Защита от коррозии арматуры в железобетонных конструкциях (стр. 2 из 4)

Как показывают опыт и исследования, последнее может быть вызвано несколькими процессами, результатом которых является потеря бетоном способности поддерживать пассивное состояние стали вследствие понижения степени щелочности межфазной жидкости или проникания в нее ионов — стимуляторов коррозии.

Первое обычно является результатом действия на бетон кислых газов и жидкостей, второе — сред, содержащих хлориды. Наиболее распространенным из кислых газов является углекислый газ, среднее содержание которого в атмосфере сельской местности составляет 0,03%. В атмосфере промышленных районов и в воздухе цехов его концентрация может быть значительно более высокой.

Углекислота активно поглощается пористым телом бетона, так как между фронтом карбонизации и поверхностью бетона создается постоянная разность парциальных давлений углекислого газа, поддерживающая его

диффузию. Скорость карбонизации зависит от плотности бетона и его влажности, а также от концентрации углекислоты.

По Пауэрсу, лишь при относительной влажности воздуха выше 45% содержание воды в бетоне достаточно для карбонизации. Эти данные подтверждаются Шиделером и Фербеком. Неоднократно установлено, что при влажности воздуха, близкой к полному насыщению, карбонизация плотных бетонов практически прекращается.

Очевидно, наиболее интенсивно процесс карбонизации идет в случае, если пленка влаги на стенках пор в бетоне достаточна, лишь для растворения в ней гидроокиси кальция и углекислоты и не закрывает пор целиком, оставляя свободным доступ последней в виде газа. Капиллярная конденсация в порах геля, способствует дополнительному уплотнению бетонов плотной структуры и препятствует их карбонизации даже при оптимальной для этого процесса относительной влажности (45—70%). Для газонепроницаемости бетонов особенно важны условия твердения. В воде получаются некарбонизирующиеся структуры, а при воздушном твердении и пропаривании — легкокарбонизирующиеся.

3. Влияние окружающей среды на процесс коррозии стали в бетоне

Влажность воздуха, играющая решающую роль в сохранении защитных свойств бетона, оказывает большое влияние и на развитие процесса коррозии арматуры в бетоне, если ее поверхность по той или иной причине перестает быть пассивной. Опыт эксплуатации железобетонных конструкций показывает, что при сухой воздушной среде в карбонизированном бетоне, как правило, коррозия арматуры не развивается. Не бывает обычно коррозии арматуры и в постоянно и полностью насыщенном водой бетоне, даже если это морская вода, содержащая хлориды.

Процесс поглощения бетоном различных веществ может быть обратимым и необратимым (в зависимости от формы их связей с составляющими цементного камня). Вода, например, имеет 4 формы связи: химическую, адсорбционную (физико-химическую), капиллярную и осмотическую. Две последние являются физическими формами связи. Вода, поглощаемая капиллярно-пористым телом бетона, может иметь в нем все 4 формы связи, причем при обычных температурах (до 100°С) химическая и физико-химическая связи необратимы. Вода связывается химически в процессе гидратации минералов клинкера, которая может длиться многие годы. Химическая связь воды в бетоне разрушается при температурах значительно выше 100°С. Адсорбционные связи воды в бетоне также весьма прочны и в пределах до 100°С не разрушаются.

Практически в сформировавшейся структуре бетона в широких пределах может меняться содержание капиллярной воды, которая в зависимости от парциального давления водяных паров в окружающей среде заполняет поры и капилляры разной величины — от мельчайших пор геля при малой относительной влажности воздуха до капилляров с радиусом 1 х 10-5 см при высокой влажности. Несвязанная вода, механически заполняющая крупные поры, трещины и пустоты, также может появиться в бетоне, если он будет находиться под гидравлическим давлением либо если в теле бетона образуется точка росы и происходит конденсация паров воды. Для капилляров с радиусом более 1 х10-5 см, которые обычно называют макрокапиллярами, давление насыщенного пара над мениском воды практически равно давлению пара над плоской поверхностью. Такие капилляры заполняются водой только при непосредственном соприкосновении с ней и отдают ее в атмосферу, насыщенную водяными парами.

При полной гидратации вода, не испаряющаяся до температуры 105°С, составляет около 25% веса цемента. Это вода, находящаяся в химической и

физико-химической связи с цементным камнем, электролитически непроводящая. Поэтому она не влияет на процессы коррозии стали в бетоне. Испаряющаяся вода заполняет капиллярные поры и поры геля. В порах геля, по Пауэрсу , может содержаться до 15% воды от веса цемента. Эта вода в

отличие от воды, заполняющей капиллярные поры, испаряется при более низкой относительной влажности. Например, при среднем расчетном диаметре пор геля вода испаряется только при относительной влажности ниже 65%. Следовательно, если бетон не соприкасается с водой, капиллярная вода может полностью испариться, но при этом останется вода в порах геля. Ее количество будет зависеть от относительной влажности воздуха и величины пор геля.

Опыты в Управлении по испытанию материалов в Мюнхене показали, что бетон при относительной влажности воздуха 65% содержит испаряющуюся воду в количестве около 15% веса цемента, или, в зависимости от содержания цемента в бетоне, 1—2% веса последнего.

Для стали в бетоне, так же как и для открытого металла, должна быть некоторая критическая влажность, ниже которой пленки влаги на ее поверхности не могут служить электрическим проводником для перемещения зарядов между анодными и катодными участками поверхности и, следовательно, наступит омическое торможение коррозионного процесса.

Практика и эксперименты показывают, что такое критическое значение относительной влажности воздуха находится в пределах 50—60%. Наиболее интенсивно развивается процесс коррозии при повышенной влажности, составляющей около 80%. При этом пленки адсорбционной влаги на поверхности арматуры и в прилегающих порах бетона обладают достаточной ионной проводимостью, и электрохимические реакции коррозии начинают протекать с диффузионным контролем катодного процесса ионизации кислорода. При насыщении бетона влагой диффузия кислорода к катодным участкам сильно замедляется. Поэтому процесс коррозии арматуры практически останавливается при влажности воздуха, близкой к 100%. Последнее справедливо лишь для плотного бетона. В недостаточно плотном бетоне многочисленные крупные сквозные поры не закрываются влагой, кислород продолжает свободно поступать к поверхности арматуры, и процесс коррозии не замедляется.

4. ЗАЩИТА АРМАТУРЫ В КОНСТРУКЦИЯХ ИЗ ЛЕГКИХ, ЯЧЕИСТЫХ И АВТОКЛАВНЫХ СИЛИКАТНЫХ БЕТОНОВ

4.1 Особенности коррозии арматуры и ее защита в легких бетонах

В настоящее время в строительстве широко применяются конструкции из бетонов на легких пористых заполнителях. Бетоны эти отличаются большим разнообразием по-виду заполнителей и вяжущих, а также по структуре, определяемой степенью заполнения плотным раствором пространства между зернами пористого заполнителя.

Опыт показывает, что состояние арматуры в легких бетонах определяется главным образом их структурой, а также пористостью заполнителя. Исследования состояния арматуры в легких бетонах на клинкерных цементах проводились неоднократно. В. М. Москвин установил, что для предохранения арматуры от коррозии в пемзобетоне расход цемента должен быть не менее 220 кг/м³, а лучше 250 кг/л³. При этом в состав бетона вводили диатомит в количестве от 20 до 40% веса цемента. В. О. Саакян при кратковременных испытаниях во влажной среде арматуры в пемзобетоне плотной структуры с расходом цемента 160 кг/м

и более наблюдал коррозию лишь в тех местах, где были раковины.

На основании проведенного в 1936 г. М. 3. Симоновым в Тбилиси обследования ряда жилых, общественных и производственных зданий из легкого железобетона было установлено, что состояние арматуры не отличается от такового в сооружениях из обычного железобетона.

Для сооружений, нодвергающихся действию атмосферных или других факторов,вызывающих коррозию металла, минимальное содержание портландцемента установлено 150 кг на 1м³ пемзо или туфобетона.

При этом сумма весов пылевидных частиц и портландцемента должна быть равна 250 кг/м³.

В. Г. Довжик и Л. А. Кайсер считают, что плотность структуры является основой защиты арматуры в конструктивно-теплоизоляционном керамзитобетоне. По их данным, в конструкциях для жилищного строительства из керамзитобетона объемным весом 800-1000 кг/м³ на керамзитовом песке при расходе цемента не менее 200 кг/м³ арматура надежно защищена от коррозии.

При недостаточно плотной структуре (плотность 0,95-0,97) или при пониженном расходе цемента (примерно 150 кг/м³) для предупреждения местной коррозии арматуры рекомендуют вводить в бетонную смесь нитрит натрия в количестве 2% веса цемента, а в случае неплотной структуры (плотность менее 0,9) и низкого расхода цемента (примерно 100 кг/м

) покрывать арматуру цементно-казеиновой обмазкой. При этом изделие должно иметь фактурные слои из плотного цементно-песчаного раствора.

Согласно нормам ФРГ , при изготовлении полых плит настилов из пемзобетона защитный слой бетона плотной структуры должен быть не менее 1 см в сухих условиях и не менее 1,5 см на открытом воздухе, а расстояние от стержней до внутренней поверхности бетона в пустотах должно быть не менее 1 см. Арматуру рекомендуется укладывать в цементное тесто (в некоторых случаях с добавкой мелкого песка или трасса): при этом арматура втапливается в предварительно уплотненный пемзобетон и затем обильно заливается цементным тестом. Для уменьшения межзерновой пустотности пемзовый щебень дробят до крупности 6—8 мм и добавляют фракцию 0—3 мм. Рекомендуется вводить песок, в количестве 10%,.но не более 20%. При выполнении этих требований в бетоне марки 80—100 пористость минимальная не опасная для арматуры. Если конструкция подвергается воздействию паров воды, то необходимо нанесение цементной штукатурки (плотный фактурный слой), а при действии паров кислот нужна дополнительная покраска поверхности конструкции.