Нашли ошибку?

Система Orphus

Коррозия бетона

Защита от коррозии и обеспечение долговечности строительных конструкций являются одной из важнейших проблем, имеющих чрезвычайно большое значение для народного хозяйства.

Частичное или полное разрушение портландцементных растворов и бетонов в основном объясняется процессами, происходящими при выщелачивании из отвердевшего цемента свободной извести Са(ОН)2.

Такие процессы проявляются главным образом там, где на бетонные сооружения действуют большие массы воды (гидротехнические сооружения).

В пресной воде для безнапорных гидротехнических сооруже­ний (стены набережных, причалов и т. д.) явление выщелачивания извести из раствора или бетона сравнительно не опасно, так как оно происходит лишь по поверхности и легко парализуется применением более плотного, менее водопроницаемого раствора или бетона.

В напорных сооружениях, несмотря на проектирование бетона с учетом водонепроницаемости, вследствие разности гидростатического давления (напора) на сооружения все же возможна фильтрация через них воды. Так как в воде известь растворяется, то фильтрующая вода, проникая в толщу бетона, растворяет находящуюся в отвердевшем цементе свободную известь и, насыщаясь ею, проходит через весь бетон; этот процесс продолжается благодаря постоянному новому притоку воды до тех пор, пока не происходит разрушение сооружения.

 

Разрушение бетона

Разрушение бетона

Весьма вредно действуют на сооружения воды, богатые углекислотой, и воды, в которых растворены минеральные соли. Богатые углекислотой воды (некоторые грунтовые, сточные воды, некоторые родники и т. д.) крайне неблагоприятны для растворов и бетонов, приготовленных на портландцементе. Вначале идет карбонизация:

Са(0Н)2+С02 = Са С0320

т. е. свободная известь вступает в химическое соединение с углекислотой, растворенной в воде, и переходит в углекислый кальций, а затем при дальнейшем действии углекислых вод СаС03 пере­ходит в растворимый в воде кислый углекислый кальций:

Са С03 + С0220=Са(НС03)2

Происходящая реакция приводит растворы я бетоны к разрушению.

Портландцементные растворы и бетоны разрушаются минерализированными водами. Еще исследованиями Михаэльса и Ле-Шателье (в девяностых годах прошлого столетия) было установлено, что бетонное сооружение на портландцементе, возведенное в морских водах, разрушается и что это вызывается присутствием в морской воде сернокислого магния (MgSО4).

При гидратации портландцемента серномагниевая соль, прони­кая вместе с морской водой в глубь бетонного сооружения, всту­пает в химическое соединение со свободной известью:

Mg S04+Ca(0H)2 = Mg(0H)2+ Са S04

в результате чего известь переходит постепенно в соль - сернокислый кальций, иначе, сульфат кальция (CaS04).

Одновременно находящийся в портландцементе трехкальциевый алюминат вступает в соединение с сернокальциевой солью, и образуется сложная соль, называемая сульфоалюминатом кальция, представляющим кристаллы в виде тонких игл; его называют «цементной бациллой». Иглы-кристаллы сульфоалюмината под действием поваренной соли (NaCl) постепенно превращаются в слизеобразную массу, чем нарушается связь между заполнителями, и раствор или бетон разрушается.

При затворении цементного теста почти всегда берут для его лучшей, подвижности при производстве работ большее количество моды, чем это нужно для гидратации минералов цементного камня. Избыточное же количество воды создает прослойки и ее скопление в тесте; вода, высыхая и постепенно расходуясь на продолжающийся процесс гидратации, дополнительно образует новые пустоты, каналы и отдельно замкнутые поры.

Академиком А. А. Байковым отмечается, что в период схватывания образуются гели, причем растворимые гели превращаются м кристаллические сростки, а плохо растворимые долгое время сохраняют свой вид и медленно теряют воду. В результате затвердевший цементный камень представляет собой микроскопически неоднородную систему из негидратированных зерен цемента, кристаллических образований и гелеобразных масс.

Бетон, составными частями которого являются цемент, вода и заполнители - мелкий (песок) и крупный (щебень, гравий), после затвердения представляет собой действительно искусственный конгломерат и, по меткому выражению проф. Я. В. Столярова, «однороден в своей неоднородности».

Для получения плотного и прочного бетона следует при его изготовлении проводить затворение смеси на возможно меньшем количестве воды, так как чем меньше взято воды при данном рас­ходе цемента и соответственно меньше величина водоцементного отношения, тем больше плотность и прочность бетона. С другой стороны, специфика производства работ при подводном бетонировании выдвигает необходимость повышения удобоукладываемости бетонной смеси, что требует увеличения в ней содержания воды.

Таким образом, при подборе состава бетона приходится разрешать эти два противоречия, чего, строго говоря, на практике достигнуть очень трудно, так как излишнюю воду тесто удержать не в состоянии, и она постепенно вытесняется более тяжелыми частицами на поверхность бетона или остается в нем, образуя пустоты и пленки вокруг заполнителя, обычно скапливаясь под зернами крупного заполнителя. Эти ранее заполненные водой каналы и сообщающиеся между собой поры и пустоты под зернами заполнителя - пути, по которым агрессивная внешняя среда (вода) пропинает в толщу бетона.

Большое значение имеют условия и качество производства работ. Неплотности, пустоты, каверны в бетоне, образующиеся меледствие недостаточно удовлетворительного производства бетонных работ, - дополнительные очаги развития процессов коррози и пути проникновения в бетон агрессивной среды.

Свойства агрессивной среды и условия ее действия чрезвычайно разнообразны, как разнообразны и свойства самого бетона.

Если прежде отмечались как характерные виды разрушения бетона: выщелачивание извести, с появлением на поверхности бетона белых подтеков (белая смерть бетона), и образование гидро- сульфоалюмината внутри бетонных элементов, приводившее к его растрескиванию (цементная бацилла), то сейчас исследователи глубже проникли в существо процесса коррозии цементного камня в бетоне. Обобщение и анализ исследовательского и опытного материалов дали возможность проф. В. М. Москвину выделить три основных вида коррозии, различающихся между собой сущностью преобладающих процессов.

К первой группе (коррозия 1 вида) относятся все процессы коррозии, возникающие в бетоне при действии вод с малой временной жесткостью (мягкие воды); в этом случае составные части цементного камня растворяются (в первую очередь наиболее растворимый гидрат окиси кальция) и уносятся движущейся во­дой. Особенно энергично развивается процесс коррозии при фильтрации воды через бетон и тогда, когда велика поверхность сопри­косновения воды с бетоном и когда происходит обмен воды у бетонной поверхности.

Для второй группы (коррозия II вида) характерны процессы, при которых между цементным камнем и агрессивной средой протекают химические реакции. В результате образуются достаточно хорошо растворимые соли, уносимые водой, и аморфные продукты, не обладающие вяжущей способностью. Так на бетон действуют кислоты, магнезиальные соли и пр.

К третьей группе (коррозия III вида) относятся процессы, при которых продукты химических реакций агрессивной среды и бетона, а именно: малорастворимые соли, накапливаются в порах, каналах и трещинах последнего и кристаллизуются, разрушая структурные элементы бетона. Большие разрушения в бетоне производит проникновение в него растворов сульфатов, в особенности тогда, когда цементный камень содержит значительное количество трехкальциевого алюмината. Это благоприятно для образования и роста сульфоалюмината кальция.

В естественных условиях тот или другой вид коррозии редко встречается обособленно, но всегда возможно выделить преобладающий.

Например, возвращаясь к вопросу разрушения бетона в морской воде, можно после всего изложенного уже более уверенно установить последовательность развития процесса коррозии бетона при взаимодействии его с водой и наметить зоны по характерным признакам преобладающего вида коррозии (рис. 1).

Ближе к бетонной поверхности находится зона, в которой преобладающее значение имеет магнезиальная коррозия (коррозия II вида) и где можно также выделить карбонизированный слой, химически более устойчивый и физически более плотный по сравнению с остальной массой бетона. Далее, глубже расположена зона сульфатной коррозии (коррозия III вида), где при наличии трехкальциевого алюмината может образоваться сульфоалюминат кальция, и, наконец, еще глубже лежит зона выщелачивания (коррозия I вида); при отсутствии подпора и фильтрации воды через бетон выщелачивание протекает медленно.

Границы зон нестабильны и при постепенном разрушении бетона непрерывно меняются, передвигаясь внутрь его толщи.

В армированных бетонных сооружениях одновременно с воздействием агрессивной среды - воды на бетон происходит ее воздействие на железную арматуру. Образование ржавчины на железе сопровождается  увеличением его объема, вследствие чего защитный слой отстает и откалывается, обнажая новые участки бетона и железа, снова подвергающиеся действию воды.

 Последовательность развития коррозии бетона при действии морской воды

Рис. 1. Последовательность развития коррозии бетона при действии морской воды:
1- зона бетона, не затронутая коррозией; 2 - зона выщелачивания (коррозии I вида); 3 - зона сульфатной коррозии {коррозия III вида); 4 - зона магнезиальной коррозии (коррозия II -.вида); 5 - карбонизированный слой

Следует указать еще на механические и климатические факторы, разрушающие бетон в море и и больших пресных водоемах- озерах и водохранилищах.

Из явлений механического но шспитмия наиболее сильно сказывается на бетонных и армированных бетонных сооружениях удар волны. От ее удара сооружения получают дополнительные динамические воздействия, вызывающие добавочные напряжения, я иногда и влекущие за собой разрушения отдельных частей. К удару волны еще присоединяется в прибрежных районах истирающее действие песка, гальки и прочих тел, прибиваемых разбитой волной к поверхности бетона. Волнение может служить причиной возникновения в  бетонных конструкциях вредных вибраций, приводя­щих к образованию мелких и крупных трещин, увеличивающих поверхность соприкосновения воды  и бетона.

Разрушению бетонных сооружений способствуют и некоторые климатические условия, например действие замерзающей в порах бетона воды. Это явление наблюдается главным образом в пределах колебания уровня воды. Вреден и удар льдин о поверхность бетона.

В отдельных случаях роль механического и климатического воздействия значительна, и ее нельзя не учитывать.

Наконец, нужно упомянуть еще о гидробиологическом факторе н той или иной мере оказывающем влияние на ускорение или ишедлепие процесса коррозии бетона в подводных частях морских гидротехнических сооружений.

Исследования последних лет обнаружили различное влияние на поверхностную корку бетона в воде животных и растительных обрастаний. Первые вредны для бетона, так как животные выделяют углекислый газ (С02), избыток которого разлагает поверхностную оболочку из углекислого кальция (СаС03) вследствие превращения последнего в легкорастворимый кислый углекислый кальций Са(НС03)2. Вторые, наоборот, поглощая углекислый газ и выделяя кислород, могут предохранять бетон от раз­рушения вследствие перехода части бикарбонатов, приносимых новой массой омывающей сооружения воды, в карбонат кальция (углекислый кальций), который выделяется в твердом виде и утолщает поверхностную корку из углекислого кальция на бетоне.

Бетонные поверхности обычно покрыты смешанными животно-растительными обрастаниями, и сохранность наружной грани сооружения зависит от преобладания того или другого вида обрастания.

В отношении вертикального распределения обрастаний следует отметить, что животные обрастания находятся обычно в пределах глубины ниже 5 м от уровня воды и до дна - это зона разрушения бетонных сооружений, а растительные обрастания находятся на глубине от 0 до 3 м, называемой зоной сохранности бетонных сооружений.

Однако вопрос об обрастаниях и степени их влияния до сего времени недостаточно выяснен и остается дискуссионным.

Так же рекомендуем посмотреть:

© 2007 Hydrotechnics.ru.
Использование материалов разрешается при обязательной установке
активной гиперссылки на сайт Hydrotechnics.ru рядом с опубликованным материалом.

Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика