Коррозия бетона: виды коррозии и способы защиты бетона и арматуры. Коррозия бетонных и жб конструкций в экстремальных условиях эксплуатации. Оценка степени коррозийного поражения арматуры.

Коррозия бетона – процесс разрушения его структуры, снижения характеристик физико-механических свойств под воздействием окружающей среды. Коррозия бетона может быть трех видов.

1. Растворение составных частей цементного камня.

Это наиболее распространенный вид коррозионного разрушения бетона. Бетонные изделия эксплуатируются в основном на открытом воздухе. При этом они подвергаются воздействию атмосферных осадков и других жидких сред. Составной частью бетона является образовавшийся гидрат окиси кальция (Са(ОН)₂) – гашеная известь. Это самый легкорастворимый компонент, поэтому со временем он растворяется и постепенно выносится, нарушая при этом структуру бетона (рис. 2.3а).

2. Коррозия бетона при взаимодействии цементного камня с содержащимися в воде кислотами.

Под воздействием кислот коррозия бетона протекает либо с увеличением его объема, либо с вымыванием легкорастворимых известковых соединений (рис 2.3б).

Увеличение объема происходит по реакции:

Ca(OH)₂ + CO₂ = CaCO₃ + H₂O

CaCO₃ не растворяется в воде. Постепенно происходит его отложение в порах цементного камня, за счет чего идет увеличение объема бетона, а в дальнейшем его растрескивание и разрушение.

При контакте бетона с водными растворами кислот образуется легкорастворимый бикарбонат кальция, который агрессивный для бетона, а при наличии воды растворяется в ней и постепенно вымывается из структуры бетонного камня. Образование бикарбоната кальция описывается реакцией:

CaCO₃ + CO₂ + H₂O = Ca(HCO₃)₂.

Помимо растворения наблюдается и протекание химической коррозии бетона при которой вымываются соли хлористого кальция:

Ca(OH)₂ + 2HCl = CaCl₂ + 2H₂O,

3. Коррозия бетона вследствие образования и кристаллизации в порах труднорастворимых веществ.

Кроме вышеописанных коррозионных разрушений бетона при наличии микроорганизмов возможно протекание биокоррозии. Грибки, бактерии и некоторые водоросли могут проникать в поры бетонного камня и там развиваться. В порах откладываются продукты их метаболизма и постепенно разрушают структуру бетонного камня.

При коррозии бетона обычно одновременно протекает несколько видов разрушений.

Существует несколько способов защитить стальную арматуру в бетоне от коррозии:

облагородить окружающую металл среду (т.е. использовать качественный бетон специального состава, введение ингибиторов);

дополнительная защита арматуры бетона от коррозии (пленки и т.п.);

улучшить характеристики самого металла.

Вокруг арматуры находится сам бетон, поэтому именно бетон является средой, окружающей металл. Для продления срока службы арматуры необходимо улучшить влияние бетонного камня на сталь. Прежде всего, нужно исключить или, если это невозможно, свести к минимуму вещества, входящие в состав бетона, которые способствуют интенсификации процесса коррозии арматуры в бетоне. К таким веществам относятся роданиды, хлориды.

Если железобетонное изделие эксплуатируется в условиях периодического смачивания, необходимо пропитывать бетон специальными пропитками (битумными, петролатумными и др.). Это значительно снизит проницаемость бетона. При постоянном насыщении бетонного камня коррозия арматуры в бетоне практически сводится к минимуму. Это объясняется тем, что очень сильно затрудняется проникновение кислорода к поверхности метала, происходит значительное торможение катодного процесса.

Для продления срока службы железобетона во время формирования бетонной смеси в состав вводят ингибиторы коррозии.

Хорошим способом защитить арматуру бетона от коррозии считается предварительное пассивирование поверхности арматуры, а также образование оксидных защитных пленок под воздействием водной щелочной среды бетонного камня. Усиливают защитные свойства пленки введением в бетонную смесь пассиваторов. Часто используют нитрат натрия в количестве 2 – 3 % от исходного веса цемента.

Коррозия бетонных и 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 гидрооксид кальция. Очень нежелательным является взаимодействие алюминатных минералов и сульфатов. В результате образуется несколько модификаций гидросульфоалюмината, самым опасным из которых, является эттрингит (3СaO•Al₂O₃•3CaSO₄•32H₂O). 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 CaSO₄•2H₂O. 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.

Оценка степени коррозийного поражения арматуры

Оценка степени коррозийного поражения арматуры осуществляется путем раскрытия арматуры. Арматуру раскрывают в местах отслаиваний защитного слоя бетона или трещин в нем, расположенных вдоль стержней со следами ржавчины на поверхности конструкций. Если есть сколы бетона с обнажением арматуры, то размер коррозийного поражения определяют в местах имеющихся сколов. Контрольное раскрытие арматуры в этом случае по длине конструкции стоит делать лишь с целью определения длин участков коррозийного поражения для установления объемов последующих ремонтных работ.

Последовательность работ:

выявление участков с повышенным коррозийным поражением арматуры;

подготовка выявленных участков к измерениям путем зачистки поверхности арматуры металлическими щетками или абразивными инструментами от продуктов коррозии до металлического блеска;

измерение диаметра зачищенной арматуры делают микрометром или штангенциркулем. При этом измерения выполняют не менее, чем в 3-х сечениях по длине стержня. В каждом из сечений производят не менее 3-х измерений диаметра и записывать среднее. Минимальное из замеренных значений диаметра и учитывается в следующих проверочных расчетах;

определяют степень коррозийного поражения арматуры по выражению:

где А1 – площадь поперечного сечения стержня по фактическому диаметру (наименьшему по результатам измерения) с учетом коррозионного износа;

А – площадь поперечного сечения стержня номинального диаметра (без учета коррозии).