Коррозия бетона и борьба с ней

Общая характеристика процессов коррозии бетона

Важнейшее свойство строительных конструкций — их прочность, которая может значительно понижаться за счет коррозии бетона.

Разрушение структуры искусственного или естественного камня за счет различных физико-химических процессов, которые протекают под воздействием агрессивных факторов среды, приводящее к сильному ухудшению физико-механических свойств камневидных тел, называется коррозией бетона.

Коррозия бетона многообразна, так как в ее основе реализуются разные физические, химические и физико-химические процессы. Различают физическую, химическую и физико-химическую коррозию бетона. Различные бетоны склонны к разным видам коррозии.

Физическая коррозия. Этот вид коррозии связан с вымыванием легкорастворимых компонентов, входящих в состав камневидного тела, что приводит к появлению каверн, пустот, мелких и крупных полостей. Это резко снижает механическую прочность строительной конструкции и может привести к ее разрушению. Из бетона легко вымываются гидроксид и сульфат кальция, аморфные, легко разрушающиеся гидроксиды алюминия и магния и т. д. Физическая коррозия характерна для объектов на основе портландцементов и воздушных вяжущих.

Химическая коррозия. Ее основу составляют химические реакции, сопровождающиеся образованием легкорастворимых веществ, вымывающихся из камневидного тела. Наиболее распространенными видами химической коррозии бетона являются углекислотная, магнезиальная, кислотная и щелочная. Рассмотрим некоторые из них.

• 1. Углекислотная коррозия бетона. Процессы углекислотной коррозии обусловлены взаимодействием водного раствора углекислого газа (агрессивной углекислоты; см. 4.3) с карбонатом кальция и образованием растворимого гидрокарбоната кальция (см. 4.1.3, свойство 2.3.1), способного к вымыванию. На поверхности строительных конструкций всегда содержится карбонат кальция, получающийся при реакции карбонизации (взаимодействия гидроксида кальция, образовавшегося при гидролизе алита, с углекислым газом, содержащимся в воздухе).
• 2. Магнезиальная коррозия бетона. Разрушение бетона за счет магнезиальной коррозии связано с тем, что содержащиеся в природных водах хлорид и сульфат магния реагируют с гидроксидом кальция поровой жидкости бетона, образуя рыхлый аморфный осадок гидроксида магния, легко вымывающегося из камневидного тела. При этом протекает реакция

Образующийся сульфат кальция очень опасен для бетона, так как он провоцирует сульфатную коррозию. При магнезиальной коррозии поровая жидкость бетона обедняется гидроксидом кальция, что приводит к снижению pH среды и усилению коррозии стальной арматуры в железобетоне. Внедрение в бетон сульфата магния приводит к разрушению гидратированного трехкальциевого алюмината, что снижает прочность цементного камня. Воздействие сульфата магния на один из компонентов целита протекает по схеме:

3 .Другие виды химической коррозии. На практике встречаются кислотная и щелочная коррозия бетона. Кислотная коррозия возникает за счет воздействия минеральных или органических кислот, образующихся в результате жизнедеятельности различных организмов. К кислотной коррозии склонны бетоны, содержащие в своем составе большое количество целита. Кислоты взаимодействуют с гидроксидом кальция поровой жидкости, что приводит к смещению равновесия в процессах взаимодействия минералов цемента с водой.

Щелочная коррозия протекает под воздействием щелочей (гидроксидов натрия и калия). К этому виду коррозии склонны бетоны на основе глиноземистого цемента, что связано с наличием в них большого количества амфотерного оксида алюминия.

Физико-химическая коррозия бетона. Она состоит в том, что за счет протекания химической реакции возникают физические процессы, разрушающие строительную конструкцию (или значительно снижающие ее прочность). Таким видом коррозии бетона является сульфатная коррозия. Для реализации сульфатной коррозии необходимо наличие в агрессивной среде сульфат-ионов. Эти ионы содержатся в морской или в жесткой воде в виде солей кальция, магния или натрия. Для протекания сульфатной коррозии необходим сульфат кальция, который может получаться при попадании сульфаг-ионов в пбровую жидкость, содержащую ионы кальция. Сульфат кальция, вода и гидратированный целит вступают в реакцию с образованием гидросульфоалюмината, называемого «цементной бациллой». Это вещество обладает большим объемом (он в 4,7 раза больше исходного объема реагирующей смеси), за счет чего возникает сильное внутреннее напряжение, нарушающее прочность искусственного камня, а при наличии большого количества «цементных бацилл» приводящее к разрушению камневидного тела. Реакция идет по схеме:

«Цементная бацилла» опасна только в затвердевшем бетоне. В твердеющем бетоне, пока не возник жесткий каркас, она не опасна, поэтому введение в бетон небольших добавок полуводного гипса не опасно. Эта добавка не приведет к возникновению сульфатной коррозии, а будет способствовать увеличению прочности образующегося искусственного камня за счет включения гидросульфоалюмината в формирующуюся структуру твердеющего бетона. Сульфатная коррозия характерна только для бетонов, содержащих большое количество гидратированного трехкальциевого алюмината.