Коррозия бетона и методы борьбы с ней

                                Федеральное Агентство по образованию

         Государственное образовательное учреждение высшего                                       

                         профессионального образования

Московский государственный университет приборостроения и информатики

Кафедра: Материаловедение, технология новых материалов и покрытий 
 

              

                                 Реферат на тему:

           Коррозия бетона и методы борьбы с ней 

                             
 
 

                                              Выполнил: студент 5-го курса группы ТИ-6                       

                                                                                     Глушенков Александр

                   Проверила: Дальская Г.Ю.

                                         

                           Москва 2011

                          Коррозия бетона

     Коррозией называют процесс медленного разрушения железобетона под воздействием различных  агрессивных сред, следствием чего является постепенное снижение несущей  способности конструкций и ухудшение  эксплуатационных качеств сооружений и зданий в целом. Причины разрушения бетона и железобетона зависят от условий службы конструкций (на воздухе, под водой, в земле или в  зоне переменного уровня воды) и  вида агрессивной среды.

     Под коррозией бетона принято считать  ухудшение эксплуатационных характеристик  этого строительного материала  в результате воздействия различных  агрессивных веществ.

     Стремясь  снизить затраты на затвердевание  бетона, производители нередко добавляют  в материал различные модификаторы и пластификаторы. Воздействие подобных добавок может существенно улучшить эксплуатационные качества цементного камня, но при этом никто не даст гарантии, что модификаторы и пластификаторы не станут причиной возникновения коррозии армирующих элементов.

     За  примером далеко ходить не надо. В середине 1990-х годов по северным городам  Российской Федерации прокатилась  волна обвалов различных построек из армированного бетона. Причём обвалились тогда не только производственные и  общественные постройки, но и жилые  здания, которые были построены буквально  за несколько лет до самой катастрофы.

     Оказалось, что производители армированного  бетона для быстрого затвердевания  материала добавляли в него разнообразные  хлористые добавки. В итоге бетон  быстро твердел и набирал прочность, а его армирующие элементы разъедались  токсичным для металла хлором. Со временем строительная конструкция  утрачивала свою надёжность и попросту разваливалась.

     Хотя  с тех пор минуло больше десяти лет, сегодня Россия переживает настоящий  строительный бум, и изделия из армированного  бетона пользуются колоссальным спросом. Конечно, современные проверяющие органы тщательно следят за тем, чтобы бетон изготавливался с соблюдением всех установленных технологий, но за всем, как известно, не уследишь.

     Стоит ли ожидать обвала зданий из армированного  бетона в ближайшее время, пока неясно. Однако многие учёные уже говорят  о том, что использование низкокачественного бетона сегодня может стать серьёзной  проблемой для будущих поколений. Неизвестно, прислушиваются ли к ним  застройщики, но домов из армированного  бетона с каждым днём становится всё  больше и больше…

     Возникновение и развитие коррозии зависят от состава  и свойств агрессивной среды, скорости обмена среды у поверхности  материала, температуры среды, плотности  и состава материала, его напряженного состояния, структуры, толщины и  плотности защитного слоя и условий  взаимодействия материала со средой.

     Воздействия агрессивных сред на бетон весьма разнообразны. Не менее разнообразны и коррозионные процессы, поражающие бетон. Существуют следующие виды коррозии бетона:

• аммонийная коррозия бетона (коррозия бетона в результате его взаимодействия с растворами солей аммония);
• кислотная коррозия бетона (коррозия бетона в результате его взаимодействия с кислотами);
• магнезиальная коррозия бетона (коррозия бетона в результате взаимодействия цементного камня с растворами магнезиальных солей);
• радиационная коррозия бетона (изменение свойств бетона вследствие действия на него потоков ионизирующих излучений);
• сульфатная коррозия бетона (в результате взаимодействия цементного камня с сульфатами);
• углекислая коррозия бетона (в результате взаимодействия бетона с агрессивной углекислотой, содержащейся в воде);
• щелочная коррозия бетона (коррозия в результате взаимодействия бетона с щелочами);
• карбонизация бетона (процесс взаимодействия цементного камня с углекислым газом, приводящий к снижению щелочности жидкой фазы бетона);
• электрокоррозия (коррозия бетона под действием электрического тока в результате электрохимических и электроосмотических процессов, возникающих под действием постоянного или переменного тока);
• электрохимическая коррозия железобетона (коррозия, происходящая вследствие того, что арматурная сталь при погружении в раствор электролита начинает корродировать).

     Несмотря  на разнообразие агрессивных факторов, основные причины коррозии можно  разделить на три вида, по каждому  из которых процессы коррозии объединяются основными признаками.

     Первый  вид коррозии объединяет те процессы коррозии, которые возникают под действием вод с малой временной жесткостью, когда составные части затвердевшего вяжущего растворяются и вымываются протекающей водой. Наличие в воде солей, не реагирующих непосредственно с отвердевшим вяжущим, может увеличивать их растворимость, ускоряя этим развитие процессов коррозии.

     Второй  вид коррозии объединяет процессы коррозии, которые развиваются при действии вод, содержащих химические вещества, вступающие в обменные реакции с составляющими бетона. Образующиеся при этом продукты реакции растворимы и вымываются водой, увеличивая пористость, или выделяются в виде гелеобразных новообразований, не обладающих вяжущей способность. К этому виду коррозии можно отнести процессы, возникающие под действием кислот, магнезиальных солей.

     Третий  вид коррозии объединяет процессы, при развитии которых в порах и капиллярах материала происходит кристаллизация малорастворимых солей. Это вызывает значительные напряжения в стенках капилляров и пор, ограничивающих рост кристаллов, и вследствие этих напряжений – разрушение структуры. К этому виду коррозии можно отнести процессы коррозии при действии сульфатов, где разрушение вызывается ростом кристаллов гипса и сульфатоалюминатов кальция. Агрессивное воздействие газов определяется их видом, концентрацией, температурой и относительной влажностью воздуха, а также скоростью обмена агрессивной среды. Скорость коррозии возрастает при одновременном действии химических и физических факторов Коррозионные процессы усугубляются от внешних механических воздействий.

     В железобетонных конструкциях необходимо рассматривать также вопрос сохранности  арматуры в бетоне. При воздействии  на бетон жидких сред, не содержащих агрессивных по отношению к стали  ионов, в первую очередь разрушается  бетон, т. е. процесс коррозии бетона является ведущим. В условиях газовоздушной среды (при повышении относительной влажности воздуха 60%), а также при воздействии на конструкцию жидких или твердых сред, содержащих агрессивные по отношению к стали ионы, возможно развитие коррозии арматуры. Разрушение железобетонной конструкции в данном случае может наступить вследствие коррозии арматуры. Продукты ржавчины накапливаются на арматуре, давят на бетон, вызывают появление трещин, а затем и отслоение защитного слоя. Наибольшую опасность вызывает применение высокопрочных арматурных сталей,подверженных коррозионному растрескиванию. В этом случае возможен обрыв напряженной арматуры.

     Коррозия  бетонных и железобетонных конструкций  в промышленных, гражданских, жилых, сельскохозяйственных и других зданиях  является одним из распространенных дефектов, влияющих на безопасную эксплуатацию, и приводит к снижению надежности зданий и сооружений. 
 
 
 

     Химическая  коррозия бетона 

     При эксплуатации инженерных сооружений в  жидких и газовых средах бетон  может подвергаться химической коррозии. Коррозия в газообразной среде протекает  обычно при наличии влаги и  так же, как в воде.

     В соответствии с классификацией, предложенной В.М. Москвиным, химическую коррозию цементного бетона разделяют на три вида. В  чистом виде она встречается редко. Чаще совмещаются два вида коррозии.

     Коррозия  первого вида происходит в результате растворения составляющих цементного камня водами с малой временной  жесткостью. Эта вода горных рек, дождевая, болотная, конденсат. Уменьшает агрессивность  воды содержание в ней Са (НСО3)2 и Мg(НСО3)2. И только вода с бикарбонатной щелочью менее 1,4-0,7 мг экв/л является агрессивной. Разрушение цементного камня начинается вымыванием Са (ОН)2, растворимость, которой составляет 1,2 г/л в расчете на СаО, а затем идет разрушение клинкерных минералов. Выщелачивание 15-30% СаО цементного камня приводит к уменьшению прочности на 40-50%.

     Стойкость бетона можно повысить применением  более плотных бетонов, пуццолановых портландцементов и шлакопортландцементов. Добавки в цементах связывают известь в нерастворимые соединения. При выдерживании изделий на воздухе в результате взаимодействия Са (ОН)2 с СО2 на поверхности бетона образуется малорастворимый карбонат кальция СаСО3, который не выщелачивается водой.

     Коррозия  второго вида происходит в результате взаимодействия составляющих цементного камня с кислотами и некоторыми солями. При обменных реакциях образуются не имеющие прочности легкорастворимые соединения. К этому виду коррозии относят углекислотную, общекислотную, магнезиальную.

     Углекислотная коррозия. Углекислый газ СО2, находящийся в воздухе, растворяется в воде, образуя угольную кислоту Н2СО3. При наличии в воде достаточного количества карбоната кальция СаСО, чтобы нейтрализовать угольную кислоту, Н2СО3 и СаСО3 должны находиться в равновесном состоянии: СаСО3 + Н2СО3 <-> Са (НСО3)2. Эта угольная кислота не является агрессивной по отношению к цементному камню. Если количество углекислоты больше, чем равновесное, она становится агрессивной и способна разрушить цементный камень по реакциям: 

     Са (ОН)2 + Н2СО3 = СаСО3 + 2Н2О;

     СаСО3 + Н2СО3 = Са (НСО3)2.

     Гидрокарбонат кальция легко растворяется и  вымывается водой. Углекислотная коррозия происходит в результате действия растворов  неорганических и органических кислот при их рН < 7. Не входят сюда кремнефтористо-водородная и поликремниевые кислоты. Кислоты содержатся в сточных, болотных водах; в выбросах промышленных предприятий может быть сернистый газ, хлор и другие, образующие с водой кислоты. Кислоты взаимодействуют с гидроксидом кальция, в результате чего получаются бессвязные кальциевые соли, легко вымываемые водой. Например, при действии соляной кислоты НСI на цементный камень получается растворимый хлорид кальция: 

     Са (ОН)2 + 2НСl = СаСl2 + 2Н2О. 

     Органические  кислоты — азотная, уксусная, молочная, винная, олеиновая, гуминовая, фульвовая и другие — также разрушают цементный камень.

     Магнезиальная коррозия. Чисто магнезиальная коррозия происходит при действии магнезиальных  солей, кроме МgSО4. Например, в морской  воде содержится хлорид магния МgСI2, который  взаимодействует с цементным  камнем по реакции: 

     Са (ОН)2 + МgСl2 = СаСl2 + Mg(OH)2. 

     Образуется  растворимый хлорид кальция и  бессвязный гидроксид магния. Коррозия становится заметной при содержании в воде МgСI2 более 1,5-2%.

     Для защиты от коррозии второго вида следует  применять плотные бетоны, делать пропитку бетона эпоксидными, полиэфирными и другими смолами, устраивать защитные покрытия.

     Коррозия  третьего вида возникает при действии на цементный камень веществ, способных  образовывать кристаллические соединения увеличенного объема. Они оказывают  давление на стенки пор и разрушают  цементный камень. Коррозия происходит при действии вод, содержащих сульфат  кальция СаSO4, сульфат натрия Na2SO4 и др. Na2SO4 вначале реагирует с  Са (ОН)2 по схеме Са (ОН)2 + Na2SO4 <-> CaSO4 + 2NaOH, а затем CaSO4 с минералом С3А (ЗСаО·Al₂O₃). Сульфат кальция CaSO4 сразу реагирует с минералом С3А: 

     ЗСаО х Аl2O3 х 6Н2О + CaSO4 + (25-26)Н2О = ЗСаО х Аl2О3 х CaSO4 х(31-32) Н2О. 

     В результате взаимодействия образуется кристаллический трехсульфатный гидроалюминат (этрингит) с объемом в 2,8 раза большим объема исходных веществ.