XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Введение

Защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии является важнейшей проблемой, решение которой направлено на увеличение срока службы конструкций, зданий и сооружений различного назначения. На практике эксплуатации различных инженерных бетонных и железобетонных сооружений было не раз доказано, что под воздействием различных физико-химических процессов, газов и жидкостей бетону свойственно разрушаться.

Цель работы: изучение проблем коррозии бетонов в строительных конструкциях разного типа и пути их решения.

Коррозия бетона – процесс разрушения структуры бетона и охрупчивания его под воздействием факторов окружающей среды.

Коррозия бетона возникает под воздействием какого-либо агрессивного вещества на его состав, и проникание это вещества в структуру бетона. Обычно это происходит при проникновении этого вещества через поры или трещины бетонной конструкции. Внешняя среда отрицательно влияет на конструкции: воздействие воды и низких температур, увлажнение, а затем высушивание бетонов; влияние пресных и минеральных вод.

Существует четыре вида коррозии бетона: растворение составных частей цементного камня; коррозия бетона при взаимодействии цементного камня с кислотами, которые содержатся в воде; коррозия бетона вследствие образования и кристаллизации в порах труднорастворимых веществ; коррозия арматуры в бетоне (для железобетонных конструкций).

Растворение составных частей цементного камня. Этот вид является наиболее распространенным видом коррозии бетона. Все бетонные изделия эксплуатируются в открытой воздушной среде, следовательно, они постоянно подвержены влиянию атмосферных осадков, а так же других жидких веществ. Структура бетона нарушается при вымывании одной из составных частей бетона – гидроксида кальция, или гашеной извести (Ca(OH)₂). Этот элемент является самым легкорастворимым в составе бетона, поэтому с течением времени он растворяется и вымывается, вызывая разрушение целостности бетонной конструкции. [1]

Коррозия бетона при взаимодействии цементного камня с кислотами. В данном случае коррозия сопровождается увеличением объема бетона, либо же вымывание легкорастворимых известковых соединений, образующимися в бетоне.Увеличение объема сопровождается реакцией:

Ca(OH)₂ + CO₂ = CaCO₃ + H₂O

Карбонат кальция (CaCO₃) не растворяется в воде. С течением времени происходит его отложение в порах цементного камня, благодаря чему идет увеличение объема бетона и, как следствие, его дальнейшее растрескивание и разрушение.

Однако, карбонат кальция способен к дальнейшему взаимодействию с содержащимся в воде углекислым газом с образованием растворимой кислой соли, вызывая углекислотную коррозию бетона:

CaCO₃ + H₂O + СО₂ → Са(НСО₃)₂ .

Коррозия бетона вследствие образования и кристаллизации в порах труднорастворимых веществ. Разрушение бетона возможно не только в вышеперечисленных случаях, но и при наличии микроорганизмов, что способствуют протеканию так называемой биокоррозии. Различные бактерии, грибки и даже водоросли способны проникать в структуру бетонного камня и там успешно развиваться. В дальнейшем откладываются продукты жизнедеятельности этих микроорганизмов, что способствует разрушению структуры бетона. [2]

Сульфатная коррозия – один из наиболее распространенных видов химического разрушения строительных материалов на основе цементов. При контакте с бетоном сульфаты активно взаимодействуют с гидроксидом кальция и алюминатными составляющими цементного камня. В результате реакции сульфатов с гидроксидом кальция образуется гипс, накопление и увеличение которого в пространстве пор бетона привод к его разрушению.

При высокой концентрации сульфатов в жидкой фазе в растворе появляется избыточная концентрация анионов SO₄^-2, которые реагируют с катионами кальция:

Ca²⁺ + SO₄^-2 → CaSO₄ ∙ 2H₂O

Образовавшийся гипс насыщается водой и при кристаллизации увеличивается в объеме, что приводит к разрушению цементного камня. [3]

Коррозия арматурного каркаса в бетоне (для железобетонных конструкций). В современном строительстве используют не только бетонные конструкции, но и так называемые железобетонные конструкции. Железобетон – залитый бетоном металлический каркас для увеличения надежности и стойкости сооружения. В данном случае возможно протекание еще одного вида коррозии – окисление силового металлического каркаса в бетоне. Окисление каркаса может быть вызвано большим содержанием агрессивных веществ (солей) в воде, которую используют в совокупности с бетоном для создания железобетонной конструкции.

Огромную роль в возведении железобетонной конструкции играет плотность бетона. Если в данной конструкции имеется большое количество различных по объему пустот, то это способствует развитию коррозии арматурного каркаса, т.к. некоторое количество влаги и воздуха будет попадать в эти полости железобетонного изделия. В результате на разных участках металлической конструкции будет возникать скачек потенциалов, приводящий к электрохимической коррозии. [4]

Способы борьбы с коррозией бетона. Чтобы защитить бетон от коррозии и продлить срок его службы, необходимо использовать несколько видов защиты, так как один вид не поможет предотвратить коррозию. Чтобы защитить бетон от вредоносного влияния окружающей среды, необходимо провести специальные профилактические мероприятия уже на стадии проектирования конструкции. К этим мероприятиям относятся герметизация, нейтрализация агрессивных сред и веществ, а так же обеспечение максимальной вентиляции при использовании бетона в помещениях. Так же не маловажную роль в предотвращении коррозии бетона играет грамотное конструирование, которое исключит скопление в углублениях воды и других различных органических веществ, которые могут отрицательно сказаться на качестве бетонного сооружения.

Защиту бетона от коррозии можно разделить на два вида: первичная защита и вторичная защита.

Первичная защита. Первичная защита предусматривает ввод в состав бетона различных специальных добавок в процессе его приготовления. Данный метод позволяет изменить состав смеси, что в будущем поможет уберечь здание или сооружение от разрушений. Этот способ является самым эффективным из всех. Добавками могут быть как различные гидроизоляционные, стабилизирующие, пластифицирующие, противоморозные, уплотняющие, а так же биоцидные добавки. Выбор добавки зависит от условий эксплуатации здания или сооружения.

Различные химические добавки помогают снизить уровень агрессивных веществ в порах бетона. При их использовании замкнутость пор бетона увеличивается, что предотвращает его разрушение. Так же данные добавки помогают повысить морозостойкость бетонной и железобетонной конструкций.

В качестве добавок используют: пластификаторы на основе мылонафта, различные кремнийорганические жидкости, сульфитно-дрожжевую бражку.

Вторичная защита. Она включает в себя нанесение защитного покрытия, пропитке и использование других мер, которые помогут удержать и ограничить воздействие агрессивных сред на различные бетонные и железобетонные конструкции. Существует несколько методов вторичной защиты бетона от коррозии: лакокрасочные покрытия и мастики; оклеечная изоляция; обработка бетона гидрофобизирующими веществами; уплотняющие пропитки: обработка химическими препаратами (биоциды, антисептики и др.)

Вторичная защита используется в тех случаях, когда первичная не справляется. Как правило, вторичная защита требует периодическое возобновление.

Самым популярным способом защиты является покрытие лакокрасочными и акриловыми материалами. Он защищает от воздействия твердых и газообразных сред, а так же от различных микроорганизмов.

Вторым способом является пропитка бетона различными уплотняющими составами. Они помогают защитить бетон во всех агрессивных средах. Пропитки заполняют наружный слой бетона, придавая ему хорошие гидрофобные свойства и снижают водопоглощение.

Третий способ – покрытые биоцидными покрытиями. Этим способом пользуются при уже зараженном бетона, т.к. биоцидные добавки это химически активные вещества, которые помогают уничтожить бактерии, находящиеся в порах бетона. [5]

Заключение. Коррозия бетона - одна из важнейших проблем современного строительства. Она значительно уменьшает срок эксплуатации сооружений, что может вызвать разрушение конструкции и привести к летальным последствиям. Чтобы избежать коррозии бетона, необходимо уже на стадии проектирования продумывать меры противокоррозионной защиты бетонных и железобетонных конструкций.

Список литературы:

С.В. Федосов, В.Е. Румянцева, Н.С. Касьяненко, Ю.В. Манохина, Н.М. Виталова. Математическое моделирование процессов коррозийной деструкции цементных бетонов, протекающих по механизму второго вида, при малых значениях числа Фурье // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2014. № 5. С. 21-25.

Г.И. Овчаренко, Н.Г. Бровкина, В.Г. Быков, М.П. Изосимов. Роль солей в состав гидроизоляции проникающего действия для бетонов // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2010. № 8. С. 28-34.

В.Е. Румянцева, И.Н. Гоглев, М.Е. Шестеркин, И.В. Чернова, И.В. Воробьев. Особенности процесса сульфатной коррозии бетона в агрессивных средах. Информационная среда вуза. 2017. №1. С.69-73.

В.Е. Румянцева, В.С. Коновалова, Н.М. Виталова. Ингибирование коррозии железобетонных конструкций // Строительство и реконструкция. 2014. №4. С.65-71.

А.А. Зайцев, А.В. Максимовских, С.В. Калошина. Вторичная защита бетона от коррозии. Современные технологии в строительстве. Теория и практика. 2016. №1. С.266-272. [5]

Код для цитирования: Скопировать