Коррозия бетона и методы борьбы с ней

     Для предотвращения этого вида коррозии применяют глиноземистый цемент, сульфатостойкие портландцемента и бетоны повышенной плотности.

     Сульфатно-магнезиальная  коррозия возникает при действии на цементный камень сульфата магния MgSO4. Реакция идет по схеме: Са(ОН)2 + MgSO4 + 2Н2О = CaSO4 х2Н2О + Мg(ОН)2. Образуется рыхлая масса Мg(ОН)2 и кристаллы CaSO4 х 2Н2О, которые растворяются в воде. Влияние на цемент сказывается при концентрации MgSO4 более 0,5-0,75%. Происходит совмещение двух видов коррозии — магнезиальной и сульфатной. 

     Физико-химическая коррозия бетона 

     Коррозия  этого вида вызывается фильтрацией  сквозь толщу бетона мягкой воды, вымывающей его составные части, особенно гидрат окиси кальция — гашеную известь. Этот процесс, называемый выщелачиванием извести, весьма опасен для бетона, поскольку известь является составляющей почти всех цементов.

     Внешним признаком коррозии такого вида является белый налет на поверхности конструкции  в месте выхода воды, что и послужило  основанием назвать данный вид коррозии «белой смертью» бетона.

     В технической литературе можно встретить  термин «карбонизация», который характеризует  этот процесс. Карбонизация бетона ведет  к потере бетоном его защитных свойств: арматура подвергается воздействию  агрессивной среды. В результате карбонизации на поверхности бетона образуются тонкие трещины, которые  впоследствии могут привести к отслаиванию  бетона.

     Если  приток воды очень мал и она  испаряется на поверхности бетона, то гидрат окиси кальция остается в толще бетона, уплотняет его  и прекращает фильтрацию. Этот процесс  называется самозалечиванием бетона.

     Для предотвращения физико-химической коррозии рекомендуется изоляция сооружений от агрессивных вод, содержащих сульфаты, а также их отвод, снижение концентрации солей, воздействующих на растворы. 

     Биологическая коррозия бетона 

     Биологическая коррозия - прямое или косвенное  воздействие низших форм живых организмов, влияющих на внешний вид или технические  свойства бетона. К таким организмам относятся бактерии, морские водоросли, грибки, лишайники, мхи и т. д.

     Биоповреждения  неорганических строительных материалов, к которым относится бетон, преимущественно  сводятся к нарушению сцепления  составляющих компонентов этих материалов в результате воздействия минеральных  или органических кислот микробного происхождения. Бетонные сооружения разрушаются  вследствие химических реакций между  цементным камнем и продуктами жизнедеятельности  микроорганизмов.

     Пористая  структура бетона способствует вовлечению микроорганизмов в коррозионные процессы. Первые упоминания об участии  бактерий в коррозии бетона относятся  к 1901 г. При обследовании бетонного  водопроводного канала в поверхностном  слое поврежденного бетона были обнаружены нитрифицирующие бактерии.

     Благодаря переменности сечений контактирующих пор микроструктура цементного камня  обладает непроницаемостью для частиц или микроорганизмов определенного  размера, как правило, намного меньше среднего размера пор. Омываемый  жидкостью бетон фильтруют воду, а мелкие частицы и микроорганизмы задерживаются на поверхности материала  и вступают с ним во взаимодействие.

     Продукты  жизнедеятельности микроогранизмов такие как: кислоты, сульфиды, аммиак и другие, являются агрессивными и вызывают разрушение бетона, а также арматуры в железобетонных конструкциях.

     Неорганические  и органические кислоты и сероводород  образуются тионовыми, нитрифицирующими, углеводородокисляющими, сульфатредуцирующими бактериями, грибами, дрожжами и другими микроорганизмами. Наиболее активны в коррозионном отношении литотрофные бактерии, окисляющие неорганические соединения: серу, сульфиды, сульфат закиси железа, аммиак с образованием серной и азотной кислот.

     Плесневые грибы - типичные возбудители окислительного брожения. Окислительное брожение, вызываемое плесневыми грибами и так называемыми окислительными бактериями, может происходить только в случае, если у микроорганизмов есть особые энзимы - редуктазы, способствующие неполному разрушению углеводородов в присутствии кислорода воздуха. В качестве промежуточных продуктов этого биохимического процесса образуются органические кислоты (глюконовая, щавелевая, янтарная и лимонная), вызывающие коррозию металлов и органических материалов - разъедание, снижение веса, изменение окраски, потерю прочности - так называемые вторичные явления.

     С точки зрения условий развития процессов  биокоррозии, которые связаны с жизнедеятельностью живых организмов, следует различать два основных случая, имеющих значение и для разработки мер защиты от этого вида коррозии. В первом случае биоорганизмы - животные, растения, чаще всего микроорганизмы - находятся в непосредственном контакте с наружной или внутренней (для пористых материалов) поверхностью строительной конструкции и в процессе метаболизма взаимодействуют с материалом, в результате чего снижается прочность или ухудшаются другие эксплуатационные качества материала, т.е. происходит повреждение материала и сокращение сроков его эксплуатационной пригодности.

     Во  втором случае биоорганизмы являются продуцентами веществ, агрессивных по отношению к строительному материалу, но непосредственно в пространстве и времени не связаны со строительной конструкцией. Коррозионные процессы могут развиваться на значительном расстоянии от места обитания биоорганизмов, вырабатывающих агрессивные по отношению к строительному материалу вещества. Этот процесс может быть отдален во времени от момента, когда наступает контакт агрессивного компонента со строительной конструкцией.

     При твердении бетон покрывается  защитной пленкой, образованной углекислым кальцием. Пока пленка цела, она препятствует диффузии воды внутрь бетонной кладки и тем самым защищает бетон  от разрушения. Тионовые бактерии, поселяющиеся на поверхности карбонатного слоя, разрушают его, изменяя рН прилегающей воды за счет образуемой ими кислоты. Кроме того, тионовые бактерии приносят вред продуцированием сульфатов, поскольку последние образуют эттрингит, ускоряющий разрушение цементного камня.

     Интенсивное развитие коррозии бетона и железобетона наблюдается в условиях техногенных  сред. Высокая влажность, наличие  органического вещества, жиров и  продуктов их гидролиза, аммиака, растворов  солей создают благоприятные  условия для интенсивного развития активных в коррозионном отношении  микроорганизмов.

Например, исследование микрофлоры бетона, гидроизоляции, кирпича, штукатурки на ряде мясокомбинатов показало, что во всех пробах стройматериалов  присутствуют микроорганизмы, способные  вызывать коррозию. Так, численность  гетеротрофных бактерий, использующих для своего развития органические вещества и образующих аммиак и органические кислоты, достигала 103 клеток на 1 г материала. 

                                  Защита от коррозии 

     Повышение стойкости бетонов к процессам  коррозии может обеспечиваться соответствующим  подбором составов, увеличением плотности  путем уменьшения водоцементного отношения, выбором специальных вяжущих  и заполнителей, применением наиболее эффективных методов уплотнения смеси, путем обработки поверхностного слоя (флюатирование, пропитка полимерами), введением различных солей (силикатов и алюминатов натрия, хлористого железа, стеаратов кальция), поверхностно-активных веществ, абиетанов натрия, кремнийорганических соединений, щелочестойких латексов, поливинилацетатов, изменяющих структуру, повышающих плотность, уменьшающих водопотребность и т.д.

     К числу вредных добавок для  бетонов относятся те, которые  способствуют образованию легкорастворимых веществ (например, сахар, образующий легкорастворимый кальциевый сахарит и др.). Морская вода очень вредно влияет на бетон из обычного цемента в виду возможности обменного образования кальциевых соединений с растворами солей легкорастворимых соединений.

     В условиях воздействия агрессивной  среды при выборе цемента для  бетонов следует руководствоваться  следующими положениями:

• для бетона, находящегося в зоне переменного уровня грунтовых вод, нельзя применять пуццолановый портладцемент;
• в сульфатных водах заметная сульфоалюминатная коррозия портландцемента начинается при концентрации ионов порядка 300 мг/л;
• сульфатостойкий портландцемент обеспечивает удовлетворительную стойкость конструкции в сульфатных водах;
• сульфатостойкий портландцемент можно заменить сульфатостойким пуццолановым портландцементом;
• хорошую стойкость в сульфатных водах имеют глиноземистые сульфатированные и глиноземистые шлаковые цементы.

     К методам вторичной защиты относится  нанесение различных защитных покрытий: применение биоцидных материалов, цементизация, силикатизация, смолизация, применение оклеечных материалов, применение уплотняющих пропиток и лакокрасочных мастичных покрытий.

     Биоцидные материалы – это материалы, которые уничтожают и подавляют грибковые образования на бетонных конструкциях. Принцип действия биоцидных материалов заключается в проникновении химически активных элементов в структуру бетона и заполнении микротрещин и пор.

     Цементизация – нагнетание цементного раствора через пробуренные в конструкции отверствия, что увеличивает ее плотность и водонепроницаемость, а тем самым и коррозионную стойкость бетона. Но этот способ недостаточно эффективен, что объясняется грубодисперсным составом цементов.

     Силикатизация состоит в нагнетании через пробуренные  в конструкциях отверстия жидкого  стекла, которое, проникая в пустоты  и поры, заполняет их. Вводимый вслед  за этим раствор хлористого кальция, реагируя с жидким стеклом, образует уплотняющий осадок из плохо растворимого гидросиликата кальция и нерастворимого геля кремнезема.

     Смолизация предусматривает предварительное нагнетание в бетон 4%-го раствора щавелевой или кремнийфторводородной кислоты и последующее введение раствора карбамидной смолы с отверждающей добавкой. Смолизация рекомендуется для повышения плотности и водонепроницаемости конструкции с мелкими порами и при отсутствии фильтрации воды.

     Оклеечные материалы применяются при воздействии жидких сред (например, если бетонная в облицовочных покрытиях. Это могут быть рулоны нефтебитума, полиэтиленовая пленка, полиизобутиленовые пластины. Уплотнение поверхности бетона торкретированием и железнением также позволяет предотвратить развитие коррозии.

     Уплотняющие пропитки придают бетону высокие  гидрофобные свойства, резко повышают водонепроницаемость и снижают  водопоглощение материала. Благодаря этим свойствам, их применяют в условиях повышенной влажности и в местах, где присутствует необходимость обеспечения специальных санитарно-гигиенических требований.

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

     Антикоррозионные  покрытия можно применять везде, где существует подобная необходимость  для бетона. При выборе защитных средств следует учитывать особенности воздействия среды, возможные физические и химические воздействия.

     Увеличение  срока службы строительных конструкций  и оборудования достигается путем  правильного выбора материала с  учетом его стойкости к агрессивным средам, действующим в производственных условиях. Кроме того, необходимо принимать меры профилактического характера. К таким мерам относятся: герметизация производственной аппаратуры и трубопроводов; хорошая вентиляция помещения; улавливание газообразных и пылевидных продуктов, выделяющихся в процессе производства; правильная эксплуатация различных сливных устройств, исключающая возможность проникновения в почву агрессивных веществ; применение гидроизолирующих устройств и др.

     Здания  и сооружения гражданского, промышленного, военного и транспортного назначения являются основой экономики любого государства мира. По оценкам специалистов значительное количество этих объектов в силу естественного старения и  процессов коррозии находится в  предаварийном состоянии, что создает  угрозу техногенных аварий и катастроф. Постоянный контроль за состоянием и своевременные меры по восстановлению – это единственный способ решения вопроса долговременной и безопасной эксплуатации основных фондов.