Механизм и кинетика коррозии строительных материалов

Современная теория строительных материалов основывается на классификации видов коррозии бетона В.М. Москвина. В соответствии с этой теорией все физико-химические процессы делятся на три вида. 1. Коррозия первого вида или коррозия выщелачивания. Некоторые водные растворы солей и вода с малой жесткостью способны растворять цементный камень, не вступая с ним в химическое взаимодействие. Образующиеся растворенные компоненты цементного камня (например, Са(ОН)2) выносятся во внешнюю среду, делая его пористым и менее прочным. Как и в любом гетерогенном процессе, процесс коррозии протекает на поверхности раздела фаз или в непосредственной близости от нее. Скорость в этом случае определяется процессом диффузии агрессивных компонентов вглубь цементного камня (или диффузией гидроксида кальция к поверхностному слою). В результате такого действия составы внутреннего и внешнего слоев различаются. Это приводит к возникновению процессов выравнивания состава всей фазы. При отсутствии дополнительных внешних факторов (например, перемешивание или сила давления воды), процесс протекает медленно, только на самой поверхности раздела равновесие может быть достигнуто довольно быстро. Если бетонное сооружение находится в контакте с водой, то скорость коррозионных процессов будет определяться скоростью диффузии гидроксида кальция из глубины бетона к его наружной поверхности, контактирующей с водой, составом и концентрацией действующей агрессивной среды, степенью напора воды. Рассмотрим процесс коррозии портландцемента, включающего в себя четыре основных клинкерных минерала: трехкальциевый силикат (алит), двухкальциевый силикат (белит), трехкальциевый алюминат и четырехкальциевый алюмоферрит. При затворении цемента водой происходит его твердение и образуются новые гидратные соединения, практически нерастворимые в воде. Процесс гидролиза в упрощенном виде можно записать так:

2(3СаО·Al2О3) + 6H2O →3СаО·2 Al2О3·3H2O + 3Са(ОН)2 Образующийся гидроксид кальция, контактирует с водой и начинает частично растворяться в первую очередь из

поверхностного слоя. Уменьшение гидроксида кальция приводит к гидролизу гидросиликатов и гидроалюминатов кальция. На поверхности бетона при этом создается слой продуктов коррозии цементного камня. Если он сохраняются на месте, например на бетонных фундаментах, находящихся в грунте, или в резервуарах, работающих при постоянном заполнении водой, скорость коррозии со временем быстро падает, так как возрастает диффузное сопротивление слоя образовавшихся продуктов. При медленной фильтрации, когда скорость поступления воды мала, образуется пересыщенный раствор гидроксида кальция. Из этого раствора гидроксид кальция выпадает в осадок, заполняя поры бетона, тем самым упрочняя его. Скорость коррозии замедляется еще и потому что продукты коррозии препятствуют дальнейшей диффузии гидроксида кальция из цементного камня. При удалении продуктов коррозии с поверхности, например при большой скорости движения воды или при механическом действии насосов, скорость процесса может оставаться постоянной. Наиболее опасны растворение и вынос гидроксида кальция для бетонных и железобетонных, в особенности тонкостенных, конструкций при напорном действии воды. При постоянной фильтрации воды Са(ОН)2 из бетона будет выноситься в количестве, пропорциональном количеству профильтровавшейся воды (в расчете на единицу объема бетона) и средней концентрации гидроксида в этой воде. При удалении Са(ОН)2 до 20% от общего первоначального содержания в портландцементе его прочность значительно снижается. 2. Коррозия второго вида. Процессы коррозионного разрушения связаны с химическим взаимодействием цементного камня и агрессивных компонентов. В результате происходит

образование легко растворимых продуктов, выносимых из бетона во внешнюю среду, или аморфных веществ, не обладающих вяжущими свойствами и не способных препятствовать дальнейшему развитию коррозии. Как правило, такие явления наблюдаются в кислых средах и протекают они гораздо интенсивнее, чем коррозия

выщелачивания.