Причины и виды коррозии бетона: способы защиты статья

При соблюдении установленных технологических регламентов изделия из бетона обладают высокой устойчивостью к коррозии и характеризуются длительным сроком эксплуатации. Бетон должен обладать достаточным сопротивлением деструктивному воздействию на цементный камень. Коррозия бетона представляет собой процесс нарушения структурной целостности материала, обусловленный влиянием внешних агрессивных факторов.

На сегодняшний день бетон является одним из наиболее востребованных материалов в строительстве, обладающим преимущественно благоприятными характеристиками и высокой устойчивостью к атмосферным воздействиям...

Виды коррозии бетона

Физические и химические воздействия окружающей среды вызывают деградацию бетона, процесс которой классифицируется как коррозия. В результате взаимодействия цемента с водой протекают многочисленные реакции, приводящие к формированию агрессивной среды; в связи с этим для обеспечения сохранности бетонных конструкций необходимо детальное изучение механизмов данного явления.

Специалисты выделяют три основных вида коррозии, однако зачастую деструктивные процессы протекают под воздействием нескольких факторов одновременно:

1. Биологическая коррозия бетона – характеризуется образованием объемных соединений внутри бетонной матрицы вследствие проникновения различных химических веществ. Формирование данных соединений вызывает внутренние напряжения и приводит к возникновению трещин в структуре материала. При этом сульфатная коррозия занимает центральное место в исследованиях механизмов разрушения бетона.
2. Физико-химические формы коррозии бетона – характеризуются растворением компонентов бетонного камня в воде, что зачастую сопровождается вымыванием гидроксида кальция — как исходного состава, так и продуктов химических реакций. Скорость деградации железобетонных конструкностей под воздействием водной среды варьируется в зависимости от их структуры. В массивных гидросооружениях процесс коррозии протекает медленно, а видимые последствия проявляются лишь спустя десятилетия эксплуатации. Напротив, в градирнях с тонкими оболочками вымывание гидроксида кальция происходит значительно быстрее, что обуславливает необходимость проведения ремонтных работ уже через несколько лет. В условиях фильтрации воды сквозь бетон процесс разложения ускоряется многократно: материал приобретает высокую пористость, а его прочность снижается более чем на 50%. Данное явление классифицируется как выщелачивание извести или «белая смерть» вследствие характерных внешних признаков разрушения – образования белого налёта в зонах воздействия.
3. Химическая коррозия бетона – обусловленная взаимодействием с компонентами окружающей среды, зачастую сопровождается образованием легкорастворимых солей, подверженных вымыванию. В процессе этого процесса в бетонных конструкциях нередко осаждаются аморфные соединения, лишенные вяжущих свойств. Под воздействием данных факторов бетон постепенно трансформируется в рыхлую пористую массу, характеризующуюся высокой степенью деструкции и низкой механической прочностью.

Коррозию можно классифицировать как самостоятельную научную дисциплину, изучающую процессы деградации материалов, методы их предотвращения, а также устойчивость бетонных конструкций к воздействию различных природных факторов. Несмотря на то, что термин «коррозия бетона» может показаться нетипичным, данному явлению подвержены не только бетонные изделия, но и кирпич, газобетон, пенобетон, а также силикатные блоки.

Сущность процессов коррозия бетона

Данный процесс инициируется стадией отверждения бетона с образованием цементного камня, прочность которого существенно уступает характеристикам каменных заполнителей. Состав цементного камня формируется из соединений, возникающих в ходе процесса твердения. Структура затвердевшего бетона характеризуется высокой степенью неоднородности и наличием многочисленных капиллярных каналов различного типа (открытых и закрытых), которые могут быть заполнены водой или воздухом.

Речная, морская, сточная и дренажная вода в сочетании с содержащимися в ней кислыми газами оказывает агрессивное воздействие на затвердевший бетон и железобетонные конструкции. В условиях городской застройки, а особенно в зонах промышленного производства, грунтовые воды характеризуются высокой концентрацией различных примесей, провоцирующих коррозионные процессы в бетоне. Наличие химических предприятий приводит к загрязнению подземных вод органическими и минеральными кислотами, нитратами, хлоридами, солями аммония, меди, цинка, железа и никеля, сульфатами и щелочами. В районах металлообрабатывающих производств почва насыщается продуктами травильных процессов и сульфатами железа.

Помимо грунтовых вод, значительное количество веществ, вызывающих деструкцию цементного камня, поступает из стоков промышленных предприятий. Сброс неочищенных вод в речные системы приводит к повышению агрессивности водной среды по отношению к бетонным конструкциям. Коррозия бетона является распространенной проблемой при эксплуатации гидротехнических сооружений. Кроме того, атмосферный воздух в зонах влияния и непосредственно на территории производств зачастую содержит такие загрязнители, как оксиды азота, сернистый газ и хлористый водород. Несмотря на то, что концентрация данных газов в пределах допустимых норм не представляет угрозы для здоровья человека, она является достаточной для инициации процессов разрушения бетонных конструкций.

Процессы коррозии бетона характеризуются высокой степенью многообразия ввиду наличия более сотни химических соединений и веществ, способных вызывать деструкцию материала при контакте с ним. Особое значение имеют микроорганизмы – биодеструкторы, воздействующие на различные виды конструкций. Данные организмы могут находиться как в непосредственном контакте с поверхностью бетона, так и колонизировать его пористые структуры. Метаболическая активность микроорганизмов представляет серьезную угрозу для бетонных сооружений, поскольку она приводит к снижению эксплуатационных характеристик и сокращению срока его службы. При этом деструктивное воздействие может осуществляться даже на расстоянии за счёт продукции биоорганизмами агрессивных соединений.

Процессы коррозии бетона и железобетона протекают в любых жидких и газообразных средах без необходимости в привлечении дополнительных факторов. При условии высокой влажности в газообразной среде скорость данных процессов существенно возрастает...

Отличия процесса коррозии в железобетоне

Несмотря на сходство протекающих процессов, деградация железобетона представляет собой значительно более сложную проблему, обусловленную состоянием металлического каркаса, подверженного электрохимической коррозии. Традиционно железобетон характеризуется высокой прочностью и долговечностью благодаря формированию защитного пассивного слоя в результате взаимодействия поверхности арматуры с щелочной средой бетона. Однако длительное воздействие атмосферных осадков, содержащих соли и углекислый газ, приводит к карбонизации материала, вследствие чего среда приобретает кислотные свойства. Это влечет за собой снижение структурной прочности и ускорение темпов разрушения сооружения.

Для предотвращения данного вида коррозии необходимо введение в бетон специализированных ингибиторов, предназначенных для защиты металла. Данные вещества образуют защитную пленку на поверхности арматуры внутри бетонной конструкции, что способствует повышению ее общей прочности. Созданный барьер исключает непосредственное взаимодействие между металлом и бетоном, тем самым прекращая процесс электрохимической коррозии. Указанные составы могут быть добавлены непосредственно в свежий раствор перед изготовлением бетонных плит или нанесены на готовые изделия; глубина проникновения состава в структуру бетона составляет до 50 мм.

Процесс коррозионного разрушения представляет собой сложный и опасный фактор для конструкций из железобетона. Недостаточно серьезное отношение к данной проблеме и отсутствие мер по предотвращению деградации материала ведут к значительному ускорению разрушения сооружения. В целях защиты железобетонных конструкций применяются проекторные аноды, позволяющие обеспечить электрический контакт между арматурным каркасом и металлической болванкой с более высокой активностью свойств. При электрохимической коррозии разложение происходит за счет электродвижущей силы металла с отрицательными значениями. До полного растворения более реакционноспособного металла железобетонный каркас остается защищенным от разрушения.

Способы защиты от коррозии бетона и железобетона

Бетон, являющийся основным материалом в строительстве, включает в себя ряд технологических решений, направленных на противодействие процессам деградации конструкции. Данные меры охватывают как защиту материала от воздействия внешней среды, так и использование специализированных добавок с различными функциональными свойствами. Некоторые из этих компонентов предотвращают образование трещин, разрушение структуры и вымывание бетона. В строительстве объектов повышенной сложности часто применяется высокоплотный бетон, характеризующийся отсутствием капиллярной структуры в его составе.

Процесс разрушения бетонных конструкций может быть предотвращен путем введения гидравлических добавок. Данные компоненты препятствуют вымыванию гидроксида кальция, переводя его в форму гидросиликата кальция, обладающего более высокой устойчивостью к растворению. Одним из методов защиты бетона от коррозии является использование белитового цемента, который характеризуется низким содержанием трехкальциевого силиката и минимальным выделением гидроксида кальция. В случаях, когда разрушающая жидкость присутствует в малых объёмах и испаряется непосредственно с поверхности конструкции, вымывание гидроксида кальция не происходит. Это способствует уплотнению структуры и прекращению фильтрации, что обеспечивает эффект самозалечивания бетона.

Разрушение цементного камня под воздействием вод, содержащих сернокислые или хлористые соли, обусловлено образованием продуктов деградации, которые легко вымываются из бетонной структуры. Данный процесс приводит к потере связующих свойств бетона. Для предотвращения подобных повреждений необходимо снижать содержание гидроксида кальция в составе смеси. В качестве примера следует отметить, что хлористый кальций обладает в 100 раз меньшей растворимостью в воде по сравнению с гидроксидом кальция.

Сульфатная коррозия бетона обусловлена образованием в его порах кристаллообразных структур (цементных бацилл), рост которых приводит к деструкции материала. В связи с этим цемент, обладающий недостаточным содержанием трехкальциевого алюмината, должен дополнительно иметь повышенную стойкость к воздействию сульфатов. Кроме того, бетонные конструкции должны быть защищены от поражения грибками, бактериями, водорослями, лишайниками и мхами, поскольку биологическое обрастание оказывает деструктивное влияние на целостность сооружений.

Обеспечение защиты бетонных конструкций от воздействия воды может быть реализовано посредством различных методов, включая технологические изменения на этапах приготовления смеси. В данном контексте необходимо использование цемента с активными минеральными добавками соответствующего типа и специфического минерального состава. Дополнительно эффективными решениями в области противокоррозионной защиты бетона являются применение дренажных систем, водоотводных сооружений и гидроизоляционных материалов.

Другие виды защиты бетона от коррозии

Повышение коррозионной стойкости бетона достигается путем обеспечения максимальной плотности структуры при укладке и соблюдения специфических технологий приготовления смесей. В частности, необходимо использовать составы с минимальным водоцементным отношением. Дополнительное повышение водостойкости возможно за счёт применения специальных добавок, таких как гранулированный доменный шлак, опока, диатомит или трепела.

В соответствии с вышеизложенным, способы защиты бетона можно условно классифицировать на два типа. К первичной защите относится введение различных компонентов непосредственно в процессе производства смеси, тогда как вторичная защита подразумевает нанесение защитных покрытий на уже готовые бетонные конструкции. Данная категория включает в себя пропитки для упрочнения и лакокрасочные материалы. Широкое распространение получило применение красок на бетонных поверхностях; при использовании составов с содержанием поливинилхлоридной смолы после отверждения формируется высококачественная защитная пленка. Подобные технологии успешно применяются при строительстве жилых домов, частного сектора и общественных зданий. Аналогичные методы защиты применимы к декоративным изделиям и фасадным плитам.

Для повышения уровня защиты применяются биоцидные средства, минимизирующие биологическое воздействие на бетон, а также используются защитные листы из специализированных материалов…

Данные препараты обладают высокой проникающей способностью в структуру бетона, обеспечивая защиту внутренних слоев материала, а не только его поверхности. Глубокое проникновение состава способствует существенному снижению водопроницаемости за счёт формирования внутри бетонной матрицы кристаллической структуры, препятствующей проникновению влаги. В результате уровень влажности в материале поддерживается на показателях, исключающих инициацию процессов коррозии.