Химическая коррозия бетона

Углекислотная коррозия. Избыточная углекислота (увеличение количества СО2 в воде сверх равновесного) вызывает растворение карбоната кальция на поверхности:

В результате вымывания его из бетона увеличивается пористость, проницаемость бетона.

Магнезиальная коррозия. В морской воде, в грунтовых водах содержатся соли магния (MgSO4, MgCl2). При действии такой воды на бетон происходят следующие реакции:

Mg(OH)2 – (рыхлая объемная масса) выпадает в осадок в виде пленки, проницаемой для воды, СаСl2 вымывается, CaSO4 · 2Н2О в морской воде также вымывается.

Соли магния могут взаимодействовать с составными частями цементного камня:

В результате цементный камень превращается в рыхлую массу.

Сульфатная коррозия бетона возникает под действием воды, содержащей сульфат кальция, магния, натрия и др.:

3CaO · Al2O3 · 6H2O + 3CaSO4 + (25-26)H2O =

= 3CaO · Al2O3 · 3CaSO4 (31-32)H2O

трехсульфатный гидросульфоалюминат (эттрингид)

Образование трехсульфатного гидросульфоалюмината сопровождается увеличением объема, что приводит к возникновению внутренних напряжений в бетоне и появлению трещин.

Если в воде содержится сульфат натрия, то вначале с ним взаимодействует Са(ОН)2:

Равновесие реакции смещается влево за счет связывания кальция сульфат-ионом (см. сульфатная коррозия).

Кислотная коррозия. Возникает под действием кислот, находящихся в сточных водах промышленных предприятий и грунтовых водах:

Под действием кислот могут разрушаться и другие компоненты цементного камня.

Все методы защиты бетона от коррозии можно свести в следующие группы:

– правильный выбор цемента;

– изготовление особо плотного бетона;

– использование защитных покрытий;

– регулирование состава коррозионной среды (например, нейтрализация кислых вод, контактирующих с бетоном).

В целях предотвращения вредного воздействия коррозии применяют ряд защитных мероприятий, среди которых основными являются следующие:

1. Понижают содержание C3S и C3A в портландцементном клинкере. Как было показано выше, C3S при гидролизе образует большое количество Са(ОН)2, вступающей во взаимодействие с различными компонентами состава воды. Продукт его разложения C2SH2 переходит в низкоосновной гидросиликат CSH (В), при этом в раствор переходит и Са(ОН)2. Алюминат кальция C3A гидратируется, перекристаллизуется в С3АН6 и другие продукты. При наличии в воде сульфатных ионов в бетоне образуется эттрингит (цементная бацилла), вызывающий внутреннее давление и растрескивание цементного камня. Примером этому служит коррозия при нанесении гипсовой штукатурки на бетонные поверхности. При увлажнении гипс в виде раствора просачивается внутрь бетона с образованием трехсульфатного гидросульфоалюмината - эттрингита. Возможен также обмен солей с кристаллизацией гидрохлоралюминатов, гидрокарбоалюминатов кальция и других двойных солей, что следует также принимать во внимание при оценке их влияния на свойства бетона.

2. При помоле цемента вводят в него оптимальное количество гипса, который за первые 1–2 суток должен быть связан в эттрингит почти полностью.

3. Вводят пуццолановые добавки в портландцемент (активно действующая SiO2) в количестве 20 мас.% с целью уменьшить рост кристаллов Са(ОН)2 путем вовлечения их в реакцию с SiO2 с выделением малорастворимых низкоосновных гидросиликатов CSH и уплотнением твердой фазы.

4. При выборе состава цемента выбирают нужное соотношение между цементом, мелким и крупным заполнителями, снижают В/Ц введением соответствующих добавок с увеличением подвижности бетонной смеси и плотности бетона.

5. Используют в сборных железобетонных сооружениях изделия с пропариванием для ускорения затвердевания, что придает им плотную кристаллическую структуру; покрывают поверхность изделий тонким слоем цемента, втирая его в массу бетона (железнение), наносят на поверхность бетона гидроизоляцию с помощью соответствующих материалов в виде асфальтовых покрытий. При нарушении целостности гидроизоляционной облицовки коррозионные явления могут протекать и под их слоем.

6. Можно повысить стойкость бетона, если провести естественную или искусственную карбонизацию и обработку растворами таких электролитов, как H2[SiF6] – кремнефтористоводородной кислоты, Н2С2О4 – щавелевой кислоты, Са(Н2РО4)2 – однозамещенного фосфата кальция. Практическое значение приобрела фторизация цемента, т. е. обработка поверхности с помощью кремнефтористоводородной кислоты, образующей с соединениями кальция труднорастворимый продукт:

Вопросы защиты бетона от коррозии решаются в строительной практике путем проведения необходимых изысканий для оценки характера и степени агрессивного воздействия окружающей среды на бетон, после чего рекомендуются методы защиты его от коррозии. Нередко приходится сталкиваться со специфическими реагентами, разрушающими стальные сооружения. Это, например, органические жидкости и их пары – масла, глицерин, жирные кислоты, минеральные удобрения, различные соединения, используемые в медицине, на фармацевтических предприятиях, в пищевой промышленности, сельском хозяйстве, а также отходы этих производств.

Среди перечисленных нами методов защиты бетона на первое место нужно поставить выбор цемента и добавок к нему, позволяющий предотвратить или снизить агрессивное действие среды.

Так, для защиты от кислотной коррозии необходимо применять изделия из пластических масс, а также из кислотоупорных или глиноземистых цементов. Борьбу с сульфатной коррозией ведут, используя для приготовления бетона сульфатостойкий портландцемент, содержащий не более 5 мас.% С3А. Это препятствует накоплению в порах бетона гидросульфоалюмината кальция.

При действии маломинерализованных вод рекомендуется выбирать цемент с кремнеземистой добавкой – пуццолановый портландцемент, о котором мы упоминали выше. К этим добавкам относят трепел, диатомит и др. Можно применять также шлакопортландцемент, содержащий доменные и электротермофосфорные шлаки, белитовый шлам или отходы в виде золы, шлаков и пыли при сжигании топлива на ГРЭС, ТЭЦ и др. Такие шлаки связывают свободную известь несколько хуже, чем пуццоланы. Содержание Са(ОН)2 в затвердевшем цементном камне с введением указанных добавок значительно ниже, чем на основе обычного портландцемента, что увеличивает стойкость бетона, изготовленного с применением гидравлических добавок.

Вредное действие на бетон оказывают дымовые и другие промышленные выбросы, содержащие кислотные оксиды (SO2, NO2, СО2), часто в значительных концентрациях и при высоких (более 200 °С) температурах и значительном содержании паров воды. Происходит разрушение как цементного каркаса, так и заполнителей. Для работы в таких условиях следует использовать специальные составы бетона, в которых применяют в качестве крупного заполнителя прочные карбонатные породы.