Методы защиты бетонных и железобетонных конструкций от коррозии

Тема №10. Методы защиты бетонных и железобетонных конструкций от коррозии. 
Защита бетонных, а также каменных конструкций от коррозии заключается, с одной стороны, в снижении агрессивности среды, а с другой — в повышении стойкости конструкции, в уст¬ройстве защитных покрытий или в совместном применении этих мер. Защита железобетонных конструкций строится, кроме того, на подавлении коррозионных токов, возникающих в ар¬матуре, или на дренаже блуждающих токов.  
Снижение агрессивности среды. Агрессивное действие среды может быть уменьшено путем понижения уровня грунтовых вод или отвода их от сооружений. Осушение производится посредством дренажа. Нередко в сооружениях приходится дополнительно устраивать дренаж для защиты их от воздействия агрессивных грунтовых вод и для осушения подвальных помещений. Дренаж может быть проло¬жен за пределами сооружения или под его полом. 
Снижение агрессивного действия грунтовых вод, загрязнен¬ных кислыми промышленными стоками или агрессивной С0 (составной частью нестойкой угольной кислоты), достигает прокладкой на их пути траншеи, заполненных известняков. Агрессивное действие парогазовой среды внутри сооружений может быть уменьшено усиленной вентиляцией.   
  Повышение коррозионной стойкости поверхностного слоя конструкций. Оно достигается обработкой их поверхности кретированием, гидрофобизацией, силикатизацией, флюатированием, карбонизацией.   
Торкретирование состоит в нанесении из защитного слоя или активированного цемента на очищенную поверхность под давлением сжатого воздуха 5—6. Смесь цемента и песка (в среднем 1:3) подготавливается заранее в растворомешалке или вручную. Активированный топкрет представляет собой смесь вибромолотых цемента и песка и поверхностно активных добавок. Сухая смесь по шлангу подается к соплу, где смачивается водой, а затем на¬носится на защищаемую поверхность. Торкретирование производится обычно в два слоя. Для пер¬вого слоя (10—20 мм) рекомендуется портландцемент марки не ниже 300 и песок не крупнее 5 мм. Для второго слоя (10— 15 мм), наносимого через 24 ч, применяется более стойкий пуццолановый портландцемент марки 500 и песок не крупнее 2— 2,5 мм. В верхний слой торкрета для придания ему большей стойкости в агрессивной среде и гидрофобных свойств вводится раствор битума марки 3 или 4 в бензине второго сорта. На 1 кг цемента добавляется 300 г битумного раствора, приготавли¬ваемого в пропеллерной мешалке путем растворения кускового битума в бензине. 
Для ускорения схватывания и повышения антикоррозион¬ных свойств защитного слоя в него вводится жидкое стекло. Правда, при этом он становится менее эластичным и более хрупким. 
Создание непроницаемого слоя на поверхности прочных ка¬менных материалов достигается полировкой, способствующей заполнению пор и пустот частицами камня, и последующим на¬несением разогретых парафина, воска, олифы. 
Гидрофобизация (придание способности не смачиваться водой) поверхностей кирпичных, бетонных и других конструкции имеет целью защиту их от атмосферных осадков в условиях повышенной влажности. Для гидрофобизации строительных конструкций используются следующие кремнийорганические полимерные материалы:   
водная эмульсия ГКЖ-94, представляющая собой 50 % раствор кремнийорганической жидкости ГКЖ-94, содержащий в качестве эмульгатора желатин; раствор ГКЖ-94 в уайтспирите или керосине; водный раствор ГКЖ-94, являющийся смесью кремнийорганических соединений. Кремнийорганические материалы поступают готовыми к употреблению ГЖК-94 (100%), водной эмульсии ГКЖ-94 (50%) и водного раствора ГКЖ-10 (20-го /о). Гидрофобный материал требуемой концентрации необходимо приготовить из исходной водной эмульсии на ра¬бочем месте. 
Для гидрофобизации конструкций указанные материалы на¬носят кистью или пульверизатором на сухую, предварительно очищенную поверхность из расчета на 1 м2 поверхности 250— 300 г 20 %-ной эмульсии, нанесенной в один слой. 
Силикатизация поверхностного слоя состоит в нанесении на конструкцию (главным образом из естественных каменных материалов) жидкого стекла, а после его высыхания —рас¬твора хлористого кальция; при этом происходит реакция Na2OSiO2=CaCL2=CaOSiO2+2NaCl, в результате которой образуются силикат кальция, заполняющий поры и повышающий стойкость конструкции, и соль, смы¬ваемая водой. 
Флюатирование поверхности конструкций основано на вза¬имодействии свободной извести и растворов кремнефтористых солей легких металлов (магния, алюминия, цинка), которые, вступая в реакцию с углекислым кальцием, образуют, нерас¬творимые продукты, оседающие в порах и уплотняющие кон¬струкции. 
Флюатирование бетонов начинается с нанесения на сухую очищенную поверхность раствора хлористого кальция, а затем флюатов. Флюаты наносятся кистью или распылителем в три слоя с повышением их концентрации: для первого — 2—3 % по массе, для третьего — уже 12%. Каждый слой наносится после прекращения впитывания флюата с перерывами до 4 ч на его высыхание. После нанесения очередного слоя поверх¬ность обрабатывается насыщенным раствором гидрата окиси кальция Са(ОН)2, приготавливаемым путем растворения из¬вести в воде. 
Поверхность бетона" может обрабатываться также 3 — 7 %-ным раствором кремнефтористоводородной кислоты Н251рб; при этом на поверхности образуется пленка фтористого кальция и кремнезема. Такая обработка повторяется несколько раз после высыхания каждого предыдущего слоя. 
Расход флюата зависит от плотности и структуры обраба¬тываемого материала и составляет 150—300 г. кристаллической соли на 1 м2 поверхности. 
 Карбонизация поверхностного слоя . свежеприготовленного бетона состоит в превращении гидрата, окиси .кальция Са(ОН)2 под воздействием углекислого газа в карбонат кальция Са(СО)з, который более стоек к внешним воздействиям. 
 Устройство защитных покрытий. Одним из методов защиты конструкций является устройство или восстановление защит¬ных покрытий: глиняной набивки, слоев обмазки, покраски, штукатурки КЦР, рулонного покрытия или слоя облицовки! Защита конструкций в этом случае основана на изоляции их от агрессивной среды, а потому покрытия должны быть водо¬стойкими и водонепроницаемыми, а в особых случаях —и ме¬ханически прочными. Чем агрессивнее среда, тем надежнее должна быть защита. 
Особенность осуществления изоляции в агрессивной грун¬товой среде, в отличие от обычной гидроизоляции, состоит в том, что она должна быть химически стойкой и наноситься обязательно с наружной стороны конструкции. Защита от воздействия внутренней агрессивной среды производится изну¬три сооружения, при этом защищается вся толща конструкции. В условиях эксплуатации необходимо зачастую восстанав¬ливать защитные покрытия, предусмотренные проектом, в от¬дельных же случаях их устраивают вновь по специально раз¬работанному проекту. 
Штукатурная гидроизоляция коллоидным цементным рас¬твором (КЦР) используется для противофильтрационной за¬щиты подземных и подводных сооружений без ограничения ве¬личины действующего напора при работе гидроизоляции «на прижим» и напорах Р = 0,1 Па, при работе ее «на отрыв», а также при повышенной и постоянной влажности воздуха. Запрещается применение КЦР, если среда химически аг¬рессивна по отношению к обычному портландцементу, а также при электрохимической агрессивности окружающей среды с блуждающими токами. 
Коллоидный цементный раствор представляет собой высо¬кодисперсную смесь вибромолотых цемента и песка, молотого песка и поверхностно-активных веществ. Он приготавливается в вибросмесителе, где производится двухчастотная обработка массы и одновременное перемешивание раствора в течение 5—6 мин. 
Для гидроизоляции горизонтальных поверхностей рекомен¬дуется КЦР, а для вертикальных — активированный торкрет (АТ). Это такой же КЦР, но смешение и нанесение его произ¬водятся цемент-пушкой, как обычного торкрета. В составе АТ увеличено содержание сульфитно-дрожжевой бражки до 2,5%  
Для устройства защитных покрытий пригодны и такие ма¬териалы, как эпоксидные смолы, цементно- и битумно-латексные композиции и др. Битум, являющийся отходом нефтепереработки и относительно дешевым материалом, широко используется для защитных покрытий. Соединяя битумы с каучуком, резиной, зеленым маслом и синтетическими смолами, можно повысить стойкость битумных покрытий в агрессивной среде. 
Битумы применяются в разогретом (до 150—200 °С) виде смешанными с наполнителями, растворенными в маслах или углеводородах, а также в виде водорастворимых эмульсий или паст. Приготовление битумных растворов и эмульсий труднее, чем расплавов, но зато наносить их легче и безопаснее.  
Наи¬более высокое качество таких покрытий достигается при пра¬вильном нанесении расплавленного битума, самое низкое — при нанесении битумных эмульсий. 
Битумные покрытия в виде шпаклевок, плотных штукатурок и облицовок предназначены для защиты конструкций в силь¬ноагрессивных атмосферных и агрессивных жидких средах без механических воздействий. 
По мере повышения напора воды переходят к рулонной оклеечной изоляции и защите ее кирпичной стенкой. Так, при напоре до 800 мм устраивается двухслойный ковер, при 800— 1200 мм — трехслойный и защитная стенка в четверть или пол¬кирпича, а при напоре более 1200 мм — четырехслойное по¬крытие. В ответственных сооружениях требуется листовая ме¬таллическая изоляция, которая, в свою очередь, защищается от воздействия агрессивной среды обмазками или электрохимиче¬скими методами. 
Внутри зданий и сооружений для защиты конструкций от разрушения промышленными стоками и предотвращения про¬никновения их в грунт устраиваются кислотостойкие под¬доны, отличающиеся тем, что собственно изоляция из битум¬ной мастики или рулонного материала защищена от ме¬ханических повреждений кислотостойкими плитками либо кирпичом. 
Для защиты стен и покрытий от разрушения парообразной агрессивной средой применяются лаки и эмали, наиболее ча¬сто — битумно-смоляные эпоксидные эмали, ПХВ эмали и лаки, кремнийорганические эмали. Лакокрасочные покрытия легко наносятся и восстанавливаются, они экономичны. Из-за их высокой проницаемости они выполняются многослойными — от трех до восьми слоев, в зависимости от степени агрессивно¬сти среды. 
При восстановлении или устройстве любого защитного по¬крытия особое внимание уделяется подготовке поверхности: она должна быть чистой, ровной (гладкой) и сухой; это в зна¬чительной мере предопределяет надежность и долговечность 
покрытия. 
Повышение плотности и прочности конструкций нагнета¬нием в них растворов. Инъекция растворов в конструкции с целью повышения их плотности и прочности может быть осуществлена цементацией (нагнетание цементного мо¬лока), силикатизацией (нагнетание жидкого стекла) и смолизацией (нагнетание синтетических смол). 
Цементация заключается в нагнетании цементного раствора через пробуренные в конструкции отверстия, что увеличивает ее плотность и водонепроницаемость, а тем самым и коррози¬онную стойкость. Для цементации применяется раствор це¬мента и воды в пропорции 1: "10. Чтобы ускорить его схваты¬вание, в него вводят хлористый кальций —неболее 7% от массы цемента. 
Повышение плотности и водонепроницаемости бетонных и железобетонных конструкций путем цементации, как показал опыт, недостаточно эффективно: фильтрация воды начинается очень быстро вновь; это объясняется грубодисперсным соста¬вом цементов, которые проникают в поры и трещины с раскры¬тием 0,2—0,1 мм, в то время как напорная вода фильтрует по каналам сечением 2*104 мм. Эффективность цементации мо¬жет быть существенно повышена введением в раствор высоко¬дисперсного магнитного вещества. 
Силикатизация состоит в нагнетании через пробуренные в конструкциях отверстия (или иным способом) жидкого стекла, которое, проникая в пустоты и поры, заполняет их. Вводимый вслед за этим раствор хлористого кальция, реаги¬руя с жидким стеклом, образует уплотняющий осадок из плохо растворимого гидросиликата кальция и не¬растворимого геля кремнезема Твердение гидросиликата и кремнезема завершается быстро — за четверо суток. 
Смолизация мелкотрещиноватого, пористого бетона осуще¬ствляется путем нагнетания водного раствора карбамидной смолы, которая затвердевает при добавлении специально подо¬бранного отвердителя, не агрессивного к бетону (например, ща¬велевой или кремнефтористоводородной кислоты). Смолизация предусматривает предварительное нагнетание в бетон 4%-ного раствора щавелевой или кремнефтористоводородной кислоты (для локализации поверхностного слоя карбонатов кальция и гидрата окиси кальция созданием защитной пленки нераство¬римого щавелевокислого кальция, препятствующего нейтрали¬зации кислоты из раствора) и последующее введение раствора карбамидной смолы с отверждающей добавкой. 
Смолизация — это тампонаж химических растворов — смолы и отвердителя; она рекомендуется для повышения плотности и водонепроницаемости конструкций с мелкими порами при от¬сутствии фильтрации воды (подробнее см. гл. 13). 
При обследовании участков фильтрации определяется коли¬чество проникающей воды и величина трещин. Удельное водопоглощение бетона и его водопроницаемость на глубине выяв¬ляются посредством извлечения и изучения кернов. Удельное водопоглощение бетона вычисляется по формуле: