Коррозия бетона и способы защиты от нее

Коррозия – (происходит от латинского "corrodo" - "грызу”) это разрушение твердых тел, вызванное химическими и электрохимическими процессами, развивающимися на поверхности тела при его взаимодействии с внешней средой.

Термин "коррозия" применим к металлам, бетону, некоторым  пластмассам и другим материалам. Коррозия бетона почти всегда начинается с цементного камня (затвердевшего цемента), стойкость которого обычно меньше, чем каменных заполнителей. Цементный камень состоит из соединений, образовавшихся в процессе его твердения. Также, в нем имеются открытые и закрытые капиллярные ходы, заполненные воздухом или водой. Таким образом, затвердевший цемент представляет собой микроскопически неоднородную систему.

Агрессивными  по отношению к цементному камню  могут быть речные, морские, грунтовые, дренажные, сточные воды, а также  находящиеся в воздухе кислые газы.

Грунтовые воды, особенно в районах промышленных предприятий, отличаются исключительным разнообразием по содержанию примесей, вредных для цементного камня. Так, на территории химических заводов грунтовые  воды загрязнены минеральными и органическими  кислотами, хлоридами, нитратами, сульфатами, солями аммония, железа, меди, цинка, никеля, а также щелочами. Грунтовые воды вблизи металлообрабатывающих предприятий  нередко содержат сульфат железа и иные продукты травильных процессов.

Сточные воды заводов  и фабрик еще в большей степени, чем грунтовые, обогащены веществами, вызывающими разрушения цементного камня. При спуске неочищенных сточных  вод в реки и другие водоемы  вода в них может стать агрессивной  по отношению к бетону гидротехнических сооружений. 
В воздухе вблизи некоторых промышленных предприятий часто могут содержаться загрязнения, например: сернистый газ, хлористый водород, оксиды азота и др. Их концентрация обычно находится в пределах санитарных норм, т.е. не вредна для здоровья человека, но часто бывает достаточной, чтобы с течением времени привести к разрушению бетона.

Коррозионные  воздействия многообразны. Насчитываются  сотни веществ, которые могут  входить в соприкосновение с  цементным камнем и отрицательно влиять на него.

Виды коррозии бетона

Выделяют 3 вида:

• разложение составляющих цементного камня водой, а так же растворение и вымывание (выщелачивание) образовавшегося при этом или ранее имевшегося гидроксида кальция;
• образование легкорастворимых солей в результате взаимодействия составляющих цементного камня с веществами, находящимися в окружающей среде, а также вымывание этих солей;
• образование в цементном камне (под влиянием проникающих в него веществ) соединений, имеющих больший объем, чем исходные продукты реакции, что приводит к внутренним напряжениям и образованию трещин в бетоне;

На практике разрушение бетона обусловлено коррозионным воздействиям не одного, а различных видов.

Коррозия бетона 1 вида

Может протекать  с разной скоростью. Например, в плотном  массивном бетоне гидросооружений  процесс коррозии бетона идет медленно и результат процессов может  сказаться через несколько десятилетий. Но, например, в тонкостенных бетонных оболочках градирен вымывание гидроксида кальция и разложение составляющих цементного камня происходит очень  быстро и уже через несколько  лет может вызвать необходимость  ремонтных работ.

Если через  бетон начинает фильтроваться вода, то разложение гидросиликатов и отчасти  гидроалюминатов кальция, содержащегося  в цементном камне, ускоряется, и  тогда из бетона выносится водой значительное количество гидроксида кальция. Бетон становится высокопористым и теряет прочность.

В соответствии с изменением растворимости гидроксида кальция меняется и скорость коррозии 1 вида.

Следует отметить, что процессы разложения составляющих цементного камня в толще бетона и вымывание гидроксида кальция  задерживаются, когда на поверхности  бетона под воздействием диоксида углерода, содержащегося в воздухе, из гидроксида кальция образуется карбонат кальция. Поэтому, например, бетонные блоки для  подводных гидротехнических сооружений, до опускания в воду выдерживают  несколько месяцев на воздухе  для карбонизации извести в поверхностном  слое.

Коррозия бетона 2 вида

К данному виду относятся процессы, которые развиваются  в бетоне при обменных реакциях цементного камня с веществами, находящимися в окружающей среде, и сопровождаются образованием легкорастворимых продуктов. Наряду с продуктами, вымываемыми водой в теле бетона могут осаждаться такие аморфные массы, не обладающие вяжущей способностью. В результате развития таких процессов бетон с течением времени может превратиться в малопрочную ноздреватую массу.

Из коррозионных процессов 2 вида особенное практическое значение имеет углекислотная и  магнезиальная коррозия.

Коррозия бетона 3 вида

Основным признаком  служит накопление в порах и капиллярах бетона соединений, которые образуются в нем с увеличением объема по сравнению с объемом исходных продуктов реакций. Наибольшее практическое значение из 3 вида коррозии бетона получила сульфатная коррозия.

Подготовка конструкций к выполнению работ по нанесению защитных и  гидроизоляционных покрытий при  строительстве и ремонте

Очистка и подготовка поверхности перед нанесением защитных и гидроизоляционных покрытий является чрезвычайно сложной, трудоемкой и  дорогой технологической операцией. При ремонте сооружений перед  нанесением покрытий очистка их должна выполняться практически всегда.

Состояние поверхности  субстрата, которым он должен обладать перед ремонтом или нанесением защитных и гидроизоляционных покрытий, не менее важно, чем состояние фундамента под зданием. Субстрат должен иметь  соответственную влажность, прочность  на сжатие, растяжение, изгиб, сдвиг, быть ровным, без выступов и впадин, однородным, без трещин, раковин, инородных включений, не должен иметь на своей поверхности  грязи, пыли, плесени, масел и т.п.

Если эти требования не будут выполнены или выполняются  не в полной мере, то добиться необходимого качества работ невозможно.

В каждом конкретном случае подготовка поверхности имеет  индивидуальный характер, но общие  принципы, как правило, сохраняются. Обычно в рекомендациях по нанесению  и укладке различных материалов фирмы-производители требуют, чтобы  поверхность бетона была чистой, без  структурных повреждений, сухой  или влажной, в зависимости от того, какой тип материала применяется. Однако эти требования к подготовке поверхности субстрата могут  изменяться в зависимости от особенностей наносимого покрытия. По своим функциональным особенностям покрытия конструкций  можно разделить на защитные, гидроизоляционные, влагоизоляционные, декоративные.

Требования, которые  предъявляются к состоянию поверхности  перед нанесением ремонтных материалов, также в значительной степени  определяются типом этих материалов, их индивидуальными особенностями  и характеристиками.

Ремонтные составы  всегда выполняют основную функцию - восстановление эксплуатационных качеств  конструкций. Они обеспечивают подготовку поверхности конструкций для  нанесения покрытий.

Наиболее сложной  является подготовка поверхности субстрата перед нанесением защитных и гидроизоляционных покрытий при устройстве гидроизоляционных мембран. Контроль качества субстрата перед нанесением на него материалов необходим.

Европейские и  американские нормы и правила  по защите гидроизоляции и ремонту  железобетона предусматривают следующие  основные требования к структуре  и качеству бетонных поверхностей при  выполнении ремонта и нанесении  покрытий:

• удаление рыхлых и легко отслаивающихся слоев;
• отсутствие трещин, проходящих параллельно поверхности, или раковин;
• удаление всех посторонних материалов, которые могут снижать адгезию;
• удаление загрязненных хлоридами слоев бетона вплоть до арматуры или до той глубины, где содержание хлоридов допустимо;
• прочность бетонной поверхности на отрыв (Бонд-тест) должна быть не менее 1,5 Н/мм2;
• качество очистки поверхности арматуры должно соответствовать требованиям SA 2,5 (шведский стандарт по очистке металла).

Обычно при  производстве гидроизоляционных работ  следует при строительстве и  ремонте руководствоваться следующими требованиями к поверхности:

Чистота поверхности означает, что на ней не должно быть посторонних веществ, снижающих прочность сцепления материалов. Чистая поверхность бетона не должна оставлять следов при протирании ее черной тряпкой.

Контроль влажности показывает необходимость в высушивании или увлажнении субстрата при нанесении органических или минеральных покрытий; определяет возможное время нанесения органических покрытий после полного удаления паров воды из конструкций. Влажность бетона при нанесении органических ремонтных составов и покрытий не должна превышать 5%. Недопустима миграция паров влаги во время укладки органических материалов. Простейший тест на влагу предусматривает укладку на подготовленную поверхность бетона листа полиэтилена (1х1м). Если под ним за время от 4 часов до суток не появится конденсат, то нанесение органических "недышащих" покрытий и ремонтных составов возможно. При нанесении минеральных составов поверхность бетона должна быть влажной, но не мокрой. Наличие свободной воды определяется разными простыми способами. Можно определить наличие воды, приложив ладонь к бетонной поверхности, если на ней не остается капель, то поверхность находится в удовлетворительном состоянии. Другим способом является прижатие к поверхности листка промокательной бумаги. Активное впитывание влаги показывает наличие в бетоне лишней воды. Определение количества влаги в бетоне является важным при использовании органических материалов и осуществляется с помощью различных типов влагомеров или отбором проб бетона и их высушиванием по стандартным методикам. Следует определять не только поверхностную, но и глубинную влажность. Необходимо учитывать, что содержание влаги в бетоне зависит от температуры и влажности воздуха.

Контроль температуры производится с целью соблюдения рекомендуемых производителями материалов, режимов укладки. Производитель приводит температуру применения материалов, руководствуясь собственной экономической безопасностью. Обычно эта температура 20°С. Для минеральных покрытий минимально допустимая температура с составляет +5°С. Однако, используя эти материалы при температуре более 0°С, удается получить высокое качество работ, если контролируется режим твердения материалов и они не замерзают. Во время работы при низких температурах от 0°С до +5°С увеличивается вероятность образования конденсата на поверхности покрытия, что может приводить к усадке и потере качества.

Щелочность бетона (рН) в зоне арматурного каркаса не должна быть менее 9. Обычно для покрытий щелочность бетона не является определяющим фактором. Материал покрытий не должен вступать в реакцию с щелочью в бетоне. При нанесении покрытий на железобетон возможно изменение условий эксплуатации; например повышение влажности конструкций. Это в свою очередь может способствовать коррозии арматуры в бетоне и разрушению его и покрытия.

Прочность поверхности определяет необходимость выполнения и объемы очистки поверхности субстрата (чаще всего бетона) от хрупких и низкопрочных слоев. Для минеральных покрытий минимальная прочность подготовленного бетона на отрыв составляет 1,5 Н/мм2, а для органических - 2 Н/мм2. Особенно следует контролировать и учитывать прочность поверхности при ремонте потолочных поверхностей.

Прочность под поверхностным слоем указывает на способность бетона сопротивляться напряжениям, быть стойким к трещинообразованию и деформациям, которые могут возникнуть в бетоне при укладке на него материалов. Многие ремонтные и гидроизоляционные материалы вызывают на контакте с бетоном напряжения от усадки до 1 Н/мм2 и при его недостаточной прочности могут привести к отделению в контактной зоне. Обычно прочность под поверхностным слоем контролируется на глубину до 6 мм.

Наличие на поверхности бетона цементного молока определяется простым способом. Если поверхность бетона поскрести лезвием ножа или бритвы и при этом образуется пыль, то такую поверхность необходимо очищать. Наличие цементного молока может снизить адгезию покрытия с бетоном и часто делает неэффективным нанесение на него гидроизоляционных или защитных материалов.

Однородность поверхности определяет как объем подготовительных работ, так и выбор ремонтного, защитного или гидроизоляционного материала. При использовании большинства материалов, кроме декоративных, ярко выраженные неровности на поверхности с размерами более 3 мм должны быть сглажены ремонтными и выравнивающими растворами или удалены. Наиболее опасными для безрулонных и рулонных органических покрытий являются ребристые выступы бетона (гребешки), которые получаются при наличии некачественной опалубки. Кроме того, выбор материалов и стоимость работ зависят от количества и формы сопряжений, конфигурации конструкций, наличия закладных, труб, кабельных вводов и т.п.

Защита от воздействия нагрузок. При производстве гидроизоляционных и ремонтных работ в условиях воздействия статических и динамических нагрузок конструкции должны быть максимально разгружены. При производстве ремонтных работ на локальных участках (раковины, сколы, отколы размером менее 0,10 м2) и невозможности снятия статических и динамических нагрузок допускается применение быстросхватывающихся ремонтных составов. Твердение состава должно происходить под физическим воздействием с помощью прижатия к его поверхности опалубки, полутерка, мастерка и т.п. Защитные и гидроизоляционные покрытия по бетону в случае воздействия на него динамических нагрузок должны быть эластичными.