Особенности защиты бетонных конструкций от коррозии

Опасные для цемента соли и растворы

На твердеющий цементный бетон или раствор могут оказывать действие различные жидкости и газы. Некоторые из них понижают прочность, повреждают или даже полностью разрушают портландцемент. Коррозия связана с выделением свободной гидроокиси кальция при твердении цемента и наличием в нем трехкальциевого алюмината. Как было указано выше, при гидролизе цемента происходит следующая реакция с выделением гидроокиси кальция:

3CaO • Si02+-nH2O=2Ca0 • Si02(n-1)H2O+Ca(OH)2.

Простейший вид физической коррозии и растворение и вымывание из цемента свободной гидроокиси кальция. Хотя растворимость ее невелика (при 15 растворяется около 1,3 г СаО на 1 л воды), но из цементного камня в бетоне под действием проточной воды может вымыться большое количество Са(ОН)2; при этом цементный камень становится пористым и теряет часть прочности.

Если бетон плотный и не имеет пустот и трещин, то коррозия может происходить только с поверхности; если же бетон пористый и вода проходит сквозь него под напором, то процесс вымывания Са(ОН)2 проходит очень интенсивно.

Наиболее сильное растворяющее действие на гидроокись кальция оказывает чистая дистиллированная конденсационная (на заводах) и мягкая природная вода. Однако растворению препятствует защитная корка из углекислого кальция, образу-гидроокисью кальция, выделяющейся в цементе, и углекислым газом при предварительном твердении бетона на воздухе: Са(ОН)2+СО2=СаСО3+Н2О.

Растворимость углекислого кальция в, чистой воде приблизительно в 100 раз меньше, чем гидрата окиси кальция. Корка из углекислого кальция, хотя и очень тонкая (обычно ее толщина составляет всего несколько миллиметров), защищает цементный камень от растворения (если не будет механического повреждения)

Защитные свойства углекислого кальция используются, например, при строительстве морских сооружений из крупных бетонных блоков. Эти блоки приготовляют на берегу, обязательно выдерживают 2—3 месяца на воздухе, чтобы образовалась защитная корка и только потом опускают в море.

Виды и описание

Сульфатная коррозия.

Существуют разновидности бетонной коррозии:

• Радиационная, которая зависит от дозы ионизирующего облучения и количества цементного камня. Вследствие чего искажается кристаллическая решетка минералов, расширяется заполнитель, который приводит к микротрещинам, макротрещинам в материале, а в дальнейшем к полному разрушению.
• Химическая, происходящая вследствие атмосферных осадков и под воздействием углекислого газа, входящий в состав воздуха. Таким образом, в строительстве бывает газовая коррозия, которая особенно актуальна при большом количестве влаги.
• Биологическая. Разъедания, связанные с биологической коррозией, появляются в результате воздействия химических веществ, получившиеся при эксплуатации бетонных конструкций.
• Физико-химическая коррозия появляется в результате замерзания воды. В жидком состоянии вода попадает в поры материала, а в результате минусовых температур она замерзает. Образовавшийся лед расширяется и распирает постройки, в итоге образуются трещины.

Химические разъедания

Образуются под взаимодействием бетонного камня с веществами окружающей среды. Процессы химической коррозии относятся к трем категориям:

• В результате кристаллизации материалов происходит растрескивание. Трещины являются последствием расширения объема материала из-за низких температур.
• Выщелачивание мягкими водами с последующим образованием белого налета.
• Цементная бацилла, которая является последствием влаги, разрушает бетонные конструкции. На них образуются трещины и растрескивания.

Физико-химическая

Схема процесса коррозии.

В этом случае цементный камень расходится в воде. В результате чего гидроксид кальция вымывается или растворяется. Растворение железобетона из-за воздействия воды случается с различной быстротой. Так, например, плотные массивные конструкции подвластны коррозии лишь по истечении многих десятилетий. В сооружениях с тонкими оболочками, вымывание кальция случается уже через 2-3 года. В момент прохождения вод через бетон, процесс разложения ускоряется во много раз, и уменьшаются прочностные характеристики материала.

Биологические разрушения

Коррозия с образованием больших объемов биологических соединений в камне, является итогом влияния проникающих в бетон различных веществ. Это способствует появлению внутреннего напряжения и трещин в бетонной конструкции. Биологическая коррозия определяется наличием на цементном камне бактерий, мхов, грибков или лишайников.

Биологические разрушения развиваются из-за прямого контакта микроорганизмов с материалом. А также биоорганизмы, которые могут нанести вред материалу, находясь на расстоянии. Развиваются биологические коррозии в условиях техногенной среды с большим содержанием влаги в атмосфере.

Радиационная

Коррозия бетона бывает радиационной, которая возникает в результате радиационного излучения. Она способствует удалению из бетонной конструкции кристаллизованной жидкости и тем самым приводит к нарушению прочности структуры. Продолжительное воздействие радиационного облучения приводит к жидкому состоянию кристаллических веществ. Появляется напряжение в бетонном растворе, и возникают трещины.

Факторы влияния

Коррозия бетона возникает под воздействием следующих обстоятельств, от которых зависит скорость разрушения зданий и сооружений:

• умение поверхности бетонного раствора противодействовать веществам;
• пористость материала;
• вещества, находящиеся в атмосферных осадках;
• капиллярность.

Главная составляющая бетона – это его пористость, которая определяет количество пор и наличие плотности в структуре материала. От пористости бетона зависит возможность влагопоглощения конструкции при таянии снежных масс или других атмосферных осадков. Материал со значительным количеством пор подвластен большей возможности разрушения в результате физико-химической коррозии. Поэтому защита бетона от коррозии должна начинаться на начальном этапе постройки зданий и сооружений, ведь все виды коррозии бетона приводят к разрушению построек.

Защита от блуждающих токов

Снизить электрокоррозию подземных коммуникаций и заглубленных металлоконструкций возможно при соблюдении нескольких правил:

• участок конструкции, служащий источником блуждающего тока, необходимо соединить металлическим проводником с рельсом трамвайной дороги;
• трассы теплосетей должны размещаться на максимальном удалении от рельсовых дорог, по которым передвигается электротранспорт, свести к минимуму число их пересечений;
• применение электроизоляционных трубных опор для повышения переходного сопротивления между грунтом и трубопроводами;
• на вводах к объектам (потенциальным источникам блуждающих токов) необходима установка изолирующих фланцев;
• на фланцевой арматуре и сальниковых компенсаторах устанавливать токопроводящие продольные перемычки — для наращивания продольной электропроводимости на защищаемом отрезке трубопроводов;
• чтобы выровнять потенциалы трубопроводов, расположенных параллельно, необходимо установить поперечные электроперемычки на смежных участках.

Защита металлических объектов, снабженных изоляцией, а также стальных конструкций небольшого размера выполняется с помощью протектора, выполняющего функцию анода. Материалом для протектора служит один из активных металлов (цинк, магний, алюминий и их сплавы) — он принимает на себя большую часть электрохимической коррозии, разрушаясь и сохраняя главную конструкцию. Один анод из магния, к примеру, обеспечивает защиту 8 км трубопровода.

Антикоррозийная защита

Защита бетона от коррозии.

Виды коррозийных разрушений бетона различны и многообразны. Многих строителей интересует вопрос защиты бетонных конструкций от влияния негативных внешних факторов окружающей среды.

Зачастую подвергаются разрушению верхние слои бетона, тогда защита заключается в применении бетона с небольшим количеством капилляров в его структуре. Используя препарат от возникновения трещин еще на начальном этапе строительства, это поможет уберечь сооружения от выщелачивания и вымывания.

Защита от разрушений в виде ржавчины разделяется:

• способы, изменяющие состав бетона, при этом, делая его более прочным и устойчивым к негативным воздействиям окружающей среды;
• мероприятия, связанные с покрытием поверхности материала гидравлическими препаратами;
• комбинированные мероприятия, которые включают в себя покрытие бетона антикоррозийным препаратом с дальнейшим его проникновением вглубь материала.

Применение в состав бетона белитового цемента позволит снизить количество выделяемого гидроксида кальция, что способствует испарению жидкости. Такой компонент позволит уплотнить материал и тем самым прекратит проникновение жидкости через бетонный раствор.

Еще один вид разрушения бетонного сооружения от ржавчины – сульфатная коррозия бетона. Она появляется в результате взаимосвязи сульфатов с камнем в цементе раствора. Разрушение наблюдается в виде искривлений конструкции и распирания конструктивных элементов.

Металлические части конструкции покрывают специальными защитными материалами.

Коррозию бетона, возникшую из-за воздействия вод, предотвращают разными путями. Используют разнообразные добавки, препараты на начальном этапе приготовления бетонного раствора: водоотводы или гидроизоляцию.

Защита бетона от разъеданий подразделяется на: первичную и вторичную. Также подвластны воздействию разъедания ржавчиной сооружения из железобетона. Для их спасения применяют ингибиторы металлической коррозии в момент приготовления бетонного раствора. Таким образом, на составляющих из железобетона образуется пленка, которая останавливает контакт металла с бетоном.

Первичная

Данная защита обусловлена введением дополнительных препаратов в состав бетонной смеси в процессе его приготовления. Такой способ позволит изменить состав смеси и убережет в дальнейшем здания и сооружения от разрушений.

Применяют разнообразные стабилизирующие, гидроизоляционные, пластифицирующие, биоцидные и другие препараты. При выборе вспомогательных препаратов для изготовления раствора отталкиваются от условий эксплуатации бетонного камня. Например, при изготовлении цементного раствора в водах с большим содержанием сульфата снижают количество свинца.

Что используется?

Улучшают бетонный раствор и его прочностные характеристики химические препараты. Они позволяют сократить в порах агрессивные вещества, которые замедляются при движении. А, значит, коррозия арматуры в бетоне подвергается меньшим разъеданиям. Используя химические препараты в качестве добавок в цементный раствор, увеличивают замкнутость пор. Благодаря этому образуется высокая морозостойкость бетона и железобетона. Используют химические добавки: противоморозные, воздухопоглощающие, уплотняющие, замедлители схватывания.

Применение добавок в бетонную смесь, которые повышают морозостойкость.

Применяют добавки, которые способны улучшить сразу пару показателей или, наоборот, один улучшают, другой снижают. Для защиты бетонных сооружений от разъедания его составляющих ржавчиной используют такие добавки:

• сульфатно-дрожжевую бражку;
• мылонафт;
• кремнийорганическую жидкость.

Вторичная

Вторичная защита от разрушений ржавчиной бетонных сооружений и зданий из железобетона заключается в защитном покрытии верхнего слоя цементного камня. Защита состоит из лакокрасочных покрытий и уплотняющей пропитки. Также к ней относят выдержу бетона определенное время на воздухе.

Что используется?

Вторичная защита включает в себя следующие добавки, при которых разъедание ржавчиной бетонных построек сводится к минимуму:

• пропитки с уплотнением;
• покрытия красками и акрилами, с помощью которых образуется защитная пленка;
• защита мастиками, которая актуальна при большом воздействии на бетонный раствор влаги;
• защита оклеиванием полиизобутиленовыми пластинами;
• биоцидные добавки, которые оберегают сооружения от грибков, плесени и микроорганизмов. Большего эффекта можно добиться, используя первичную и вторичную защиту в комплексе.

Жидкость для удаления бетона

1. Зачастую для снятия каменного строительного раствора, пользуются химическими жидкими составами. С ними работать на порядок проще, нежели орудовать молотком. Для этого используют разные виды растворов:

• специальные растворители;
• растворы серной кислоты;
• растворы соляной кислоты;
• смесь моющего средства с глицерином.

Каждый вариант может быть использован для удаления бетона с разных поверхностей

Растворители и растворы кислот чаще всего применяют для очистки твердых предметов, а моющее средство с глицерином – для удаления бетона с поверхностей тканей и ковров.
Если жидкости готовятся в домашних условиях, то важно соблюдать правильные пропорции. В противном случае можно нанести вред материалу под бетоном или может не получиться растворить цемент вообще.

Удаление бетона с кирпича: инструкция

Очистить кирпич от каменного строительного материала можно механическим и химическим способами. Выбирать определенный метод нужно в соответствии с типом поверхности, количеством кирпичей и степенью загрязнения.
Если основа достаточно крепкая и нанести ей вред не так просто, то можно воспользоваться молотком и зубилом. В другой ситуации можно применить химические составы

Важно помнить, что второй способ нельзя использовать для очистки белого силикатного кирпича, поскольку под действием химических элементов он начнет разрушаться. При необходимости удаления бетона с такой поверхности, можно воспользоваться старым методом – трением еще одного кирпича.
Для очистки красного вида облицовки от цемента, нам понадобятся следующие инструменты:

• мастерок или шпатель;
• молоток обычный и строительный;
• зубило;
• бумага наждачная;
• очки и перчатки для безопасной работы.

Перед удалением цемента с поверхности искусственного камня, поверхность нужно хорошо намочить водой, чтобы кирпичи начали впитывать воду. Тогда раствор станет немного мягче, поэтому его будет на порядок легче удалять.
Плоские цементные поверхности можно очищать шпателем или мастерком. С большими и объемными участками не получится справиться без зубила и молотка. Можно воспользоваться и стамеской – ее неравномерно заточенные стороны могут стать более удобными для подобной работы.
С поверхности отдельных камней удаление бетона может производиться строительным молотком

При нанесении каждого удара, инструменты важно держать параллельно основе кирпича, тем самым снижая риск повреждения металла.
После удаления крупных кусков цемента, кирпич обрабатывается наждачной бумагой. Чтобы было удобнее и быстрее справиться с загрязненной поверхностью, ее можно закрепить на рейках.
Силикатные кирпичи очищаются с помощью следующих инструментов:

• перфоратора или дрели;
• наждачной бумаги.

1. Работа с таким инвентарем должна быть аккуратной, чтобы на поверхностях не осталось глубоких засечек и повреждений. Подобный инструментарий больше подходит для удаления объемных цементных остатков. Для небольших же слоев бетона можно использовать шлифовальную машинку. После обработки поверхности, нужно провести чистовую работу наждачной бумагой.
2. Керамические кирпичи можно очищать химическими растворами. Перед их нанесением нужно обязательно прочитать инструкцию и во время работы четко ей следовать. Каждый раствор наносится по-разному в зависимости от состава и характера загрязнения. Концентрация и период выдержки также разнятся, от чего зависит и последовательность работы.
3. Чтобы не покупать готовые вещества, можно самостоятельно сделать раствор соляной или серной кислоты. Они разводятся с водой в соотношении 1:10. Эти средства наносятся на влажную поверхность и не смываются около 15 минут либо 30 минут, если слои бетона достаточно большие. Такое средство удаляется водой или вышеописанными инструментами.
4. Иногда после применения химических веществ на поверхностях кирпича появляются белые следы в виде подтеков. Их можно устранить с помощью специальных средств для мойки фасадов.
5. После очистки поверхности кирпича от бетона, ее нужно обязательно обработать гидрофобизатором. Эта пропитка для бетона характеризуется водоотталкивающими способностями, которые нужны для защиты от влаги.

Причины, инициирующие питтинг

Часто предпосылкой для появления точечной коррозии становится нарушение технологии производства металла. Например, при несоблюдении правил отливки в стали появляются микропримеси, включения, изменяющие нормальную структуру. Некачественный металл может быть слишком пористым либо в нем появляется остаточная окалина – это тоже способствует возникновению питтинга.

Также питтинг возникает при эксплуатации стали, иных металлов в агрессивной среде: растворах, содержащих окислители и активирующие анионы (соляная, азотная кислоты, морская вода, хлористые соединения).

Прочие причины образования точечной коррозии таковы:

• механическое воздействие, приводящее к появлению сколов, царапин и вызывающее повреждение внешней защитной пленки,
• излишнее внутреннее напряжение металла,
• эксплуатация изделия при высоких температурах.

На шероховатой нержавейке точечная коррозия появится с большей вероятностью, чем на гладкой, отполированной, поэтому неровная текстура поверхности тоже считается фактором риска.

Способы защиты бетона от коррозии

Подразумевают два вида защиты – защита арматуры и закладных деталей и защита непосредственно бетонного камня.

Эта защита подразделяется по ГОСТу ещё на первичную и вторичную.

Первичная защита предполагает подготовительные и изыскательные работы на стадии проектирования с учётом агрессивности тех сред, в которых будут эксплуатироваться железобетонные конструкции. Эта подготовка предусматривает подбор составов бетонных смесей с необходимой пластичностью, удобоукладываемостью и ряд других технических мероприятий.

Вторичная защита проводится тогда, когда в процессе эксплуатации выявились недостатки первичной или они оказались недостаточными.

Защита арматурных каркасов железобетона от коррозии подразумевает основной метод – достаточная толщина защитного слоя бетона и сохранение его в рабочем состоянии на весь период эксплуатации конструкции.

Ещё можно дополнительно отнести к мерам защиты применение пластифицирующих добавок, которые участвуют опосредованно в создании плотного защитного слоя и тем самым снижают водоцементное соотношение.

Так же полезно использование бетонов с низким содержанием веществ, способствующий коррозии, таких как хлориды. Ингибиторы коррозии тоже служат достаточным препятствием в вопросе сдерживания коррозионных процессов арматурной стали.

Добавлением их в бетон изменяется электрохимическая реакционность стали, например, катодные ингибиторы. Ряд химических составов позволяет создать защитный слой уже на поверхности арматуры, например, соль бикарбоната кальция.

Применение защитных мероприятий по бетонам носит широкий характер. Рассмотрим по порядку:

1. Гидрофобизация.

Это применение в бетонах специальных добавок, которые не позволяют поверхностям конструкций смачиваться водой и тем самым проникать в нижние слои бетона агрессивным жидким средам. В основном к ним относятся составы с кремнийорганическим содержанием. Эти вещества образуют водоотталкивающий эффект за счёт образования на поверхности бетона тонкой плёнки на основе силоксиновой связи кремний – кислород. Их готовят при растворении в растворителях или водных эмульсиях. Такой состав по причине низкой вязкости проникает глубоко в тело бетонного камня на глубину до 10 мм. Применяются такие составы как – метилсиликаты и этилсиликаты натрия (ГКЖ-10 и ГКЖ-11). Также используется гидрофобизирующий полиэтилгидросилоксан (ГКЖ-94).

1. Лакокрасочные покрытия.

Для защиты бетона и ж/б от агрессивных сред (газы и жидкости) их поверхности подвергают обработке и окраске. Эта процедура во многом зависит от пористости поверхности. Если она значительна, то приходится проводить дополнительные работы – грунтовка поверхности и даже шпатлевание. Бетонная поверхность должна быть без жировых пятен, пыли. При необходимости обработать растворителем. К достоинствам таких процедур можно отнести стойкость красок, доступность для сложных конфигураций, ремонтоспособность. Недостатком будет небольшой срок службы.

1. Рулонная оклеечная изоляция.

Это очень распространённый вид защиты бетонных поверхностей. Тут и полиэтиленовые плёнки и гидроизолы, бризолы, рубероиды. Рулонные материалы наклеиваются на поверхности ж/б конструкций при помощи эпоксидно-каучуковых клеев. Такая гидроизоляция надёжно защищает от коррозии бетон. Их выбор очень широк в современном строительстве.

1. Биоцидные добавки.

При возведении животноводческих зданий, пищевых или сооружений, где могут развиваться микроорганизмы, грибок, плесень, то в бетонные смеси необходимо вводить биоцидные добавки. Эти добавки не позволят развиваться на поверхности микроорганизмам и плесени. Для защиты на стадии приготовления бетонных смесей замешивают: бактерицидные – от бактерий, фунгицидные – от грибков, альгицидные – от водорослей. Они бывают твёрдые, жидкие и газообразные (фумиганты).

Виды коррозии бетона

Вредное, разрушительное влияние на бетон могут оказывать атмосферные осадки, содержащие кислоты и даже воздух поблизости от многих промышленных предприятий (газовая коррозия). А также вода из рек, морей, грунта, дренажных систем и стоков. Когда конструкция выполнена из армированного бетона, то к внешним факторам добавляется еще и опасность возникновения коррозионных процессов в арматуре.

В зависимости от характера содержащихся во внешней среде примесей коррозия бетона и железобетона делится на три типа:

• 1 вид коррозии – разложение цементного камня в результате выщелачивания гидроксида кальция. Этот элемент может присутствовать в бетонной смеси с момента ее формовки, либо образоваться в процессе воздействия на готовую конструкцию воды с вредными примесями. Са(ОН)₂ – это компонент, который легче всего растворяется и быстрее всего вымывается из тела бетона, тем самым разрушая его.
• 2 вид – подразумевает распад цементного камня от взаимодействия с кислотами. Этот тип называют химической коррозией В этом случае в конструкции происходит вымывание легкорастворимых известковых продуктов, либо проистекает процесс, обратный этому.Под воздействием агрессивных вод в теле бетона образуются осадки, не обладающие вяжущими свойствами. В результате изделие теряет прочность и превращается в слабую рыхлую массу. В эту категорию можно включить щелочную коррозию, которую вызывает избыток противоморозных добавок при формировании бетонной смеси.
• 3 вид коррозии – это процесс, при котором под воздействием кислоты образуется соединение кальция, не растворимое в воде. СаСО₂ или CaSO₄ постепенно заполняет свободные поры в массе бетона, увеличивая его объем, что в результате приводит к разрушению конструкции. Из всех видов 3 категории на практике чаще всего встречается сульфатная коррозия.

Понятно, что такое разделение является условным, так как не всегда можно с большой точностью определить, что именно повлияло на разъедание конкретного сооружения.

Коррозионные процессы происходят обычно под влиянием совокупности различных факторов и одновременно может совершаться несколько категорий разрушений.

Коррозия бетона (железобетонных конструкций) в экстремальных условиях эксплуатации

Экстремальными условиями можно назвать воздействие на бетонный камень очень низких температур и различных веществ, обладающих повышенной агрессивностью.

Достаточно распространенным случаем коррозии бетона в экстремальных условиях является разрушение материала под воздействием сульфатов (химическая коррозия бетона). В первую очередь, с сульфатами взаимодействуют алюминатные составляющие бетонного камня и гидроксид кальция. Очень нежелательным является взаимодействие алюминатных минералов и сульфатов. В результате образуется несколько модификаций гидросульфоалюмината, самым опасным из которых, является эттрингит
(3СaO Al 2 O 3 3CaSO 4 32H 2 O). Данная соль по мере своего роста (увеличения кристаллов) образует внутри бетона очень высокие напряжения, которые значительно превышают прочностные характеристики цементного камня. В результате, под воздействием растворов, в состав которых входят сульфаты, коррозионное разрушение бетона протекает очень интенсивно.

При взаимодействии гидроксида кальция с сульфатами образуется CaSO 4 2H 2 O. Со временем вещество скапливается в поровом пространстве бетона, постепенно его разрушая.

Устойчивость к воздействию сульфатсодержащих сред очень сильно зависит от минералогического состава бетона. Если в цементе содержание минералов на основе алюминия и трехкальциевого силиката ограничено, то он в данной среде более стоек.

Коррозия арматуры в бетоне

Есть несколько обстоятельств, которые могут привести к ржавлению металла. Чаще они внешние, то есть начинается этот процесс от проникновения воды внутрь ЖБИ и соприкосновения с арматурными стержнями. Обычно это случается по одной причине – низкая плотность залитого бетона.

Нарушение технологии производства оставляет свои следы в виде раковин, пор и других типов пустот. Туда и стремится попасть вода. Здесь она скапливается и распространяется по всему телу изделия, достигая металлического каркаса. Начинается коррозия металла.

Есть внутренние обстоятельства. Они зависят от качества используемой в замесе раствора воды. Если в ней присутствуют активные и агрессивные компоненты, то велика вероятность, что они начнут воздействовать и на арматуру. То же самое касается цемента. В нем всегда присутствует хлорид кальция. Если его содержание превышает 2%, то ржавление металла начнется обязательно.

Как можно её защитить

Сегодня используют три технологии, которые помогают защитить арматурный каркас.

1. Проводят уплотнение раствора в процессе изготовления. Или используют тяжелые разновидности бетона.
2. Добавляют в смесь ингибитор, который отвечает за защиту металла.
3. Обрабатывают армирующий каркас составами или полимерными пленками до начала заливки бетонного раствора.

Сегодня производители металлопрофиля предлагают улучшенные сорта, которые даже при длительном и интенсивном воздействии влаги и активных химических веществ не изменяют своих эксплуатационных характеристик. Правда, такая арматура стоит приличных денег.

Но есть обязательный этап производства ЖБИ. Это когда готовую продукцию оставляют на свежем воздухе. Под действием природных нагрузок на поверхности появляется упрочненная пленка из гидроксида кальция. Ее толщина 5-10 мкм. Она самое главное не растворяется в воде, инертна к многим химическим элементам. Этот процесс называется карбонизация.