Виды коррозии бетона по Москвину Б.Н. и В.В. Кинду.
Коррозия бетона разделяется на 3 вида по Москвину Б.Н.
К коррозии I вида относятся процессы протекающие в бетоне под действием водной среды с малой временной жесткостью при этом некоторые составляющие цементного камня растворяются и выносятся из бетона при фильтрации.
К коррозии II вида относятся процессы развивающиеся в бетоне под действием вод, содержащих химические вещества, вступающие во взаимодействие с цементным камнем бетона. При этом образуются либо легкорастворимые соединения, либо непрочные аморфные массы (
).
К коррозии III вида относятся процессы вызываемые обменными реакциями, составляющими цементного камня дающих продукты, которые кристаллизуются в порах бетона, разрушая его впоследствии.
По В.В. Кинду
Процессы коррозии бетона подразделяются на следующие виды:
1.Коррозия выщелачивания.
2.Кислотная коррозия, при которой рН<7.
3.Углекислотная коррозия, которая возникает при наличии в воде углекислоты выше оптимального значения.
4.Сульфатная коррозия, которая разделяется на 3 подгруппы:
сульфоалюминатная коррозия, которая возникает при содержании ионов 
– 1000 мг/л.
сульфоалюминатногипсовая коррозия, которая возникает при содержании ионов 
мг/л.
гипсовая коррозия, при действии вод большого содержания 
или 
.
1.Магнезиальная коррозия:
собственно магнезиальная, которая вызывается отсутствием в воде ионов 
.
сульфатномагнезиальная коррозия при совместном действии катионов Mg и ионов .
Коррозия выщелачивания (1-го вида)
Происходит при действии сточных мягких вод (грунтовых, речных). Содержание 
через 1 – 3 месяца после твердения бетона достигает 10 – 15 % в пересчете на свободный оксид СаО. Растворимость 
составляет 1,3 мг/л. При содержании свободного гидроксида кальция менее 1,1 г/л начинаю разлагаться гидроксиды кальция. При дальнейшем снижении концентрации до 1,08 г/л начинает разлагаться гидроалюминат кальция (
). При дальнейшем снижении начинают разлагаться и др. новообразования и в последнюю очередь разлагаются низкоосновные гидросиликаты кальция примерно СSН (В) 
– табермарин.
|
|
При вымывании 15 – 30 % из бетона прочность снижается на 40 – 50 %.
Выщелачивающие действия воды зависят от наличия в ней бикарбонатов кальция 
или 
происходит взаимодействие с цементного камня и образуется малорастворимые 
. Способствует повышению плотности и коррозионной устойчивости.
Для первичной защиты бетона от коррозии выщелачивания следует использовать цементы содержащие в своем составе активные минеральные добавки, которые связывают в нерастворимые соединения.
Если в водном растворе присутствует NaCl и , то они способствуют растворимости 
, т.е. повышают процессы коррозии.
Коррозия 2-го вида.
Классифицируется на 2 разновидности:
1)кислотная
2)углекислая
Кислотная коррозия
Эта коррозия связана с воздействием на бетон различных минеральных кислот (соляная, серная, уксусная и т.д.) с воздействием кислых солей (
, 
, FeCl и др.) которые гидролизуясь образуют сильные кислоты. Степень воздействия кислот определяет величина водородного показателя рН и в зависимости от вида кислоты может протекать довольно интенсивно.
Продукты гидратации цемента относятся к щелочной среде, с величиной рН, равной 12,5 поэтому при воздействии любой кислоты на цемент образуется кальциевая соль и аморфные бессвязанные массы (
, 
, 
).
|
|
– гидросиликат кальция.
Углекислая коррозия.
Эта коррозия развивается под действием воды содержащей 
(углекислоту) на цементный камень. На начальной стадии воздействия воды содержащей углекислоту происходит взаимодействие:
Если концентрация 
в воде превышает т.н. равновесное состояние, то начинается взаимодействие 
с углекислотой:
Ca(OH)2+H2CO3ÛCa(HCO3)2
В результате этой реакции образуется бикарбонат кальция, легко растворимый в воде.
Коррозия третьего вида.
Этот вид коррозии связан с образованием в порах бетона малорастворимых соединений, кристаллизующихся с увеличением объема и связан с воздействием на бетон сточных вод содержащих сульфаты и соли магния. Это вид можно классифицировать на следующие виды.
1) сульфоалюминатная;
2) гипсовая;
3) чисто магнезиальная;
4) сульфатномагнезиальная.
Коррозия бетона при действии щелочей цемента на кремнезем заполнителя. Агрессивное действие веществ на бетон.
Сульфоалюминатная коррозия
Возникает при действии на бетон вод, содержащих более 300 мг/л ионов 
, ионов хлора менее 1000 мг/л. Является следствием взаимодействия гипса с высокоосновными алюминатами кальция содержащихся в цементном камне. В результате чего возникает следующая реакция:
= (эттрингит)=
= 
(гидросульфоалюминат кальция ГСАК)
Образование эттрингита в бетоне сопровождается увеличением объема в 4,76 раза. С увеличением объема возникают сильные напряжения в цементном камне приводящие к разрушению его структуры, деформациям и снижению прочности. При этом следует отметить, что эттрингит образуется только при наличии четырех- или трехкальциевого алюмината устойчивых при концентрациях 
в водном растворе не ниже 1,08 – 0,4 г/л. Если в агрессивном растворе содержится сульфат натрия, то в начальный период происходит взаимодействие:
|
|
Гипсовая коррозия
Связана с образованием в порах бетона двуводного гипса.
Магнезиальная коррозия
Возникает при действии на бетон растворимых солей магния кроме 
. В этом случае в результате взаимодействия:
возникает разложение гидросиликатов и гидроалюминатов кальция в результате снижения концентрации гидроксидов. Эта реакция возможна при большой концентрации 
1,5 – 2 %. Если концентрация 
меньше 500 мг/л вода считается неагрессивной.
Сульфатномагнезиальная коррозия
Возникает при наличии в воде 
. Происходит взаимодействие:
Сильная коррозия развивается при концентрации от 0,5 – 0,75 %. Более агрессивной считается воздействие воды с наличием сульфата аммония 
.
Процессы разрушения бетона при коррозии
Процессы разрушения при коррозии I и II вида происходит постепенно с поверхности в глубину материала. Интенсивность разрушения бетона зависит от механизма переноса агрессивной среды и их взаимодействия с компонентами бетона. В процессе коррозии бетона имеет месть различные механизмы переноса агрессивных веществ к поверхности коррозии.
В ненапорных подземных канализациях и подводных конструкциях, а также в водонасыщенных несущих конструкциях преобладает диффузионный перенос агрессивных веществ.
При одностороннем напоре или при наличии температурного или влажностного градиента или капиллярного подсоса имеет фильтрационный механизм переноса агрессивных веществ.
Скорость коррозии бетона быстро развивается в первоначальный период и постепенно затухает во времени. Это связано с тем, что на поверхности конструкции накапливаются продукты коррозии которые препятствуют доступу агрессивных веществ.
I первоначальный период – скорость коррозии бетона будет определяться в основном скоростью взаимодействия агрессивных веществ с компонентами бетона. Далее, по мере накопления продуктов скорость коррозии будет зависеть от диффузии.
I период диффузионно-кинетический.
С увеличением величины глубины поражения бетона и величины слоя продуктов коррозии решающее влияние будет оказывать диффузия агрессивных веществ.
II период – период внутренней диффузии. Характеризуется прямолинейным значением глубины разрушения бетона
, где t – время.
Толщина слоя продуктов коррозии зависит от условия эксплуатации конструкции и способности продуктов коррозии увеличиваться в порах бетона или на его поверхности.
При взаимодействии агрессивного вещества с компонентами бетона происходит послойное разрушение бетона с образованием следующих зон.
I зона коррозии, где происходит взаимодействие компонентов бетона и агрессивного вещества;
II зона вторичных химических реакций;
III зона полностью разрушенного бетона.
Расчетную глубину разрушения бетона определяют по следующей зависимости:
где: 
– количество прореагировавшего цементного камня в
пересчете на СаО отнесенной к единице реагирующей поверхности, 
;
Ц – расход цемента в бетоне 
;
– количество СаО в цементном камне по результатами
химического анализа, %.
В действительности при работе конструкции, нельзя допускать значительных разрушений бетона. Если глубина разрушения бетона через 50 лет эксплуатации превышает 1,3 см, следует применять специальные методы защиты.
При коррозии 3 вида процесс разрушения бетона определяется количество нерастворимых продуктов коррозии в порах бетона.