ЗАСОБИ АНТИКОРОЗІЙНОГО ЗАХИСТУ

ФІЗИЧНА І ФІЗИКО-ХІМІЧНА КОРОЗІЯ БЕТОНУ.

Найбільший інтерес, з погляду впливу зовнішніх факторів, викликає бетон, його різновиди і залізобетон, які є найбільш дешевими і найбільш широко застосованими в сучасному будівництві. Бетон цікавий ще й тим, що йому можна надавати самі різноманітні властивості, змінюючи в широких межах міцність, густину, теплопровідність, виготовляти з нього збірні конструкції і монолітні споруди, різні за формою і призначенням. Тому розгляд корозії бетону й залізобетону є досить актуальним.

В Україні за рік випускається 25-30 млн. м² бетону і залізобетону, а втрати від корозії складають 4 % від величини національного доходу, 15 % від кошторисної вартості йдуть на заходи захисту від корозії, що приблизно складає 1 млн. доларів.

До факторів, які призводять до фізичної корозії бетону, відносять нагрівання і охолодження, поперемінне насичення водою, заморожування і відтавання, циклічне насичення розчинами солей при наявності поверхні випару. Вищезгадані фактори призводять до розвитку внутрішніх напружень і деструктивних процесів у бетоні за рахунок температурних об'ємних змін компонентів, фазових перетворень води, кристалізації солей і т.п.

· Температурні деформації бетону

Температурні деформації неминучі в масивних гідротехнічних конструкціях (через внутрішню екзотермію). Вільні температурні деформації характеризуються коефіцієнтом лінійного розширення бетону, що залежить від складу і віку бетону, виду заповнювача і вологісного режиму. У разі порушення вологісної рівноваги між бетоном і середовищем через нерівномірне протікання дифузії вологи в об’ємі бетону, в ньому можуть виникати усадочні деформації (при висушуванні) або набрякання (при насиченні водою). Загальна усадка містить в собі усадку за рахунок контракційних явищ і усадку за рахунок хімічної взаємодії компонентів бетону з навколишнім середовищем (наприклад, карбонізації). Так, загальна усадка цементного каменю, що зберігався на повітрі, складає 500-1070 нм/мм залежно від виду цементу, В/Ц та інших факторів. Портландцементи з високим ступенем помелу дають більш високу усадку, ніж звичайні цементи, що пояснюється значним вмістом гелю в цементному камені. Усадка також залежить від витрати цементу і вмісту заповнювачів у бетоні. Чим масніше бетон, тим вище його вологісна усадка. Заповнювачі ж , навпаки, знижують усадочні явища, чим вище В/Ц, тим більше усадка.

Деформації набрякання тим сильніші, чим вище витрати цементу, однак з підвищенням вмісту цементу при тому самому режимі вологості ступінь зволоження гелю знижується. Абсолютні ж значення деформації набрякання бетону набагато менші ніж деформації усадки.

· Морозне руйнування бетону

При морозному руйнуванні на бетон впливають не тільки температура і вологість, але і фазові перетворення води й осмотичні сили. Це досліджували С.В. Шестоперов, Г.І. Горчаков, Б.Г. Скрамтаєв, А.М.Підвальний, В.Б. Ратинов [1-4] та інші. Установлено, що основну роль у процесах морозного руйнування бетону відіграє характер капілярно-пористої структури матеріалів, що впливає на швидкість тепломасообміну з довкіллям. Загальну пористість поділяють на капілярну, контракційну і гелеву. Морозостійкість будівельних матеріалів, у тому числі бетону, пов'язана головним чином з капілярною пористістю, яку необхідно звести до мінімуму, а для цього треба знижувати В/Ц до 0,3-0,4. Для її зменшення на 1 % треба підвищити витрату цементу на 3,3 кг/м³. Оскільки збільшення витрати цементу призведе до росту деформативності, найбільш доцільно регулювати співвідношення В/Ц за допомогою пластифікуючих добавок. Отже, при мінімальному В/Ц та оптимальній витраті цементу це забезпечить легкоукладувальність бетонної суміші, рівномірність розподілу пор по всьому об’єму і мінімальну загальну пористість.

Щоб пояснити особливості морозного руйнування цементного каменю і бетону, необхідно враховувати колоїдно-хімічні й осмотичні явища, що супроводжуються процесами фазового переходу води у лід. Уперше на цю обставину звернув увагу О.Є. Власов. Відповідно до його теорії перехід води в лід здійснюється в дві послідовні стадії: на першій стадії – при зниженні температури у воді утворюються більш великі асоційовані комплекси, що складаються з 3-4 молекул. Через нерівномірність розподілу температури в об’ємі бетону виникають ділянки з різними концентраціями цих комплексів, унаслідок чого з'являється осмотичний тиск, що при поступовому промерзанні сприяє переміщенню води від центру до периферії. Таким чином, у гелі цементного каменю тільки від дифузії води за рахунок різниці в концентраціях асоційованих комплексів можуть виникати значні напруження.

Досвід свідчить, що великі пори в осмотичному відношенні є небезпечними, тому що об’єм усього порового електроліту в них набагато більше об’єму льоду, що утворюється. Практично безпечні і дуже дрібні пори (особливо пори гелю), оскільки вода в низ замерзає при більш низьких температурах, ніж звичайно. Найбільш небезпечні ті пори, в яких виникнення льоду з порового електроліту проходить досить швидко і разом з цим ступінь виморожування достатньо високий. При цьому різко змінюється концентрація розчинених солей і вода з гелю переходить у поровий електроліт. У результаті гель починає стискуватися. Таким чином, при замерзанні води в порах вода з гелю надходить у великі пори і гелеві перегородки між цими порами деформуються. Але для звичайних бетонів такий осмотичний тиск є небезпечним. Більш небезпечним є циклічний характер цих явищ, оскільки при розморожуванні вода рухається в протилежному напрямку і деформації періодично змінюють знак. Тобто на гелеві перегородки в зоні циклічної дії знакоперемінних температур діє не тільки термічне напруження, але і впливають знакоперемінні осмотичні сили. Вплив осмотичних явищ ні в якій мірі не зменшує ролі деформацій, викликуваних розширенням льоду при його утворенні в порах. Але це може мати істотне значення тільки при наявності в бетоні замкнутих пор заповнених водою.

Тому при проектуванні морозостійких бетонів треба застосовувати диференційований підхід. По-перше, враховувати кліматичні умови служби бетону: кількість циклів заморожування і відтавання і найбільш низьку температуру. По-друге, брати до уваги властивості компонентів бетону і здійснювати підбір оптимального складу з мінімальною капілярною пористістю. Якщо водонепроникність не відіграє вирішальної ролі, то слід створювати цементний камінь, у структурі якого тонкі (небезпечні) капілярні пори чередуються з великими порами, заповненими повітрям.

Особливо інтенсивно руйнується бетон при заморожуванні з одночасним впливом розчинів солей. Цей вид фізичної корозії найбільш типовий для морських споруд. У цьому разі порушується не тільки термічна, вологісна, але і хімічна рівновага. Наприклад, температура замерзання повареної солі складає -21 ^оС, тому перехід розчину через його кріоскопічне значення буде здійснюватися не через 0 ^оС (як для звичайної води). Якщо така сіль потрапить на поверхню бетонної конструкції, наприклад, бордюрний камінь, і процес дії утвореного розчину цієї солі буде тривалим (кілька зимових місяців), то при повному розморожуванні внаслідок потепління бетон розвалиться на складові частини.

Марка за морозостійкістю призначається за ДСТУ 4795-68 і СНіПом 2.01.01-82 з урахуванням кліматичних умов. Суворим кліматом вважається такий, коли середньомісячна температура знаходиться в межах від -10 до -20 ^оС, а помірним - від 0 до -10 ^оС. Для одержання бетонів підвищеної морозостійкості використовують чисто клінкерні цементи зі вмістом С₃А £ 8 % (без мінеральних добавок), а заповнювачі – щільні з вивержених порід. Склади бетону підбирають так, щоб вони мали значну щільність з мінімальним В/Ц, мінімальну капілярну і загальну пористість. Цього можна досягти застосуванням пластифікаторів і комплексних добавок. Для створення резервних пор рекомендується використовувати повітряновтягувальні (0,01 - 0,02 % СНВ) і гідрофобні (0,01 - 0,02 % ГКТ-94) добавки.

При заморожуванні водонасиченого з/б відбувається набрякання бетону й укорочування арматури, що викликає зниження адгезії бетону до арматури. Щоб забезпечити необхідну морозостійкість залізобетону, важливо виключити або хоча б звести до мінімуму тріщини та інші дефекти бетонних конструкцій, які можуть виникати при їх виготовленні. Для цього використовують перевірені на практиці м'які режими теплової обробки і виключають висушування виробів.

· Корозія від впливу солей

Сольова корозія бетону - це вид фізичної корозії, який виникає в результаті кристалізації солей унаслідок капілярного підсмоктування і випару мінералізованих вод в умовах експлуатації бетону при позитивних температурах. Особливо небезпечно, коли в порах бетону спочатку кристалізуються безводні солі, а потім з появою відповідних умов ці солі перетворюються в кристалогідрати. Такі перетворення, як правило, супроводжуються збільшенням об’єму твердої фази і виникненням значних внутрішніх напружень у тілі бетону. У такому випадку треба враховувати й термічні напруження, хімічні й фазові перетворення, що сприяють розвиткові осмотичних явищ, а також циклічний характер впливу розчинів солей. Так, зміна температурних режимів вдень і вночі сильно змінює розчинність солей, умови підсмоктування і їх кристалізації, причому найбільш небезпечні в осмотичному відношенні добре розчинні солі.

Для того, щоб запобігти цьому виду корозії, треба застосовувати бетони з відкритою пористістю не вище 2 % або захищати їх гідроізоляцією відповідно до СНіП 2.03.11-85.

· Механічний знос

Механічний знос теж відноситься до фізичних факторів і враховує всі види механічних впливів: удари хвиль, дію стирання завислих часток, ударні і вібраційні навантаження і т.п. Усі ці фактори необхідно враховувати при розрахунках конструкцій з бетону і з/б на міцність і довговічність.

Абразивний знос бетону і з/б проявляється внаслідок руху сипучого матеріалу по їх поверхні або ударно-стиральної дії часток матеріалу, тобто спостерігається ефект чистого стирання або ударно-стиральний ефект. Абразивний знос у більшості випадків супроводжується корозійним зносом, чому сприяє наявність у сипучому матеріалі вологи і солей. Абразивна дія спостерігається при контакті бетонної конструкції із сипучими матеріалами при навантаженні, транспортуванні, дозуванні, збереженні, збагаченні й переробці, наприклад, помелі, дробленні і т.п. До таких конструкцій відносяться бункери, лотки, лійки і т.д.

З метою захисту від ударних впливів бетонних і з/б конструкцій використовують захисні футеровки, наприклад, листи сталі, причому робиться суцільнозварне обшивання або футеровка, що використовується як опалубка при зведенні цих конструкцій. Крім цього використовується шлакове лиття, що має дуже високу корозійну стійкість. Таке лиття придатне і як покриття підлоги на підприємствах чорної металургії.

З усього різноманіття фізико-хімічних факторів, що впливають на довговічність цементного каменю, бетону і залізобетону, варто виділити осмос, контракційні явища і вилуговування. Вони можуть виступати як самостійні фактори, так і як супутні з іншими факторами.

· Вплив осмотичних явищ на руйнування бетону

Осмотичні явища спостерігаються у рівноважних колоїдних системах, де різниця хімічних потенціалів зв'язаної і вільної рідких фаз компенсується осмотичним тиском. Осмотичний тиск залежить від концентрації зовнішнього розчину (порового електроліту) і зв'язаний зі зміною електрокінетичних властивостей гідратних новоутворів, а також продуктів корозії, що мають дуже малі розміри (стадія колоїдного ступеня дисперсності). Особливість взаємодії зовнішнього порового електроліту з міцеловим розчином колоїдних часток або гелів полягає в тому, що їхні об'ємні зміни залежать не тільки від осмотичного тиску і товщини дифузійного шару самих колоїдних часток (які характеризуються електрокінетичним потенціалом), але і від доннанівського потенціалу, знак якого обумовлений знаком потенціалевизначального іону колоїдної частки або гелю.

Найбільш яскравим прикладом руйнування бетону під впливом осмотичних сил є корозія бетону в результаті реакції взаємодії лугів цементу з заповнювачами у вигляді активного кремнезему. Цей вид корозії пов'язаний з тим, що цементний камінь, а також продукти його взаємодії із заповнювачами в тонких шарах здатні виявляти властивості, характерні для напівпроникних перегородок. Якщо по одну сторону такої перегородки знаходиться розчин якої-небудь солі, а по іншу вода або розчин цієї ж солі, але меншої концентрації, то розчинник проникає в більш концентрований розчин доти, поки концентрації по обидві сторони мембрани не вирівняються. Коли ж концентрований розчин знаходиться в замкнутому осередку, оточений напівнепроникною плівкою (мембраною), усередині цього осередку виникає осмотичний тиск, що діє на її стінки.

Запобігти цьому виду корозії (за В.М. Москвіним і Г.С. Рояком [5]) можливо такими заходами:

- обмежити вміст лугів у цементі до 0,3 % (у перерахунку на Na₂O);

- по можливості використовувати тонкомелені гідравлічні добавки (в кількості не менше 15 % від маси цементу);

- регулювати пористість шляхом уведення хімічних добавок.

На довговічність бетону впливають і контракційні явища, які супроводжують гідратацію цементу, що може тривати практично протягом усього терміну його експлуатації. У результаті цих явищ у цементному камені з'являються напруження розтягування, які зосереджуються на перемичках між мікропорожнинами. Величина напруження залежать від швидкості й ступеня гідратації клінкерних мінералів та інших факторів. В окремих випадках дія такого явища призводить до розриву плівок цементного каменю, що знижує його фізико-механічні властивості.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Лекція 4	\|	СПОСОБИ АНТИКОРОЗІЙНОГО ЗАХИСТУ

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.008 сек.