Коррозия бетона в речной, морской и грунтовой водах

Воздействие агрессивных факторов водных сред на бетоны вызывает процессы преобразования его структуры, которые могут быть конструктивными или деструктивными. В цементном камне при воздействии пресной воды уменьшается количество Ca(OH)₂. Так зафиксирован гидролиз высокоосновных гидросиликатов типа С₃АН₆ и С₄АН₁₃ и переход их в С₂АН₈.

Морская вода, в отличие от обычной осадковой или речной, содержит растворенную смесь солей с концентрацией примерно 200 г/л, в том числе: кальция сульфата 2,0–2,5 %; магниевых солей 14–17%, натрия хлорида 68–70 %. Кроме указанных солей, морская вода содержит бромиды, соли калия, йод и другие элементы, примеси органических ферментов, органические кислоты, продукты разложения в результате воздействия гнилостных бактерий, белки и жиры. В морской воде происходит накапливание в порах цементного камня гипса, проявляются признаки образования гидросиликатов магния.

Известно, что при воздействии больших концентраций NaCI на цементный камень растворимость извести повышается, возрастает концентрация ОН^–, т. е. щелочность среды в бетоне. Ионы Na⁺ взаимодействуют с гидроалюминатами кальция, переводя их в растворимые алюминаты натрия.

Водонасыщение бетона, как правило, приводит к некоторому снижению его прочности (размягчению), которое зависит от структурных особенностей поверхностного слоя и структуры самого материала. При размягчении бетона уменьшается несущая способность конструкций при всех видах нагрузки, снижается кавитационная и абразивная стойкость.

Водная среда, кроме размягчения, проникая в тело бетона, вызывает процессы коррозии, которые согласно СНиП II-28–73 бывают трех видов:

1) выщелачивание растворимых компонентов бетона (коррозия первого вида);

2) образование растворимых соединений или продуктов, не обладающих вяжущими свойствами, в результате обменных реакций между компонентами цементного камня и жидкой агрессивной средой (коррозия второго вида);

3) образование и накопление в бетоне малорастворимых солей, характеризующихся увеличением объема при переходе в твердую фазу (коррозия третьего вида).

Оценку коррозионной стойкости производят по методике, которая состоит в установлении и сопоставлении величин пределов прочности при изгибе образцов, помещенных в агрессивный раствор и питьевую воду. За критерий оценки принят коэффициент коррозионной стойкости КС, величина которого должна быть больше 0,8.

В дополнение к стандартным методам оценки коррозионной стойкости в настоящее время широко используют комплексные неразрушающие методы: физико-химические, петрографический, рентгенофазовый, термографический, гравиметрический и др.

Процесс щелочной коррозии может идти интенсивно только в воздушно-влажных условиях или в условиях переменной влажности. В конструкциях, эксплуатируемых в сухих или подводных условиях, данный вид коррозии не представляет опасности. Для предотвращения возникновения в бетоне щелочной коррозии в цемент, содержащий щелочи, вводят активные минеральные добавки.

Коррозия стальной арматуры в бетонах на шлакощелочном вяжущем идет медленнее, чем в бетонах на портландцементе, и особенно, шлакопортландцементе. Это объясняется наличием высокой щелочной среды.

Продуктами гидратации шлакощелочного вяжущего являются тоберморит, гидрогранат, кальцит, низкоосновные гидросиликаты кальция, т. е. новообразования, которые наиболее стойки в указанных агрессивных средах.

В камне шлакощелочного вяжущего в агрессивных средах происходит углубление процессов гидратации шлакового стекла, при этом наибольшая степень гидратации наблюдается в бетонах, находящихся в солевых растворах. Это свидетельствует о прохождении конструктивных процессов структурообразования.

При использовании заполнителей, содержащих реакционноспособные минералы, горные породы (опал, халцедон, кремнистые сланцы, опоку, вулканические туфы и стекло и др.), может происходить разрушение бетона, выражающееся в увеличении его объема и образовании трещин с белым налетом.

Для предотвращения этого вида коррозии в бетонную смесь вводят воздухововлекающие и газообразующие добавки. Образующиеся в бетоне пузырьки воздуха служат резервуарами-компенсаторами для увеличивающихся в объеме новообразований.

Другим примером взаимодействия заполнителей с компонентами вяжущего является реакционность отвердителей – кислот в полимербетонах с заполнителями из карбонатных пород. В результате этого нарушается контактный слой, падает прочность материала заполнителей и ухудшаются свойства бетонов.

Осмос – фактор агрессивного воздействия на бетон, который может привести к усиленной коррозии бетона. Осмос особенно опасен при переменном увлажнении и высушивании бетонов.

Кристаллизация солей в порах и капиллярах наблюдается в бетонах и железобетонных конструкциях, частично погруженных в минерализованную воду и имеющих открытую для испарения воды поверхность. Разрушение бетона в этом случае происходит в результате перехода накопившихся в порах солей из безводной или маловодной формы в кристаллогидраты с высоким содержанием воды.

Коррозионное разрушение стальной арматуры в бетоне постоянно находится в центре внимания специалистов. Нормами и инструкциями большинства стран предусматривается наличие защитного бетонного слоя толщиной 20–30 мм. Однако на практике толщина защитного слоя бетона не всегда выдерживается.