Особенности коррозии стальной арматуры

Железобетонные конструкции со временем теряют свои свойства. Прежде всего, это связано с процессами, происходящими при участии внешней среды. К таким процессам

относятся карбонизация, выщелачивание, нарушение целостности бетонных и железобетонных конструкций. Рассмотрим, какие процессы происходят при карбонизации. Бетон представляет собой капиллярно – пористое тело с активной и гидрофильной внутренней поверхностью. При соприкосновении с воздухом, происходит поглощение некоторых газов, например, углекислого газа. Этот газ проникает в поры и

капилляры бетона, растворяется в поровой жидкости, вступает во взаимодействие с гидроксидом кальция, образуя малорастворимый карбонат кальция: Са(ОН)2 + СO2 = CaСO3 +H2O. При этом происходит понижение кислотности поровой жидкости, что в свою очередь приводит к потере пассивности арматуры. Однако, при карбонизации процесс коррозии может и замедляться, т.к. образующийся малорастворимый карбонат кальция постепенно закрывает поры бетона. В процессе выщелачивания кислотность поровой жидкости также понижается, что приводит к активизации процессов коррозии стали. Но понижение величины рН при этом связано с просачиванием воды через поры бетона. Гидроксид кальция постепенно вымывается. В кислых водах этот процесс идет с

большей скоростью. Кроме того, воды могут содержать растворенные химически активные вещества, разрушающие бетон, например, сульфаты кальция, натрия, магния.

Появление трещин в бетоне также приводит к снижению защитных свойств. Трещины в бетоне могут появляться в процессе изготовления, в процессе эксплуатации. Они увеличивают проницаемость бетона, способствуя таким видам коррозии как язвенная, питтинговая. В общем случае, влажный бетон можно рассматривать как проводник второго рода и для понимания сущности коррозионных процессов использовать представления об электрохимическом механизме коррозии металлов. Однако, при этом необходимо учитывать некоторые особенности бетона, которые нехарактерны для электролитов: электрохимическая гетерогенность на поверхности арматуры, различная плотность и влажность, состав электролита в пористом теле бетона зависит от вида и химического состава исходных компонентов и может изменяться с течением времени под действием окружающей среды, обменные процессы у поверхности арматуры идут в основном за счет диффузии жидкости и газов в порах и капиллярах. Процессы диффузии являются лимитирующими и скорость коррозии стальной арматуры в бетоне будет определяться скоростью поступления кислорода к металлу, обеспечивающего катодную реакцию, созданием пассивной пленки на аноде, а также систематическим восстановлением этой пленки. Коррозия стали в плотном бетоне протекает с анодным

контролем. Анодный процесс, протекающий в порах пленки, приводит к образованию малорастворимых оксидов или гидроксидов, которые закрывают поры, тем самым снижая

скорость коррозии. Сама пленка является катодом, так как имеет более положительный потенциал. Вещества, увеличивающие анодную поляризацию стали будут эффективно тормозить процесс коррозии. Эти вещества (нитрат натрия, дихромат калия) способствуют образованию и сохранению защитной пленки. Вещества, разрушающие защитные пленки, увеличивают скорость коррозионного процесса. Например, анионы галогенов, особенно анионы хлора. Хлориданион или молекулярный хлор могут выступать в качестве катодного деполяризатора. В присутствии хлора деполяризация катода происходит в

основном за счет реакции восстановления хлора, а не кислорода: ½ Cl2 + e- → Cl-, φ = 1,36В. В воде хлор гидролизуется с образованием хлороводородной и хлорноватистой кислот: Cl2 + H2O → HCl + HClO. Хлорноватистая кислота является более сильным окислителем: HClO + H+ + 2e- → ½ Cl2 + H2O; φ0 = +1,63 В; HClO + H+ + 2 e- → Cl- + H2O; φ0 = +1,49 В. Оксид серы (IV) также обладает способностью увеличивать скорость коррозии. Это связано с тем, что при взаимодействии оксида серы (IV) образуется слабая сернистая кислота, которая восстанавливается на катоде наряду с кислородом: SO2 + H2O → H2SO3. H2SO3 + 4 H+ + 4 e-→ 3 H2O + S↓. Φ(рН=3) = + 0,285 В, 2H2SO3 + 2 H+ + 4 e-→ 3 H2O + S2О3. Φ(рН=3) = + 0,235 В. При взаимодействии сернистого газа с железом образуется сульфид и гидроксид железа (II): Fe + H2O + SO2 → FeS↓+ 2 Fe(ОН)2. Железобетонные конструкции часто эксплуатируются в условиях периодического увлажнения электролитами. При этом увеличивается обмен среды у поверхности арматуры и проникновение деполяризаторов через защитный слой бетона. В результате пассивность стали нарушается, и ускоряется развитие коррозионного процесса с увеличением частоты увлажнения. С проникновением влаги уменьшается и омическое сопротивление бетона, что способствует более эффективному действию макрогальванических пар. ЭДС этих пар складывается из разностей потенциалов трех элементарных гальванопар: 1. Дифференциальной аэрации (участки с меньшим доступом кислорода выступают в роли анода), например, при карбонизации. 2. Дифференциальной щелочности. Причиной образования коррозионных пар является разность значения рН электролита между участками под нарушенным защитным слоем бетона и в зоне дефектов, например, трещин. Потенциал стали зависит от рН раствора: в местах понижения щелочности потенциал становится меньше, т.е. в зоне дефекта образуется анод. Интенсивность коррозии в этом случае ограничивается скоростью катодных процессов. 3. Дифференциального растягивающего напряжения. Потенциал стали в электролите с ростом растягивающего напряжения уменьшается. Например, разность потенциалов, вызванная перепадом напряжения в стали в зоне трещины в бетоне достигает 0,05 – 0,1 В.