При правильном проектировании, изготовлении и применении бетон отличается многими положительными эксплуатационными свойствами, в том числе высокой коррозионной стойкостью. Однако с течением времени практически каждый строительный материал приходит в негодность и разрушается.
Не является исключением и бетон. Основной причиной, вызывающим процесс коррозии бетона, является вода. Но сегодня защита от разрушения продумана до мелочей: существуют различные способы борьбы с коррозией – как физические (покрытие стойкими материалами), так и химические (различные пропитки и лаки) [4].
Под коррозией бетона понимают ухудшение его эксплуатационных характеристик в результате воздействия различных агрессивных веществ [3]. Наименее прочный компонент бетона – цементный камень. Именно с этой части материала начинается коррозийный процесс. Цементный камень состоит из гелевых и кристаллических продуктов гидратации цемента и многочисленных включений в виде негидратированных зерен клинкера. Основная масса новообразований при взаимодействии цемента с водой получается в виде гелевидной массы, состоящей в основном из субмикрокристаллических частичек гидросиликата кальция Са(НSiО3)2. Гелеподобная масса пронизана относительно крупными кристаллами гидроксида кальция Са(ОН)2. Разрушение происходит в результате воздействия различных видов вод: морских, речных, грунтовых, сточных, вод в траншеях или трубах. Наиболее опасны для бетонов грунтовые воды вблизи промышленных предприятий из-за наличия в них химических выбросов, а также сточные воды. При этом коррозия бетона приводит к разрушению гидротехнических сооружений, загрязняет воздух [5].
Факторы, влияющие на развитие коррозии бетонных и железобетонных конструкций, делятся на две группы:
– связанные со свойствами внешней среды – атмосферные и грунтовые воды;
– обусловленные свойствами грунтов и конструкционных материалов (цемента, песка, щебня, воды и т. п.).
Важное значение для прочности и плотности конструкций имеет структура бетона, количество воды и цемента. Чем меньше воды при данном расходе цемента, тем выше прочность и плотность бетона. Поэтому количество воды, используемой для затворения бетона, играет существенную роль в характеристике его стойкости в агрессивной среде.
По условиям технологии бетонных работ количество воды берется больше, чем может быть израсходовано на гидратацию. Излишняя вода заполняет пустоты, раздвигает частицы цемента с оболочками из продуктов гидратации и образует в бетоне целые прослойки, а после испарения – пустоты, увеличивающие проницаемость и снижающие прочность бетона. Такие же пустоты образуются и при усыхании гелеобразной массы. Внутренне замкнутые поры становятся центрами коррозии, когда возникшее вблизи них осмотическое давление разрушает их стенки. Некоторое количество пор, особенно мелких, при увлажнении бетона и развитии гидратации частично заполняется продуктами гидролиза и гидратации, в первую очередь наиболее растворимым гидроксидом кальция Са(ОН)2. В условиях замерзания насыщенные влагой бетонные конструкции разрушаются вследствие замерзания и расширения объема [6]. Проникновение агрессивной среды в толщу бетона и воздействие температуры также приводят к снижению его прочности.
Оценивая опасность коррозии бетонных и железобетонных конструкций, необходимо знать характеристики бетона: его плотность, пористость, количество пустот и др. При контроле качества строительства эти характеристики должны находиться в центре внимания технического надзора и эксплуатационной службы. Так, в обзоре [1] рассмотрены примеры моделирования и прогнозирования климатической стойкости полимерных композиционных материалов, эффективность применения защитных покрытий, методы испытаний строительных материалов и объектов инфраструктуры. Систематизированы основные задачи климатических испытаний на ближайший период.
Антикоррозийная защита
Виды коррозийных разрушений бетона различны и многообразны.
Зачастую подвергаются разрушению верхние слои бетона. В этом случае защита заключается в применении бетона с небольшим количеством капилляров в структуре. Используя добавки, препятствующие возникновению трещин на начальном этапе строительства, можно уберечь сооружения от выщелачивания и вымывания.
Защита от разрушений в виде ржавчины разделяется на несколько видов:
• способы, изменяющие состав бетона и делающие 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 средством с дальнейшим его проникновением вглубь материала.
Применениение в составе бетона белитового цемента позволяет снизить количество выделяемого гидроксида кальция, что способствует испарению жидкости. Такой компонент способствует уплотнению материала и тем самым прекращает проникновение жидкости через бетонный раствор.
Коррозию бетона, возникшую изза воздействия вод, предотвращают разными путями. Используют разнообразные добавкина начальном этапе приготовления бетонного раствора – водоотводы или гидроизоляцию.
Еще один вид разрушения бетонного сооружения вызван сульфатной коррозией бетона. Она появляется в результате реакции сульфатов с компонентами цементного камня. Разру-шение наблюдается в виде искривлений конструкции и распирания конструктивных элемен-тов. Для предотвращения этого металлические части конструкции покрывают специальнымизащитными материалами.
Кроме бетонных сооружений, подвластны воздействию ржавчины конструкции из же-лезобетона. Для их спасения применяют ингибиторы коррозии металла в момент приготовле-ния бетонного раствора. При этом образуется пленка, которая останавливает контакт металлас бетоном [5].
Первичная защита от коррозии.
Данная защита обусловлена введением дополнительных препаратов в состав бетонной смеси в процессе его приготовления.
Такой способ позволяет изменить состав смеси и уберечь в дальнейшем здания и сооружения от разрушений. Применяют разнообразные стабилизирующие, гидроизоляционные, пластифицирующие, биоцидные и другие добавки. При их выборе исходят от условий эксплуатации бетонного сооружения.
Прочностные характеристики бетонного раствора можно улучшить внесением химических
соединений, которые снижают содержание агрессивных веществ в порах бетона, замедляют коррозию арматуры, увеличивают замкнутость пор, повышают морозостойкость бетона и же-лезобетона. К наиболее распространенным химическим добавкам можно отнести сульфатнодрожжевую бражку, мылонафт, кремнийорганическую жидкость, противоморозные, возду-хопоглощающие, уплотняющие соединения, а так же замедлители схватывания [5].
Вторичная защита от коррозии
Вторичная защита бетона от коррозии заключается в защитном покрытии верхнего слоя цементного камня лакокрасочными материалами, уплотняющей пропиткой, и выдержка бетона определенное время на воздухе.
Вторичная защита включает в себя следующие добавки, при которых разъедание ржавчиной бетонных построек сводится к минимуму [2]:
– пропитки с уплотнением;
– покрытия красками и акрилами, с помощью которых образуется защитная пленка;
– защита мастиками;
– защита оклеиванием полиизобутиленовыми пластинами;
– биоцидные добавки, которые оберегают сооружения от грибков, плесени и микроорганизмов.
Самым эффективным методом защиты цементного камня от возникновения необрати-мых разрушительных процессов специалисты считают комплексное использование первич-ной и вторичной защиты. Только комплексный подход позволит сохранить изделия и обеспе-чит им длительный срок службы.
Защита бетона и других материалов от коррозии требует больших расходов. Например, при строительстве химических заводов на антикоррозионную защиту зданий и аппаратов расходуется около 10…15% от общей стоимости строительства. Поэтому при строитель-стве необходимо определить характер возможного воздействия среды на бетон, а затем раз-работать и осуществить меры для предотвращения коррозии, которые в общем виде сводятся к следующему: правильный выбор цемента, изготовление особо плотного бетона, применение защитных покрытий [5].
Заключение
Бетон представляет собой широко распространенный в современном строительстве искусственный материал, который обладает отличными прочностными характеристиками [3]. Однако, постоянно растущее загрязнение окружающей среды способствует снижению качества строительных материалов. Следовательно, поиск методов борьбы с коррозией бетона и железобетона является актуальной задачей.
В то же время перспективным направлением является математическое моделирование коррозии бетона, позволяющее принять меры противокоррозионной защиты на всех стадиях строительства и эксплуатации сооружения.