Коррозия бетона и способы защиты от нее

Контроль наличия в бетоне активных химических и биологических веществ является обязательным для выбора всех типов покрытий и ремонтных составов. Бетон может быть загрязнен хлоридами, сульфатами, нитратами, углеводородами и другими продуктами.  Действие этих веществ должно быть сведено к минимуму. По возможности их удаляют отдельно либо вместе с засоленным бетоном или, если возможно, применяют специальные материалы или вещества, которые обеспечивают устойчивость покрытий к ним. На его поверхности могут находиться различные виды грибков. Все биологически активные вещества должны быть удалены, а поверхность дважды с интервалом в две недели обработана специальным препаратом.

Очистка поверхности  бетона перед нанесением покрытий может  производиться следующими методами:

Механическая обработка

Металлическими щетками, фрезами, алмазными чашками, шлифовальными кругами, отбойными молотками, игольчатыми молотками. Работы могут производиться с активным удалением продуктов очистки водой и пылесосом. Применяемый инструмент выпускается различной мощности и производительности с электрическим и пневматическим приводом. Применение механических видов очистки, которые могут заполировать поверхность бетона, нежелательно для некоторых типов гидроизоляционных материалов и защитных покрытий, например тех, которые работают на уровне осмотического закупоривания пор и мелких трещин. Гладкая поверхность снижает адгезию ремонтных составов с бетоном. При использовании многих способов механической очистки бетона возможно появление микротрещин. Хорошо подготовленная поверхность должна быть ровной и шероховатой, без выступов и впадин. Для нанесения защитных и гидроизоляционных покрытий на минеральной основе величина выступов и впадин не должна быть более 3 мм. Для нанесения ремонтных составов величина выступов и впадин не должна быть более 0,5 толщины слоя нанесения - обычно 10-25 мм, реже 30-50 мм. Различают два типа подготовки поверхности:

• поверхностная, до 1,0 мм, когда удаляется поверхностная пленка бетона;
• глубокая, более 1,0 мм.

В том случае, когда поверхностный слой бетона имеет неустойчивую структуру с  прочностью на отрыв менее 1,5 Н/мм2, его  удаляют полностью на глубину  до прочного бетона. Для этих целей  используются машины, снабженные фрезерным  органом, которые могут удалять  бетон при обработке горизонтальных площадей на глубину до 2-3 см за один проход. Обычно глубина очистки за один проход составляет 0,5-1,0 мм. Ширина захватки может изменяться от 0,1 до 1,0 м. Чаще всего поврежденный бетон  удаляется отбойным молотком, оснащенным долотом или широкой лопаткой. Удаление неустойчивого поверхностного слоя на вертикальных и потолочных поверхностях конструкции чрезвычайно сложно. 

Обычно в этих целях используют ручные фрезерные  машины с подвеской их на блоках, но чаще всего, при значительных глубинах повреждений, работы производят с помощью отбойных молотков. 

Производительность  механической подготовки поверхности  зависит от ряда факторов: способа  очистки, качества субстрата, конфигурации поверхности и т.д. Так, при очистке  соскабливанием грязи производительность изменяется от 50 м2/час при ручном инструменте и до 5000 м²/час при  механизированном. При шлифовании соответственно от 2 до 100 м²/час. Обработка поверхности  игольчатыми пистолетами находится  в пределах от 1 до 5 м²/час.

Пескоструйная (сухая и мокрая) обработка поверхности. Данный вид подготовки поверхности наиболее экономичен и находит широкое применение при поверхностной обработке как простых по конфигурации, так и сложных поверхностей. Сухая пескоструйная обработка вредна для здоровья людей, сильно загрязняет строительную площадку, требует после себя обеспыливания и часто промывки поверхности водой. Рациональнее использовать мокрую пескоструйную очистку, которая может быть обеспечена: использованием эжекции песка водяной струей; подачей воды с песком и сжатого воздуха; применением специальной улавливающей вакуумной установки, комбинирующей насос высокого давления (до 200 бар) и пылесос; работой машины "мягкой" очистки специальными абразивными порошками. Объем рабочей емкости установок изменяется от 10 до 200 л. Существуют установки как цикличного, так и непрерывного действия. Каждый из способов имеет свои недостатки. Общим из них является низкая производительность при высокой степени загрязнения поверхности. Кроме того, наличие воды не всегда приемлем для очистки поверхности некоторых сооружений и если необходимо удалить высолы сульфатов и нитратов. В этом случае, чтобы избежать их растворения в субстрате, нужна сухая очистка с отсосом пыли пылесосами и удалением продуктов очистки в безопасное место во избежание их попадания в грунт рядом с сооружением.

Производительность  пескоструйной очистки при производстве работ может изменяться в широких  пределах: от 100 до 600 м м²/час.

Дробеструйная обработка поверхности. Данный вид обработки широко применяется при подготовке горизонтальных площадей к нанесению покрытий. При производстве работ на вертикальных и потолочных поверхностях применяется реже. Машины имеют рабочую производительность от 14 до 420 м2/час при глубине обработки до 2 мм. Во многом производительность зависит от мощности машины и крупности дроби. Выпускаются установки циклического и непрерывного действия. Основным недостатком является высокая стоимость оборудования и производства работ. При обычной схеме производства работ требуется до 15 м²/мин сжатого воздуха.

Обработка поверхностей водой под  давлением. При выполнении ремонтных и гидроизоляционных работ с использованием минеральных покрытий широко используется очистка бетона водой под давлением. Установки такого типа можно использовать для очистки поверхности от грязи, удаления покрытий, краски и поверхностного слоя бетона, удаления разрушенного бетона, разрушения тяжелого бетона в глубину до нескольких сантиметров, резки тяжелого бетона. Рабочий диапазон давлений при использовании установок колеблется от 200 до 2500 бар - от удаления грязи до резки бетона. Расход воды в этом случае изменяется от 10-15 л/мин до 250 л/мин. Обработка бетона водой под давлением необходима при удалении ржавчины с арматурных стержней в результате воздействия хлоридов. Эта технология подготовки поверхности:

• обеспечивает высокую производительность работ;
• предупреждает повреждение и ослабление крепления закладных в бетоне;
• не приводит к образованию пыли;
• не создает ударных и вибрационных нагрузок;
• в отличие от очистки бетона отбойными молотками не формирует микротрещиноватой структуры по периферии обрабатываемого участка;
• это дает возможность применять ее при очистке конструкций с предварительно-напряженной арматурой;
• имеет широкую область применения;
• дает возможность применения различных инструментов очистки;
• производит избирательное удаление бетона;
• обеспечивает однородность и высокое качество очистки и получение требуемой прочности поверхности бетона на растяжение (более 1,5 Н/мм2).

В качестве недостатков  этой технологии следует отметить наличие  в процессе очистки воды и ее значительный расход. При выполнении работ во многих сооружениях это недопустимо. Кроме того, при использовании  мощных установок необходимо обеспечить соответствующие объемы работ.

Установки для  очистки бетона водой под давлением  можно условно разделить на четыре группы:

• с давлением 16-25 МПа;
• с давлением 25-45 МПа;
• с давлением 45-100 МПа;
• с давлением более 100 МПа.

Установки первого  типа позволяют производить очистку "старого" бетона от грязи, а свежеуложенного  бетона - от цементного молока и грязи. Обычно возраст такого бетона 14-28 суток. Потребность в воде для этих установок  составляет около 10-15 л/мин. Их размеры  и масса обеспечивают возможность  работы на высоте и в труднодоступных местах. 

При установке  насадки для подачи песка возможна очистка "старого" бетона от цементного молока и очистка арматуры от ржавчины. Производительность работ при очистке:

• от грязи - до 200 м2/час
• "старого" бетона от цементного молока с использованием песка - до 30 мг/час
• "нового" бетона в возрасте до 10 суток от цементного молока при использовании песка - до 50 м7час
• арматуры от ржавчины при использовании песка - до 2 мг/час

Использовать  установки с давлением около 250 бар возможно с удалением воды из-под рабочего органа. Это делает возможным применять установки  такого типа там, где недопустимо присутствие воды. 

Машины с давлением  до 45 МПа позволяют производить  очистку поверхности "старого" бетона от грязи и нарушенного  бетона и часть поверхности арматурного  каркаса от ржавчины без эжекции  песка. Установки имеют большую  массу, потребность в воде у них  доходит до 15-20 л/мин. Производительность их по очистке ремонтируемых поверхностей примерно в 1,3-1,5 раза выше, чем установок  с давлением до 250 бар. Качество очистки  металла при эжекции песка соответствует SA 2,5. 

Установки, развивающие  давление до 100 МПа (обычно рабочее давление 65 - 70 МПа), представляют собой прицепные  устройства, которые могут транспортироваться автомобилями. С их помощью при  производстве ремонтных работ можно  очистить от ржавчины арматурный каркас, удалить весь структурно непрочный  поверхностный слой бетона. Потребное  количество воды колеблется от 15 до 150 л/мин. Установки обладают производительностью  очистки поверхности бетона до 1 м²/мин и позволяют удалять  поверхностный слой бетона на глубину  до 1,5 см за один проход. Следует отметить, что установки, имеющие мощность более 150 кВт, могут разрушать бетон.  

При нахождении рабочего органа в руках оператора, последний испытывает значительные физические нагрузки. Работа на высоте требует применения специальных  мер безопасности. При очистке  металлических конструкций от ржавчины (арматура, закладные и т.п.) возможно добиться качества поверхности SA 2,5. 

Установки, развивающие  давление воды более 100 МПа (до 250 МПа) представляют собой самоходные автоустановки, используемые при значительных объемах ремонтных  работ. Расход воды - до 250 л/мин. 

Во многих странах  существуют нормы и правила, устанавливающие  ограничения при работе с установками  высокого давления при использовании  ручного инструмента для очистки. Например, реактивная сила не должна превышать 250 Н. В случае превышения указанного значения используются манипуляторы. С помощью этих установок производится глубокая очистка бетона с удалением  поверхностного слоя на глубину в  несколько сантиметров и очистка арматурного каркаса. 

Например, производительность подготовки поверхности бетона при  удалении разрушенного слоя на глубину 30 мм установками с давлением 200 МПа  составляет 15 м2/час. Экспериментальные  исследования показали, что стойкость  бетона к разрушению струей воды под  давлением зависит от крупности  зерен заполнителя. Чем крупность  щебня в бетоне больше, тем меньше скорость разрушения. Кроме того, на производительность разрушения бетона влияет прочность цементного камня. 

Можно выделить еще одну группу машин, которые производят очистку поверхности субстрата  высоконапорной водой при повышенных температурах (60-80°С). Обычно это установки  первой группы (до 22 МПа) и подходят для мойки поверхностей от грязи, жира и масел. 

Обработка водой  под давлением не изменяет структуру  бетона. По данным наблюдений установлено, что обработка водой не вызывает изменения модуля упругости бетона и не оказывает влияния на структуру  пор. Она является наиболее предпочтительной при использовании гидроизоляционных  материалов на цементной основе, обладающих пенетрирующим действием и требующих  открытой структуры пор. Конфигурация поверхности, которая получается в  результате обработки водой под  давлением, в большей степени  зависит от типа заполнителя в  бетоне и его гранулометрии. При  использовании известняка поверхность  получается сравнительно ровной и гладкой  с большим количеством разломов заполнителя. 

В случае использования  гранитов или кварцитов поверхность  получается неровной и с большим  количеством выступов зерен наполнителя. 

Часто обработка  водой под высоким давлением -110 МПа и более - бывает единственным из возможных эффективных средств  подготовительных работ по удалению нарушенного бетона. 

Это справедливо  для густоармированных конструкций, таких как участки установки  деформационных швов в тоннелях, мостах и пр. 

Исходя из изложенного, можно утверждать, что общепринятые методы очистки бетона обеспечивают подготовку поверхности на глубину:

• отбойный молоток с лопаткой - 3,5-15 мм;
• механическая фреза - 3-5 мм (до 30 мм);
• пескоструйная обработка - 1-2 мм;
• дробеструйная обработка - 2-3 мм;
• обработка водой под давлением 70-100 МПа -3-15 мм.

После удаления поверхностного слоя бетона основание  следует проверить на наличие пустот и расслоений. В том случае, если такие повреждения имеются, их надо устранить разборкой основания в глубину или заполнить с помощью инъекций. В некоторых случаях возможно использование нагельного крепления.