Коррозия бетона
Коррозией (от лат. corrodo — грызу или corrosio — разъедание) бетона называются химические процессы, приводящие к снижению его технических свойств. В химическое взаимодействие с природной водой вступают в основном продукты гидратации портландцемента, в первую очередь — Са(ОН)2, причиной чего является сравнительно высокая растворимость Са(ОН)2 в воде — до 1,3 г СаО в 1 л. Пока в поровом растворе поддерживается такая концентрация извести, остальные продукты гидратации портландцемента не могут переходить в раствор, так как для них он является пересыщенным. Только когда концентрация извести понизится, начнется растворение гидросиликата и гидроалюмината кальция.
Выщелачивающая коррозия. Она заключается в физическом растворении Са(ОН)2 и вымывании его из бетона. Этот процесс называется выщелачиванием. Выщелачивающая коррозия существенно уменьшается в случае высокой временной жесткости воды, т. е. высокого содержания в ней гидрокарбонатов кальция и магния — Са(НС03)2 и Mg(HC03)2, что объясняется взаимодействием их со свободной известью и образованием нерастворимых соединений, препятствующих растворению Са(ОН)2. Временная жесткость воды принята за показатель ее агрессивности. Чем выше временная жесткость, тем менее опасна вода для бетона.
Общекислотная коррозия. Под воздействием кислоты вместо Са(ОН)2 образуется хорошо растворимая соль, вымываемая из бетона, например СаС12: Са(ОН)2 + 2НС1 = СаС12 + 2Н20. Это ведет к исчезновению из бетона кристаллического сростка Са(ОН)2. Показателем агрессивности является кислотность воды, выражаемая водородным показателем pH. Чем меньше pH (при pH < 7), тем опаснее вода.
Углекислая коррозия. При достаточной концентрации С02 в природной воде Са(ОН)2 превращается в хорошо растворимый бикарбонат кальция Са(НС03)2, вымываемый из бетона. Опасной для бетона является не вся углекислота, содержащаяся в воде, а только часть ее, называемая агрессивной. Другая часть углекислоты, называемая равновесной, не опасна, так как обеспечивает поддержание Са(НС03)2 в растворенном состоянии. Концентрация агрессивной углекислоты [С02]агр принята за показатель агрессивности. Чем она больше, тем опаснее вода.
Магнезиальная коррозия. При содержании в воде растворимых солей магния, например MgCl2, MgS04 и других, может происходить обменная реакция: Са(ОН)2 + MgCl2-H> Mg(OH)2 + СаС12. В отличие от СаС12 гидроксид магния, заменяющий Са(ОН)2, нерастворим, но образуется в виде рыхлой массы. Такая замена ведет к снижению прочности бетона. Показателем магнезиальной агрессивности является концентрация в воде ионов магния [Mg2+], Чем она больше, тем опаснее вода.
Аммонийная коррозия. Почти все соли аммония хорошо растворимы и полностью диссоциируют в воде. В растворе ионы NH4 и ОН — связываются в почти недиссоциирующий гидрат аммиака, в результате чего возникает кислая среда: NH4 + Н20 = NH4OH + Н+. В результате аммонийная коррозия протекает так же, как и общекислотная, с образованием вместо Са(ОН)2 растворимых солей кальция, вымываемых из бетона: Са(ОН)2 + 2NH4 = Са2+ + 2NH4OH. Концентрация [NH4 ] является показателем агрессивности. С ее увеличением усиливается опасность воды.
Щелочная коррозия. При большом содержании в воде щелочей КОН и NaOH растворимость Са(ОН)2 значительно снижается, что приводит к гидролизу (разложению водой) гидросиликатов и гидроалюминатов кальция и образованию хорошо растворимых щелочных алюминатов и силикатов: Na20 • А1203 • 4Н20 и Na20 • Si02 • 9Н20.
Итогом является исчезновение из бетона гидросиликатов и гид- роалюмиинатов кальция. Чем больше концентрация в воде катионов [К+ + Na+], тем опаснее вода. Эта концентрация принята в качестве показателя агрессивности.
Сульфатная коррозия. Из анионов, содержащихся в природной воде, агрессивное действие на бетон оказывает лишь анион S042-. В процессе коррозии участвует гидроалюминат кальция:
ЗСаО • А1203 • 6Н20 + ЗСа2+ + 3S042“ +
+ 25Н20 -» ЗСаО • А1203 • 3CaS02 • 31Н20
Катионы кальция поступают для реакции в результате растворения Са(ОН)2. Образующаяся комплексная соль, называемая гид- росульфоалюминатом кальция (ГСАК), имеет объем в несколько раз больший, чем объем исходных продуктов в бетоне. Это является причиной растрескивания бетона. Показателем агрессивности является концентрация в воде аниона [S04~], Чем она больше, тем опаснее вода.
Общесолевая коррозия. При испарении воды из бетона в его порах остается твердый остаток, образующийся из растворенных в воде-среде солей. Постоянное поступление воды в бетон и последующее ее испарение с открытых поверхностей приводит к накоплению твердого осадка и росту кристаллов соли в порах бетона. Этот процесс сопровождается расширением и растрескиванием бетона. Показателем агрессивности является концентрация в воде солей (соленость воды) и едких щелочей. Чем выше эта концентрация, тем опаснее вода.
Меры борьбы с коррозией бетона. Существуют следующие способы повышения коррозионной стойкости бетона.
1. Применение сульфатостойких цементов, к которым относятся сульфатостойкий портландцемент, сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками, сульфатостойкий шлакопортландцемент и пуццолановый портландцемент.
Цементный камень глиноземистого цемента обладает повышенной стойкостью к кислотной (в частности, к углекислой) коррозии, а также стойкостью в мягких и сульфатных водах. Однако в растворах щелочей глиноземистый цемент не стоек.
2. Повышение водонепроницаемости бетона осуществляется применением цементов с малой водопотребностью, уменьшением водоцементного отношения, тщательным уплотнением бетонной смеси при укладке, введением поверхностно-активных добавок, понижающих долю открытой пористости.
3. Применение различных видов гидроизоляции (проникающей, мастичной, оклеечной рулонной и других).
4. Гидрофобизация — вид защиты бетона, при котором вода не может проникнуть в открытые поры, а воздух и водяной пар свободно в них перемещаются, что позволяет бетону просыхать. Для этого применяют специальные жидкости, образующие на стенках пор тончайшую пленку, придающую поверхности водоотталкивающие свойства.