Газовая коррозия бетона. Почему появляется коррозия бетона и как с ней справиться? Коррозия арматуры в бетоне

Что это такое — коррозия бетона и железобетона? Почему в железобетонных конструкциях возникают коррозионные процессы? Какими способами можно предотвратить их развитие? В статье мы постараемся ответить на эти вопросы.

Что это такое

Коррозия бетона — процесс падения и железобетонных конструкций, связанный с агрессивным воздействием окружающей среды. Думается, читателю не нужно объяснять, как протекает коррозия металлических конструкций. С бетоном в общих чертах происходит то же самое: со временем он частично перерождается в другие материалы, обладающие совсем другими механическими свойствами.

Уточним: от обычной ржавчины железобетонные конструкции, понятное дело, тоже страдают. В большинстве случаев армирование не отличается высокой коррозионной стойкостью.

Виды и механизмы

Помните пословицу «где тонко, там и рвется»? Она в полной мере относится к деградации любых конструкционных материалов.

Железобетон — композит из нескольких видов сырья, различающихся механической прочностью и устойчивостью к разного вида внешним воздействиям.

Материал	Свойства
Песок	Кристаллы кварца исключительно химически стабильны, не деградируют со временем
Щебень	В качестве заполнения обычно используется щебенка скальных пород, своими химическими и механическими свойствами мало отличающаяся от кварцевого песка. На ее прочность могут повлиять разве что концентрированные щелочи и кислоты.
Арматура	Контакт стали в водой и воздухом (а бетон, как мы помним, паропроницаем) всегда дает очень предсказуемый результат. Даже под защитным слоем бетона армирование будет постепенно ржаветь. Выход арматуры на поверхность вследствие разрушения конструкции многократно ускорит процесс.
Цементный камень	Связующее — цемент — после схватывания превращается в сравнительно прочный, но не отличающийся химической инертностью цементный камень. Один из его основных компонентов — гашеная известь Ca(OH)2 — легко растворяется водой и вступает в реакции с прочими химикатами. Именно с разрушения цементного камня обычно начинается коррозионный процесс.

Давайте разберем основные виды коррозии и механизмы их возникновения.

Вымывание

Несмотря на высокую плотность, бетон — материал пористый. Причина — в том, что схватывание цемента и последующая сушка раствора сопровождаются существенным уменьшением его объема.

Обратите внимание: поризованные газо- и пенобетон — отдельный разговор. В их случае поры создаются намеренно — введением в раствор пены или газообразующих компонентов (как правило, алюминиевого порошка). Цель — придание бетону максимальных теплоизоляционных качеств.

Увлажнение бетона с последующим неравномерным испарением воды приведет к постепенному движению воды через поры. В процессе движения та самая гашеная известь Ca(OH)2 будет постепенно вымываться; ну, а раз связующего в толще бетона становится меньше — его прочность падает.

Наиболее наглядно процесс вымывание демонстрируют высолы — белые разводы и наросты на поверхности бетона, остающиеся там, где он часто мокнет. Их наличие говорит о том, что конструкция стремительно утрачивает прочность.

Разложение кислотами

Под воздействием кислот и их водных растворов в бетоне может протекать множество деструктивных процессов.

Разберем наиболее простые.

• При воздействии кислот гашеная известь соединяется с атмосферной углекислотой с образованием нерастворимой соли и воды . Формула, описывающая реакцию, имеет вид Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O.

Казалось бы — чему огорчаться, если растворимое соединение кальция заменено более стабильным? Ведь процесс вымывания в этом случае должен полностью прекратиться. Не тут — то было: кристаллы CaCO3 не просто заполняют поры — они стремятся расширить, взломать их; в результате бетон начинает растрескиваться.

• При избытке воды (проще говоря — во влажном бетоне) дальнейшее преобразование минералов приобретает вид CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2 . Полученный бикарбонат кальция снова растворим для воды; более того — слишком растворим: он стремительно вымывается, оставляя после себя поры и… падение конструкционной прочности.
• В присутствии раствора соляной кислоты гашеная известь превращается в хлористый кальций: Ca(OH)2 + 2HCl = CaCl2 + 2H2O . И эта соль исключительно легко растворяется в воде; результат вполне предсказуем — опять-таки ослабление конструкции.

Сульфатное разложение

В условиях предприятий химической промышленности (в частности, производящих удобрения) довольно распространенным случаем является так называемая сульфатная коррозия бетона.

В результате взаимодействия с сульфатами гашеной извести и присутствующих в цементе алюминатов образуется, в частности, гидросульфоалюминат эттрингит (3СaO Al2O3 3CaSO4 32H2O). Кристаллы в процессе роста вызывают значительные напряжения, существенно превышающие прочностные показатели цементного камня.

Ржавление арматуры

Здесь все просто и понятно: контакт низкоуглеродистых сталей с водой и воздухом приводит к образованию малопрочного Fe2O3 и более сложных окислов и солей. Армирование должно воспринимать нагрузки на растяжение; при падении прочности арматуры существенные нагрузки на изгиб приводят к появлению трещин и… ускоренному падению прочности уцелевшего армирования вследствие прямого контакта с водой и воздухом ().

Биологическое разложение

Последствия высокой влажности при температурах выше нуля общеизвестны: конструкции из кирпича, камня и бетона обживаются мхом и плесенью.

В результате разрушение идет двумя путями:

1. Пресловутая известь и ее соединения служат грибку пищей.
2. Накопление продуктов метаболизма в порах приводит к росту внутренних напряжений.

Морозное разрушение

Представьте себе, что происходит с участком влажной бетонной конструкции при падении температуры ниже нуля.

1. Вода в ее порах начинает кристаллизоваться.
2. Лед, имеющий больший по сравнению с водой объем, стремится расширить поры. В конструкции появляются микротрещины; по мере их расширения к разрушению железобетона подключается коррозия арматуры.

Способы защиты

Итак, механизмы разрушения нами изучены. Возможна ли защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии? Могут ли соответствующие меры быть предприняты в домашних условиях, своими руками?

Стратегия

Для начала выясним, какими путями нам предстоит двигаться.

Комплекс мер	Разъяснения
Защита арматуры	Повышение коррозионной стойкости армирующего каркаса предотвратит его ржавление внутри бетона и при выходе на поверхность.
Уплотняющие химические добавки	Как правило, они уменьшают количество пор или делают поры замкнутыми. В результате снижается проницаемость материала для воды и воздуха, реже нестабильная гашеная известь заменяется более химически стойкими соединениями.
Заполнение пор	Готовая бетонная конструкция может быть модифицирована проникающими пропитками, нагнетаемыми через пробуренные в ней шурфы или просто нанесенными на поверхность.
Поверхностная защита	Сюда относятся всевозможные меры по гидроизоляции (рулонной и обмазочной). В эту же категорию попадает покраска лакокрасочными материалами.
Биозащита	Антисептические пропитки сводят на нет биологическое разложение, убивая саму плесень, ее споры и препятствуя их повторному появлению.

Тактика

А теперь давайте немного конкретизируем перечень возможных мер, описав некоторые из них.

Промышленные условия

Как защита железобетонных конструкций от коррозии осуществляется в условиях промышленных предприятий, многоквартирного строительства и т.д. — проще говоря, когда есть возможность использовать сложные технологии, требующие специального оборудования?

Упомянем несколько часто применяющихся решений.

• Цементизация . Через пробуренные в толще конструкции отверстия под давлением нагнетается цементное молочко, приготовленное в пропорции 1:10 (цемент-вода), с небольшой (не более 7% от массы цемента) добавкой хлористого кальция. Заполнение пор способствует увеличению плотности бетона и уменьшению количества открытых пор в нем.
• Силикатизация сводится к последовательному нагнетанию натриевого жидкого стекла и хлористого кальция. В процессе обработки поры заполняются смесью слаборастворимого гидросиликата кальция и нерастворимого кремнезема.

• Битумизация — процесс заполнения пор битумом при температуре 200-220С. Метод исключительно эффективен, но может проводиться лишь при минимальной влажности конструкции.

Полезно: основная проблема при бурении шурфов для закачки растворов — не вызвать роста внутренних напряжений в толще конструкции. С этой точки зрения оптимально алмазное бурение отверстий в бетоне: оно не создает ударных нагрузок и не вызывает скола краев отверстия.

Для вскрытия и демонтажа элементов конструкции применяется резка железобетона алмазными кругами: они обладают куда большим по сравнению с абразивными кругами по камню ресурсом и, главное, прекрасно режут арматуру.

Домашние условия

Разумеется, защита бетона от коррозии возможна и без применения высокотехнологичного оборудования.

• Защитная покраска — самое простое и очевидное решение. В частности, можно рекомендовать так называемые резиновые водно-дисперсионные красители: они надежно гидроизолируют поверхность бетона при минимальных затратах времени и сил. Цена килограмма резиновой краски начинается примерно от 130 рублей.

• Обработка жидким стеклом тоже способна защитить бетон от разрушения. Инструкция по его применению предельно проста: натриевое жидкое стекло разводится водой 1:1 и наносится на поверхность бетона кистью или валиком в 2-3 слоя без промежуточной просушки.
• Наиболее эффективное решение — проникающие гидроизоляционные пропитки (Пенетрон и его аналоги). Они наносятся по влажному бетону и проникают на глубину до метра. Пенетрон вызывает кристаллизацию соединений кальция, полностью заполняющих поры.
• На стадии приготовления бетона в него могут вводиться разнообразные укрепляющие добавки. Вот названия нескольких отечественных препаратов: Мылонафт, СДБ (сульфитно-дрожжевая бражка), ГКЖ-94 (кремнийорганическая жидкость).

Кремнийорганические (силиконовые) пропитки могут применяться и для гидрофобизации готовых конструкций. На фото — силиконовый гидрофобный грунт Типром Д.

Заключение

Разумеется, в рамках небольшой статьи нами затронуто лишь несколько из длинного перечня возможных решений (

Коррозийным разъеданием подвергаются многие строительные материалы, в том числе и бетон. Она представляет собой разрушение металлов под воздействием физико-химических или химических факторов окружающей среды. Чтобы предотвратить разрушение в сооружениях из бетона и железобетона существуют различные методы защиты. Это могут быть покрытия поверхности с помощью специального стойкого материала или разнообразными лаками, пропитками.

Определение коррозии

Коррозия представляет собой разъедание строительных материалов под влиянием физических, химических и биологических факторов при контакте с окружающей средой. Бетон имеет в своем составе наименее прочный компонент – это цементный камень. Именно с этой части материала начинается коррозийный процесс. Разрушение случается в результате воздействия различных видов вод, а именно:

• сточных;
• вод в траншеях или трубах;
• морских;
• речных;
• грунтовых.

Наиболее опасны для бетонов грунтовые воды вблизи промышленных предприятий из-за наличия в них химических выбросов. Также при воздействии с бетоном и железобетоном наносят им весомый вред сточные воды. Коррозия бетона воздействует на гидротехнические сооружения, загрязняет воздух, однако, такая концентрация газа в окружающей среде не вредит здоровью человека, но способствует разрушению бетонных конструкций.

Разрушения строительных материалов разнообразны и могут находиться разрушающие микроорганизмы как в прямом контакте, так и внутри структур. Ускоряется разъедание в бетоне при повышенной влажности окружающей среды.

Виды и описание

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.

Антикоррозийная защита

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.

В первую очередь на состояние строительных материалов негативно влияет агрессивная окружающая среда.

Вода, углекислый газ, соли, перепады температур очень часто вызывают коррозию. В связи с этим важнейшей проблемой и задачей номер один при строительстве и последующей эксплуатации любых объектов является защита от коррозии бетона .

Причины коррозии

Структура произведенного на минеральной основе бетона - каппилярно-пористая. Поэтому он очень сильно подвержен негативному воздействию.

Атмосферные явления в пористой структуре бетона образуют кристаллы. Затем они увеличиваются и вызывают трещины.

Хлориды, сульфаты и карбонаты, растворенные в воздухе в большом количестве, тоже разрушительно влияют на строительные конструкции.

Коррозия бетона и ее виды

Коррозия бетона бывает трех видов. Основным критерием для классификации является степень ухудшения его свойств и характеристик.

Коррозия 1 степени - вымываются составные части бетона;

Коррозия 2 степени - образуются продукты коррозии без вяжущих свойств;

Коррозия 3 степени - накапливаются малорастворимые кристаллизующиеся соли, которые увеличивают объем.

Методы защиты бетона

Для защиты бетона от коррозии , а также повышения его долговечности необходимо применять первичную и вторичную его защиту.

Первичная защита подразумевает введение самых разных модифицирующих добавок. Это могут быть стабилизирующие (предупреждают расслоение), пластифицирующие (увеличивают), водоудерживающие и регулирующие процесс схватывания бетонной смеси, ее пористость, плотность и т.д.

Методы вторичной защиты от коррозии бетона подразумевает нанесение защитных покрытий:

Лакокрасочные мастичные покрытия. Они используются при воздействии жидких сред, и непосредственном контакте бетона с агрессивной твердой средой.

Лакокрасочные и акриловые покрытия. Эти средства образуют прочную атмосферостойкую и долговечную защиту. К примеру, акрил создает полимерную пленку, предотвращая тем самымкоррозию бетона . Более того, он защищает поверхность от микроорганизмов и грибков.

Уплотняющие пропитки. Эти вещества придают бетону гидрофобные свойства. Они очень резко повышают водонепроницаемость, а также снижают водопоглощение материалов. Применяются в условиях повышенной влажности и в местах, требующих специальные санитарно-гигиенические мероприятия.

Оклеечные покрытия. Их применяют при воздействии жидких сред (например, если имеет место подтопление бетонной сваи подземными водами). Кроме того, их используют в качестве непроницаемого подслоя для облицовочных покрытий. К примеру, полиизобутиленовые пластины, полиэтиленовая плёнка, рулоны нефтебитума и т. п.

Биоцидные материалы. Они призваны уничтожать и подавлять на бетонных конструкциях грибковые образования. Химически активные элементы проникают в структуру бетона и заполняют микротрещины и поры.

Антикоррозийные покрытия для бетона применяются всюду: в стенах и полах жилых помещений, в гаражных комплексах, фундаменте, коллекторах, очистных сооружениях, теплицах, оранжереях.

Билет№ 19

1) из 400г 50%-ного (по массе) раствора H2SO4 выпариванием удалили 100г воды. чему равна массовая доля H2SO4 в оставшемся растворе??

Масса серной кислоты в растворе
m(H2SO4) = m1(р-ра H2SO4) * W1 / 100 = 400 * 50 / 100 = 200 г.

Масса полученного раствора
m2(р-ра H2SO4) = m1(р-ра H2SO4) - m(H2O) = 400 - 100 = 300 г.

Концентрация серной кислоты в полученном растворе:
W2 = m(H2SO4) * 100 / m2(р-ра H2SO4) = 200 * 100 / 300 = 66,67 %

2) Элементы, проявляющие в соединениях металлические и неметаллические свойства, называют амфотерными, к ним относятся элементы А-групп Периодической системы - Be, Al, Ga, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Po и др., а также большинство элементов Б-групп - Cr, Mn, Fe, Zn, Cd, Au и др. Амфотерные оксиды называют так же, как и основные, например:

BeO - оксид бериллия
FeO - оксид железа(II)

Al2O3 - оксид алюминия
Fe2O3 - оксид железа(III)

SnO - оксид олова(II)
MnO2 - оксид марганца(IV)

SnO2 - диоксид олова(IV)
ZnO - оксид цинка(II)

Амфотерные гидроксиды (если степень окисления элемента превышает + II) могут находиться в орто - или (и) мета - форме. Приведем примеры амфотерных гидроксидов:

Be(OH)2
- гидроксид бериллия

Al(OH)3
- гидроксид алюминия

AlO(OH)
- метагидроксид алюминия

TiO(OH)2
- дигидроксид-оксид титана

Fe(OH)2
- гидроксид железа(II)

FeO(OH)
- метагидроксид железа

Амфотерным оксидам не всегда соответствуют амфотерные гидроксиды, поскольку при попытке получения последних образуются гидратированные оксиды, например:

SnO2 . nH2O
- полигидрат оксида олова(IV)

Au2O3 . nH2O
- полигидрат оксида золота(I)

Au2O3 . nH2O
- полигидрат оксида золота(III)

Если амфотерному элементу в соединениях отвечает несколько степеней окисления, то амфотерность соответствующих оксидов и гидроксидов (а следовательно, и амфотерность самого элемента) будет выражена по-разному. Для низких степеней окисления у гидроксидов и оксидов наблюдается преобладание основных свойств, а у самого элемента - металлических свойств, поэтому он почти всегда входит в состав катионов. Для высоких степеней окисления, напротив, у гидроксидов и оксидов наблюдается преобладание кислотных свойств, а у самого элемента - неметаллических свойств, поэтому он почти всегда входит в состав анионов. Так, у оксида и гидроксида марганца(II) доминируют основные свойства, а сам марганец входит в состав катионов типа 2+, тогда как у оксида и гидроксида марганца(VII) доминируют кислотные свойства, а сам марганец входит в состав аниона типа MnO4- . Амфотерным гидроксидам с большим преобладанием кислотных свойств приписывают формулы и названия по образцу кислотных гидроксидов, например НMnVIIO4 - марганцовая кислота.

Таким образом, деление элементов на металлы и неметаллы - условное; между элементами (Na, K, Ca, Ba и др.) с чисто металлическими и элементами (F, O, N, Cl, S, C и др.) с чисто неметаллическими свойствами существует большая группа элементов с амфотерными свойствами

3) Напишите выражение для константы равновесия гетерогенной системы CO2+C↔ 2CO. Как изменится скорость прямой реакции-образования CO,если концентрацию CO2 УМЕНЬШИТЬ В 4 РАЗА?

K = 2 / - выражение для константы равновесия.
Пусть было x моль/л CO 2 , тогда после уменьшения концентрации в 4 раза будет x/4 моль/л.
Скорость прямой реакции (до):
v = k* = k*[x]
Скорость прямой реакции (после):
v" = k*" = k*
n = v"/v = (k*) / (k*[x]) = 1/4 - скорость уменьшится в 4 раза.

При повышении давления равновесие сдвигается в направлении, в котором уменьшается суммарное количество молей газов, т.е. влево.

4)Стандартный водоро́дныйэлектро́д - электрод, использующийся в качестве электрода сравнения при различных электрохимических измерениях и в гальванических элементах. Водородный электрод (ВЭ) представляет собой пластинку или проволоку из металла, хорошо поглощающего газообразный водород (обычно используют платину или палладий), насыщенную водородом (при атмосферном давлении) и погруженную вводный раствор, содержащий ионы водорода. Потенциал пластины зависит [ уточнить ] от концентрации ионов Н + в растворе. Электрод является эталоном, относительно которого ведется отсчет электродного потенциала определяемой химической реакции. При давлении водорода 1 атм., концентрации протонов в растворе 1 моль/л и температуре 298 К потенциал ВЭ принимают равным 0 В. При сборке гальванического элемента из ВЭ и определяемого электрода, на поверхности платины обратимо протекает реакция:

2Н + + 2e − = H 2

то есть, происходит либо восстановление водорода, либо его окисление - это зависит от потенциала реакции, протекающей на определяемом электроде. Измеряя ЭДС гальванического электрода при стандартных условиях (см. выше) определяют стандартный электродный потенциал определяемой химической реакции.

ВЭ применяют для измерения стандартного электродного потенциала электрохимической реакции, для измерения концентрации (активности) водородных ионов, а также любых других ионов. Применяют ВЭ так же для определения произведения растворимости, для определения констант

Устройство

Схема стандартного водородного электрода:

1. Платиновый электрод.

2. Подводимый газообразный водород.

3. Раствор кислоты (обычно HCl), в котором концентрация H + = 1 моль/л.

4. Водяной затвор, препятствующий попаданию кислорода воздуха.

5. Электролитический мост (состоящий из концентрированного р-ра KCl), позволяющий присоединить вторую половину гальванического элемента.

Бетон – это искусственный каменный материал, состоящий из цемента, песка, воды и щебня. При затвердевании уплотненной смеси вяжущего вещества (цемент) с заполнителем образуется бетон. В качестве заполнителя может быть использован щебень, песок, гравий.

– процесс разрушения его структуры, охрупчивания под воздействием окружающей среды. бетона может быть трех видов.

Виды коррозии бетона:

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.

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.

Увеличение объема происходит по реакции:

Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 + H 2 O

CaCO 3 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:

CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3) 2 .

Помимо растворения наблюдается и протекание химической коррозии бетона:

Ca(OH) 2 + 2HCl = CaCl 2 + 2H 2 O,

при этом вымываются соли хлористого кальция.

Если разрушение бетона происходит под воздействием сульфатов воды – применяют пуццолановый портландцемент, а также сульфатостойкий портландцемент.

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.

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.

Если в конструкциях используют залитую бетоном железную арматуру, т.е. железобетон, возможно протекание еще одного вида разрушения – коррозии арматуры в бетоне. Под воздействием вод окружающей среды или при наличии в воздухе сероводорода, хлора, сернистых газов арматура в середине бетона ржавеет и образуются продукты коррозии железа. По объему они превышают начальный объем арматуры, что приводит к возникновению и росту внутренних напряжений, а в дальнейшем – растрескиванию бетона.

Сквозь поры в цементном камне к арматуре проникает воздух и влага. Подвод их к поверхности металла осуществляется не равномерно из-за чего на разных участках поверхности наблюдаются разные потенциалы – протекает электрохимическая коррозия . Скорость протекания электрохимической коррозии арматуры зависит от влагопроницаемости, пористости бетонного камня и наличия в нем трещин.

Наличие в воде растворенных веществ усиливает коррозию арматуры с повышением концентрации электролита.

При длительном выдерживании бетона на воздухе на поверхности образуется очень тонкая (5 – 10 мкм) защитная пленка, которая не растворяется в воде и не взаимодействует с сульфатами. Процесс возникновения защитной пленки под воздействием углекислоты воздуха называется карбонизацией. Карбонизация защищает бетон от коррозии, но способствует коррозии арматуры в бетоне.

Нельзя армировать бетон, в состав которого входит хлористый кальций (больше 2% от веса цемента). Хлористый кальций ускоряет коррозию арматуры как на воздухе, так и в воде.

Защита арматуры бетона от коррозии

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 металлической основы железобетона – бетон облагораживают. Во время формирования бетонной смеси в состав вводят ингибиторы коррозии .

Для защиты от коррозии арматуры в конструкционно-теплоизоляционных бетонах широко используется способ омического ограничения. Суть заключается в том, что влажность самого бетона не должна превышать равновесное значение при относительной влажности воздуха 60%. Тогда процессы коррозии арматуры почти прекращаются, т.к. возникает высокое омическое сопротивление пленок влаги у поверхности арматуры. Этот способ не так уж прост и не эффективен в районах с высокой влажностью и частыми осадками.

Хороший бетон должен обладать первоначальным пассивирующим воздействием на арматуру. Бетонные изделия полностью просыхают примерно за 2-3 года. Если климат сухой, то немного быстрее. Именно в это время и происходит самое сильное коррозионное разрушение арматуры, т.к. она находится во влажной бетонной среде.

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 нитрит натрия в количестве 2 – 3 % от исходного веса цемента.

Защита бетона от коррозии

Для защиты бетона от коррозии и продления его срока службы не достаточно применения только одного вида защиты. Чтоб бетон не поддавался вредному влиянию окружающей среды уже на стадии проектирования проводят профилактические мероприятия по его защите.

Эксплуатационно-профилактические мероприятия предусматривают нейтрализацию агрессивных сред, герметизацию, интенсивную вентиляцию при эксплуатации цементного камня в помещении (для осушки воздуха).

Важную роль в предотвращении бетона от дальнейшего разрушения играет рациональное конструирование. При этом необходимо придавать бетонной поверхности конструкционной формы, которая будет исключать скопление в углублениях воды и различных органических веществ. Кроме того важно обеспечить свободный отход жидкости с поверхности. Этого можно достигнуть при использовании водоотводов или формировании бетонной поверхности под уклоном.

Защиту бетона от коррозии можно разделить на первичную и вторичную.

Первичная защита бетона от коррозии предусматривает при его изготовлении и формировании вводить в состав бетона специальные добавки, изменяя при этом его минералогический состав. Этот способ считается наиболее эффективным.

В качестве добавок могут служить различные водоудерживающие, пластифицирующие, стабилизирующие, химические модификаторы, аморфный кремнезем и др.

Кроме того, ориентируясь на условия эксплуатации цементного камня, при его формировании подбирают оптимальный для данных условий состав. Например, для цементов, эксплуатирующихся в сульфатсодержащих водах уменьшают содержание С 3 S.

Часто применяют пуццоланизацию. К портландцементу добавляют кислые гидравлические добавки, которые содержат активный кремнезем.

Са(ОН) 2 + SiO 2 nН 2 О = СаО SiO2 (n + 1) Н 2 О,

Образовавшийся гидросиликат кальция устойчивее чем Са(ОН) 2 .

Химические добавки могут очень сильно улучшить эксплуатационные свойства бетона. Повысить его плотность, в результате чего агрессивные агенты в порах замедляют скорость своего передвижения. Арматура, находясь в плотном бетоне менее подвержена коррозионным разрушениям.

Также при помощи химических добавок можно значительно увеличить количество условно замкнутых пор. В результате морозостойкость цементного камня возрастает в разы.

Самими распространенными химическими добавками, которые применяются для защиты бетона от разрушений являются: пластифицирующие, противоморозные, уплотняющие, гидрофобизирующие, воздухововлекающие, замедлители схватывания, газообразующие, ингибиторы коррозии арматуры.

Некоторые добавки оказывают двойное действие, т.е. улучшают сразу несколько показателей. Другие же, могут улучшать один, и понижать второй.

Самыми перспективными и распространенными являются следующие добавки.

Мылонафт. Это пластифицирующая добавка, состоящая из смеси натриевых солей нерастворимых в воде органических кислот. Она способствует повышению однородности бетонной смеси, уменьшая при этом трение между ее отдельными зернами. Также вовлекает воздух. Производится и поставляется в виде паст. В бетонную смесь необходимо вводить от 0,05 до 0,15 % от массы цемента (в перерасчете на сухое вещество). Если превысить указанную дозировку, снижается прочность бетона на сжатие.

Мылонафт повышает водонепроницаемость бетонного камня на две марки, морозостойкость – в два раза, устойчивость к воздействию растворов минеральных солей, трещиноустойчивость.

Сульфитно-дрожжевая бражка СДБ. Это химическая добавка пластифицирующего действия. Получают ее путем переработки кальциевых солей лигносульфоновых кислот. Вещество способствует повышению подвижности бетонной смеси, вовлечению в нее воздуха и уменьшению слипания цементных зерен. Производители могут поставлять СДБ в виде твердых или жидких концентратов. Для достижения защитного эффекта данной добавки нужно немного больше, чем мылонафта. В перерасчете на сухое вещество цемента, необходимо ввести 0,15 – 0,3% сульфитно-дрожжевой бражки. Она повышает в 1,5 – 2 раза морозостойкость, на 5 – 10% прочность, на одну марку – водонепроницаемость, стойкость к воздействию растворов минеральных солей и трещиностойкость.

Сульфитно-дрожжевая бражка оказывает наилучший эффект при введении ее в бетонный камень на основе высокоалюминатных и быстротвердеющих портландцементов.

Кремнийорганическая жидкость ГКЖ-94. Это гидрофобизирующая и газообразующая добавка, которая образуется в процессе гидролиза этилгидросилоксана. В результате взаимодействия цемента и данной добавки выделяется водород и образуется большое количество замкнутых, равномерно распределенных в бетоне пор. На капилляры и стенки пор бетона оказывает активное гидрофобизирующее воздействие. На реологические свойства смеси почти не влияет, но очень сильно замедляет процесс затвердевания бетона (начальные стадии). Поставляется в виде 50% водной эмульсии или 100% жидкости. Вторую вводят в бетонную смесь в количестве 0,03 – 0,08%.

Способствует повышению водонепроницаемости бетона на две марки, морозостойкости – в три-четыре раза. Кроме того, увеличивает стойкость к переменному увлажнению и высушиванию, воздействию растворов минеральных солей (в условиях капиллярного подсоса), растяжению.

Вторичная защита бетона от коррозии предусматривает нанесение на цементный камень различных лакокрасочных материалов, защитных смесей, покрытий и облицовку различными плитами. Т.е. гидроизоляцию бетона.

К вторичной защите также можно отнести карбонизацию (выдержку бетона на воздухе).

Защита бетона от коррозии лакокрасочными и акриловыми покрытиями применяется при воздействии на него твердых и газообразных сред. Образовавшаяся защитная пленка эффективно защищает поверхность бетона не только от воздуха и влаги, но и от воздействия различных микроорганизмов.

Защита бетона от коррозии мастиками применяется при воздействии на него влаги, контакте с твердыми средами. Часто применяются мастики на основе различных смол (смолизация).

Защиту бетона от коррозии уплотняющими пропитками используют почти во всех средах (жидкой, газообразной), особенно при повышенной влажности, кроме того применяют перед нанесением ЛКМ . Уплотняющие пропитки заполняют наружный слой бетона, придавая ему хорошие гидрофобные свойства, снижают водопоглощение.

Биоцидные материалы применяются для защиты бетона от воздействия различных видов грибков, плесени, бактерий, микроорганизмов. Химически активные вещества биоцидных добавок заполняют поры бетона и уничтожают бактерии.

Защита бетона от коррозии оклеечными покрытиями применяется при эксплуатации бетонного камня в жидких средах, грунтах с высокой влажностью и местах частого смачивания электролитом. Например, нижнюю часть бетонного волнореза оклеивают полиизобутиленовыми пластинами.

Как оклеечные покрытия могут быть использованы полиэтиленовая пленка, полиизобутиленовые пластины, рулоны нефтебитума. Они могут также выполнять роль непроницаемого подслоя в облицовочных покрытиях.

Наиболее эффективна комплексная защита бетона от коррозии, т.е. как первичная, так и вторичная.

Бетон, благодаря своим техническим характеристикам и возможностям дизайна, завоевал лидирующее место на рынке строительных материалов. Однако и он, подвергаясь агрессивным внешним воздействиям, постепенно разрушается с ухудшением потребительских качеств. Этот процесс называется коррозией бетона. Согласно современным представлениям, коррозия представляет собой целый ряд химических, физико-химических реакций и биологических процессов, спровоцированных воздействием внешней среды и приводящих к разрушению материала.

Виды коррозии бетона

Любому строителю важно высокого качества. Навигатор: производство, продажа и доставка бетона в Санкт-Петербурге.

Различают три основных вида коррозии этого строительного материала:

• К коррозии первого типа относятся все процессы, возникающие в бетоне под воздействием мягких вод. При этом составляющие цементного камня растворяются в воде и уносятся ею. Этот процесс может протекать с различной скоростью. В плотных бетонах массивных гидросооружений коррозионный процесс протекает медленно и может растянуться на несколько десятилетий. В тонкостенных бетонных конструкциях компоненты цементного камня разлагаются быстро, и через несколько лет эксплуатации может возникнуть необходимость в ремонтных работах. Если через бетон начинается процесс фильтрации воды, то разложение составляющих бетона ускоряется, из материала выносится большое количество гидроксида кальция и бетон становится высокопористым, что значит – непрочным.

Вымывание гидроксида кальция замедляется, если бетонный элемент находится на воздухе. Под воздействием углекислого газа воздуха гидроксид кальция преобразуется в карбонат кальция. Поэтому бетонные блоки, предназначенные для сооружения гидротехнических объектов, до опускания на место установки в течение нескольких месяцев выдерживают на воздухе. Эта мера дает время для карбонизации гидроксида кальция на поверхности бетона.

• Коррозия второго типа - химическая коррозия - включает те процессы, которые протекают в бетоне при взаимодействии химических веществ, содержащихся в воде или окружающей среде, с составляющими цементного камня. В результате этих реакций в теле бетона образуются легкорастворимые продукты и аморфные массы, не имеющие вяжущей способности. Из-за этого бетон может постепенно превратиться в ноздреватую массу с предельно низкой прочностью. Например, к этому типу относится сульфатная коррозия, которая возникает вследствие взаимодействия бетона с водой, содержащей большое количество сульфатов.

Из процессов коррозии второго типа наибольшее значение имеют магнезиальная и углекислотная коррозия.

• Коррозия третьего вида включает процессы, при которых в капиллярах и порах бетона накапливаются малорастворимые соли. Кристаллизация этих солей является причиной возникновения напряжений в капиллярах и порах, что приводит к разрушению структуры бетона. Наибольшее практическое значение в процессах этой категории имеет сульфатная коррозия.

Кроме перечисленных типов коррозионного разрушения, вызванного воздействием на бетон жидкости, различают биологическую коррозию. Ей подвергаются, в основном, здания пищевой промышленности. Причиной её возникновения являются грибки, бактерии, водоросли. Разрушение бетона вызывают продукты их метаболизма. Особенно этот процесс активизируется в условиях высокой влажности.

Защита бетона от коррозии путем повышения стойкости самого материала

Один из способов профилактики коррозии - . Читайте в нашей статье, как правильно повысить плотность бетона.

Приготовление шлакобетона - все о том, как правильно выбрать шлак и вручную приготовить шлакобетон.

Нужен ? Обращайтесь к менеджерам компании «ТД Навигатор»!

Многие мероприятия по борьбе с коррозией являются сложно выполнимыми или не слишком эффективными. На практике стараются использовать наиболее простые и недорогие способы и, прежде всего, повышают устойчивость самого бетона путем применения коррозионностойкого цемента или придания материалу высокой плотности и водонепроницаемости.

• Использование коррозионностойких цементов. В некоторых случаях возникновение сульфатной коррозии бетона можно избежать, применив вместо портландцемента или шлакопортландцемента цементы, обладающие сульфатостойкостью. Эти специальные цементы содержат активные компоненты, которые позволяют повысить стойкость бетона не только к сульфатным, но и к пресным водам.
• Повышение плотности бетона. Этот вид борьбы с коррозией является эффективным способом защиты материала от коррозионных процессов всех видов. Увеличение плотности бетона снижает его водонепроницаемость. Это затрудняет проникновение агрессивных сред в поры материала. Для изготовления бетона высокой плотности используют цементы с малой водопотребностью, снижают водоцементное соотношение, с особой тщательностью уплотняют смесь при изготовлении бетонного элемента.

Если эти мероприятия не дали результата, то прибегают к оптимальному в конкретном случае способу гидроизоляции.

Виды гидроизоляции

Одним из наиболее распространенных способов гидроизоляции для изделий из бетона и железобетона – свай, труб, колонн, плит – является пропиточная гидроизоляция.

Для эффективной защиты материала от разрушающего действия коррозии достаточно его пропитки на глубину 10-15 мм. Поверхностный водонепроницаемый слой создает защиту от проникновения воды для всего остального объема конструкционного элемента.

Способы пропитки различают по температуре и давлению. По температуре пропитки бывают горячие и холодные.

• Для горячей пропитки используются нефтяные битумы, парафины, петролатум, синтетические составы. Операцию пропитки осуществляют, как правило, в ваннах при температурах 80-180°С. При нагревании пропиточный состав переходит в жидкое состояние, его вязкость снижается, он легко проникает в поры бетона, плотно их закупоривая при застывании.
• В качестве холодных пропиток используют составы, основой которых являются минеральные вяжущие вещества – цемент, силикат натрия, или органические низко- и высокомолекулярные вещества – стирол, метилметакрилат, полиуретан.

Пропиточная гидроизоляция может осуществляться при различном давлении:

• Наиболее простая операция – пропитка в условиях атмосферного давления. При этом процессе проникновение состава в поры происходит только благодаря капиллярному эффекту.
• Пропитка в автоклавах производится при давлении 0,6-1,2 МПа, но, несмотря на высокое давление, скорость процесса увеличивается не более чем в два раза. Это связано с наличием воздуха в порах, занимающего часть объема и оказывающего противодействие пропиточному составу.
• Вакуумирование повышает эффективность обработки бетона в 3-4 раза. Пропиточные составы легко проникают в поры, из которых откачан воздух, не встречая противодействия.

Поверхностную пропитку проводят непосредственно на объекте составами с высокой проникающей способностью. Обработка, как правило, проводится дважды.

Другие виды гидроизоляции: инъектирование, гидрофобизация, мастичная и рулонная оклеечная гидроизоляция.

Коррозионное разрушение арматуры в бетоне

Срок службы строительных конструкций сокращает не только коррозия бетона, но и коррозия металлической арматуры. Процесс разрушения металла осуществляется в течение некоторого времени, но определить точный срок службы металлических элементов теоретически невозможно. Особенно опасной является коррозия арматуры в тяжело нагруженных конструкциях.

Пропиточная гидроизоляция с применением - очень эффективный способ защиты от коррозии, если пропитка выбрана правильно.

Предпочитаете гидрофобные добавки в бетон? Читайте о том, как правильно подбирать и использовать их.

Если Вас интересует аренда абс (автобетононасоса), с нашими ценами и условиями.

Для предотвращения коррозии необходимо позаботиться, чтобы в составе бетона не находились вещества, агрессивно относящиеся к металлу. Но на практике эта задача является неосуществимой, поскольку невозможно проверить химический состав всех заполнителей бетона.

Коррозия арматуры инициируется элементами, содержащимися в воздухе и влаге, проникающими через поры бетона. Из-за неравномерности этого процесса на разных участках арматуры возникают различные потенциалы, что становится причиной электрохимической коррозии. Скорость этого коррозионного процесса возрастает с повышением пористости и влагопроницаемости материала, а также из-за увеличения концентрации электролита, которую повышают растворенные в воде вещества.

Большой урон металлической арматуре наносит электрокоррозия, возникающая благодаря токам утечки и блуждающим токам, которые появляются в местах расположения электроопор.

Железобетонные опоры контактных сетей являются наиболее уязвимыми составляющими на электрифицированных участках железных дорог.

Способы борьбы с коррозией арматуры

В современном строительстве применяются водоотталкивающие смазки и защитные покрытия для арматуры. Одним из способов защиты металлических элементов является обеспечение бетонной подушки необходимой величины с помощью фиксаторов.

Одной из основных трудностей борьбы с коррозией арматуры является невозможность повторной обработки металла, которую можно проводить для открытых металлоконструкций.

Наиболее перспективным направлением считается использование в составе бетонов полимерных смесей. Полимеры, вводимые в бетон в сочетании с цементом, создают дополнительную защиту арматуре. В некоторых случаях цемент полностью заменяют полимерами, получая полимербетон.

Для тонкостенных конструкций возможно использование принципиально новых материалов:

• сталефибробетон представляет собой бетонную смесь, в которую добавляют обрезки стальной проволоки, занимающие до 6% от общего объема материала;
• в стеклофибробетон добавляют, помимо традиционных компонентов, щелочестойкое стекловолокно.

Пока не найдены универсальные и эффективные способы борьбы с коррозией металла в железобетоне, строители вынуждены закладывать арматуру в большем количестве, чем положено в соответствии с техническими расчетами.

GD Star Rating
a WordPress rating system

Коррозия бетона и арматуры: разновидности процесса и способы защиты , 4.0 из 5 - всего голосов: 42