beton korozjaБетонные сооружения можно разделить на две основные группы: для первой - срок эксплуатации не ограничен и определяется сотнями лет, а для второй - срок эксплуатации ограничен и может быть установлен с точностью 10...20 лет. К первой группе относятся сооружения, которые корректируют, подправляют природные ландшафты, то есть морские берегозащитные объекты, сооружения, защищающие от лавин и оползней, некоторые категории мостов, для которых можно прогнозировать стабильность нагрузки во времени, большинство

наземных сооружений, не предусматривают никаких реконструкций, плотины, ирригационные и уникальные сооружения специального назначения (телевизионные башни, мемориальные комплексы). Ко второй группе относят промышленные сооружения, срок эксплуатации которых определяется сроком коренных преобразований в технике и науке, жилые и монументальные (общественные) дома, требования к которым определяются уровнем цивилизации и благосостоянием общества.

Предоставление конструкциям устойчивости к воздействию внешней среды - это сложная экологически техническая проблема, которая возникла в результате проникновения человека со своими сооружениями в среду.

Рассмотрение проблемы повышения долговечности должно осуществляться в двух аспектах: изучение характеристик окружающей среды и определения доминирующих факторов, действие которых опасно; изучение механизма и кинетики коррозионных процессов с целью разработки на этой основе способов повышения долговечности искусственного камня.

Есть разные трактовки и определения термина "долговечность" для строительных материалов, конструкций и сооружений. "Долговечность" для строительных материалов и конструкций может быть определена как способность сохранять эксплуатационную пригодность в течение определенного проектом сроком службы.

Для оценки долговечности необходимо ввести единицы измерения и тогда она может определяться как "мера" сопротивления материала износу и физико-химическим изменениям в конкретных условиях использования. Такая трактовка позволяет обосновать методы испытания долговечности, приняв в качестве критерия устойчивость к воздействиям, характерных для условий эксплуатации данного материала или конструкции. Например, может иметь место:

• эрозия (стирание и износ поверхности), характерная для дорожных, аэродромных покрытий, морских берегозащитных сооружений;
• замораживания и оттаивания как результат изменения температуры и влажности;
• влияние газовоздушной среды (изменение температуры, влажности, действие углекислого газа);
• выщелачивания (коррозия I вида), то есть растворения и выноса компонентов цементного камня;
• химическое воздействие веществ, растворенных в воде или контактирующих с бетоном (коррозия II и III видов), действие солей, неорганических и органических кислот;
• внутренняя коррозия (взаимодействие щелочей цемента и реакционноспособного заполнителя).

Взаимодействие этих факторов и определяет срок службы бетонных конструкций в конкретных условиях эксплуатации.

Наиболее уязвимым объектом коррозии бетонных сооружений является цементный камень.

Заполнители также могут провоцировать развитие коррозии бетона в результате взаимодействия с цементным камнем. Обязательным условием осуществления химических реакций является наличие жидкой фазы или водного раствора, заполняющего поры бетона.

Основным компонентом раствора (жидкой фазы) является гидроксид кальция и соединения щелочных металлов (натрия и калия), которые в значительной степени определяют особенности протекания процессов внутренней коррозии бетона.

Наиболее распространенной и опасной является взаимодействие между соединениями щелочных металлов и кремнеземом некоторых видов заполнителей (опал, халцедон, тридимит, кристобалит, некоторые вулканические стекловидные породы и сланцы).

Внутренняя коррозия бетона проявляется в виде трещин и слоев гелеобразных веществ, образующихся в месте контакта заполнителя с цементным камнем. Процессы внутренней коррозии развиваются медленно в течение месяцев или лет.

Также возможна реакция между жидкой фазой и заполнителем в виде доломитизированный известняков, которая называется "роздоломичування". Вследствие химической коррозии

CaCO3 * MgCO3 + 2NaOH = CaCO3 + Mg(OH)2 + Na2CO3

Происходит расширение твердой фазы и ослабление структуры цементного камня. Причиной внутренней коррозии может быть также содержание в заполнителях примесей, которые отнесены к категории "вредных", в виде соединений серы - сульфатов и сульфидов.

Второй класс процессов внутренней коррозии определяется нестабильностью новообразований, возникающих в процессе гидратации, и процессами фазовых превращений гидратированных соединений цементного камня, например в камне на основе глиноземистого цемента. Эти процессы обусловлены переходом нестабильных форм гидроалюминаты кальция C2Aaq в стабильную C3AH6 при соответствующих температурных условиях.

К этому виду коррозии также относят процессы перекристаллизации, связанные с укрупнением кристаллов вследствие известной тенденции к уменьшению поверхностной энергии тонкодисперсных материалов в соответствии с законами термодинамики.

Внутренняя коррозия может быть обусловлена ​​химическими добавками, особенно противоморозными добавками, используют в большом количестве и которые содержат, как правило, растворимые соли щелочных металлов.

Рассмотрим наиболее распространенный вид внутренней коррозии, развитие которой обусловлено реакциями между соединениями щелочных металлов и аморфных кремнеземом заполнителей.

Заполнители такого типа могут быть получены из метаморфических и изверженных горных пород, содержащих аморфные и стекловидные разновидности кремнезема: опал, халцедон, тридимит, кристалобалит, причем первые два свойственны осадочным и метаморфических породах, вторые - извержений. В последних кремнезем может быть и в виде стекла. С этими видами кремнезема гидраты оксидов щелочных металлов вступают в химическую реакцию с образованием гелеобразные фазы. В результате этой реакции кремнезем переходит в растворенное состояние, и это является началом процесса коррозии заполнителя, а соответственно, и коррозии бетона, развитие которой обусловлено явлениями физического характера.

Скорость роста деформаций расширения и их максимальное значение зависит от величины соотношения R2O(цем)/SiO2(заповлн), где R2O(цем) - содержание щелочей в цементе (в пересчете на Na2O), SiO2(заполн) - количество реакционноспособного кремнезема в заполнители.

Больше всего расширение бетона зафиксировано при использовании в качестве заполнителя опалу при соотношении оксидов R2O (цем) / SiO2 (Заполн) в пределах 0,05 ... 0,5. Следует отметить, что способность бетона к расширению связана со степенью дисперсности реакцийноздтнои породы: при использовании в качестве заполнителя относительно крупных фракций породы расширения возрастает, но при введении породы, степень дисперсности которой равна или превышает степень дисперсности цемента, расширение начинает уменьшаться.

До недавнего времени случаи внутренней коррозии встречались довольно редко, но сейчас, вследствие ухудшения качества сырья, интенсивного изъятия щелочей при обжиге цементного клинкера, а также введение на цементных заводах более качественной системы задержания пыли, количество щелочей в цементе увеличилась. Опасность возникновения внутренней коррозии бетона повышается при использовании цементов с содержанием оксида Na2O 1...2%.

Учитывая указанное, возникает вопрос о возможности введения в бетон добавок, которые способны были бы предотвращать развитие реакции "луга - кремнезем". Исходя из представлений о механизме коррозии, такими добавками могут быть вещества, связывающие Ca(OH)2, и уменьшают возможность проявления эффекта полупроницаемости пленок, образующихся, например, шлаки и пуццоланы различного вида, в том числе тонкодисперсный кремнезем (silica fume ).

Известны еще и другие методы предотвращения развития коррозии, например, в случае, когда процесс развития коррозии уже начался: это может быть обработка поверхности бетона растворами Ba(OH)2, LiCl, Na2O * mSiO2 * nH2O.

Таким образом, долговечность строительных материалов определяется как объективными факторами (условия эксплуатации, климатической зоной, особенностями конструктивных решений), так и субъективными, связанные с характером микро-, мезо- и макроструктуры искусственного камня. Например, формирование прочности цементного бетона определяется свойствами микро- и макроструктуры (на 40%); адгезионной взаимодействием растворной составляющей с крупным заполнителем (на 40%) и механическим сцеплением цементного камня с неровностями поверхности заполнителя (20%). Специальные свойства бетона, в том числе повышенная коррозионная стойкость, обусловливается не только составом и характером микроструктуры (50%), но и видом макроструктуры, в том числе видом крупного заполнителя и возможностью его взаимодействия с элементами микроструктуры (50%).

Анализ вышеприведенной информации свидетельствует о том, что изучение и установление взаимосвязи "состав - структура - технология - свойства" и является тем ключом, который открывает возможности создания долговечных строительных материалов с нужными характеристиками.