Классификация коррозионных процессов и агрессивных сред

2.2.1 Классификация коррозионных процессов

Коррозионные процессы весьма многообразны, поэтому их классификация весьма сложная задача. Классифицировать коррозионные процессы удается только по сумме основных ведущих признаков их влияния на бетон. В 1952 году Москвин В.М. предложил разделить процессы коррозии, протекающие в бетоне на три основных вида:

I вид - к данному виду относятся все процессы коррозии, которые возникают в бетоне при действии жидких сред (водных растворов), способных растворять составляющие цементного камня с последующим их удалением. Особенно интенсивно данный вид коррозии протекает при фильтрации воды через тело бетона.

II вид -к данному виду относятся процессы коррозии, при которых происходит химическое взаимодействие между компонентами цементного камня и агрессивного раствора. При этом продуты реакции могут, либо удалятся, либо скапливаться в толще в виде аморфной массы.

III вид - к данному виду относятся процессы коррозии, при которых в порах бетона происходит накопление и кристаллизация малорастворимых продуктов реакции с увеличением объема твердой фазы, либо веществ, способных при фазовых переходах увеличивать объем твердой фазы, что приводит к возникновению внутренних напряжений в структуре.

Обычно коррозионные процессы, протекающие в бетоне, носят смешанный характер, поэтому чтобы отнести процесс коррозии к одному из видов стараются выделить преобладающие процессы, вызывающие разрушение материала.

Существуют также и специфические виды коррозии, к которым относятся:

- внутренняя коррозия бетона – взаимодействие заполнителя, содержащего реакционноспособный кремнезем со щелочами цемента;

- биокоррозия – разрушение бетона при действии продуктов жизнедеятельности микроорганизмов;

- коррозия арматуры железобетонных конструкций;

- снижение прочности бетона (δR) при действии адсорбционно-активных сред.

В таблице 9 представлены хорошо известные и изученные в настоящий момент процессы при взаимодействии бетона и железобетона с агрессивными средами.

 

 

Таблица 9. Классификация коррозионных процессов бетона и железобетона

Природа, определяющего коррозионного процесса	Вид коррозии по Москвину	Коррозионные процессы	Параметр количественной оценки коррозионного процесса	Факторы, определяющие кинетику коррозионного процесса
в условиях напорной фильтрации	при свободном омывании
Физико-химические процессы: растворение кристаллизация	I	Выщелачивание водой не содержащей солей	Количество растворенных компонентов цементного камня, вынесенных из бетона	Скорость внутренней диффузии
II	Выщелачивание нейтральными солевыми растворами
III	Кристаллизация	Количество внесенных агрессивных компонентов или продуктов их взаимодействия с цементным камнем	Скорость капиллярного поднятия жидкости к испаряющей поверхности	Скорость внутренней диффузии
Химическое взаимодействие агрессивной среды с компонентами цементного камня	III-II-I	Сульфатная коррозия	Количество внесенных агрессивных компонентов или продуктов их взаимодействия с цементным камнем	Объемная скорость фильтрации и процессы уплотнения цементного камня продуктами реакции	-
II	Кислотная коррозия	Скорость диффузии в слое продуктов реакции
II	Магнезиальная коррозия
Электролиз цементного камня	-	Электрокоррозия	Количество электричества, прошедшего через элемент конструкции	Напряжение или сила тока, электропроводность бетона
Адсорбция поверхностно-активных веществ	-	Адсорбция и понижение, поверхностной энергии твердого тела	Понижение прочности цементного камня	Концентрация поверхностно-активных веществ. Напряженное состояние бетона.
Физико-химические процессы на контакте цементного камня и заполнителя или арматуры	-	Взаимодействие активного кремнезема заполнителей и щелочей цемента	Деформации набухания	Соотношение между реагирующими компонентами
-	Взаимодействие доломита в заполнителе и растворов солей щелочных металлов
-	Электрохимическая коррозия стали	Глубина поражения металла	Характер контроля процесса коррозии: анодный, катодный, омический
-	Коррозия растрескивания стали	Напряжение, при котором происходит резкое ускорение разрушения	Состав и структура арматурной стали, ее напряженное состояние и содержание в среде агрессивных или пассивирующих ионов

 

2.2.2 Классификация коррозионных сред.

По степени воздействия на строительные конструкции среды делят на:

- слабоагрессивные (ХА1);

- умеренно агрессивные (ХА2);

- сильноагрессивные (ХА3).

По физическому состоянию среды подразделяют на: газообразные, жидкие и твердые.

По характеру действия среды подразделяют на: химические и биологически активные.

В СНБ 5.03.01-02 приведены классы сред по условиям эксплуатации бетонных и железобетонных конструкций и минимальные классы бетона по прочности на сжатие для обеспечения требуемой долговечности (табл. 10).

Таблица 10. Классы среды по условиям эксплуатации

Класс среды	Характеристика среды	Примеры для идентификации классов среды	Минимальный класс бетона по прочности на сжатие
Коррозия арматуры вследствие карбонизации защитного слоя бетона
ХС1	Сухая или постоянно влажная	Элементы конструкций внутри помещений, включая кухни, ванные и прачечные	С12/15
Элементы конструкций постоянно находящиеся в воде
ХС2	Влажная, редкое высыхание	Элементы резервуаров для воды	С16/20
Элементы фундаментов
ХС3	Умеренно влажная	Элементы, к которым часто или постоянно поступает наружный воздух, элементы во внутренних помещениях с повышенной влажностью	С20/25
ХС4	Переменное увлажнение и высыхание	Внешние элементы конструкций периодически орошаемые водой	С25/30
Коррозия арматуры под действием хлоридов
ХD1	Умеренно влажная	Элементы дорожных покрытий	С25/30
ХD2	Мокрая, редко высыхаемая	Элементы конструкций при постоянном действии солевых растворов	С30/37
ХD3	Переменно увлажняемая и высыхаемая	Дорожные покрытия, элементы мостов	С35/45
Агрессивное воздействие на бетон отрицательных температур при наличии или отсутствии антиобледенителей
ХF1	Умеренное водонасыщение без антиобледени-телей	Внешние элементы конструкций	С25/30
ХF2	Тоже с антиобледени-телем	Элементы дорожных покрытий	С25/30
ХF3	Интенсивное водонасыщение без антиобледени-телей	Элементы конструкций в зоне попеременного увлажнения	С25/30
ХF4	Тоже с антиобледени-телями	Дорожные покрытия	С30/37
Агрессивное воздействие на бетон химически агрессивной среды
ХА1	Химически слабая агрессивная среда	Очистные сооружения, отстойники	С25/30
ХА2	Химически умерено агрессивная среда	Элементы бетонных полов	С30/37

Окончание таблицы 10

Класс среды	Характеристика среды	Примеры для идентификации классов среды	Минимальный класс бетона по прочности на сжатие
ХА3	Химически сильная агрессивная среда	Сооружения для сточных промышленных вод, кормушки для животных, градирни	С35/45
Воздействия, способствующие износу бетона
ХМ1	Умеренный износ	Промышленные полы при движении транспорта на пневматических шинах	С25/30
ХМ2	Сильный износ	Промышленные полы при интенсивном движении транспорта	С30/37
ХМ3	Очень сильный износ	Промышленные полы при воздействии транспорта на гусеничном ходу	С30/37

 

В таблице 11 приведены типичные случаи взаимодействия агрессивных сред с бетонными и железобетонными конструкциями с указанием условий воздействия, преобладающих процессов, характера разрушения и способов защиты.

 

Таблица 11. Типичные случаи взаимодействия агрессивных сред с бетонными и железобетонными конструкциями

Среда	Условия воздействия	Преобла-дающие процессы в бетоне	Характер ограничения процессов в бетоне	Характер разрушения железобетонных конструкций (ведущий процесс)	Способы защиты конструкции
Кислые растворы	Постоянные, с образованием буферного слоя	Растворение и обменные реакции нейтрализации	Диффузионный процесс в слое продуктов коррозии	Послойный с образование слоя продуктов коррозии бетона, затухающий	В зависимости от скорости коррозии без защиты или изоляция поверхности конструкции
Постоянные, без образования буферного слоя	Диффузионно-кинетический	То же, с удалением продуктов коррозии, незатухающий
Солевые растворы: - сульфаты и другие соли, дающие кристаллогидратные новообразования;	Постоянные	Обменные реакции с кристаллиза-цией новообразова-ний	Диффузионный процесс в структуре бетона	Расстрескивание бетона	Использование низко-алюминатных цементов, повышение плотности бетона, уплотняющие пропитки, изоляция поверхности конструкций
Периодичес-кое увлажнение и подсос с испарением	То же	Диффузионно-конвективный процесс в структуре бетона	Ускоренное растрескивание бетона

 

Окончание таблицы 11

Среда	Условия воздействия	Преобла-дающие процессы в бетоне	Характер ограничения процессов в бетоне	Характер разрушения железобетонных конструкций (ведущий процесс)	Способы защиты конструкции
- хлориды	Постоянные	Диффузион-ный перенос с постоянным выравнива-нием концентрации солей	Диффузионный в структуре бетона	Депассивация и коррозия арматуры с сильным катодным ограничением	Повышение плотности и толщины защитного слоя бетона, насыщение пресной водой, уплотняющие пропитки, изоляция поверхности железобетон-ных конструкций, защитные покрытия арматуры
Периодичес-кое увлажнение и подсос с испарением	Диффузионно-конвективный перенос с накоплением солей	Диффузионно-конвективный в структуре бетона	То же, с преобладанием катодного или анодного ограничения в зависимости от плотности и влажности бетона
Воздушно-влажная	Постоянные	Нейтрализация кислыми газами	Диффузионный в нейтрализован-ном слое бетона	Депассивация и коррозия арматуры с преобладанием анодного или омического ограничения в зависимости от плотности и влажности бетона	Повышение плотности и толщины защитного слоя бетона; уплотняющие пропитки, изоляция поверхности конструкции

 

Далее рассмотрим наиболее распространенные химические вещества, воздействующие на конструкции и степень их агрессивности.

Кислоты – агрессивны по отношению к бетону. Степень агрессивного воздействия зависит от химического состава кислоты, ее концентрации и температуры.

Вода-среда, содержащая растворенные сульфаты - агрессивна по отношению к бетону. Степень агрессивности зависит от содержания растворенных сульфатов.

Растворы солей - при нормальной температуре обычно не агрессивны к бетону, а являются агрессивными по отношению к арматуре.

Креозот – агрессивность определяется содержанием фенолов, которые способны медленно разрушать бетон.

Смазочные масла – агрессивны, если содержат кислоты. Обладают высокой проникающей способностью и могут воздействовать на арматуру при наличии кислот, а также снижать прочность бетона при «промасливании».

Продукты переработки нефти - как правило, не агрессивны по отношению к бетону, если в составе нет кислот и серы. Обладают высокой проникающей способностью.

Сера (расплавленная) - не агрессивна.

Каустическая сода и другие едкие щелочи - при концентрации NaОН до 10 % как правило не агрессивны. При более высокой концентрации и повышении температуры агрессивность увеличивается.

Соединения мышьяка - не агрессивны.

Мочевина - агрессивна.

Сульфат железа - при растворении дает кислую реакцию, поэтому агрессивен по отношению к бетону.

Гипохлорит кальция (отбеливающий порошок) - агрессивен только при высокой концентрации.

Сахар - агрессивен даже по отношению к качественному бетону.

Молоко - свежее молоко не агрессивно. Агрессивны кисломолочные продукты.

Фрукты и овощи - в соках содержится сахар и кислоты, поэтому агрессивны по отношению к бетону.

Вино - как правило, не воздействует на бетон.

Сточные воды - жидкие бытовые отходы не агрессивны к бетону, однако при снижении рН < 6,5 могут интенсивно разрушать бетон.

Сероводород (Н₂S) - не оказывает агрессивного воздействия на высококачественный бетон. Но при растворении в воде образует сероводородную кислоту, которая оказывает незначительное воздействие на бетон. При определенных условиях, под воздействием аэробных бактерий он может перейти в серную кислоту (Н₂SО₄).

Дистиллированная вода - горячий дистиллят весьма агрессивен к бетону.

Морская вода - агрессивна за счет содержания, прежде всего сульфата магния.