Виды коррозии цементного камня по москвину

Виды коррозии цементного камня по москвину

Изделия из цемента и бетона, как из всякого другого материала, со временем в условиях своей службы подвергаются разрушению (коррозии). Проблема стойкости (неразрушаемо-сти) бетонных сооружений важна в такой же степени, как и само их создание.

Под коррозией понимается разрушение цементного или бетонного изделия в результате действия на него физических либо химических факторов как извне (внешние причины коррозии), так и изнутри (внутренние причины коррозии).

В условиях эксплуатации на цементный камень действуют: природные воды (речные и морские) под давлением или просто омывающие сооружения; промышленные и бытовые воды (стоки); периодически и многократно повторяющиеся теплосмены (сезонные и дневные колебания температур); процессы увлажнения и высыхания (колебания атмосферной влажности, специфические условия службы). Кроме того, влияют механические воздействия — удары волн, выветривание, истирание, а также биологические—вредные воздействия бактерий. Все это внешние причины коррозии и разрушения цементного камня.

К разрушению цементного камня (бетона) приводят и внутренние факторы —его высокая водопроницаемость, взаимодействие щелочей цемента с кремнеземом заполнителя, изменение объема из-за различия температурного расширения цемента и заполнителя.

Среди внешних факторов, обусловливающих коррозию цементного камня, можно выделить физические и химические факторы. Физические факторы коррозии охватывают температурные (попеременное замерзание и оттаивание, нагрев и охлаждение) и влажностные колебания среды, ведущие к появлению деформаций материала и его разрушению. К внешним факторам следует отнести и разрушение изделия за счет подсоса и кристаллизации солей в порах и капиллярах бетонного тела — так называемая солевая коррозия.

Химические факторы коррозии включают воздействие водной и газовой сред на цементный камень (бетон) — водных растворов кислот, солей, оснований, а также действие разнообразных органических веществ.

Физическая коррозия. Попеременному замораживанию и оттаиванию (влияние пониженных температур) подвергаются практически все открытые сооружения, служащие в условиях атмосферного воздействия. Особенно опасная ситуация возникает при одновременном воздействии низкой температуры и растворов солей, например при работе бетона в морских сооружениях. Суть действия пониженной температуры на бетон заключается в возникновении деформаций расширения замерзающей воды в опасных порах, которая может привести к разрушению камня. Возникают по меньшей мере два источника разрушающих сил: первый — увеличение объема воды при замерзании (-9%), что ведет к возникновению большого гидравлического давления на стенки пор и капилляров, второй — осмотическое давление, возникающее благодаря локальному увеличению концентрации раствора.

Цо мнению некоторых исследователей, величина осмотического давления может достигать 1—2 МПа. Сильное внутреннее напряжение усиливается при повторных циклах замерзания и оттаивания. Сначала образуются мельчайшие трещины, затем они заполняются водой, которая при замерзании вызывает дальнейшее растрескивание цементного камня (бетона). Многократные теплосмены постепенно расшатывают структуру цементного камня и бетона, снижают его прочность и в момент, когда давление расширения превышает предел прочности при растяжении, бетон разрушается.

Как показано Б. Г. Скрамтаевым, В. М. Москвиным, В. В. Стольниковым и С. Д. Мироновым, основную роль в разрушении цементного камня при действии низких температур играют общая пористость и характер капиллярно-пористой структуры материала: в искусственном камне имеются поры, наиболее опасные и ответственные за развитие разрушения материала. Практически не опасны очень мелкие поры геля. Поскольку морозостойкость искусственного камня зависит от характера и величины общей пористости, то, снижая пористость, можно добиться существенного повышения морозостойкости. Общую пористость можно уменьшить снижением В/Ц, использованием цемента с пониженной водопотребностыо, а также введением добавок разного типа — пластифицирующих, гидрофоби-зирующих, воздухововлекающих.

Морозостойкость цементного камня (бетона) зависит от качества цементного раствора и заполнителей. Качество заполнителей может колебаться в широких пределах, так как не существует прямой зависимости между долговечностью заполнителя и бетона. Однако, существует общее мнение, что заполнители с большой внутренней поверхностью, легко доступной для воды, являются менее морозостойкими. По условиям работы бетонные и цементные конструкции могут находиться в сфере воздействия повышенных температур, влияние которых изучали К. Д. Некрасов, В. М. Москвин и др. Вредное воздействие температуры на затвердевшие бетоны начинается при 50—100 °С, усиливается при 500 °С (и выше) и состоит в разложении сначала гидратиых образований, а затем и других составляющих цементного камня. Поэтому не рекомендуется применять бетоны на обычных цементах, работающие при температурах свыше 250 °С.

Для того чтобы повысить жаростойкость затвердевших бетонов, следует вводить добавки (шамот, туф, трепел и т. д.) в количестве 0,5—2 мае. ч. на 1 мае. ч. цемента, которые при температурах выше 800 °С взаимодействуют с составляющими цемента СаО из Са(ОН)2 и СаСОз, образуя термически- и водоустойчивые соединения.

Попеременное увлажнение и высыхание цементного камня и бетона вследствие, например, климатических особенностей атмосферы или специфических условий работы конструкции вызывает соответственно деформации — набухание или усадку. Вопросы, связанные с набуханием и усадкой собственно цемента, рассматриваются при изучении строительно-технических свойств цемента. Что касается бетонного тела, то при нарушении влажностных равновесий системы бетон —среда, например при неравномерной диффузии влаги в объем бетона, в его толще возникают градиенты влажности, приводящие к деформациям набухания при насыщении водой или усадки —при высушивании, снижающим прочность бетона. Деформации усадки и набухания можно характеризовать, по С. В. Александровскому, коэффициентами линейной усадки и линейного набухания h (мм/мм), которые представляют собой относительные деформации бетона (мм/мм), происходящие при изменении его массовой относительной влажности (г/г) при равномерном высыхании или увлажнении. Порядок коэффициентов в среднем таков: /3=0,03 мм/мм, h = 0,005 мм/мм. Величину деформации набухания и усадки можно заметно нейтрализовать, меняя количество и качество заполнителя, вид и расход цемента, водо-цементное отношение.

Кристаллизация солей также относится к физическим видам коррозии. Капиллярные подсосы воды в той части бетонной конструкции, которая работает в грунте, приводят к возникновению такого типа коррозии, если в грунтовых водах большая концентрация водорастворимых солей (Na2S04, ИазСОз, MgS04), высокий уровень минерализованных вод, при этом климат данного района сухой или жаркий. Солевые растворы в этом случае регулярно поступают в поры бетона, одновременно происходит испарение воды. Выделяющиеся из раствора соединения при кристаллизации оказывают давление на стенки пор и капилляров, что может вызвать деформацию бетона, а иногда и его разрушение. Особенно сильным оказывается давление кристаллизации, когда образующиеся соли вначале безводны, а затем переходят в кристаллогидраты. Такой вид коррозии можно ‘предотвратить, используя бетоны с малой открытой пористостью или защищая их гидроизоляцией.

Химическая коррозия. Действие (агрессия) воды и водных растворов (неорганических и органических веществ — кислот, солей, оснований), а также кислых газов в условиях службы бетонных и железобетонных конструкций приводит к разрушению бетонного и цементного камня. Причины разрушения (коррозии) заключаются в химическом взаимодействии агрессивной среды и составляющих бетона. Проблемы стойкости бетонных и железобетонных конструкций в условиях химической агрессии изучали В. А. Кинд, В. В. Кинд, В. Н. Юнг, Ф. Ли, В. М. Москвин, А. Ф. Полак, В. И. Бабушкин. Процессы, происходящие при взаимодействии водной среды и бетона, по их сути можно систематизировать, что и было сделано В. М. Москвиным и В. В. Киндом.

В. М. Москвин разделяет коррозию бетона на три вида. К первому виду коррозии он относит процессы, происходящие в бетоне под воздействием вод с малой временной жесткостью (мягких вод), в результате действия которых составные части цементного камня растворяются и уносятся сквозь толщу бетона при фильтрации, ко второму виду коррозии отнесены реакции обмена между составляющими воды и бетона с образованием растворимых или не обладающих вяжущими свойствами продуктов, ослабляющих структуру камня; к третьему виду—-накопление и кристаллизация в трещинах, порах и капиллярах бетона солей, которые также способны разрушить материал (солевая коррозия).

При изучении химических факторов коррозии бетона следует рассматривать не только химический и минералогический составы бетона, его капиллярно-пористую структуру, но и основу агрессивной среды, в которой, как это следует из опыта работы бетонных сооружений, большую роль играют ионы магния, натрия, алюминия, аммония, меди, железа, водорода, гидроксила, сульфатные, карбонатные, бикарбонатные, хлористые анионы. Опасны также все виды кислых газов —углекислый, сернистый, сероводород.

Виды коррозии цементного камня по москвину

Сероводород, содержащийся в скважинах, контактирует с тампонажным камнем, как в газообразном, так и в растворенном состоянии. В зависимости от агрегатного состояния сероводорода механизм и скорость коррозионного поражения камня существенным образом меняются.

Сероводород является коррозионно-активным кислым газом, оказывает интенсивное разрушающее действие на тампонажные цементы. Это создает серьезную опасность экологическому равновесию, как на поверхности, так и в недрах в широком смысле этого слова.

Когда тампонажный камень взаимодействует с сероводородом, растворенном в пластовой воде, поражение камня протекает послойно. Сероводород, диффундируя вглубь цементного камня, вступает в химическую реакцию с растворенной гидроокисью кальция. В результате химических реакций поровая жидкость обедняется щелочью, что приводит к нарушению термодинамического равновесия между твердой и жидкой фазами цементного камня. Продукты твердения продолжают растворяться и гидратировать с выделением свободной гидроокиси кальция. Прежде всего, разрушается твердая фаза, представленная кристаллическим гидратом окиси кальция, высокоосновными алюминатами, гидросиликатом и гидроферритом кальция.

Нерастворимая часть цементного камня, химически инертная по отношению к сероводороду, образует буферную зону. Она представлена продуктами разложения гидратных фаз в виде гелей SiO₂ и Al(OH)₃ и продуктами коррозии в твердой (CaS, FeS) и жидкой фазе, является более проницаемой, чем исходный камень, т.к. реакционноспособная часть цементного камня в процессе гидролиза и растворения перешла в раствор, а затем в виде хорошо растворимых продуктов коррозии — Ca(HS) — в окружающую среду.

Если тампонажный камень контактирует с газообразным сероводородом, то последний способен проникать по открытым порам на значительную глубину в камень. Проникший газ растворяется в гелевых порах, заполненных раствором гидроокиси кальция и диссоциирует.

При pH > 11 основным продуктом взаимодействия сероводорода с гидроксидом кальция является малорастворимый сульфид кальция. По мере убывания из раствора Ca(OH)₂ нарушается равновесие между твердой и жидкой фазами, что вызывает растворение и гидролиз составляющих тампонажного камня. В результате гидролиза в раствор вступают новые порции Ca(OH)₂, которые связываются растворенным сероводородом. Накапливаемые в порах цементного камня сульфиды кальция вызывают в нем внутренние напряжения и последующую деструкцию. Такой вид коррозии характерен для тампонажного материала, камень на основе которого представлен свободным гидроксидом кальция, высокоосновными гидросиликатами и гидроалюминатами кальция, равновесная pH которых больше 12.

Основной причиной разрушения цементного камня на основе портландцемента является процесс межфазовых переходов

Объемное расширение опасно, когда оно происходит в уже затвердевшем цементном камне. Дело в том, что эттрингит может образовываться из продуктов гидратации С₃А в результате сульфатной агрессии по уравнению

При этом наблюдается 4-6 кратное увеличение объема, что в затвердевшем камне приводит к возникновению напряжения, нарушению и разрушению структуры.

К этой группе цементов в первую очередь следует отнести портландцементы, в частности цементы ПЦТ-100, ПЦТД20-100.

Одним из путей повышения коррозионной стойкости цементного камня является метод химического ингибирования. Суть метода в дополнительном введении в состав жидкой фазы тампонажной суспензии компонентов, способных к взаимодействию с присутствующим в газе сероводородом. Образующиеся в результате продукты реакции должны представлять собой труднорастворимые соединения, способные препятствовать проникновению агрессивного агента в цементный камень.

Лучшим вариантом, конечно, будет использование специальных коррозионостойких цементов, в составе камня которых отсутствуют компоненты, способные к реакциям восстановления (шлаковые цементы, НКИ).

Имея в виду невозможность поставок специальных видов цемента, необходимо производить обработку тампонажного раствора специальными реагентами, которые сами нереакционно-способны с сероводородом, кроме того, обладают способностью связывать гидроокись кальция, нарушая цепочку образования сульфидов и гипсов. Это один из наиболее доступных путей повышения коррозионной стойкости.

Из сказанного выше следует, что повышение седиментационной устойчивости, снижения количества несвязанной воды (снижение степени фильтрации), ускорение сроков схватывания, предотвращение возможности радиальной усадки камня при твердении способствует упрочнению структуры гидратирующегося цементного камня, исключает вероятность образования микрозазора и не дает возможности проникновения вызывающего коррозию агента (сероводорода) в поровое пространство цементного камня.

Нами рекомендована комплексная обработка воды затворения для цементного раствора смесью реагента РДН-У (реагент для добычи нефти унифицированный) и стабилизатора типа КМЦ (карбоксометиллцеллюлоза).

В случае если вода затворения обработана каким-либо реагентом, преобладающим в процессе сероводородной коррозии цементного камня является взаимодействие газа с химическими добавками-регуляторами. Реакция может быть направлена так, что приведет к исчезновению функционального действия реагентов-регуляторов на растворы, и, как следствие, к катастрофическому нарушению свойств последних. Направленным регулированием кинетики процессов взаимодействия реагентов с агрессивными флюидами и комбинациями химических добавок можно защитить цементный камень от сероводородной агрессии. В этой среде преимуществом в плане защиты цементного камня от коррозии должны использоваться реагенты органического строения. При выборе неорганических реагентов нужно быть особо осторожным, т.к. вероятность реакции их с сероводородом резко возрастает.

В результате проведенных исследований были выявлены закономерности процессов, происходящих при формировании тампонажного камня и под действием агрессивного агента сероводорода, находящегося в жидкой фазе, на тампонажный камень, который имеет в своем составе широкую гамму реагентов, применяемых для улучшения его свойств.

Основными изменяющимися величинами, которые могут быть определены с высокой степенью точности, на стадии проектирования тампонажного состава являются: абсолютная и фазовая проницаемости, доля свободного поперечного сечения пор, прочность на изгиб, свободная поверхность, приходящаяся на единицу объема и скорость химической реакции сероводорода с компонентами цементного камня. Так же необходимо исследовать изменение поверхности контакта агрессивного агента с цементным камнем.

Все исследуемые величины находятся в прямой зависимости от седиментационной устойчивости и степени фильтрации тампонажных суспензий. Зная результаты предварительно проведенного седиментационного анализа, можно прогнозировать реологические и физико-механические свойства тампонажной суспензии и сформированного из нее тампонажного камня.

Физико-механические характеристики сформированного тампонажного камня определяют, в какой степени и за какой период в условиях эксплуатирующейся скважины произойдет диффузионное проникновение в него коррозионно-активного флюида и начнется его разрушение.

Процесс твердения тампонажных растворов сопровождается переупаковкой молекул воды. Химически связанная вода занимает объем на четвертую часть меньше, чем свободная. В результате возникает изменение объема. Высвобожденный первоначально занимаемый свободной водой объем, заполняется за счет притока воды извне, если этот приток возможен. При твердении же в межколонном пространстве или против плотных пород приток воды к цементу невозможен, а с момента возникновения замкнутых пор исключается возможность подвода воды к гидратирующемуся цементу из окружающей среды даже при твердении цемента в воде. Поэтому по мере дальнейшей гидратации цемента и расходования воды в замкнутой поре образуется вакуум. Напряжение внутри цементного камня, возникающее в результате вакуумирования замкнутых пор достигает значительных величин и приводит к усадке цементного камня. В результате этого на границе "цементный камень-обсадная колонна" образуется микрозазор. При этом не исключена возможность микро-макро-переноса по всему объему цементного камня. Газ может проходить по контактным зонам и возможно его проникновение и по самому цементному камню по каналам, возникшим в результате седиментации и диффузии газа в тампонажный раствор. Значительно снизить возникающие внутренние напряжения и усадку раствора позволяет обработка воды затворения вакуумированием до введения воды в состав вяжущего, что позволяет увеличить в несколько раз прочность самой воды путем удаления из нее растворенного газа. Нами экспериментально доказано, что такого рода обработка примерно на 10% увеличивает прочностные характеристика цементного камня.

Такие процессы наиболее вероятны в цементных камнях, сформированных из седиментационно-неустойчивых тампонажных растворов, а также у растворов с замедлителями сроков схватывания, в которых структура камня продолжительное время будет представлена открытой пористостью.

Коррозия бетона и железобетона: сульфатная и магнезиальная, углекислотная и кислотная

При проектировании бетонных и железобетонных конструкций учитывают воздействие различных факторов, которые могут способствовать снижению прочностных характеристик зданий и сооружений. Одним из них является коррозия, представляющая собой самопроизвольный процесс разрушения цементного камня в результате воздействия на него агрессивной среды.

Виды химической коррозии

Коррозия первого вида

Вследствие контакта бетона с проточной мягкой водой возникает коррозия I вида. Данный процесс может происходить с разной скоростью, которая зависит от плотности цементного камня. К примеру, в гидротехнических сооружениях с бетоном повышенной плотности разрушение наступает гораздо позднее, чем в тонкостенных конструкциях. Это вызвано вымыванием основных минералов портландцементного клинкера, что через несколько лет привод к существенной потере прочности.

На интенсивность коррозии влияют следующие факторы:

• содержание в воде солей;
• скорости потока;
• наличие трещит и пустот.

Таким образом, в ячеистом бетоне, через который вода проходит под напором, вымывание гидросиликата кальция осуществляется быстрей, чем в плотном цементном камне, где процесс протекает лишь у его поверхности. При этом, сильное растворяющее воздействие на одноосновные и многоосновные новообразования оказывает очищенная вода, которая не имеет каких-либо примесей.

Коррозия второго вида

В агрессивной среде могут находиться определенные соли и кислоты, их взаимодействие с цементным камнем приводит к возникновению коррозии II вида. Данный процесс сопровождается образованием непрочных соединений, которые быстро растворяются в воде, что вызывает дальнейшее разрушение конструкции. В зависимости от состава агрессивной среды различают углекислотную и магнезиальную коррозии.

Магнезиальная коррозия бетона

При воздействии на бетон магнезиальных солей, которые, как правило, находятся в морских и грунтовых водах, происходит снижение щелочности поровой жидкости, что приводит к разложению гидратных минералов и появлению коррозии I вида (разрушение конструкции будет происходить гораздо быстрей). При уменьшении содержания хлорида магния процесс протекает только у поверхностного слоя, в то время как повышение концентрации этой соли способствует проникновению коррозии вовнутрь цементного камня.

Углекислотная коррозия бетона

Способствует разложению защитной карбонатной пленки, которая образовывается на поверхности бетона до контакта с водой. В ходе этой реакции происходит возникновение быстрорастворимых гидрокарбонатов, что приводит к потере прочности конструкции.

Коррозия третьего вида

Данный тип коррозии совмещает в себе процессы, связанные с образованием в порах бетона слаборастворимых солей, которые вызывают внутренние напряжения, влияющие на разрушение структуры бетона. В плотном бетоне процесс будет протекать медленней и обнаружится только через несколько лет, а вот в пористом – уже спустя пару недель, либо месяцев.

Сульфатная коррозия бетона

Является наиболее распространенным видом химической коррозии бетонных и железобетонных конструкций. Она происходит в результате взаимодействия гидроокислов и ионов кальция, которые находятся в составе гидравлического вяжущего, с агрессивной средой. Это вызывает образование малорастворимых соединений, способствующих снижению щелочности бетона и дальнейшему вымыванию устойчивых силикатов и алюминатов кальция, что приводит к растрескиванию и отслаиванию поверхностных слоев. При увеличении концентрации сульфатов коррозия преобразовывается в гипсовую, которая увеличивает темп разрушения зданий и сооружений.

Виды физической коррозии

Коррозия железобетона на примере металлического стержня

Биологическая коррозия бетона

Происходит в результате действия на бетон живых форм микроорганизмов, способствующих ухудшению технических характеристик и внешнего вида конструкции. Такими организмами являются: морские водоросли, различные бактерии, грибки, мхи и лишайники, а также продукты их жизнедеятельности – аммиак, сульфиды, кислоты и другие.

Коррозия при переменном уровне воды

Коррозия наиболее интенсивна в частях бетонных и железобетонных конструкциях, располагающихся в районе переменного уровня воды, к примеру, в морских гидротехнических сооружениях. Коррозия может вызываться различными причинами: попеременным высыханием и увлажнением, а также замораживанием и оттаиванием, химическими (если вода имеет в своем составе агрессивную среду) и механическими воздействиями.

Способы защиты бетона от коррозии

Согласно нормативному документу СНиП 2.03.11-85 существуют следующие правила и методы борьбы с коррозией:

• необходимая марка по водонепроницаемости – W4 и выше;
• предъявлять необходимые требования по морозойстокости при одновременном воздействии агрессивной среды и попеременном замораживании и оттаивании;
• применять специальные виды цементов: портландцемент с минеральными добавками, шлакопортландцемент, сульфатостойкие, глиноземистые и напрягающие цементы;
• при проектировании конструкций следует предусматривать гидрофобизацию, пропитку или облицовку покрытия: лакокрасочные, мастичные и оклеечные покрытия, биоцидные материалы, полимербетоны;
• использовать бетоны с повышенной плотностью.

Меры защиты от биокоррозии

Для предотвращения появления биологической коррозии, которая возникает при повышенной влажности, наносят гидроизоляцию, используя: окраску, защитную штукатурку, пропитки синтетическими и природными смолами, рулонные материалы и облицовку. В случае поражения сооружения биокоррозией нужно избавиться от поврежденного участка, высушить его и нанести на поверхность специальный дезинфицирующий состав, а затем заново его оштукатурить.

Коррозия бетона: виды, методы защиты

Бетон – искусственный камень, при производстве которого используются: цемент, мелкий заполнитель – песок, крупный заполнитель – щебень, вода и добавки, сообщающие пластичной смеси и готовому продукту требуемые свойства. Под воздействием неблагоприятных внешних факторов или вследствие внутренних химических реакций бетон подвергается коррозии – процессу разрушения структуры с ухудшением технических характеристик конструкции вплоть до полного ее выхода из строя. Во избежание аварийных ситуаций и экономических потерь необходимо выбрать оптимальный способ, как предотвратить появление и развитие коррозионного процесса.

Классификация видов коррозии бетона

Существует несколько видов коррозии и вариантов ее протекания.

Растворение компонентов бетонного камня

Один из самых уязвимых для влаги компонентов – гашеная известь (гидрат оксида кальция). Это вещество попадает в бетонную смесь либо в процессе ее изготовления, либо при обработке бетонных элементов водой, загрязненной вредными примесями. При проникновении влаги вглубь бетонной конструкции гидрат оксида кальция легко растворяется и вымывается, что приводит к нарушению структуры цементного камня.

Параметры, влияющие на скорость растворения и вымывания гидроксида кальция:

• Температура, примерно равная +20°C, – наиболее благоприятна для этого процесса. В условиях более высоких температур растворимость этого компонента снижается.
• Продолжительное постоянное воздействие воды. Приводит не только к полному вымыванию гидроксида кальция, но и к разложению других гидратных компонентов – глинозема, кремнезема и оксида железа – до рыхлого состояния, что значительно снижает прочность бетонного камня.
• Чем больше процентное содержание минеральных заполнителей с гидроксидом кальция, тем интенсивнее процесс их вымывания.

Способы значительного замедления разрушающих процессов:

• введение пуццолановых присадок, связывающих гидроксид кальция и повышающих водонепроницаемость бетона;
• применение бетонов повышенной плотности;
• искусственная карбонизация конструкций;
• проведение эффективных мероприятий по гидроизоляции поверхности.

Химическая коррозия

Такая коррозия происходит из-за химреакций между компонентами цементного камня и химически активными средами. В результате этих взаимодействий происходит либо вымывание соединений, легко растворяющихся в воде, либо образование рыхлых осадков, не обладающих вяжущими свойствами. Выделяют несколько подвидов этой коррозии: углекислотная, кислотная и щелочная.

В случае протекания реакции между гидратом оксида кальция (гашеной известью) и углекислым газом, содержащимся практически во всех природных водах, образуется водонерастворимый CaCO₃ и вода.

Водонерастворимый карбонат кальция CaCO₃ постепенно накапливается в микропорах и микротрещинах бетонного камня, вызывает увеличение его объема и становится причиной трещинообразования и последующего разрушения материала. Карбонат кальция при взаимодействии с водой и углекислым газом образует бикарбонат кальция, представляющий опасность для структуры бетона, а при наличии воды – легко вымывающийся из бетонного элемента. Чем выше концентрация углекислоты в жидкости, тем интенсивнее протекает реакция разрушения конструкции.

При взаимодействии гашеной извести с кислотосодержащими водами в искусственном камне происходит химкоррозия бетона с образованием хлористого кальция, легко удаляемого водой.

Помимо соляной кислоты, чаще всего в природных водах присутствуют серная и азотная кислоты. Серосодержащее соединение кальция – CaSO₄, как и карбонат кальция, накапливается в микропорах бетона, постепенно приводя к потере его характеристик. С сульфатами активно реагируют не только гидроксид кальция, но и алюминатные компоненты бетонного камня. Такие реакции являются нежелательными, поскольку в результате их протекания образуются гидросульфоалюминаты.

Самая опасная соль – эттрингит – по мере роста кристаллов вызывает очень сильные напряжения внутри бетонного элемента.

Устойчивость бетонного камня к сульфатсодержащим средам во многом зависит от вида минерального вяжущего. Поэтому, если планируется эксплуатация бетона в сульфатсодержащих водах, то при его производстве используются пуццолановый или сульфатостойкий цементы. Кроме неорганических кислот, коррозию могут провоцировать органические кислоты – молочная и уксусная.

Еще один вид химической коррозии – щелочной – вызывает слишком большое количество противоморозных добавок, применяемых при производстве смеси. Чаще всего встречаются реакции между кремнеземом, содержащимся в заполнителях бетонной смеси, и соединениями калия и натрия. Хлориды калия и натрия находятся в засоленных почвах, морской воде, реагентах, используемых в борьбе с гололедом. В результате таких взаимодействий в цементном камне образуются гидратированные соединения, расширяющиеся в условиях высокой влажности с появлением трещин. Из трещин в некоторых случаях может выделяться силикат натрия.

Биокоррозия

Биологическая коррозия возникает в результате негативного влияния грибков, бактерий и водорослей некоторых разновидностей. Они проникают в поры искусственного камня и развиваются в них. Из-за накопления продуктов их жизнедеятельности бетонный камень разрушается.

Для борьбы с разрушением бетонных конструкций из-за агрессивных биофакторов используют биоцидные добавки, глубоко проникающие в поры материала и уничтожающие микроорганизмы.

Физическая

К быстрому разрушению бетонных элементов приводят попеременные циклы замерзания-оттаивания во время набора марочной прочности. Избавиться от этой проблемы можно путем создания нормальных условий для схватывания и твердения бетонной смеси.

Радиационная

Этому виду коррозионного разрушения подвергаются бетоны в результате радиационного облучения, из-за которого из материала удаляется кристаллизованная вода. Удаление жидкости нарушает структуру бетона, снижает его прочность, провоцирует появление трещин.

Способы защиты бетонных и железобетонных конструкций от коррозионного разрушения

Методы защиты бетона и железобетона от коррозионного разрушения делят на первичные и вторичные. К первым относятся:

• Изначальная корректировка состава, цель которой – обеспечение высокой плотности и прочности бетона, хорошей водонепроницаемости.
• Применение спецдобавок и вяжущих с особыми характеристиками. Применяемые добавки – водоудерживающие, пластифицирующие, стабилизирующие. Часто востребованы мылонафт, кремнийорганические жидкости, сульфатнодрожжевые бражки.
• Разработка конструктивных решений, обеспечивающих защиту стальной арматуры.

Целью вторичных защитных мероприятий является исключение прямых контактов поверхности бетонных и железобетонных конструкций с агрессивными средами. Такими способами являются:

• Устройство оклеечной гидроизоляции. Этот вариант используется при контакте бетонной поверхности с влажным грунтом или при его периодическом смачивании жидкостями-электролитами.
• Применение обмазочных гидроизоляционных материалов. Наиболее распространены мастики на базе различных смол.
• Обработка поверхностей пропитывающими составами. Уплотняющие пропитки, повышающие водонепроницаемость поверхностного слоя бетона, часто наносят перед использованием лакокрасочных составов.
• Применение акриловых и лакокрасочных составов – актуально при взаимодействии поверхности бетонного элемента с твердыми материалами или газосодержащими средами.

Коррозия стальной арматуры в железобетонных конструкциях

Для устройства силового каркаса бетонных конструкций используют стальные арматурные стержни с рифленой или гладкой поверхностью. Их основная функция – повысить устойчивость бетона к нагрузкам на сжатие, растяжение, сдвиг. Коррозионное разрушение арматуры значительно снижает прочность всей конструкции.

Факторы, провоцирующие потерю прочности каркаса, – воздействие воды, наличие в воздухе хлора, сероводорода и других серосодержащих газов.

Вода и газы поступают к стальному каркасу через поры в бетонном камне.

Способы защиты стальной арматуры в бетоне от коррозии:

• Использование рационально составленной бетонной смеси, введение в ее состав ингибиторов, замедляющих коррозионные процессы в стали. Минимальное содержание в бетонной смеси хлоридов и роданидов. Количество хлористого кальция должно быть не более 2% от общей массы вяжущего.
• Пассивирование поверхности стальных стержней перед сваркой или связыванием арматурного каркаса. Пассивирующие вещества вводят и в состав самой бетонной смеси. Чаще всего это нитрит натрия, применяемый в количестве 2-3% от массы вяжущего.
• Улучшение плотности бетона, поскольку чем больше в структуре пустот, тем выше вероятность поступления к стальным стержням воды и агрессивных газов.
• Соблюдение технологических правил укладки силового каркаса в опалубку.

Во избежание преждевременного разрушения железобетонной конструкции необходимо контролировать ее состояние с помощью технологий неразрушающего контроля, предусмотренных ГОСТом 18105-86.

• Строитель с 20-летним стажем
• Эксперт завода «Молодой Ударник»

В 1998 году окончил СПбГПУ, учился на кафедре гражданского строительства и прикладной экологии.

Занимается разработкой и внедрением мероприятий по предупреждению выпуска низкокачественной продукции.

Разрабатывает предложения по совершенствованию производства бетона и строительных растворов.

Нефтегазовое дело

Babushkin V. I., Matveev G. M., Mchedlov-Petrosjan O. P. Silicate thermodynamics. M.: Strojizdat. 1986. 408 p. [in Russian].

Babushkin V. I. Physical and chemical processes of concrete and reinforced concrete corrosion. M. Iz-vo literatury po stroitel’stvu, 1968. 188 p. [in Russian].

Fastening of high-temperature wells in corrosive environments / V. M. Kravcov, Ju. S. Kuznecov, M. R. Mavljutov, F. A. Agzamov. M.: Nedra, 1987. 190 p. [in Russian].

Hydrogen sulfide corrosion of cement stone in the annulus gas wells / V. I. Avilov, V. S. Danyushevsky, A. P. Tarnavskiy [et al.] // Drilling of gas and gas- condensate wells. M.: VNIIGazprom, 1981. Vol. 1. 44 p. [in Russian].

Danjushevskij V. S.,Tarnavskij A. P. Gas hydrosulphuric corrosion of grouting cements //Gazovaja promyshlennost’. 1977. №6. Pp. 46-48. [in Russian].

Agzamov F. A., Izmuhambetov B. S. Durability of a grouting stone in corrosive environments. SPb.: «Nedra» LTD, 2005. 318 p. [in Russian].

Polak A. F. Physical and chemical bases of reinforced concrete corrosion. Ufa: Ufim. neft. in-t, 1982. 75 p. [in Russian].

Barbakadze E. O., Gracheva O. I. Influence of mineralogical structure on stability of asbestos cement in the environments containing hydrogen sulfide: tr. / NIIAsbestocement. M.: 1963. Vol. 17. Pp. 14-35. [in Russian].

Kind V. V. Corrosion of cements and concrete in hydraulic engineering constructions. M.:Gosjenergoizdat, 1955. 230 p. [in Russian].

Moskvin V. M. Concrete corrosion. M.: Strojizdat, 1952. 343 p. [in Russian].

Бабушкин В. И., Матвеев Г. М., Мчедлов-Петросян О. П. Термодинамика силикатов. М.: Стройиздат, 1986. 408 с.

Бабушкин В. И. Физико-химические процессы коррозии бетона и железобетона. М.: Изд-во литературы по строительству, 1968. 188 с.

Крепление высокотемпературных скважин в коррозионно — активных средах / В. М. Кравцов, Ю. С. Кузнецов, М. Р. Мавлютов, Ф. А. Агзамов. М.: Недра, 1987. 190 с.

Сероводородная коррозия цементного камня в затрубном пространстве газовых скважин / В. И. Авилов, В. С. Данюшевский, А. П. Тарнавский [и др.] // Бурение газовых и газоконденсатных скважин. М.: ВНИИГазпром, 1981. Вып. 1. 44 с.

Данюшевский В. С.,Тарнавский А. П. Газовая сероводородная коррозия тампонажных цементов // Газовая промышленность. 1977. №6. С. 46-48.

Агзамов Ф. А., Измухамбетов Б. С. Долговечность тампонажного камня в коррозионно-активных средах. СПб.: ООО «Недра», 2005. 318с.

Полак А. Ф. Физико-химические основы коррозии железобетона. Уфа: УНИ, 1982. 75 с.

Барбакадзе Е. О., Грачева О. И. Влияние минералогического состава на устойчивость асбестоцемента в средах, содержащих сероводород: тр. / НИИАсбестоцемент. М.: 1963. Вып. 17. С. 14-35.

Кинд В. В. Коррозия цементов и бетона в гидротехнических сооружениях. М.: Госэнергоиздат, 1955. 230 с.

Москвин В. М. Коррозия бетона. М.: Стройиздат, 1952. 343 с.

Ссылки

• На текущий момент ссылки отсутствуют.

(c) 2015 Ф. А. Агзамов, Л. Н. Ломакина, Н. Б. Хабабутдинова, Р. Ф. Давлетшин, А. К. Крига, Т. В. Токунов

alt=»Лицензия Creative Commons» width=»» />
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.