Методы защиты строительных материалов от коррозии.

Защитное действие бетона по отношению к арматуре

1.Электрохимическое твердение стали в бетоне (условие возникновения и нарушения пассивности).

Бетон, как капиллярно-пористое тело, ограждает арматуру от внешений среды, но не изолирует ее полностью, т.е. бетон является проницаемым для влаги и кислорода, т.е. основных компонентов влияющих на ее коррозию. При этом под коррозией арматуры или стали пониматеся постепенное физико-химическое разрушение металла под действием окружающей среды. Защитное действие бетона по отношению к арматуре определенное способностью цементного камня пассивировать сталь.

Возможная коррозия арматуры в бетоне чаще всего происходит по электрохимическому механизму для действия которого необходимо следующее услови:

Наличие разности потенциалов на определенных участках арматуры, т.е. электро-химическая неоднородность металлов.

Наличие электролитической связи между неоднородными участками.

Активное состояние поверхности арматуры на анодных участках, где происходит реакция растворения металла: .

Наличие достаточного количества деполяризатора (кислорода) необходимого для ассимиляции на катодных участках свободных или избыточных электронов: .

Первое условие всегда выполняется, второе тоже, четвертое выполняется в той или иной степени.

Защитное действие бетона по отношению к арматуре связано с тем, что не выполняется третье условие. Цементный камень имеет высокую кислотность, т.е. насыщенность оксидами кальция, практическое отсутствие коррозии арматуры в бетоне объясняется пассивностью стали в щелочной среде. Эта пасивность связана с торможением анодного переноса, т.е. процесса растворения металла. Это связано с тем, что в этих условиях на поверхности арматуры образуется плотный беспористый слой продуктов реакции, т.е. оксидов железа.

=0,58-0,058 рН

Защитное действие бетона определяется величиной рН-среды. (концентрация оксида кальция в цементном камне бетона) – при свободном доступе кислорода рН порядка 11,5 – при ограниченом доступе кислорода. Для того, чтобы не было коррозии арматуры надо чтобы .

На этом же принципе основано использование добавок пассиваторов коррозии арматуры. Для таких целей используют сильные окислители. В качестве добавок пассиваторов ипользуют хроматы, нитриты и др.

2.Кинетика коррозии стали в бетоне и контролирующие ее факторы.

Мерой скорости коррозии является количество электичества между катодными и анодными участками (в виде электронов в металли и ионов в электролите). Скорость коррозии арматуры зависит от установившихся значений потециалов анода и катода омического сопротивления . Величины определяются влажностью бетона.

1. Влажность 80 – 100 %, скорость определяется анодно0катодным ограничением.

2. Влажность 66 – 80 % скорость определяется ограничением анодного процесса.

3. Влажность 35 – 66 % скорость определяется анодно-омическим торможением.

В бетоне с добавкой сталь арматуры активна и анодно-омическое торможение наблюдается лишь в сухом бетоне с лажностью 4 – 35 %. В обычном плотном бетоне на портландцементе отсутствие коррозионных поражений связано с полным анодным ограничением, т.к. сталь в щелочной среде пассивируется. В карбонизированном бетонеи в бетоне с добавкой роль амического сопротивления в скорости коррозии растет с уменьшением влажности бетона. Катодное аграничение коррозии арматуры реализуется лишь при полной насыщенности бетона водой.

Наиболее надежная защита бетона от коррозии может быть достигнута при созаднии условий длительного сохранения щелочности среды и уменьшении проницаемости бетона для хлоридов.

3.Влияние вяжущих и добавок в электролите на защитные действия бетона.

Для того, чтобы знать об условиях пассивности стали в бетоне необходимо знать степень щелочности среды созанной при твердении вяжущего, а также концентрацию ионов активаторов и пассиваторов стали с учетом возможного их связывания в нерастворимое соединение.

Реакционная емкость бетона – концентрация основных оксидов в цементом камне, способных поддерживать нужный уровень щелочности с учетом постепенного их связывания с кислыми агрессивными агентами.

В обычных цементах в результате гидролиза и гидратации клинкерной части цемента обеспечивает насыщение жидкой фазы бетона гидроксидом кальция. ШПЦ И ППЦ содержащие активные добавки, эти добавки спосбствуют увеличению связывания гидроксида кальция (снижают щелочность). Снижение щелочности способствует применению тепловой обработки.

Снижение щелочности среды в легких бетонах способствует взаимодействию мелких фаркций керамзита с гидроксидом кальция. Невысокими защитными свойствами обадают бетоны изготовленные на малоклинкерных или безклинкерных вяжущих веществах (глиноземистые цементы). Обычные клинкерные вещества способствуют защите от коррозии.

Ионы электролитов нарушают пассивное состояние стали в щелочной среде. Это основано на том, что ионы, которые концентрируются на поверхности арматуры вытесняют кислород с поверхности, который необходим для образования оксидной пленки. Набольшую активирующую способность имеет ион хлорида. Ионы хлорида, ионы сернокислые и азотнокислые образуют с металлом хорошо растворимые соединения. При этом коррозия может возникать при концентрации 2 % от объема бетона.

Нитриты натрия способствуют повышению защитных свойств бетона являются пассиваторами коррозии арматуры.

ННК – нитрит нитрата кальция;

ННХК – нитрит нитрата хлорида кальция.

4.Влияние трещин в бетоне защитного слоя на возникновение и развитие коррозии арматуры.

Трещины способстуют уменьшению защитного слоя. Процесс коррозии в этом случае связан с локальным нарушением пассивности арматуры. В этой зоне возникают трещины.

5.Условия возникновения и предотвращения электрической коррозии.

Многочисленные опыты эксплуатации железобетонных конструкций показали, что если они находятся в поле блуждающих токов, то в анодных зона, т.е. в местах стекания токов с арматуры она подвергается коррозионному разрушению которое сопровожадется отслоением защитного слоя бетона. Наибольшше интенсивно разрушения такого рода наблюдаются в цехах электролиза, на электрифицированном транспорте и в конструкциях в которых постоянный ток перетекает с арматуры через бетон в землю.

Для этого вдиа коррозии важное значение имеет определение безопасной величины плотности тока в арматуре и потенциала арматуры в бетоне. Установлено, что значительное увеличение плотности тока в арматуре бетона при действии блужадющего тока в арматуре бетона, при потенциале положеительнее + 600 мВ.

При 640 мВ происходит разряд гидроксильной группы:

В этом случае плотность тока с +600 мВ увеличивается до +900 мВ. при этом значении потенциала увеличивается скорость растворения железа.

Нарушение пассивного состояния арматуры в бетоне при значении потенциала свыше + 900 мВ связано с понижением рН поровой жидкости бетона у повернхности арматуры.

При взаимодействии этих ионов с гидроселикатами и гидроалюминатами кальция:

Ионы натрия и калия при взаимодействии с гидросиликатом и гидроалюминатом кальция образуют водорастворимые соединения, в результате чего снижается сцепляемость между арматурой и защитным слоем бетона.

Основной мерой защиты является катодная защита железобетонных конструкций. Она используется в двух вариантах:

- смещение потенциала арматуры до значений, не превышающих 0,8 В, т.е. обеспечение устойчивой пассивации арматуры. Если до момента включения катодной защиты пассивное состояние арматуры нарушено, то таким смещением потенциалов процесс остановить невозможно.

- для того, чтобы подавить действие макро-коррозионных изменений необходимо сместить потенциалы арматуры в катодную обалсть до значения – 0,79 В.

6.Об условиях длительного сохранения пассивирующего действия бетона.

Пассивирующее действие бетона на стальную арматуру является основной защитой металла от коррозии в железобетонных конструкциях. в зависимости от ответа о длительности защиты зависит конкурентноспособность железобетонных конструкций по сравнению другими конструкциями (деревянные, стальные). Пассивирующее действие бетона по отношении к арматруе определяется его плотностью и толщиной защитного слоя. В процессе эксплуатации железобетонных конструкций в особенности при действии дагрессивных факторов возможно разрушение конструкций. В основном это связано с: процессом выщелачивания при фильтрации воды, т.е. снижение рН среды; нейтралицацией.

За счет процесса карбонизации, который характеризуется глубиной карбонизации х, см:

где: - коэффициент (эффективный) диффузии углекислого газа в

бетоне, ;

– концентрация углекислого газа в воздухе;

– реакционная емкость бетона;

- время, с.

Особенности проектирования конструкций зданий и

сооружений при наличии агрессивной среды.

С целью снижения воздействия агрессивных сред на конструкции необходимо предусматривать специальное решение генплан, объемно-планировочные и конструкционные решения в зависимости от вида воздействия окружающей среды. При выборе технологического оборудования необходимо предусматирвать возможно полную герметизацию, уплотнение стыков в оборудовании трубопроводов, а так же приточно-вытяжную вентиляцию в зонах с агрессивной средой для удаления их из зоны конструкции. при проектировании антикоррозионной защиты строительных конструкций должны учитываться гидрогеологические и климатические условия площадки строительства, степень агрессивности среды и свойства применяемых материалов и тип строительных конструкций.

При проектировнии планировочных решений промышленных зданий и промышленных площадок необходимо отказываться от совместного расположения цехов с сильно агрессивными средами с цехами, где слабая или неагрессивная среда. В этих случаях появляется возможность применения типовых решений конструкций, стойких к действию агрессивных сред.

Дальнейшим шагом повышения эффективности к действию в коррозионных средах является разработка количественных методов первичной защиты и расчетных методов вторичной защиты. При проектировании конструкций должны предусматриваться также поверхности стен и потолков, а также сечения элементов конструкций, кторые исключали бы возможность скопления агрессивных газов, жидкости и пыли у их поверхности. Элементы конструкций проектируются с учетом возможности периодического возобновления антикоррозоинной защиты. Если этого невозможно сделать, то конструкции по стойкости должны проектироваться на весь срок службы.

Первичная защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии

Первичная защита заключается в том, что защитные меры принимаются в процессе выбора материалов бетона, проектировании состава бетона и технологии изготовления конструкций. При выборе вяжущего используют ПЦ, ШПЩ, и сульфатостойкие цементы (ПЦ, ШПЦ, ППЦ).

Содержание трехкальциевого силиката не более 6 %, трехкальциевого алюмината не более 7 %, суммарное содержание трехкальциевого алюмината и четырехкальциевого алюмоферрита менее 22 %.

Выбор вида цемента зависит от среды. В качетсве мелкого заполнителя для цемента используют чистый кварцевый песок, в котором содержание примесей не должно быть больше 1 %. Модуль крупности песка .

В качестве крупного заполнителя используют щебень из изверженных невыветрившихся пород с содержанием отмучиваемых примесей менее 0,5 %.

Если конструкция работает в слабоагрессивной среде можно использовать щебень от осадочных плотных пород с плотностью более . Водопоглощение менее 12 % в пористых заполнителях.

При проектировании конструкций, работающих в агрессивной среде следует предусматривать в зависимости от степени агрессивности среды бетоно нормальной, повышенной плотности и особоплотный (Н, П, О) и характеризуется следующими показателями:

- марка по водонепроницаемости W:

Н – W = 4; П – W = 6; О – W = 8

- водопоглощение в % по массе:

Н – 4,7 % - 5,7 %; П – 4,2 % - 4,7 %; О – до 4,2 %

При подборе состава бетона водоцементное отношение принимаем Н ‑ В/Ц = 0,6; П – В/Ц = 0,55; .

При изготовлении преднапряженных железобетонный конструкций должна использоваться напряженная арматура на упоры.

В рабочих чертежах по железобетонным конструкциям должен указываться вид вяжущего, заполнителей, а так же используемые добавки повышающие прочность бетона.