаемостью, что исключает повторную карбонизацию защитного слоя [8].

На основании данных натурных обследований, анализа проектных материалов и экспертной оценки специалистов установлено, что агрессивному воздействию подвергаются в различных отраслях народного хозяйства 15-75 % строительных конструкций зданий и сооружений.

Несмотря на отсутствие недостатка в строительной продукции, акционерные общества, коммерческие организации, порой через посредников, приобретают изделия без гарантии их качества и долговечности, и через 10-15 лет, а то и через 1-2 года эксплуатации зданий и сооружений затраты на их ремонт превышают первоначальную сметную стоимость [9].

1. Федеральный закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов», принят Государственной Думой 20 июня 1997 года № 116-ФЗ.

2. ГОСТ 31937-2011. Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния.

3. ГОСТ 31384-2008. Защита бетонных и железобетонных конструкций.

4. СП 63.13330.2012. Бетонные и железобетонные конструкции.

5. СП 28.13330.2012. Защита строительных конструкций от коррозии.

6. ОРД 00 000-89. Техническая эксплуатация железобетонных конструкций производственных зданий. Москва, 1993.

7. Степанова В. Ф. Долговечность бетона: Учебное пособие для вузов — М., 2014 г.

Что понимают под коррозионной стойкостью бетона

Стойкость бетона — это способность материала долго сохранять свои свойства: огнестойкость и жаростойкость, морозостойкость, стойкость бетона в химическиагрессивной водной и газовой среде, сохранять свои эксплуатационные качества при работе в неблагоприятных условиях внешней среды без значительных повреждений и разрушений.

Особенно высокое расширение твердеющего бетона (цементного камня) происходит в процессе образовании гидросульфоалюмината кальция (3CaSO4* 3СаО * Al2O3 *30Н2О). Также коррозия бетона может наблюдаться при наличии в воздухе влаги и различных кислых газов. Так, например, сернистый газ, выходящий из топок котлов,паровозов или из некоторых химических аппаратов, соединяясь с влагой воздуха и парами воды, образует сернистую кислоту, которая разрушает бетон так же, как и свободная кислота в водной среде. Процессы химической коррозии бетона нельзя рассматривать вне связи с физическими и физико-химическими процессами, происходящими в бетоне под воздействием внешней водной или газовой среды. Большое влияние, в частности, оказывают объёмные деформации, возникающие в результате влагообмена (поглощения воды и её испарения), процессы замораживания и оттаивания, просачивания и фильтрации воды, диффузионные процессы перемещения влаги в бетоне и т. д.

Повышение стойкости бетона независимо от вида коррозии достигается обеспечением необходимой плотности и однородности строения бетона. Наличие раковин и различного рода неплотностей в виде открытых или сообщающихся между собой щелей, трещин, образующихся в результате температурных или усадочных деформаций, наиболее благоприятствует возникновению и развитию процессов коррозии.

Для повышения стойкости бетона по отношению к чисто химическим процессам коррозии необходимо не только обеспечивать достаточную плотность бетона, но и производить отбор вяжущих и заполнителей, наиболее стойких в условиях данного вида коррозии.

Сохранность арматуры в бетоне

Как правило, стальная арматура, заключённая в бетоне, не разрушается (но ржавеет) и может сохраняться в хорошем состоянии в течение весьма продолжительного времени. Сохранность арматуры объясняется наличием щелочной среды в бетоне. Это справедливо лишь для бетонов достаточно плотных, где исключена возможность доступа воздуха непосредственно к стержням стальной арматуры. Поэтому арматура в конструкции должна быть покрыта защитным слоем бетона, минимальная толщина которого колеблется от 10 (для тонкостенных и пустотелых плит, настилов) до 120 мм (для крупных гидротехнических сооружений). При неблагоприятной окружающей среде (высокая влажность, вредные газы и т. п.) толщину защитного слоя следует увеличивать. Защитный слой должен быть плотным, без каких-либо трещин или изъянов, в противном случае назначение его не оправдывается. Трещины в защитном слое открывают доступ воздуха непосредственно к арматуре, что вызывает образование плёнки ржавчины, сопровождающееся увеличением её объёма. Последнее вызывает растягивающие усилия в бетоне, растрескивание и разрушение защитного слоя, со всеми отрицательными последствиями для долговечности железобетонной конструкции.

Огнестойкость и жаростойкость бетона

Под огнестойкостью понимают сопротивляемость бетона кратковременному действию огня при пожаре. Под жаростойкостью понимают стойкость бетона при длительном и постоянном действии высоких температур в условиях эксплуатации тепловых агрегатов (жароупорный бетон). Бетон относится к числу огнестойких материалов. Вследствие сравнительно малой теплопроводности бетона кратковременное воздействие высоких температур не успевает вызвать значительного нагревания бетона и находящейся под защитным слоем арматуры. Значительно опаснее поливка сильно разогретого бетона холодной водой (при тушении пожара), она неизбежно вызывает образование трещин, разрушение защитного слоя и обнажение арматуры при продолжающемся действии высоких температур. В условиях длительного воздействия высоких температур обычный бетон на портландцементе не пригоден к эксплуатации при температуре выше 250°. Установлено, что при нагреве обычного бетона выше 250—300° происходит снижение прочности с разложением гидрата окиси кальция и разрушением структуры цементного камня. При температуре выше 550° зёрна кварца в песке и гранитном щебне начинают растрескиваться вследствие перехода кварца при этих температурах в другую модификацию (тридимит), что связано со значительным увеличением объёма зёрен кварца и образованием микротрещин в местах соприкосновения зёрен заполнителя и цементного камня. При дальнейшем повышении температуры разрушаются и другие структурные элементы обычного бетона. Научными работами, а также практикой установлена возможность получения на основе портландцемента жароупорного бетона, стойкого до температуры 1100—1200° и более.

Для этого в бетон необходимо вводить тонкомолотые кремнезёмистые или алюмокремнезёмистые добавки, связывающие свободную гидроокись кальция, выделяющуюся при гидратации цемента. В качестве же заполнителей применяют материалы, обладающие достаточной степенью огнеупорности и термостойкости, например хромистый железняк, шамот, базальт, андезит, отвальный доменный шлак, туфы и кирпичный щебень. Максимальная температура, выдерживаемая конструкциями, зависит, от огнеупорности и термостойкости заполнителей и тонкомолотых добавок. Так, при применении шамота и молотых добавок максимальная эксплуатационная температура жароупорных бетонов на портландцементе достигает 1100—1200°. При максимальной эксплуатационной температуре 700° можно в качестве заполнителей бетона применять базальт, диабаз, андезит, отвальный доменный шлак, артикский туф, бой глиняного кирпича, а в качестве тонкомолотых добавок — пемзу, золу-унос, гранулированный доменный шлак, цемянку. Для таких же температур (до 700°) допускается замена портландцемента в бетоне шлако-портландцементом без введения в этом случае тонкомолотых добавок. Для приготовления жароупорного бетона с эксплуатационной температурой до 1300—1400° следует применять глинозёмистый цемент с мелким и крупным заполнителями из шамота или хромистого железняка. Тонкомолотые добавки для связывания гидроокиси кальция в этом случае не требуются. В качестве вяжущего для жароупорного бетона с максимальной температурой до 900—1000° можно применять также жидкое стекло с кремнефтористым натрием.

Где мы находимся

410086, г.Саратов, Песчано-Уметский тракт, 10а

Коррозия железобетонных конструкций и ремонтные смеси

Рассмотрены процессы коррозии железобетона в условиях выщелачивания пресной водой, карбонизации, хлоридной, сульфатной и биологической коррозии. Приведены количественные оценки параметров агрессивных сред и требования к бетону для указанных условий эксплуатации.

При правильном проектировании, изготовлении и применении железобетон как материал отличается многими положительными эксплуатационными свойствами, в том числе высокой коррозионной стойкостью. Тем не менее, вследствие разных причин известно много случаев преждевременного коррозионного повреждения железобетонных конструкций. Такими причинами являются различные ошибки при проектировании и изготовлении железобетонных конструкций. К ним относятся: неправильная оценка условий эксплуатации сооружений и конструкций (не учитывается в полной мере агрессивное воздействие среды), неправильное назначение состава бетона (его проницаемости, толщины защитного слоя), ошибки в технологии изготовления и многое другое.

Скрытые дефекты проектирования и изготовления обнаруживаются со временем при воздействии среды эксплуатации. Они проявляются в форме снижения прочности и растрескивания бетона в результате воздействия окружающей среды, утраты защитного действия и коррозии стальной арматуры, что вызывает снижение несущей способности и эстетических качеств железобетонных конструкций. Такие изменения требуют выполнения ремонтных работ.

Всякому ремонту бетонных и железобетонных конструкций должно предшествовать их инженерное обследование. Одной из задач такого обследования является выяснение причин повреждения. Только после выполнения обследования можно грамотно назначить способы ремонта и восстановления, выбрать материалы для ремонта. Необходимость квалифицированного обследования обусловлена, в частности, тем, что нередко многие виды коррозионных повреждений внешне имеют одни и те же визуальные признаки. Например, сетка трещин на поверхности бетона может образоваться при морозном воздействии, капиллярном всасывании растворов солей и испарении, сульфатной коррозии, перекристаллизации цементного камня с поздним образованием трёхсульфатной формы гидросульфоалюмината, при развитии внутренней коррозии, вызванной взаимодействием кремнезёма заполнителя со щелочами цемента. В каждом из этих случаев требуется внимательное изучение причин и механизма повреждения бетона и стальной арматуры.

Полученные результаты являются основой для назначения эффективного метода ремонта и защиты строительных конструкций. С учетом производственных требований и условий эксплуатации назначается оптимальная технология и ремонтный состав. Перспективным направлением является применение для ремонта и защиты сухих растворных смесей. В настоящее время на рынке существует большой выбор сухих смесей, обеспечивающих такие требования, как:

Применяя сухие ремонтные смеси с учётом основного вида повреждения железобетонных конструкций, можно существенно повысить коррозионную стойкость и долговечность сооружений в целом.

Рассмотрим наиболее часто встречающиеся случаи коррозионного повреждения железобетона.

Выщелачивание бетона

Выщелачивание бетона, согласно классификации профессора В.М. Москвина, относится к коррозии I вида, которая состоит в растворении и выносе компонентов цементного камня из структуры бетона. Характерным является растворение гидроксида кальция и других компонентов при фильтрации вод с малой временной жёсткостью и вынос растворённых веществ из бетона. При выносе 20% гидроксида кальция бетон утрачивает 25-30% начальной прочности. Лабораторные и натурные исследования бетона и конструкций из него показывают, что процесс выщелачивания протекает сравнительно медленно. По данным лабораторных исследований НИИЖБ, в условиях коррозии I вида глубина коррозии бетона за 50 лет составляет несколько миллиметров.

Как показывают натурные обследования опор мостов на севере страны, плотин гидроэлектростанций в Восточной Сибири, водопроводных станций в Москве, эксплуатирующихся в чистых холодных водах, обладающих наиболее высокой выщелачивающей способностью, после значительных сроков эксплуатации (10-60 лет) в отсутствие сквозной фильтрации и воздействия отрицательных температур повреждение плотного бетона от коррозии I вида ограничено небольшой глубиной (таблица 1). В конструкциях, возведенных в 30-х годах прошлого века из бетона марок 100 и 140, глубина коррозии после 60 лет эксплуатации достигала 10 мм. За это время жертвенный слой торкрет-бетона толщиной 10 мм полностью исчерпал своё защитное действие.

При наличии сквозной фильтрации скорость коррозии бетона возрастает на порядки величин. Количество извести, вынесенной из массивных бетонных гидротехнических сооружений через фильтрующие трещины, может измеряться десятками килограммов и даже тоннами. В фильтрующих трещинах наблюдается интенсивная коррозия стальной арматуры, вплоть до обрыва стержней. Повышение стойкости конструкций может быть обеспечено применением бетонов низкой и особо низкой проницаемости, исключением сквозных протечек через бетон, что при современном уровне технологии бетона не является сложной проблемой. При ремонте повреждённых конструкций задача сводится к расшивке и заделке трещин или нагнетанию в трещины высокоподвижных растворов, очистке и восстановлению поверхностных слоев бетона. При воздействии отрицательных температур ремонтные смеси должны иметь в своем составе воздухововлекающие или микрогазообразующие добавки и обеспечивать необходимую адгезию к бетону конструкций, минимальную усадку, получение бетонов марок по водонепроницаемости W6-W8.

Карбонизация бетона

Взаимодействие бетона с углекислым газом (карбонизация бетона) сопровождается превращением гидроксида кальция цементного камня в карбонат кальция. Прочность бетона при этом существенно не изменяется. Несколько уменьшается пористость и проницаемость бетона. Сильно понижается щёлочность жидкой фазы бетона. От первоначального значения 12,5-13,1 величина рН понижается до 8-9, при этом бетон утрачивает пассивирующее действие на стальную арматуру. Развивающаяся коррозия стальной арматуры вызывает потерю сечения стальных стержней, растрескивание защитного слоя, сильное снижение несущей способности железобетонной конструкции. Из практики обследования коррозионного состояния железобетонных конструкций известно очень много случаев повреждения конструкций вследствие полной карбонизации защитного слоя. Как правило, причиной этого является недостаточная толщина защитного слоя (обычно отсутствие фиксации арматуры в проектном положении в процессе изготовления конструкции) или высокая проницаемость бетона. Скорость карбонизации бетона определяется скоростью диффузии углекислого газа в бетоне. Глубина карбонизации увеличивается пропорционально корню квадратному из времени и в определённой степени зависит от реакционной способности бетона, в данном случае от способности бетона связывать большее или меньшее количество углекислого газа. Скорость карбонизации находится в прямой зависимости от диффузионной проницаемости бетона для углекислого газа. Плотные бетоны хорошего качества имеют эффективный коэффициент диффузии углекислого газа около 10~4 см2/сек и менее. Обычные бетоны невысоких классов по прочности могут карбонизироваться на глубину, превышающую толщину защитного слоя. С достижением фронта карбонизации поверхности арматуры сталь начинает коррозировать, что вызывает разрушение защитного слоя бетона. Бетоны особо низкой проницаемости имеют эффективный коэффициент диффузии углекислого газа около 10~б см2/сек. Вследствие уплотнения карбонатом кальция наружного слоя бетона процесс карбонизации таких бетонов прекращается, при этом толщина карбонизированного слоя составляет 1-3 мм и не влияет на коррозионное состояние стальной арматуры. Допускаемая максимальная величина диффузионной проницаемости бетона в зависимости от концентрации углекислого газа в воздухе, проектных сро ков эксплуатации конструкции и толщины защитного слоя приведена в таблице 2.

При воздействии на железобетонные конструкции углекислого газа воздуха возможны различные ситуации. При своевременном обнаружении быстрой карбонизации защитного слоя бетона, еще не достигшей поверхности стальной арматуры, возможна защита от коррозии нанесением на поверхность конструкции плотного мелкозернистого бетона, обладающего низкой диффузионной проницаемостью для углекислого газа. В этом случае процесс карбонизации может быть остановлен, а в карбонизированном слое под цементно-песча-ным покрытием вследствие диффузии растворённого гидроксида кальция и щелочей величина рН может восстановиться до первоначального значения, необходимого для пассивации стальной арматуры.

Другой случай — полная карбонизация бетона и развитие коррозии арматуры. В этом случае радикальным способом ремонта является удаление карбонизированного слоя бетона и продуктов коррозии стали и восстановление защитного слоя из нового бетона, имеющего низкую проницаемость.

Ремонтные смеси в этом случае должны обеспечивать необходимую адгезию к бетону конструкций, минимальную усадку, получение бетонов марок по водонепроницаемости W6-W8.

Хлоридная коррозия железобетона

Из практики эксплуатации зданий и сооружений различного назначения известно большое число повреждений железобетонных конструкций, вызванное воздействием на бетон солей хлоридов. При воздействии хлоридов из состава противогололёдных реагентов повреждаются транспортные сооружения (мосты, путепроводы, подземные переходы, перекрытия многоэтажных автостоянок и другие), коммуникационные тоннели, конструкции морских причалов, здания предприятий по производству минеральных удобрений и многое другое. В указанных случаях причиной повреждения является проникание в бетон хлоридов, утрата защитного действия бетона по отношению к стали и развитие коррозии арматуры. Существует несколько путей повышения защитного действия бетона к стальной арматуре в хлоридных средах. Один из них -снижение диффузионной проницаемости бетона и применение добавок-ингибиторов коррозии.

Экспериментально установлено сильное (на порядки величин) уменьшение диффузионной проницаемости бетона для хлоридов при введении добавок суперпластификатора С-3, микрокремнезёма, золы уноса, доменных шлаков при одновременном снижении водоцементного отношения. Если обычные бетоны имеют коэффициент диф фузии хлоридов 5×10~7. 5×10~8 см2/сек, то бетоны с С-3 и МК (1. 5)х10’9 см2/сек, т. е. на порядок и более ниже, чем традиционные бетоны. Бетоны с указанной низкой диффузионной проницаемостью могут длительно поддерживать стальную арматуру в бетоне в пассивном состоянии в хлоридных средах (см. таблицу 3).

Исследования бетонов с добавками-ингибиторами, показали, что их защитное действие ограничено. Если бетоны на портландцементе утрачивают пассивирующее действие на стальную арматуру при содержании хлоридов 0,5-2,0% от массы цемента (в зависимости от состава цемента), то у бетонов с лучшими из исследованных ингибиторов указанное критическое содержание хлоридов увеличивается примерно в два раза [3].

Из сказанного ясно, что для защиты стальной арматуры железобетонных конструкций в хлоридных средах необходимы бетоны с комплексными добавками, содержащими ингибиторы и компоненты, эффективно понижающие проницаемость бетона.

Сульфатная коррозия

Сульфатная коррозия относится к коррозии III вида, согласно классификации профессора В.М. Москвина, и характеризу ется химическими процессами, в результате которых образуются слаборастворимые вещества, кристаллизующиеся с большим увеличением объёма твёрдых фаз, что вызывает сначала уплотнение бетона и повышение его прочности, затем давление кристаллов, вызывает рост внутренних напряжений и разрушение бетона. Хорошо известно разрушение бетона при действии сульфатных сред, образующих в бетоне кристаллы гипса и гидросульфоалюминатов кальция.

Исследована стойкость бетонов с модификаторами, содержащими суперпластификатор, микрокремнезём и другие компоненты [4-6]. Исследования бетона в средах, содержащих сульфаты в количестве 5000-1 2 000 мг/л, показали, что с повышением водонепроницаемости бетона с W8 до W20 сильно уменьшается скорость поглощения сульфатов. При этом низкое содержание алюминатов в портландцементе остаётся одним из важнейших факторов, определяющих сульфатостойкость бетона. В ещё большей степени уменьшается поглощение сульфатов и повышаются расчётные сроки службы бетона при введении в него комплекса С-З+МК или модификатора МБ-01. Такие бетоны отличаются низкой диффузионной проницаемостью и малой реакционной способностью по отношению к сульфатам. Вследствие связывания гидроксида кальция изменяются условия образования гипса и гидросульфоалюминатов кальция. Бетоны марок по водонепроницаемости более W8, изготовленные на среднеалюми-натном портландцементе с модификатором, приравниваются по сульфатостойкос-ти к бетонам аналогичных марок, изготовленным на сульфатостойком портландцементе (таблицы 4 и 5).

Таким образом, применяя ремонтные составы с современными эффективными добавками, можно обеспечить длительную коррозионную стойкость бетона в сульфатных средах даже с использованием средне-алюминатных цементов (с нормированным минералогическим составом).

Биологическая коррозия

Под биологической коррозией понимают процессы повреждения бетона, вызванные живыми организмами (продуктами жизнедеятельности и механическим воздействием), в первую очередь бактериями, грибами, морскими организмами, поселяющимися на поверхности конструкций. По масштабам повреждения конструкций и сооружений наибольшее значение имеет ущерб, вызываемый тионовыми бактерия ми. Известны массовые повреждения канализационных сооружений, связанные с разрушением бетона серной кислотой, выделяемой тионовыми бактериями. Механизм этого процесса в основном исследован. Концентрация сероводорода в канализационных коллекторах и камерах достигает сотен миллиграммов на кубометр воздуха, а концентрация биогенной серной кислоты 5-20%, при этом рН влаги на поверхности конструкций равняется 1 -2. В этих условиях бетон разрушается со скоростью до 1 -2 см в год. Из многих существующих методов защиты трубопроводов отданного вида коррозии наиболее экологически обоснованными представляются методы, связанные с подавлением жизнедеятельности ти-оновых бактерий (аэрация стоков, применение окислителей и т. п.). При этом создаются условия, в которых образование сероводорода, а следовательно, и серной кислоты становится невозможным.

Натурными испытаниями показано, что в сероводородных газовых средах цементные бетоны даже особо низкой проницаемости разрушаются достаточно быстро. Попытки применить биоцидные добавки, подавляющие жизнедеятельность тионовых бактерий, не имели успеха. Добавки, снижающие проницаемость цементных бетонов, также не увеличили в необходимой степени коррозионной стойкости бетона в указанных условиях. При высокой концентрации сероводорода в газовой среде эффективным средством вторичной защиты является применение химически стойких материалов в виде плёнок, листов, толстослойных покрытий, скорлуп (стеклопластик на полиэфирной смоле), минеральных кислотостойких покрытий или конструкционных химически стойких материалов.

Специфическим видом повреждения цементных штукатурок и бетона является коррозия, вызванная жизнедеятельностью низших грибов, выделяющих органические и минеральные кислоты. Грибная флора на поверхности конструкций весьма многообразна и насчитывает большое число видов. Наиболее распространённая форма повреждения при действии грибков — превращение бетона и штукатурки в сыпучую несвязанную массу, при этом разрушается также декоративная окраска и обои. Эффективным способом ремонта и защиты от грибкового поражения является применение сухих ремонтных смесей, имеющих в своем составе биоцидные препараты [7].

Выводы

Для выполнения ремонтных работ на конструкциях, имеющих коррозионные повреждения, целесообразно применять специальные сухие смеси на основе портландцемента и различных добавок. Существующие в настоящие время на строительном рынке химические добавки позволяют создавать цементные композиции для различных условий эксплуатации железобетонных конструкций и обеспечивать получение бетонов высокой прочности, однородности, низкой проницаемости и повышенной долговечности.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *