Коррозия строительных конгломератов в эксплуатационных условиях

Выше были рассмотрены многие изделий и разновидности материалов, приобретаемые на базе неорганических вяжущих веществ. Громаднейшее использование в строительных работах находят цементный железобетон и бетон. конструкции и Изделия из них, находясь в эксплуатационных условиях, по большей части следуют трем этапам долговечности — упрочнению, деструкции и стабилизации (см. 4.2). Деструкция значительно чаще носит темперамент коррозии, поскольку соответствующие процессы ее в значительной степени протекают под влиянием химических реакций и физико-химических воздействий.

цементный камень и Бетоны, как его матричная часть, в эксплуатационных условиях подвержены коррозионному воздействию разных сред, в особенности минерализованной воды в морских сооружениях (молы, причалы, эстакады со свайным основанием и бетонным верхним строением, портовые конструкции и др.), минеральной кислоты при эксплуатации резервуаров, других сооружений и башен химической промышленности. На бетон оказывают коррозионное действие органические кислоты и биосфера, в особенности при работе сооружений в торфяных грунтах, на фирмах пищевой индустрии. Негативное влияние смогут оказывать на структуру и состав цементного камня в бетонах щелочная среда, питьевая вода, особенно водные растворы электролитов. В индустриальных районах коррозионное влияние на цементные конструкции оказывают газы, к примеру сернистые, сероводород, хлористый водород, аэрозоли солей, к примеру морской воды и др. Агрессивное действие оказывают кроме этого жёсткие, по большей части высокодисперсные вещества, талантливые образовывать во мокрых условиях прослойки из подлинных и коллоидных растворов. Не считая химических реакций при взаимодействии со средой вероятны физические сорбционные процессы с поглощением из среды поверхностно-активных веществ (ПАВ), к примеру серосодержащих полярных смол из нефтепродуктов, с физическим нарушением сплошности контактов в структуре и ускорением развития недостатков.

Сущность коррозионного действия разных агрессивных факторов выражается или в растворении структурных компонентов последующего процесса и цементного камня вымывания растворов силой напора либо под влиянием диффузии, или в образовании новых химических соединений в цементном камне, талантливых растворяться в жидкой омывающей среде, к примеру в воде, либо образовывать узкие суспензии и выноситься под влиянием диффузии либо фильтрации, или в кристаллизации либо набухании новообразований с явлениями последующего механического напряжения в цементного камня и микротрещинообразования. Отметим, к примеру, что самый распространенным видом разрушения бетонных свай в морских причалах есть постепенное появление продольных трещин и шелушение поверхности.

При прогнозировании долговечности в большинстве случаев исходят из данных определения параметров процесса коррозии, экспериментально получаемых в условиях, тождественных либо родных к эксплуатационным. Среди параметров коррозии бетона: скорость продвижения в глубь агрессивного фронта; глубина поражения коррозией бетона; толщина слоя бетона, утратившего прочность на сжатие либо растяжение (что возможно выяснено посредством формулы); коэффициент агрессивности либо критерий коррозионного повреждения, высказываемый по допустимому понижению прочности; изменение концентрации одного из компонентов, к примеру кальциевых солей, появляющихся как продукт сотрудничества минералов кислот и цементного камня — внешней агрессивной среды, и другие вероятные параметры опыта.

Процессы железобетона и коррозии бетона подробно изучались в научно-исследовательских университетах (к примеру, работы В.М. Москвина в НИИЖБе и др.).

При действии на бетон пресной безнапорной воды происходит ее диффузия в тело цементного камня и бетона. Объемная и поверхностная диффузия воды сопровождается растворением кристаллического гидроксида кальция при некоей утрата прочности цементного камня.

Вместе с тем вода помогает интенсификации дополнительной гидратации цемента, ранее не вступившего в реакцию с водой затворения в бетоне. В случае если питьевая вода была твёрдой (с высоким содержанием бикарбоната кальция), то появляется упрочнение структуры в связи с кристаллизацией в порах средней соли углекислого кальция (карбоната): Са(ОН)2 + Са(НСО3)2 = 2СаСО3 + 2H2О. Эффект упрочнения в первоначальный период эксплуатации конструкции может оказаться действеннее понижения прочности от растворения кристаллического гидроксида кальция. Разумеется, что первый период (первый временной элемент долговечности) окажется с тем громадным эффектом упрочнения, чем больше в теле бетона осталось негидратированного цемента. Первый период сменяется относительной стабилизацией свойств и структуры цементного камня, потому, что процесс диффузии деструкции и воды тормозится уплотнившейся структурой цементного камня, в особенности в случае если в смесь были введены активные кремнеземистые добавки. Таким образом, не смотря на то, что коррозия очевидно выражена (растворение гидроксида кальция), но она завуалирована (может регрессировать до равновесного минимума).

В случае если питьевая вода действует на цементное сооружение, например .плотину, перемычку и т. п., под напором, то протекает не столько диффузионный, сколько фильтрационный процесс. По окончании растворения части кристаллического гидроксида кальция равновесие не устанавливается, как при безнапорного действия воды. Процесс вымывания раствора Са(ОН)а (выщелачивание) активизируется по количества увеличения пор и меря размера по окончании выщелачивания, и при понижении жесткости напорной воды. Тут необходимо отметить, кстати, что наиболее известь в бетоне растворяет дистиллированная вода. В целом при действии напорной воды стабилизации структуры и этапы упрочнения малы, но их возможно пара расширить введением активных кремнеземистых добавок с образованием в теле бетона и цементного камня водонерастворимых гидросиликатов кальция (СаО•SiO2•Н2О). Этому же в некоей степени содействует повышение плотности структуры за счет оптимизации состава бетона и используемого цемента. Так, в этом случае коррозия не только очевидно выражена, но она и прогрессирует, удаляя из бетона кристаллы Са(ОН)2.

При действии на бетон минерализованной воды, к примеру морской, вероятны различные виды коррозии, в то время, когда анион SO42- взаимодействует с катионом кальция Са2+, образуя в присутствии воды CaSO4•2Н2О, т. е. кристаллический двуводный гипс, слабо растворимый в воде, но благодаря роста кристаллов создающий в порах трещины и механическое напряжение. В случае если в воде мало анионов SO42-, то вероятно ожидать другую реакцию 3СаО•Al2О3•6Н2О + 3(CaSO4•2Н2О) + 19Н2О = 3СаО•Al2О3•3CaSO4•31Н2О. Новое кристаллическое вещество именуется эттрингитом и отличается в 3 раза громадным количеством, чем кристаллы исходного гидроалюмината кальция (3СаО•Al2О3•6Н2О), что ведет к еще более интенсивному росту напряжений в цементного камня и микротре-щинообразованию. Кристаллы эттрингита образуются в цементном камне и при проникновении в капилляры и поры раствора сернокислого натрия, либо мирабилита (Na2SO4•10Н2О). Дабы уменьшить сульфатную коррозию бетона, применяют цементы с пониженным содержанием в нем 3СаО•Al2О3, додают активные кремнеземистые вещества.

Растворы солей соляной кислоты, так же как и серной, или косвенно (к примеру, NaCl содействует растворению на данный момент(ОН)2), или конкретно содействуют коррозии бетона. Так, например, хлористый магний приводит от реакции и взаимодействия с известью к образованию легко растворимого и вымываемого хлористого тончайшей суспензии и кальция гидроксила магния: MgCl2 + Са(ОН)2 = СаCl2 + Mg(OH)2. В следствии кристаллический и прочный Са(ОН)2 разрушается в теле бетона. Деструкции помогают атмосферные условия — циклическое увлажнение и высыхание, оттаивание и замораживание бетона, и напряженное состояние конструкций.

Несравненно громадную опасность, чем минерализованная вода, на бетон оказывают кислоты. Фактически все кислоты приводят к коррозии цементного камня, потому, что в нем содержится много кристаллического Са(ОН)2. Так, к примеру, серная кислота приводит в конечном итоге к «гипсовой» коррозии, поскольку H2SO4 + Са(ОН)2 = CaSO4•2Н2О. Азотная кислота, растворяясь в воде, диссоциирует на ионы Н+ и NO3- и исходя из этого взаимодействует с основаниями, солями и основными окислами подобно другим кислотам: 2HNO3 + СаО = Са(NO3)2 + Н2О; 2HNO3 + Са(ОН)2 = Ca(NO3)2 + 2H2О; 2HNO3 + СаСО3 = Ca(NO3)2 + СО2 + Н2О. Образующаяся кальциевая селитра растворима в воде, и таким образом неспешно происходит выщелачивание извести с утратой прочности и плотности цементного камня. Разрушают кристаллический Са(ОН)2, именуемый довольно часто как портландит в цементном камне, все неорганические кислоты, среди них и угольная; последняя — через стадию растворимого бикарбоната кальция.

Но среди минеральных кислот имеются и исключения, например кремниевая либо кремнефтористо-водородная. кислоты. Соли кремниевой кислоты, именуемые силикатами (к примеру, CaSiO2), нерастворимы в воде, за исключением солей натрия и калия (Na2SiO3, K2SiO3), каковые, но, фактически не появляются в теле цементного камня. Чаще под влиянием растворения кремниевой кислоты смогут появляться студни и коллоиды (гели), особенно в присутствии гидрокремнезема, к примеру опала, талантливые или набухать и создавать страшные внутренние давления, или высыхать и увеличивать прочность за счет дополнительного результата склеивания частиц. Из органических кислот опасности не представляет щавелевая кислота, поскольку ее кальциевые соли нерастворимы в воде и уплотняют поры. «Ядом» для цементного камня и цемента являются сахар и другие более сложные углеводы, т. е. органические вещества, молекулы которых содержат альдегидную (R•СНО) либо кетонную (R2•СО) гидроксильные группы и группу. С ними протекают реакции с образованием или труднорастворимых комплексных веществ типа Сa3(С6H5O7)4Н2О и др., или легкорастворимые в воде сахарат и глюказат кальция, алюминия либо железа. Они вымываются из тела бетона, оставляя поры и каверны вместо прочного кристаллического Са(ОН)2. Органическая коррозия, появляющаяся под влиянием растительных масел, фруктовых и овощных соков, животных жиров или других органических веществ биогенного и небиогенного происхождения (например, при производстве синтетических каучуков), причиняет чувствительный вред цементным и бетонным конструкциям. Любой раз в следствии соответствующих реакций образуются легко растворимые соли кальция, понижается водородный показатель (рН) жидкой фазы, что само по себе уже содействует разложению гидратированных минералов цементного камня, нарушению неспециализированного равновесия в теле бетона.

Щелочи менее агрессивны, чем кислоты и минерализованные воды, но и они содействуют деструкции цементного камня вследствие их кристаллизации с образованием кристаллизационного давления в порах.

Из газовых агрессивных сред особенного внимания заслуживает газообразный сероводород. Цементный бетон в данной газовой среде подвержен коррозии с повышением в составе солей серной кислоты, возникновением реактивной серной кислоты.

Не появляется коррозии бетона в среде минеральных масел и других нефтепродуктов, если они не содержат полярных групп в молекулах либо не попадают с водой затворения.

Процесс коррозии прослеживается не только прямыми, но и косвенными способами, к примеру по повышению проницаемости среды за счет интенсификации диффузии, фильтрации, по трансформации механических показателей цементного камня либо бетона, в особенности прочности, ползучести, понижению морозоустойчивости и т. п. Анализ кинетики коррозионного процесса говорит о том, что интенсивность сотрудничества структурных элементов цементного камня с химически активными (агрессивными) компонентами окружающей среды зависит от размеров его внешней и внутренней (особенно поровой) поверхности, структуры порового пространства. На протяжении диффузии активных ионов они относятся к главным поглотителям с соответствующим химическим перерождением микроструктуры цементного камня. Зная предельно допустимое количество агрессивного компонента, при котором химическое перерождение достигает критического уровня для целостности структуры, и скорость диффузии агрессивного компонента (не смотря на то, что и изменяющуюся во времени), возможно с известным приближением выяснить долговечность цементного камня (и бетона) в строительной конструкции, подверженной влиянию внешней агрессии.

Коррозии подвержены не только плотные, но и пористые, а также ячеистые, бетоны, приобретаемые посредством автоклавного твердения. Одним из агрессивных факторов, каковые воздействуют на газобетон в ограждающих конструкциях, есть углекислый газ в воздухе. Под влиянием его адсорбции гидросиликатный кристаллический каркас в стенках ячеек газобетона значительно изменяется, потому, что образуется карбонат кальция и выделяется гель кремнекислоты. Содержание кристаллической части значительно уменьшается по количеству, количество химически связанной воды в гидратах снижается, прочность падает, деформации становятся в большей мере необратимыми, неспешно переходя в деформации ползучести, модуль упругости кроме этого значительно уменьшается. В следствии газобетон, в особенности в промышленных строениях, где концентрация углекислоты значительно больше, чем в простой воздухе, претерпевает деструкцию, тем более в случае если под влиянием механических нагрузок он находится в напряженном состоянии.

В легких бетонах с содержанием органических заполнителей (типа арболитов) действуют внутренние факторы, каковые вместе с внешними смогут приводить к большой деструкции, в случае если в технологический период не были предусмотрены нужные меры по стабилизации структуры. Уровень качества древесных заполнителей в основном оценивают по содержанию в них вредных для цемента экстрактивных веществ, гемицеллюлозы и крахмала, часто именуемых «цементными ядами», потому, что они способны переводить часть прочной кристаллической фазы цементного камня в водорастворимые кальциевые сахараты.

Необычной, спонтанно развивающейся коррозии подвержены бетоны на базе глиноземистого цемента. Данный быстротвердеющий цемент незаменим при постройке конструкций ограниченной временных сооружений и долговечности, и при химической защите, но, основное, при получении огнеупорных бетонов. Но он способен снижать прочность бетона в связи с превращением одних новообразований (минералов) цементного камня в другие, что очень ограничивает возможность его применения в капитальном постройке. Механизм понижения прочности происходит под влиянием конверсии (трансформации) условий, в которых находится бетон. При простых температурах в нем длительно сохраняются метастабильные монокальциевый гидроалюминат САН10 и двухкальциевый гидроалюминат C2AH8 в виде кристаллов гексагональной формы. Но когда температура внешней среды повысится (к примеру, от 20 до 40°С), метастабильные соединения переходят в стабильные в виде кубических кристаллов трехкальциевого гидроалюмината С3АH6, а также в гель глинозема АН3 (гиббсит). Весьма медленный процесс для того чтобы перехода вероятен и при простых температурах. И в том и другом случае возрастает пористость бетона и цементного камня, поскольку плотность метастабильных образований находится в пределах 1,75—1,95 г/см3, в то время как плотность кубического гидроалюмината и геля равна соответственно 2,53 и 2,40 г/см3. Пористость снижает прочность бетона. С увеличением водоцементного отношения быстро растут скорость конверсии соединений, пористость и снижается прочность бетона.

Повысить стойкость бетонов к процессам коррозии и затормозить деструктивные процессы в бетоне и цементном камне возможно рядом технологических мероприятий. самые существенными мерами являются: ограничение содержания С3S (к примеру, до 50%), дабы уменьшить содержание в цементном камне Са(ОН)2; введение аморфных кремнеземистых добавок в цемент для химического связывания гидроксида кальция; увеличение плотности с помощью ПАВ; применение по возможности твёрдых цементных смесей и придание бетону оптимальной структуры; понижение концентрации в бетоне недостатков усадочного характера (к примеру, посредством микронаполнителей); использование гидрофобизаторов в смесях и др.

При действии на бетон кислотосодержащих сред его защищают слоями из кислотоупорного цемента (оштукатуривание, торкретирование и др.).

Особые сульфатостойкие портландцементы очень необходимы при приготовлении бетонов, трудящихся в условиях воздействия растворов солей серной кислоты и растворимых в воде оснований (может&быть;чей). В предэксплуатационный период приносят пользу пропитка поверхностного слоя бетонов растворами уплотняющих веществ, к примеру флюатов, мономерами и полимерами, и оклеивание изоляцией. Во время эксплуатации конструкций окажутся эффективными периодическая обработка поверхности посредством пескоструйных аппаратов, придание конструкциям и изделиям форм, исключающих скопление агрессивной среды; устранение щелей, других полостей и пазух; их надежная герметизация. Комплекс для того чтобы рода мероприятий помогает повышению долговечности бетона в конструкциях.

Глава 10

Коррозия металла.Ржавление дома.

Похожие статьи:

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector