Коррозия цементного камня и бетона в водных средах

СОДЕРЖАНИЕ

 

I. Водные агрессивные среды……………………………………………............2

Природные поверхностные и грунтовые воды. Промышленные сточные     воды……………………………………………………………………………….2 

Водные растворы минеральных и органических кислот, щелочей и солей…..4

Органические растворители, нефтепродукты………………………………..5

Временная, постоянная и общая жесткость воды…………………………...6

Степень агрессивности воздействия жидких сред……………………..…….6

 

II. Коррозия цементного камня и бетона в водных средах……………………7

Физическая коррозия……………………………………………………………..8

Химическая коррозия…………………………………………………………....10

Электрохимическая и электроосмотическая коррозия……………………...13

Биологическая коррозия………………………………………………………...13

Защита бетона от коррозии…………………………………………………..13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Водные агрессивные среды.

Обеспечение долговечности строительных материалов и конструкций является одной из основных проблем повышения эффективности строительства. Многообразие номенклатуры материалов и условий их эксплуатации в промышленных зданиях, транспортных сооружениях и других объектах, в том числе и специального строительства, требует детального и глубокого изучения химической стойкости этих материалов под воздействием твёрдых, газообразных или жидких агрессивных сред. Основными средами, действующими на строительные материалы, являются воздух и вода.

Агрессивные свойства воды определяет степень ее минерализации, жесткости, а также кислотности или щелочности. В практике эксплуатации строительных конструкций встречается воздействие на них различных жидких сред:

• природных и промышленных сточных вод;
• водных растворов минеральных и органических кислот, щелочей и солей;
• органических растворителей нефтепродуктов, жидких металлов, расплавов силикатов.

Природные поверхностные и грунтовые воды. Промышленные сточные воды.

Чистая, без примесей вода, является рабочей средой, активно воздействующей на строительные материалы как растворитель. Вода обладает исключительной способностью растворять ионные вещества.

Обычно вода рек и озер имеет слабощелочную реакцию. Общее содержание солей в речных водах не превышает 0,3-0,5 г/л. Речная вода по степени минерализации подразделяется на четыре ступени:

- I - малой минерализации (до 200 мг/л);

- II - средней минерализации (200-500 мг/л);

- III - повышенной минерализации (500-1000 мг/л);

- IV - высокой минерализации (1000 мг/л).

 Химический же состав  примесей в значительной степени  зависит от: источников питания  рек; вида пород, через которые  фильтруются воды и в которых  проходит русло реки; попадания сточных промышленных вод.

Содержание солей в водах океанов одинаково и равно приблизительно 35 г/л, а в водах морей существенно отличается - в Черном - 17-22 г/л, в Каспийском - 11-13 г/л, в Балтийском -8-16 г/л.

В наибольшем количестве в морской воде присутствует NaCl (77-79% общего количества солей). На втором месте стоит MgCl2 (10,5-10,9%), на третьем MgS04 (4,4-4,8%), затем идет CaS04 (3,4-3,6%); количество карбонатов и бикарбонатов не превышает 2,1%. Сумма всех хлоридов равна 88-89%, а сульфатов - 10,5%.

Кроме того, в морской воде содержатся и другие химические вещества: нитраты, нитриты, фосфаты, а также соли брома и йода, железо, углекислота.

Грунтовые и подземные естественные воды обычно содержат минеральные соли и другие примеси.

Химический состав грунтовых вод зависит от состава питающих вод, состава пород и почв, с которыми вода соприкасается, попадания промышленных стоков. Мягкие - слабоминерализованные воды характерны для северных и горных районов, где поверхностные воды образуются за счет таяния льда, снега, выпадения дождей. В то же время глубинные воды, выход которых отмечается в предгорных и горных районах, имеют высокую степень минерализации и содержат большое количество растворенных газов.

В условиях жаркого и сухого климата степень минерализации грунтовых вод более высокая, чем в северных районах и районах умеренного климата. В большинстве случаев сильно минерализованы грунтовые воды в Прикаспийской низменности, южном Заволжье, в степях Западной Сибири и полупустынях Казахстана и Средней Азии, а также воды, сопутствующие нефтяным месторождениям. В некоторых местах степень минерализации воды доходит до 100-150 г/л. Ввиду больших колебаний концентрации некоторых солей по времени года и зависимости от местных почвенных и гидрологических условий агрессивность почвенных и грунтовых вод необходимо в каждом конкретном случае уточнять выполнением специальных инженерно-геологических и гидрохимических изысканий.

 Промышленные стоки или воды могут содержать самые различные примеси, в том числе кислоты и щелочи. Следует отметить, что и совершенно чистая, не минерализованная или мягкая вода может быть агрессивной в отношении пористых цементных бетонов, вызывая выщелачивание извести и других растворимых солей.

 

 

 

Водные растворы минеральных и органических кислот, щелочей и солей.

Разрушения, вызываемые действием растворенных в воде кислот, щелочей или солей, весьма интенсивны и разнообразны.

Наиболее агрессивное действие на строительные материалы оказывают кислородсодержащие кислоты, обладающие окислительными свойствами: серная, азотная и хромовая, причем хромовая и азотная окисляют уже при комнатной температуре. Кислоты являются наиболее агрессивными по отношению к металлам, обычным бетонам на щелочной основе, силикатному кирпичу и осадочным горным породам (известнякам, доломитам и т.п.). Керамические изделия, кирпич и бетоны на жидком стекле хорошо сопротивляются действию кислот, но быстро разрушаются щелочами.

Агрессивность кислот определяется их природой, концентрацией, наличием окислительных свойств и температурой среды. Разрушительное действие кислот и кислых газов определяется также растворимостью образуемых продуктов коррозии при взаимодействии кислот с металлами или бетонами.

Серная кислота является окислителем при концентрациях выше 70% главным образом при повышенных температурах.

Окислительное действие кислородсодержащих кислот, например, азотной и серной, может быть использовано для пассивирования черных металлов с целью повышения их химической стойкости. При кратковременном погружении листовой кровельной стали в концентрированную азотную кислоту с последующей быстрой промывкой холодной водой на поверхности металла образуется в атмосферных условиях пассивная пленка. Такая кровля долго не ржавеет и не требует защиты лакокрасочными покрытиями.

Строительные композиционные материалы на основе портландцемента и известковых вяжущих подвергаются коррозии при воздействии сильных и слабых кислот.

Композиты на основе фуриловой, эпоксидной,фенолоформальдегидной смол, а также битумных и битумно-смоляных вяжущих подвержены окислительному воздействию кислородсодержащих кислот средних и высоких степеней агрессивности.

Плавиковая кислота не является агрессивной по отношению к очень многим органическим и неорганическим материалам, но очень сильно разрушает кремнезем и все природные и искусственные силикатные материалы, а так же битумные мастики и полимерные композиты с силикатными наполнителями.

В кислотах средних и слабых степеней агрессивности подвергаются интенсивной коррозии карбонатные породы, дерево, некоторые виды полимерных материалов, а также недостаточно плотная и слабо обожженная керамика.

Концентрированные растворы щелочей, особенно при нагреве, разрушающе действуют на некоторые металлы, камни и бетоны. Причина разрушения объясняется тем, что в их состав входят кислые включения в виде кремнезема, а разложение их щелочами приводит к образованию трещин и потере прочности.

Действие на металлы, бетоны, керамику и пластмассы различных солей менее агрессивно, чем кислот. Разрушающее действие растворов солей чаще всего определяется их способностью взаимодействовать с водой (подвергаться гидролизу) и образовывать водородные (кислые) или гидроксильные (щелочные) ионы. В дальнейшем разрушение материала идет так же, как при действии кислот или щелочей.

Материалы, из которых изготавливают строительные конструкции, в большей части являются щелочестойкими.

Однако отдельные горные породы, природные и искусственные материалы подвергаются интенсивной коррозии в щелочных средах. Например, изделия на связующем из растворимого стекла малоустойчивы в водной и щелочных средах. Неустойчивы к действию щелочных сред шамотные и диатомовые пористые изделия, наполнители из трепела, диатомита.

Органические растворители, нефтепродукты.

Органические растворители (бензин, уайт-спирит, керосин, ацетон, дихлорэтан и другие), минеральные масла и сероуглерод легко растворяют асфальтобитумные материалы, а также некоторые материалы на основе синтетических смол. Степень агрессивного воздействия масел на бетон зависит от их происхождения. Растительные и животные масла представляют большую опасность для бетона, чем минеральные. Причем, при окислении растительных и животных масел степень их агрессивности к бетону повышается.

Металлические и чугунные изделия, плитки из каменного литья, глазурованные плитки и керамика с сильно спекшимся черепком, а также цементные бетоны, кислотоупорные бетоны и другие силикатные плотные природные и искусственные материалы стойки в органических растворителях, но эти материалы, кроме металлических и чугунных изделий и плиток из каменного литья, проницаемы для растворителей.

Временная, постоянная и общая жесткость воды.

Из растворенных газов в природных водах присутствует азот, кислород, углекислый газ, сероводород и другие.

Агрессивность жидких сред, содержащих углекислоту, определяют в зависимости от концентрации углекислоты и жесткости воды.

Жесткость может быть карбонатной, некарбонатной и общей.

Карбонатная жесткость обусловлена наличием бикарбонатов и карбонатов Са и Mg. Эта жесткость временная, так как она снижается при кипячении воды.

Некарбонатная жесткость сохраняется при кипячении, характеризует наличие солей кальция и магния сильных кислот и называется постоянной.

Общая жесткость характеризует общее количество солей кальция и магния и является суммой временной и постоянной жесткости.

В зависимости от величины временной жесткости вода разделяется на:

- мягкую - временная жесткость менее 6°;

- средней жесткости - от 6° до 15°;

- жесткую - от 15° до 24°;

- весьма жесткую - более 24°.

Степень агрессивности воздействия жидких сред.

Степень агрессивности воздействия основных разновидностей жидких сред определяется по СНиП 2.03.11-85 для различных материалов.

В дополнение к данным, приведенным в СНиП 2.03.11-85 следует иметь в виду и следующие нормы.

Степень агрессивного воздействия жидких сред на конструкции из кирпича при воздействии растворов, содержащих хлориды, сульфаты, нитраты и другие соли и едкие щелочи, в количестве свыше 10-15 г/л следует принимать как слабоагрессивную, свыше 15-20 г/л - как среднеагрессивную, свыше 20 г/л - как сильноагрессивную.

Конструкции из силикатного кирпича в жидких агрессивных средах применять не допускается.

Для арматуры железобетонных конструкций СНиП устанавливает степени агрессивности жидких сред в зависимости от содержания в них хлоридов.

Коррозия цементного камня и бетона в водных средах.

В настоящее время цемент является одним из важнейших строительных материалов. Изделия из цемента и бетона, как из всякого другого материала, со временем в условиях своей службы подвергаются разрушению (коррозии). Проблема стойкости (не разрушаемости) бетонных сооружений важна в такой же степени, как и само их создание.

Под коррозией понимается разрушение цементного или бетонного изделия в результате действия на него физических, либо химических факторов как извне (внешние причины коррозии), так и изнутри (внутренние причины коррозии).

Бетоны и цементный камень, как его матричная часть, в эксплуатационных условиях подвержены коррозионному воздействию различных сред. В условиях эксплуатации на цементный камень действуют: природные воды (речные и морские) под давлением или просто омывающие сооружения; промышленные и бытовые воды (стоки); периодически и многократно повторяющиеся теплосмены (сезонные и дневные колебания температур); процессы увлажнения и высыхания (колебания атмосферной влажности, специфические условия службы).

На бетон оказывают коррозионное воздействие органические кислоты и биосфера, особенно при работе сооружений в торфяных грунтах, на предприятиях пищевой промышленности.

Негативное влияние могут оказывать на состав и структуру цементного камня в бетонах щелочная среда, пресная вода, особенно водные растворы электролитов.