Разрушение агрессивными средами является одной из основных причин потери бетоном эксплуатационных свойств.
Бетон, эксплуатируемый в воздушно-влажных условиях, длительное время улучшает свои технические характеристики. В то же время при его эксплуатации возможны и воздействия, приводящие к деструктивным процессам. Это рассмотренное выше действие мороза, а также воздействия агрессивных сред.
Агрессивные среды делятся на жидкие, газообразные и твердые. Основную опасность представляют жидкие среды. Их действие на бетон включает как химические реакции, так и физические процессы.
Химические процессы при коррозии
Естественно, что уязвимым для коррозии в бетоне является цементный камень. Он пронизан капиллярными порами, которые являются путями проникания в бетон агрессивных сред, а его составляющие — минералы цементного камня — при контакте с рядом веществ становятся реакционно-активными.
Два основных фактора определяют коррозионные процессы в бетоне:
- в цементном камне содержится растворимый Са(ОН)2, который может вымываться из бетона;
- цементный камень имеет щелочную природу, поэтому все его соединения реагируют с кислотами.
Влага в порах является щелочным раствором с рН = 12—13. Минералы цементного камня находятся в контакте с ним и устойчивы к щелочной среде. Но при действии на бетон кислых сред минералы вступают с ними в химические реакции.
Коррозия бетона разделяется на виды в зависимости от характера воздействующей на бетон среды или происходящих в нем процессов.
Коррозия выщелачивания. Происходит при фильтрации воды через бетон. Содержащийся в цементном камне Са(ОН)2 (в количестве 10—15%) растворяется и вымывается из бетона, оставляя после себя поры. Скорость коррозии обычно невелика, так как растворимость гидроксида кальция мала. Но при значительной скорости фильтрации воды или в тонкостенных конструкциях его вымывание может приводить к постепенному разрушению бетона.
Агрессивными являются мягкие воды, в том числе дождевая. С повышением жесткости вода становится менее опасной, так как снижается растворимость в ней гидроксида кальция. Воды с высоким содержанием ионов Са++ и Mg++ являются неагрессивными.
Внешним признаком выщелачивания является появление белых пятен и потеков на поверхности бетона (фильтрующая вода испаряется с поверхности бетона, а растворенный Са(ОН)2 кристаллизуется на ней).
Кислотная коррозия происходит при действии на бетон различных неорганических (соляной, азотной и др.) или органических (уксусной, молочной и др.) кислот.
Они реагируют со всеми составляющими цементного камня (имеющими, как отмечалось, щелочной характер). При этом образуются либо растворимые вещества, либо бессвязные массы, не обладающие вяжущими свойствами, и цементный камень разрушается. Например, при действии соляной кислоты:
Хлористый кальций хорошо растворяется. Скорость его вымывания многократно увеличивается по сравнению с Са(ОН)2 при коррозии выщелачивания, соответственно, возрастает и скорость разрушения.
Углекислая коррозия. Происходит при действии на бетон углекислоты, которая часто содержится в природных водах. Процесс протекает в две стадии:
1. Карбонизация бетона. Углекислота реагирует с гидроксидом кальция с образованием карбоната кальция.
Этот же процесс протекает в поверхностных слоях бетона и при диффузии СO2, содержащегося в воздухе, в поры бетона. Он предварительно растворяется в поровой влаге, образуя Н2СO3. Процесс карбонизации является для бетона положительным, так как СаСO3 нерастворим, более прочен и занимает больший объем, чем Са(ОН)2.
2. Деструктивная стадия. При избытке углекислоты карбонат кальция разрушается ею с образованием хорошо растворимого бикарбоната кальция.
При поверхностном взаимодействии углекислоты с бетоном процесс идет достаточно медленно. Но даже на стадии карбонизации он может нарушить защитное действие бетона по отношению к арматуре. Для самого бетона разрушительной является вторая стадия. Процесс ускоряется при высокой концентрации углекислоты, а также при фильтрации углекислых вод через бетон.
Сульфатная коррозия. Агрессивными для бетона являются не только кислоты, но и некоторые соли, и прежде всего — сульфаты. Они взаимодействуют с гидроалюминатами цементного камня.
Образующийся гидросульфоалюминат кальция имеет объем почти в 5 раз больший, чем исходный гидроалюминат. Эта же реакция протекает и на начальной стадии твердения бетона, когда гипс, добавляемый при помоле, реагируете алюминатом. «Молодой» цементный камень еще достаточно пластичен, и рост гидросульфоалюмината происходит без нарушения его структуры. Но при действии сульфатов на затвердевший бетон рост его кристаллов приводит к трешинообразованию и разрушению бетона.
Особенностью этого вида коррозии является то, что сульфаты реагируют только с гидроалюминатом. Поэтому возможна защита от нее путем уменьшения содержания этого соединения (сульфатостойкий портландцемент).
Внутренняя коррозия. Как уже отмечалось ранее, заполнители, содержащие аморфный кремнезем, могут стать причиной коррозии. В этом случае агрессивной внешней среды нет, кремнезем реагирует с щелочами, содержащимися в цементе. Продукты реакции увеличиваются в объеме, что приводит к образованию трещин и разрушению бетона.
Коррозия протекает при достаточной влажности бетона. Она усиливается при повышенном содержании щелочей в цементе. Поэтому для ее предотвращения наряду с соответствующими испытаниями заполнителей желательно применение цементов с содержанием щелочей не более 0,6%.
Биокоррозия бетона. Бактерии могут заселять поверхностные слои бетона, загрязненные органическими веществами. Они располагаются на его поверхности и в капиллярных порах. Выделяя продукты жизнедеятельности, в основном кислоты, бактерии вызывают разрушение бетона.
Существуют и другие виды коррозии, например магнезиальная, коррозия при действии органических кислот и т. д.
