Стойкость бетона против действия химических агрессивных факторов
Согласно В.М. Москвину коррозионные процессы применительно к цементному бетону разделяются на 3 вида по основным признакам: (I) процессы, протекающие под действием воды с малой временной жёсткостью – растворение некоторых составляющих цементного камня при фильтрации воды сквозь бетон; (II) процессы взаимодействия с агрессивными веществами, в результате чего образуются либо легкорастворимые, либо малосвязные продукты, не обладающие вяжущими свойствами – таково действие на бетон различных кислот, магнезиальных и других солей; (III) процессы, в результате которых в порах цементного камня возникают продукты, увеличивающиеся в объёме и вызывающие тем самым его разрушение.
В.В. Кинд выделяет следующие основные виды химической коррозии бетона: 1) коррозия выщелачивания, вызываемая растворением и выносом из бетона содержащегося в нём гидроксида кальция; 2) кислотная коррозия; 3) углекислотная коррозия как особый случай кислотной коррозии; 4) сульфатная коррозия; 5) магнезиальная коррозия.
Коррозия I вида (коррозия выщелачивания), происходящая при фильтрации мягкой воды (воды с низким содержанием солей) сквозь бетон, выражается в растворении и вымывании из цементного камня вначале свободного Ca(OH)2, образовавшегося в процессе твердения цемента, в первую очередь, при гидролизе алита (C3S). Содержание Ca(OH)2 (портландита) в цементном камне после нескольких месяцев твердения достигает 10…15%, и его вымывание приводит к уменьшению прочности. Помимо этого, при снижении концентрации Ca(OH)2 в поровом растворе меньше 1,1 г/л начинается разложение гидросиликатов – основного компонента цементного камня.
|
|
|
Для защиты от коррозии выщелачивания применят следующие основные меры:
- снижение фильтрации сквозь бетон – применение плотных и водонепроницаемых бетонов;
- введение в цемент или бетон активных минеральных добавок (пуццолан), содержащих SiO2 и связывающих Ca(OH)2 в цементном камне по механизму пуццолановой реакции:
Ca(OH)2 + SiO2 + m H2O = CaO×SiO2× n H2O;
- применение цементов с низким содержанием алита (C3S).
Общекислотная коррозия начинается при взаимодействии кислоты с Ca(OH)2, например:
Ca(OH)2 + 2HCl = CaCl2 + 2H2O
или
Ca(OH)2 + H2SO4 = CaSO4×H2O
Образующиеся соли или растворимы в воде, как например, CaCl2, или, помимо этого, обладают способностью увеличиваться в объёме, как CaSO4×H2O.
Агрессивное действие кислот не ограничивается только реакцией с Ca(OH)2, но может также приводить к разрушению гидросиликаты, гидроалюминаты и гидроферриты кальция с образованием солей или аморфных бессвязных масс, таких как SiO2×nH2O, Al2(OH)3, Fe2(OH)3.
При слабой кислотной коррозии (pH = 4…6) бетоны защищаются кислотостойкими материалами (плёночной изоляцией, окраской и др.); в случае действия на бетон сильной кислотной агрессии (pH менее 4) применяют бетон на кислотостойком цементе и кислотостойких заполнителях или бетон на полимерном связующем.
|
|
|
Не только минеральные, но и органические кислоты разрушают цементный камень. Они могут, например, содержаться в маслах (льняном, хлопковом и т.д.), в нефтепродуктах.
Особым случаем является углекислотная коррозия бетона. Она развивается при действии воды, содержащей свободный диоксид углерода (СО2 своб) в виде слабой угольной кислоты сверх равновесного количества. В этом случае СО2 своб реагирует с Са(ОН)2 в цементном камне с образованием СаСО3, который затем превращается в хорошо растворимый бикарбонат кальция:
СаСО3 + СО2 своб + Н2О = Са(НСО3)2.
Процесс разрушения идёт аналогично коррозии выщелачивания.
В ряде природных вод (морская, грунтовая) содержится катион Mg2+, вызывающий магнезиальную коррозию, например:
Ca(OH)2 + MgCl2 = CaCl2 + Mg(OH)2
Ca(OH)2 + MgSO4 = CaSO4×H2O + Mg(OH)2
Образующийся в результате взаимодействия солей магния с Ca(OH)2 брусит (Mg(OH)2) представляет собой рыхлую несвязную массу, не обладающую прочностью. Помимо этого при магнезиальной коррозии по мере израсходования портландита возможно и разложение гидросиликатов кальция, в первую очередь высокоосновных, менее стабильных.
|
|
|
Вторая из приведённых реакций соответствует сульфатно-магнезиальной коррозии.
Бетон может разрушаться под действием минеральных удобрений. Особенно вредны аммиачные удобрения (аммиачная селитра, сульфат аммония). Из фосфорных удобрений агрессивен суперфосфат.
В том случае, если бетон контактирует с водами, содержащими ион SO42-, он подвергается сульфатной коррозии, которая относится к коррозии III вида (коррозии, вызываемой образованием новых соединений с увеличением объёма). Сульфатная коррозия подразделяется на гипсовою и сульфоалюминатную.
При гипсовой коррозии SO42- взаимодействует с Са(ОН)2 с образованием CaSO4×H2O, что приводит к увеличению объёма приблизительно в 2,5 раза по сравнению с объёмом исходного портландита.
Сульфоалюминатная коррозия происходит при взаимодействии сульфатов на гидроалюминаты кальция (продукты гидратации минерала С3А) с образованием вторичного эттрингита (т.н. «цементной бациллы») с увеличением объёма приблизительно в 4,5 раза:
3СaO×Al2O3×6H2O + 3CaSO4 + 25H2O =
= 3СaO×Al2O3 ×3CaSO4×31H2O
|
|
|
К образованию вторичного эттрингита приводит действие на бетон растворов таких солей, как CaSO4, MgSO4, Na2SO4, (NH4)2SO4, Al2(SO4)3.
Для защиты от сульфатной коррозии следует применять сульфатостойкие цементы.
Классификация агрессивных сред и меры по защите бетона от коррозии приведены в СНиП 2.03.11-85.
В том случае, когда бетон изготавливается на реакционноспособном заполнителе, а цемент содержит повышенное количество щелочей, возникает щелочная коррозия бетона. Она заключается во взаимодействие щелочей, содержащихся в цементе (R2O), с активным кремнезёмом, содержащимся в заполнителе (SiO2× n H2O), что приводит к образованию комплексного гидратированного геля, вызывающего внутреннее давление и растрескивание бетона. К реакционноспособным заполнителям относят те, которые содержат аморфный кремнезём в количестве свыше 50 ммоль/л – в первую очередь это опал, халцедон и др. Для предотвращения щелочной коррозии следует исключить применение реакционноспособных заполнителей и ограничить содержание щелочей в цементе до безопасного уровня – не более 0,6% R2O.
Дата добавления: 2016-01-05; просмотров: 14; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!