Коррозия бетона и арматуры – виды и методы защиты

Коррозия бетона – процесс разрушения элементов и конструкций из данного материала под воздействием на структуру монолита разнообразных внешних негативных факторов: агрессивных сред, физико-химических процессов, внутренних изменений. Изначально термин «коррозия» использовали исключительно касательно металлов, но потом само понятие стали применять и для других материалов, изделий.

Основное значение любой коррозии – это разрушение. И данному негативному процессу подвержены почти все строительные конструкции, на которые оказывается то или иное влияние. Наиболее разрушительны внешние факторы, но часто причиной коррозии становится и прохождение различных внутренних процессов.

Коррозия бетонных конструкций предполагает распад структуры монолита с потерей прочности и плотности, что приводит к утрате эксплуатационных свойств. Бетонные элементы разрушаются посредством расслоения, рассыпания цементного камня, так как обычно наполнители демонстрируют более высокую стойкость к агрессивным влияниям.

Экономические потери, связанные со снижением прочности и долговечности, ухудшением эксплуатационных характеристик сооружений, часто очень высоки, поэтому защита бетона от коррозии – актуальный вопрос во всех сферах, где используется данный материал. Благодаря превентивным мерам, своевременному выявлению факторов коррозии и изучению особенностей протеканий процессов удается значительно сократить финансовые потери и значительно повысить надежность, продлить срок службы разных конструкций, зданий, объектов.

Виды коррозии

Коррозия бетона и железобетона – это разъедание строительных материалов под разрушающим воздействием химических, физических, биологических факторов при возникновении контактов с окружающей средой. Ввиду того, что в своем составе бетон имеет различные компоненты и цементный камень является наиболее уязвимым, он первым страдает от коррозийного процесса.

Виды вод, которые разрушают бетон: воды в трубах и траншеях, сточные, речные, грунтовые, морские. Самыми опасными считаются грунтовые воды, которые залегают возле промышленных предприятий, так как в них могут содержаться химические выбросы. Сточные воды также негативно влияют на материал из-за содержания химикатов. Воздействие газов можно включить в число опасных факторов.

Разрушения могут быть самыми разными и предполагать как воздействие на монолит извне, так и провоцировать изменение его структуры изнутри. При повышении влажности разъедание бетона ускоряется. Коррозировать может и арматура, расположенная внутри бетона, провоцируя разрушение железобетонных конструкций.

Основные категории коррозии бетона:

Вымывание из цементного камня его компонентов.
Негативное воздействие агрессивных веществ на монолит.
Сочетание всех воздействий, которые меняют сам цементный камень.

Виды коррозии бетона:

Химическая – происходит под воздействием атмосферных осадков, содержащегося в воздухе углекислого газа. Так появляется газовая коррозия, актуальная при повышенной влажности.
Радиационная – зависит от величины ионизирующего излучения, объема цементного камня. Искажение кристаллической решетки минералов провоцирует расширение наполнителя, из-за чего появляются микротрещины, макротрещины, потом материал разрушается.
Физико-химическая – ее причиной является замерзание воды, которая попадает в поры бетона жидкой, при минусе замерзает и расширяется, распирает конструкцию и провоцирует появление трещин.
Биологическая – разъедается монолит под воздействием разнообразных биологических факторов (грибок, плесень, другие микроорганизмы).

Растворение составных частей цементного камня

Это разрушение происходит вследствие растворения (вымывания) компонентов цементного камня. На бетон воздействует вода и начинает растворяться гидроксид кальция, в процессе гидролиза появляется C3S и C2S, его объем растет и через 3 месяца занимает 10-15%, растворимость составляет 1.3 г/л.

Содержание гидроксида кальция из-за вымывания уменьшается до 1.1 г/л, распадаются гидросиликаты, разлагаются гидроалюминаты и гидроферриты кальция. Эти процессы провоцируют увеличение пористости материала, что означает и потерю прочности. Под воздействием воды (и особенно под давлением) процесс такой коррозии существенно ускоряется.

Но наиболее популярным методом борьбы с выщелачиванием гидроксида кальция традиционно считается применение плотных бетонов, в состав которых добавляют специальные компоненты, способствующие связыванию Са (ОН) в гидросиликат кальция, являющийся слаборастворимым соединением.

При взаимодействии цементного камня с содержащимися в воде кислотами

Этот тип коррозии можно наблюдать при влиянии на цементный монолит разных агрессивных веществ, в процессе соприкосновения с которыми появляется два типа соединений: аморфные массы и соли. Соли эти легко растворяются и вымываются водой. Аморфные массы практически не демонстрируют связующих свойств и бетон распадается под действием кислотной коррозии.

Кислотную коррозию можно наблюдать при воздействии любой кислоты, за исключением кремне-фтористо-водородной и поликремниевой. Опасные кислоты, взаимодействуя с гидроксидом кальция, способствуют созданию легкорастворимых солей СаС12 в том числе, что постоянно увеличивают размер CaSO4-2H2O. Это выглядит так: Са(ОН)2 + 2НС1 = СаС12 + 2Н2О Са(ОН)2 + H2SO4 = CaSO4.2H2O.

Под воздействием кислот разрушаются гидросиликаты, гидроалюминаты, гидроферриты, появляются легкорастворимые соли и иные аморфные массы. Защититься от слабых кислотных сред (на уровне pH = 4-6) можно с применением специального кислотостойкого материала (монолит окрашивают, покрывают пленкой и т.д.).

При взаимодействии бетонного монолита с агрессивными средами появляются соединения большего размера в сравнении с теми, что были сформированы в бетоне изначально. Так появляется внутреннее напряжение внутри камня, который начинает трескаться под негативным воздействием. Это происходит сульфатная коррозия бетона.

Сульфатная коррозия имеет место из-за того, что в жидкой фазе цемента есть ионы кальция и гидроокисла, которые могут активно реагировать с агрессивной средой. Другие ионы обычно подавляются большим объемом извести. Катионы среды опасны, когда создают с ионами гидроокисла плохо растворимые соединения. Эти соединения провоцируют резкое понижение щелочности в бетонном монолите, растворение твердой извести, гидролиз силикатов и алюминатов (до этого проявляющих стойкость).

Сульфатные анионы создают с ионами кальция двуводный гипс, а в сочетании с высокоосновными алюминатами – гидросульфо-алюминат. Гипс и гидросульфо-алюминат имеют свойство кристаллизироваться и увеличиваться в объеме.

Когда такой процесс происходит в уже застывшем монолите, в структуре появляются большие внутренние напряжения. Бетон начинает покрываться трещинами или отслаиваться. Гидросульфоалюминат имеет свойство кристаллизоваться в виде игл, в связи с чем его называют «цементной бациллой».

Но так случается не всегда. Если гидросульфатоалюминат образуется в жидком бетоне или в растворе есть ионы хлора (они усиливают растворимость сульфоалюмината и алюминатов), напряжения могут не появляться. Так, сравнительно не опасна для бетона морская вода из-за содержания в ней большого объема сульфатов и большего объема хлорида.

Коррозия арматуры в бетоне

Железобетонные конструкции представляют собой залитый раствором каркас, выполненный из стальных прутьев или сетки. Арматура внутри бетона может ржаветь под воздействием хлора, сероводорода, сернистых газов, которые содержатся в воздухе.

В процессе реакции появляются продукты коррозии железа, которые провоцируют увеличение объема арматуры с появлением внутреннего напряжения, которое рано или поздно разрывает бетон (появляются трещины, отслоения).

К арматуре влага и воздух проходят через поры в цементном камне. Происходит это неравномерно из-за наличия на разных зонах поверхности разных потенциалов – так появляется электрохимическая коррозия, скорость прохождения которой зависит от пористости монолита, наличия трещин, влагопроницаемости. Если в воде есть растворенные вещества, коррозия арматуры проходит с увеличением концентрации электролита.

При долгом выдерживании бетона на свежем воздухе на всей поверхности монолита появляется тонкая (толщиной в 5-10 мкм) пленка, которая не растворяется в воде, не взаимодействует с сульфатами, защищает камень. Процесс формирования защитной пленки под влиянием углекислоты – это карбонизация, она защищает бетон от коррозии, но провоцирует коррозию в арматуре.

Защита арматуры в бетоне

Существует 3 вида защиты арматуры в бетонном монолите от коррозии: создание оптимальной среды вокруг металла за счет введения в бетон специального ингибитора, улучшение характеристик металла, дополнительная защита арматуры от коррозии (использование пленок, составов и т.д.). Также актуально приготовление качественного раствора с введением пластификаторов, которые уменьшают пористость монолита.

Среда, которая окружает металл – это бетон и для защиты металла от коррозии нужно работать с монолитом. В первую очередь, исключают или минимизируют в составе вещества, вызывающие коррозию – это хлориды, роданиды. Если бетон испытывает постоянное воздействие влаги/воды, его покрывают специальными пропитками – петролатумными, битумными и другими, которые понижают уровень проницаемости камня.

Иногда используется метод омического ограничения – когда влажность бетонного монолита не превышает равновесное значение при показателе относительной влажности воздуха в 60%. В таком случае коррозия арматуры тормозится из-за появления высокого омического сопротивления, которое демонстрируют пленки влаги возле поверхности арматуры. Но метод сложен и не дает эффекта в регионах с частыми осадками и повышенной влажностью.

Качественный бетон изначально должен пассивирующе влиять на арматуру. В среднем бетон полностью сохнет в течение 2-3 лет (чуть быстрее в сухом климате). За это время сильнее разрушается арматура, так как пребывает во влажной среде.

Для защиты осуществляют пассивирование поверхности арматуры и образование защитных оксидных пленок под влиянием щелочной водной среды бетона. Для этого в раствор вводят пассиваторы – примером может выступить нитрит натрия (вводят в объеме 2-3% от массы цемента).

Самым эффективным на сегодняшний день считается использование мигрирующих ингибиторов коррозии, которые можно добавлять в жидкий или твердый бетон. Ингибиторы проходят через трещины в бетоне и поры до металлической поверхности, впитываются в металл, создавая защитный мономолекулярный слой. Так тормозятся процессы коррозии, перекрывается к металлу доступ влаги и воздуха.

Ингибиторы замедляют процесс появления ржавчины в среднем в 5-13 раз. Если использовать средство до начала процесса корродирования, время до запуска окисления металла увеличивается в 2-3 раза.

Чтобы использовать ингибиторы, поверхность нужно очистить от грязи и масла, грибка и асфальта, грунтовок и других составов. Потом ингибитор наносят малярным валиком либо с применением пульверизатора. Обычно выполняют в 2 этапа с промежутком по времени (около 8 часов).

Защита бетона

Чтобы получить оптимальный результат, желательно одновременно использовать разные виды защиты бетона. На этапе создания проекта определяются опасные для бетона факторы, рассматриваются мероприятия по профилактике и защите монолита.

Профилактическая защита бетона предполагает герметизацию конструкции, исключение агрессивных сред, улучшение вентиляции в закрытых помещениях. Важно уделить внимание и правильному конструированию – все поверхности должны быть выполнены так, чтобы иметь возможность предотвратить места скопления воды, другой органики. От цементного камня должен осуществляться нормальный водоотвод (реализуют методом создания водоотводов и поверхностей с углом).

Есть два типа защиты бетона: первичная и вторичная. Первичная защита от коррозии предполагает применение разного типа минеральных добавок в бетон, повышающих его плотность. Метод эффективен, но при слишком большой концентрации добавок можно ухудшить характеристики бетона. Используются добавки для повышения разных свойств монолита – стабилизирующие, влагоудерживающие, пластифицирующие.

Благодаря химическим добавкам увеличивается плотность бетона, что не дает проникать вовнутрь структуры агрессивным средам и даже защищает арматуру. Химические добавки закрывают поры камня, повышая морозостойкость.

Наиболее популярные добавки в бетон:

противоморозные;
воздухозахватывающие;
пластификаторы;
повышающие водонепроницаемость;
антикоррозийные вещества для арматуры;
замедлители схватывания.

Часто применяют добавки комплексного воздействия, которые одновременно меняют несколько свойств. В некоторых случаях при улучшении одних характеристик вещества ухудшают другие (менее важные).

Вторичная защита бетона от коррозии предполагает использование разных покрытий, которые не позволяют воздействовать на поверхность монолита опасным средам и веществам. Чаще всего применяют лакокрасочные смеси, обеспечивают дополнительную гидроизоляцию, долго выдерживают бетон на воздухе (до карбонизации).

Специальные краски, акриловые покрытия, лаки не позволяют попадать на бетон твердым и газообразным компонентам, способным вызвать коррозию. Такие покрытия защищают камень от влаги и противодействуют такому неприятному фактору, как биологическая коррозия бетона (воздействие микроорганизмов). Применяются разные мастики, создающие защитный барьер. Наиболее эффективными считаются смеси на базе смол.

Актуальны уплотняющие пропитки, которые могут использоваться в качестве основы перед нанесением лакокрасочных покрытий. Такие составы не позволяют воздействовать на бетон газам, влаге. Биоцидные добавки защищают от бактерий, грибков, плесени. Внутри пор материала составы не позволяют развиваться бактериям.

Коррозия бетона и арматуры в конструкциях – актуальная проблема, которая значительно ухудшает эксплуатационные характеристики и сокращает срок службы. Для наиболее эффективной защиты бетонного монолита и стальных каркасов внутри лучше всего использовать несколько методов.

Коррозия арматуры в железобетонных изделиях

Автор: В.В. Иванников, А.Г. Николаев, В.М. Шварц, О.Б. Рябов, В.Н. Степанов (ОАО «НОРЭ»).

Опубликовано в журнале Химическая техника №1/2015

Железобетонные конструкции зданий и сооружений, расположенных на территориях промышленных предприятий, находятся в условиях агрессивных сред и подвержены разрушению. Ремонт этих конструкций требует значительных затрат и в дальнейшем эти затраты будут только возрастать. В связи с этим становится очевидным, что во многих случаях экономически оправдано увеличение первоначальных затрат на изготовление конструкции и ее надежную защиту, если это позволяет сократить число и стоимость ремонтов в процессе эксплуатации объектов строительства.

Коррозионное разрушение бетона колонны глубиной до 60 мм с оголением рабочей арматуры, коррозия оголенной арматуры до 70% площади поперечного сечения Разрушение колонны эстакады – полное коррозионное разрушение бетона колонны в верхней части, коррозия оголенной арматуры до 30% Вертикальные трещины по граням колонны вдоль расположения рабочей арматуры, приводящие к разрушению защитного слоя бетона, оголению и коррозии арматуры

При проведении экспертизы промышленной безопасности (особенно технологических эстакад на предприятиях химической промышленности) часто заметно сильное разрушение железобетонных конструкций (колонны, фермы, балки, траверсы) вследствие воздействия агрессивных сред (см. рисунок).

Железобетон широко известен как долговечный материал, в большинстве случаев не нуждающийся в какой-либо защите от воздействий внешней среды. Бетон, представляющий собой искусственный каменный материал, может быть изготовлен достаточно прочным и стойким против агрессивных воздействий, а стальная арматура обычно находится под надежной защитой слоя этого бетона.

Существенный недостаток железобетона – коррозия арматурной стали, которая является одним из наиболее значимых факторов, определяющих фактическое техническое состояние железобетонных конструкций, их надежность и долговечность, поэтому защита арматуры от коррозии особенно актуальна.

Именно коррозия арматуры может значительно сократить срок службы строительных конструкций. Разрушение металла, конечно, не происходит мгновенно. Для того, чтобы замедлить или предотвратить коррозию металла, нужно подумать о том, чтобы в составе бетона не было примесей, агрессивно воздействующих на металл. К сожалению, это задача практически не решаема, так как не представляется возможным проверить все природное сырье, используемое в бетоне как заполнитель (песок, щебень, гравий).

Особенно опасно проявление коррозии арматуры в конструкциях, подвергающихся значительным нагрузкам. При этом неважно, какой марки использовался бетон: при разрушении арматуры строительная конструкция приходит в негодность.

Разумеется, напрашивается вывод: продлить срок службы железобетонной конструкции можно, предусмотрев меры защиты для входящей в состав изделий арматуры от коррозии. Осуществить это не так просто, как кажется, прежде всего потому, что коррозия появляется еще во время заливки бетона в форму изделия (влажность плюс тепло) процесс коррозии не прекращается.

Коррозия арматуры вызвана, как правило, воздействием на железобетон атмосферно-химических факторов, обусловленных как агрессивными компонентами атмосферы (сульфаты, карбонаты, хлориды), так и частыми циклами мороз–оттепель.

Основой защитного действия цементных бетонов на арматурную сталь является щелочной характер влаги в капиллярно-пористом теле бетона, способствующий сохранению химически пассивного состояния поверхности стали. Таким образом, при высокой плотности бетона, надлежащей толщине защитного слоя и отсутствии его повреждений (трещины, сколы, каверны и пр.) арматура в бетоне сохраняется в химически пассивном состоянии долгие годы и десятилетия. К тому же бетон находится в постоянном взаимодействии со средой, которая может либо способствовать его упрочнению и уплотнению, либо разрушать его структуру и снижать прочность, либо уменьшать его способность защищать арматуру. Повышение прочностных характеристик бетона происходит при воздействии на него кислых газов и жидкостей, например углекислого газа, содержание которого в атмосфере промышленных предприятий превышает 0,03%, или теплого влажного воздуха, упрочняющего цементный бетон. Снижение способности бетона препятствовать коррозии арматуры может быть спровоцировано несколькими процессами, результатом которых является невозможность бетона поддерживать пассивное состояние стали вследствие понижения степени щелочности межфазной жидкости или проникания в нее ионов – стимуляторов коррозии. Как правило, это происходит при воздействии сред, содержащих хлориды.

Коррозия носит преимущественно электрохимический характер и протекает на границе металл – раствор электролита. Сталь не будет подвержена коррозии, если электролит при контакте с ее поверхностью имеет достаточно высокий рН, чтобы пассивировать поверхность стали. Когда щелочные свойства на поверхности стали опускаются ниже рН = 8, сталь станет депассивированной, может начаться коррозия. Раствор портландцемента обычно имеет рН = 12,2…12,5, и при изолировании их от воздействия внешней среды это состояние может сохраняться длительное время, поддерживая стальную поверхность в пассивном состоянии.

Одним из основных факторов, способствующих коррозии арматуры, является нейтрализация высокощелочной среды бетона за счет обменной реакции гидроксида кальция в бетоне с кислыми газами в воздухе (в основном СО2). Этот процесс называется карбонизацией бетона:

Сa(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O.

Процесс карбонизации начинается с поверхности бетонной конструкции с момента ее изготовления и движется вглубь по мере проникновения углекислого газа внутрь бетона. Скорость карбонизации зависит от многих факторов: плотности бетона, температуры и влажности окружающей среды и самой конструкции и др. Достигая арматуры, карбонизация переводит сталь в активное состояние, а поступающие в бетон кислород (окислитель) и влага (электролит) обеспечивают процесс коррозии, проходящий по электрохимическому принципу.

Вторым механизмом коррозионного разрушения арматуры является локальная депассивация арматурной стали при воздействии ионов хлора (Cl–). Ионы хлора – сильнейшие стимуляторы коррозии стали, являющиеся основной причиной возникновения точечной коррозии стержней арматуры. Ионы хлора могут также изначально находиться в бетоне при использовании загрязненных материалов при приготовлении бетонной смеси.

Хлориды оказывают коррозионное воздействие на арматуру вследствие удаления пассивного слоя оксида железа, что вызывает дальнейшее окисление.

Разрушающее действие на бетон и арматуру вызывает и хлорид кальция, вступающий в реакцию с гидратом кальция, присутствующим в бетоне. Результатом реакции является образование оксихлорида гидрата кальция. Разрушающим воздействием на бетон заключается в увеличении объема продукта реакции:

СaСl2 + Сa(OH)2 + H2O → CaO×СaСl2× ×2H2O.

Третьей главной угрозой является растрескивание бетона, происходящее в процессе эксплуатации.

Оно не обязательно является критическим для дальнейшей эксплуатации и долговечности бетона. Величина трещины – вот важный фактор для возникновения коррозии. Микротрещины или незначительные мелкие трещины не рассматриваются как повреждающие бетон, поскольку они зачастую исчезают через какоето время (засоряются). Трещины, которые были идентифицированы как представляющие максимальную опасность коррозии для арматуры, – это параллельные боковые трещины, особенно идущие вдоль рабочей арматуры. В условиях, где растрескивание бетона более допустимых пределов происходит вследствие его чрезмерной усадки, существует угроза долговечности бетона. В этом случае должен быть осуществлен ремонт трещин после полной обработки бетона материалами проникающей гидроизоляции типа «Панетрон».

Еще одним фактором, оказывающим разрушающее действие на бетон и арматуру, являются циклы мороз–оттепель. Вода является катализатором для всех агрессивных компонентов и в описанных выше химических реакций. Влага может стать причиной серьезных повреждений, проникая сквозь поры бетона.

Увеличение объема воды при переходе в лед (на

9%), различие в коэффициентах линейного расширения продуктов гидратации цемента, клинкерных зерен и зерен мелкого и крупного заполнителя создают предпосылки для появления внутренних напряжений в бетоне при замораживании и оттаивании. Возникающее давление приводит к образованию трещин и разрушению бетона.

В своих рекомендациях по ремонту и восстановлению железобетонных конструкций мы особенно отмечаем коррозионное разрушение арматуры в железобетонных конструкциях вследствие того, что оно может привести к полному разрушению конструкции.

В настоящее время существует ряд способов защитить арматуру в бетоне при ремонте железобетонных конструкций:

Коррозия бетона и арматуры – виды и методы защиты

Для предотвращения коррозии элементов зданий и сооружений применяют различные способы их защиты, основными из которых в условиях строительства являются: окраска (нанесение лакокрасочного покрытия), металлизация, гуммирование и гидрофобизация.

Антикоррозионные покрытия устраивают путем окраски битумными, химически стойкими лакокрасочными составами, эмульсиями резиновых смесей или пластмасс; оклейки листовыми и рулонными материалами; шпатлевки или штукатурки кислотоупорными замазками и растворами; облицовки (футеровки) плитками, кирпичом, блоками на химическистойком вяжущем; напыления пластических масс.

Окраску различными защитными составами применяют в основном для защиты от коррозии металлических конструкций. В качестве защитных покрытий используют битумные жидкие растворы, краски, лаки, эмали на основе полиуретановых, эпоксидных, силикатных смол и др.

Защитное покрытие обычно состоит из грунтовки и покрывных слоев. Грунтовку наносят несколькими тонкими слоями, причем на очищенную и сухую поверхность. При ее нанесении нельзя оставлять пропуски покрытия, подтеки и другие дефекты.

Покровный слой, состоящий в свою очередь из нескольких слоев, наносят на подготовленную грунтовку. Количество слоев указывается в проекте и принимается в зависимости от назначения покрытия, технологического процесса нанесения, свойств защищаемого материала и условий эксплуатации покрытия.

Нанесение покрытия несколькими слоями сводит к минимуму возможность проникновения агрессивной среды через возможные поры одного или даже двух слоев. При многослойном нанесении покрытия каждый последующий слой наносят после полного высыхания или отверждения предыдущего.

Процесс окраски выполняют механизированным и ручным способами. Механизированный способ целесообразно использовать при больших площадях окрашивания, в этом случае применяют пневматические или механические распылители. Когда необходима окраска элементов малого сечения (например, решеток, продольных или поперечных связей и др.), предпочтительнее ручная окраска, так как при механизированной будут большие потери лакокрасочных материалов.

Металлизацию применяют для защиты металлических и закладных деталей железобетонных конструкций от коррозии. Для нанесения металлизационных покрытий используют цинковую или алюминиевую проволоку. Металлизацию осуществляют газопламенным напылением цинкового порошка или наплавлением расплава цинковой (или алюминиевой) проволоки.

Металлизация газопламенным напылением заключается в нанесении на защищаемые детали слоя цинка толщиной 0,1 — 0,5 мм при помощи специальной передвижной установки, включающей баллон с горючим газом, компрессор для подачи воздуха, питательный бачок и распылительные горелки. Покрытие наносят не позже трех дней после окончания сварочных работ на тщательно очищенные поверхности.

Перед нанесением покрытия поверхности сварного шва и около сварочной зоны закладных пластин разогревают до 320 — 350°С при помощи газовых горелок. Вслед за этим включают подачу порошка и напыляют цинковое покрытие в один слой. Устроенное таким образом покрытие прочно сцепляется с защищаемыми элементами конструкций. В процессе нанесения покрытия сопло горелки следует держать на расстоянии 80 – 120 мм от металлизируемой поверхности, причем под углом 75 — 90° к ней. Покрытие, выполненное в построечных условиях, целесообразно дополнительно покрыть 2 — 3 слоями лакокрасочных материалов для получения комбинированного металлизационно-лакокрасочного покрытия. Такие комбинированные защитные покрытия обладают высокой стойкостью и долговечностью и их применяют для защиты стальных элементов от коррозии в агрессивных, в том числе в водных средах. Металлизацию наплавлением расплава проволоки выполняют с помощью электрометаллизатора. Покрытие наносят в 2 — 4 слоя толщиной 0,1 — 0,2 мм.

Гуммирование — это процесс нанесения на поверхность сырой резины с последующей вулканизацией. На очищенную и обезвоженную поверхность наносят тонкий слой резинового клея, на который накладывают листовую или рулонную сырую резину и подвергают температурной обработке, т.е вулканизации. При этом резина образует сплошное покрытие толщиной 2 — 4 мм. Гуммирование можно также выполнять другим способом, когда на поверхность наносят в несколько слоев раствор сырой резины в бензине. Каждый последующий слой наносят на просохший предыдущий, примерно через 40 — 60 мин. Затем покрытие вулканизируют.

Гидрофобизация — покрытие поверхности железобетонных и каменных конструкций водными растворами кремнийорганических соединений. После высыхания на обработанной поверхности образуется водонепроницаемая пленка, препятствующая проникновению воды и, следовательно, коррозии основных материалов. Данный раствор наносят кистями, валиками, краскопультами или другими средствами малой механизации. Такую обработку целесообразно периодически повторять через 3 – 5 лет.

Как предотвратить коррозию бетона и защитить материал от разрушения?

Автор: Анастасия Исакова · Опубликовано 10.09.2018 · Обновлено 19.01.2018

Бетон – это материал, без применения которого не обходится строительство жилых и нежилых объектов. По своей структуре он является очень прочным, однако даже этот строительный материал со временем приходит в негодность и разрушается. При постоянном контакте с водой, а также в результате воздействия температурных перепадов на поверхности появляются трещины и другие дефекты. Но коррозия бетона не будет столь опасной, если при изготовлении и уходе за железобетонными изделиями учитывать требования нормативной документации.

Виды коррозии и причины возникновения

Бетон, который находится на улице, постоянно подвергается негативному воздействию окружающей среды. Осадки, температурные колебания, кислоты и газы – все это вызывает определенные физические и химические реакции в структуре материала. На основании проведенных исследований были определены виды коррозии бетона, а также основные причины ее возникновения.

Биологическая

Данный вид изменения бетона и железобетона происходит в результате накапливания солей в микротрещинах и капиллярах конструкции, нерастворяющихся в воде. Постепенно образовывается твердый камень, которой провоцирует разрушение бетона. Не исключено, что в поры материала возможно проникновение бактерий, грибов и водорослей, которые продолжают размножаться и провоцировать растрескивание конструкции.

Физико-химическая

Это процесс вымывания из тела материала важных компонентов. Конструкции в основном используются на открытом участке местности, поэтому на них воздействуют внешние негативные факторы. В составе бетонной смеси находится гидроксид кальция, улетучивающийся под воздействием влажной среды или воды. Под влиянием этого воздействия нарушается структура бетона, и начинают появляться трещины, провоцирующие процессы дальнейшего его разрушения.

Химическая

Химическая коррозия бетона – это процесс вымывания извести, образованной легкорастворимыми соединениями, при непосредственном контакте с кислотной средой. Под воздействием агрессивных сред происходит образование солей и аморфных масс. Первые образовываются в процессе взаимодействия с негативными факторами, они быстро растворяются и вместе с водой вымываются. Связующие характеристики у аморфных масс совсем отсутствуют.

Химическую коррозию распознают в результате появления гидроферитов, гидроалюминатов и гидросиликатов, способствующих возникновению растворимых солей и иных веществ. Содержание углеродных диоксидов провоцирует появление коррозии бетонных конструкций углекислотного типа. Причина появления разрушения оксидной пленки, образованной карбонатом — превышение допустимых по содержанию показателей углекислоты.

Чтобы обеспечить защиту железобетонной конструкции и бетона, следует изучить причину возникновения неблагоприятных факторов воздействия и учесть это во время изготовления, монтажных работ и при уходе за бетоном.

Коррозия от разрушения арматуры

Железобетонные изделия состоят из двух компонентов — это бетонная смесь и арматура. Последняя оказывает непосредственное влияние на материал. В процессе эксплуатации происходит ржавление металла, потому что на бетон воздействуют химические элементы: хлор, сероводород и сернистые газы. В теле бетонной конструкции появляется внутреннее напряжение, что приводит к образованию трещин.

Воздушная среда и вода приникают внутрь через поры бетонного изделия. Электрохимическая коррозия происходит вследствие неравномерности воздействия негативных сред, а скорость реакций зависит от уровня проникновения влаги и размеров пор камня.

Если очень долго бетон находится на открытом воздухе, то под воздействием углекислоты будет образовываться тонкий слой оксидной пленки, который не растворяется в воде и не вступает в реакцию с солями. Название процесса — карбонизация. Она защищает от появления ржавчины бетонный камень, но становится причиной образования коррозии арматуры.

При изготовлении железобетонных изделий следует учитывать антикоррозионную обработку арматуры. Эти требования обязательны и регламентированы нормативными документами.

Способы защиты бетона

Чтобы на протяжении всей эксплуатации железобетонных изделий материал как можно меньше был поражен коррозией, следствием которой является его разрушение, то в процессе проектирования должны быть предусмотрены условия по недопущению этих явлений.

В мероприятиях по защите, как правило, предусматривают наличие герметизации, нейтрализации и вентиляции в тот период, когда бетонные изделия выполняют свою задачу.

Важно следить, чтобы в процессе конструирования форм бетонных и железобетонных изделий не было мест для сосредоточения воды, то есть должно быть естественное водоотведение сформированной поверхности. Последнее достигается образованием наклона бетонного основания при сооружении конструкции. В целом обеспечивают защиту бетона от коррозии двумя способами: первичным и вторичным.

Первичная защита

На стадии изготовления в бетонную смесь добавляют различные добавки, поэтому минералогический состав конечного материала изменяется. Эффективность этого метода подтверждена испытаниями.

Антикоррозионными добавками для бетонных смесей могут выступать пластификаторы, водоудерживающие составы, добавление химического вещества, в том числе аморфного кремнезема.

В проекте по изготовлению учитывается эксплуатационная среда изделия, к примеру, если не избежать контакта с сульфатсодержащими водами, то нужно снизить процент сернистого углеводорода в бетонной смеси. Довольно часто используется пуццоланизация, то есть в состав портландцемента добавляют гидродобавки с активным кремнеземом. При этом происходит образование гидросиликата кальция, который устойчивее к образованию коррозии, чем гидроксид кальция.

При добавлении в состав бетонной смеси химической активной добавки повышается плотность бетонного камня, а это способствует замедлению скорости воздействия агрессивных сред. В результате находящаяся внутри арматура меньше подвергается ржавлению.

Добавки позволяют уменьшить размеры и количество пор, а это обеспечивает увеличение стойкости будущей конструкции к морозам.

Добавки от коррозии

Защита бетона от коррозии должна обеспечиваться на стадии изготовления смеси и железобетонных конструкций. Химические добавки от воздействия коррозионного фактора следующие:

пластификаторы;
антиморозные;
воздухововлекающие;
уплотняющие;
ингибирующие коррозионные свойства;
газообразующие;
снижающие скорость схватывания.

Из этого списка можно выделить несколько наиболее часто используемых видов антикоррозионных смесей:

Смесь органических кислот и натриевых солей, нерастворимых в водной среде.

Повышение однородности бетона, снижение коэффициента трения между компонентами, вовлечение воздушных масс. Увеличивается морозостойкость и водонепроницаемость на 2 ступени, вследствие чего устойчивость к образованию трещин и проникновению минеральных солей увеличивается.

0,15-0,5% от основной массы цементного порошка, при превышении дозировки прочность образца при испытании на сжатие уменьшается.

Сульфитно-дрожжевая бражка или СДБ

Эта добавка производится путем переработки солей кальция из лигносульфоновых кислот.

Значительно повышается подвижность смеси бетона, обеспечивается лучшее сцепление зерен цементного порошка и проникновение воздушных масс. Выделяется водород и образовываются поры. Повышается почти в 2 раза устойчивость к морозам, а показатель прочности увеличивается от 5 до 10%. Водонепроницаемость, стойкость к воздействию солей и показатель трещиностойкости на одну марку увеличивается.

Достаточно 0,15-0,3% СДБ ввести в бетон. Выпускается в твердом или жидком виде.

Производство продукта обеспечивается путем процесса гидролиза этилгиросилоксана.

При контакте цемента и этой добавки происходит выделение водорода, поэтому образовывается множество пор, которые одновременно замкнуты между собой. На капилляры и стенки бетона активно воздействует гидрофобизирующее вещество. Процесс схватывания смеси замедляется. При этом водонепроницаемость повышается на 2 ступени, а морозостойкость в 3-4 раза.

В бетон вводят 0,03-0,08% вида данного вещества. Выпускается в жидкой форме, 100% состав или 50% раствор с водой.

Важно! Процент вносимых добавок устанавливается нормативными документами и учитывается производителем при изготовлении.

На видео: как получить качественный бетон зимой.

Вторичная защита

Это дополнительная защита бетона от внешних негативных воздействий, приводящих к коррозии материала. Иными словами, производится гидроизоляция бетонных конструкций от влаги, например, нанесением лакокрасочного покрытия, защитных составов, а также осуществляется облицовка плитами и рулонными покрытиями.

Выполнение данного вида защиты бетона от ржавчины выполняется разными материалами, в зависимости от условий его будущей эксплуатации:

Используемый материал

Эксплуатационные условия

Обеспечение защиты

Лакокрасочное акриловое покрытие

Твердые или газообразные среды

Защита от проникновения влаги, воздуха и микроорганизмов

Защита от твердых сред и влаги

Для газообразной или жидкой среды

Для грунтов с повышенным уровнем влажности и жидких сред

Способствуют снижению образования пенициллина и иных микроорганизмов

Для жидких сред, влажных грунтов со смачиванием электролитов

Опыт строительства подсказывает, что наиболее эффективной защитой от коррозии будет применение первичной и вторичной обработки.

Меры предотвращения коррозии железобетона

Защитить от образования ржавчины важно не только сам бетон, но и арматуру, находящуюся в железобетонных изделиях. Всего существует несколько методов данной защиты:

Применять только качественный материал для изготовления бетона с добавлением ингибиторов.
Обеспечить защиту арматуры оксидной пленкой.
Металл должен быть подобран с улучшенными характеристиками.

Нескольку советов по защите арматуры:

Средой, окружающей металлические стержни, будет сам бетон, поэтому основная защита должна быть именно в нем. Следует снизить уровень содержания роданидов и хлоридов, способствующих развитию процесса ржавчины.
Если необходимо периодически смачивать железобетонную конструкцию, то предварительно рекомендуется провести обработку битумными пропитками. Только так снизится процент проникновения влаги и произойдет затормаживание катодного процесса.
В бетонном составе смеси изначально должны присутствовать ингибиторы коррозии.
Коррозионное пассивирование арматуры и образование оксидных пленок под влиянием среды, создаваемой железобетоном, обеспечивает неплохую защиту от ржавчины.

Антикоррозионный состав по бетону (1 видео)

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.