Агрессивная вода вызывает углекислотную коррозию бетона

ГЛАВА 8. КОРРОЗИЯ БЕТОНА И МЕРЫ БОРЬБЫ С НЕЙ

Наиболее часто встречающаяся при действии природных вод коррозия бетона — коррозия под действием углекислых вод. Углекислота Н2С03 присутствует, как правило, во всех водах. Источником обогащения воды углекислотой являются биохимические процессы, протекающие в воде и в почве.

Присутствие в растворе ионов (С1

, Na+ и др.), не участвую щих в реакции, увеличивает ионную силу раствора, ускоряет реакцию, способствуя растворению большого количества СаНС03. В том случае, если на бетон действует стоячая или медленно движущаяся вода, на поверхности бетона устанавливается карбонатное равновесие, т. е. разрушение замедляется При быстром течении воды замедление реакции вызывается уменьшением реагирующих поверхностей, уменьшение ионов ОН в растворе способствует переводу СаНС03 в СаС03, который выпадает в осадок Чем выше концентрация ОН» внутри цементного камня, тем выше скорость его разрушения при быстром обмене агрессивной воды у поверхности.

Отсюда можно заключить, что вначале скорость разрушения цементного камня на портландцементе и пуццолановом порт панд цементе будет одинаковая, но затем она у цементного камня на пуццолановом цементе значительно уменьшается, так как количество гидроксильных ионов (ОН-) в жидкой фазе там значительно меньше. По этой же причине более высокую стойкость при коррозии II вида будет иметь бетон на глиноземистом цементе. При этом существенную роль играет плотность бетона и продуктов коррозии.

Подводя итог процесса, протекающего при углекислотной коррозии, необходимо отметить, что чем больше агрессивной Н2СС3, тем выше кислотные свойства раствора и скорость коррозии

В зависимости от вида кислоты в процессе реакции образуются различные соли. Скорость разрушения цементного камня будет зависеть от растворимости солей кальция. Пои большой растворимости продуктов реакции быстрее протекает разрушение цементного камня. Скорость коррозии в этом случае ограничивается реакционной емкостью агрессивной среды, скоростью ее обмена на поверхности бетона и размером поверхности соприкосновения среды и цементного камня.

Если продукты реакции малорастворимы, то, оставаясь на месте реакции, т. е. на поверхности бетона, они закрывают доступ агрессивной среды к внутренним слоям цементного камня, замедляя скорость коррозии.

Существенную роль в развитии процесса коррозии бетона II вида играет скорость обмена раствора у поверхности цементного камня.

При малых скоростях бетона и малых концентрациях кислот (рН>4) взаимодействие кислоты с гидроокисью кальция протекает полностью

После этого раствор нейтрализуется, происходит растворение Са(ОН)2, образуется СаСОз и далее процесс коррозии II вида сменяется процессом коррозии 1 вида. При больших скоростях ограничивающими факторами скорости коррозии являются размер поверхности соприкосновения агрессивного раствора и цементного камня и скорость притока агрессивной среды. Цементы по стойкости в кислотах малых концентраций можно расположить в следующем порядке: глиноземистый, пуццолановый, портландцемент, что аналогично коррозии I вида. Это связано с тем, что процесс коррозии II вида протекает вместе с процессом коррозии I вида и последнему в этом случае принадлежит ведущая роль. При повышении концентрации кислот разница в стойкости цементов становится практически неощутимой. В этом случае стойким считается специальный кислотоупорный цемент. Защитными мероприятиями для бетона в этом случае являются выбор специального вяжущего и надежная изоляция поверхности в виде покрасок, облицовок и т д.

Источник

Виды коррозии бетонов

Химические виды коррозии бетона. Образование кристаллогидратов при взаимодействии воды и клинкерных минералов. Особенности магнезиальной, углекислотной, сульфатной и сероводородной коррозии. Физическое разрушение бетонов. Виды защиты от коррозии.

Рубрика	Строительство и архитектура
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	19.06.2015
Размер файла	26,7 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Химические виды коррозии бетона

2. Коррозия выщелачивания

3. Коррозия второго вида. Магнезиальная коррозия

4. Углекислотная коррозия

5. Сульфатная коррозия

6 .Сероводородная коррозия

7. Физическая коррозия бетонов

8. Защита от коррозии

В настоящее время цемент является одним из важнейших строительных материалов. Его применяют для изготовления бетонов, бетонных и железобетонных изделий, строительных растворов, асбестоцементных изделий. Изготовляют его на крупных механизированных и автоматизированных заводах. Цемент начали производить в прошлом столетии. В начале 20-х годов XIX в. Е. Делиев получил обжиговое вяжущее из смеси извести с глиной и опубликовал результаты своей работы в книге, изданной в Москве в 1825 г. В 1856 г. был пущен первый в России завод портландцемента. Портландцемент является минеральным вяжущим веществом, составляющим основу большей части номенклатуры сухих строительных смесей в качестве самостоятельного вяжущего, в смешанных цементных вяжущих системах, в составе цементно-известковых вяжущих, а также различных полимерцементных композиций. Ценные и уникальные свойства портландцемента определяются его способностью при затворении водой образовывать пластичное тесто, со временем, самопроизвольно, за счёт химического взаимодействия в системе, превращающееся в камень. Способность к самоотвердеванию, образование прочного и долговечного камня, экологическая чистота, низкая химическая опасность, пожаровзрывобезопасность в сочетании с низкой стоимостью являются предпосылками для широкого практического применения портландцемента.

Бетоны и цементный камень, как его матричная часть, в эксплуатационных условиях подвержены коррозионному воздействию различных сред, особенно минерализованной воды в морских сооружениях (молы, причалы, эстакады со свайным основанием и железобетонным верхним строением, портовые конструкции и др.), минеральной кислоты при эксплуатации резервуаров, башен и других сооружений химической промышленности. 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. В индустриальных районах коррозионное влияние на бетонные конструкции оказывают газы, например сернистые, сероводород, хлористый водород, аэрозоли солей, например морской воды и др. Агрессивное воздействие оказывают также твердые, в основном высокодисперсные вещества, способные образовывать во влажных условиях прослойки из истинных и коллоидных растворов. Кроме химических реакций при контакте со средой возможны физические сорбционные процессы с поглощением из среды поверхностно-активных веществ (ПАВ), например серосодержащих полярных смол из нефтепродуктов, с физическим нарушением сплошности контактов в структуре и ускорением развития дефектов.

1. Химические виды коррозии бетона

Существуют три типа коррозии данного вида. В одном виде она встречается очень редко, так как в основном протекает в двух-трех видах:

1. В результате растворения водами малой жесткости камня, происходит коррозия. Это вода: дождевая, болотная, вода с горных рек или конденсат. Агрессивность воды уменьшается при появлении в ней кальция(Ca) и магния(Mg). Агрессивной является вода только с бикарбонатной щелочью менее 1,4-0,7 мг экв/л. С вымыванием Са (ОН)2 (при растворимости 1,2 г/л в расчете на СаО начинается) разрушение цементного камня, затем разрушаются клинкерные минералы. Выщелачивание 15-30% СаО является причиной уменьшения прочности на 50%.

2. Возникает в результате взаимодействия различных кислот, солей и цементного камня. Впоследствии обменных реакций образуются легкорастворимые соединения не имеющие прочности. Наиболее частой является углекислая кислота. Происходит образование углекислой кислоты в процессе растворения углекислого газа в воде. Для нейтрализации углекислой кислоты необходимо наличие в воде карбоната кальция, который и приводит равновесие в системе. Данная кислота не наносит вреда бетону, однако, если равновесие нарушено и кислоты больше, то она вполне может разрушить бетонную постройку по следующим реакциям:

Са (ОН)2 + Н2СО3 = СаСО3 + 2Н2О;

СаСО3 + Н2СО3 = Са (НСО3)2.

Так же, нередко встречается и магнезиальная коррозия, которая происходит при действии магнезиальных солей с цементным камнем. Например, в воде находится хлорид магния, который при взаимодействии с цементным камнем разрушает его.

3. При действии на цементный камень веществ, которые способны образовать увеличенные кристаллические соединения, возникает коррозия третьего вида. Коррозия может произойти в присутствии вод содержащих сульфат натрия, сульфат кальция и прочее.

2. Коррозия выщелачивания

Кристаллогидраты (гидросиликаты, алюминаты и ферриты кальция), образующиеся при взаимодействии с водой клинкерных минералов и составляющие вместе с наполнителями цементный камень, имеют значительную равновесную растворимость в воде. Это значит, что они остаются устойчивыми при контакте с водами, только в том случае, если в воде имеется достаточная концентрация Са(ОН)2. Если концентрация в воде Са(ОН)2 ниже равновесной, то у гидрата будут отщепляться молекулы извести и концентрация будет восстанавливаться до равновесной.

Гидросиликаты и гидроалюминаты кальция имеют тем большую равновесную растворимость, чем выше их основность. Следовательно отщепление гидратов сначала происходит от высокоосновных гидратов, их основность при этом понижается, а устойчивость в данной среде повышается.Если концентрация гидрата окиси кальция в дальнейшем не будет понижаться, то процесс на этом остановится. Если же концентрация извести будет продолжать понижаться и станет ниже равновесной для вновь образовавшегося гидрата, то отщепление гидрата окиси кальция будет продолжаться вплоть до полного разложения гидросиликатов и гидроалюминатов, с образованием аморфных кремнезема и глинозема. Хотя последние и плохо растворимы в воде, однако они не обладают вяжущими свойствами — прочность и монолитность камня нарушаются.Эти процессы могут наблюдаться, если цементный камень омывается непрерывно обновляющейся водой или растворами солей, имеющими малую концентрацию Са(ОН)2, либо если Са(ОН)2 связываются содержащимися в растворе веществами в прочные малорастворимые или малодиссоциирующие химические соединения (кальция).Чем выше концентрация извести в порах цементного камня, тем выше скорость выщелачивания. Низкоосновные гидраты кальция имеют меньшую равновесную растворимость. Известь связывается, а основность понижается в тех случаях, когда в цемент вводятся активные кремнеземистые добавки, а при высоких температурах и кварцевый песок..Более агрессивными в смысле выщелачивания являются «мягкие» воды. Растворимость извести повышается в присутствии хлористого натрия. Значит минерализованные пластовые воды в принципе все агрессивны к цементному камню. Растворимость Са(ОН)2 повышается с ростом температуры. Значит перечисленные условия требуют применения низкоосновных цементов. Процесс выщелачивания снижает прочность бетона и может протекать до полного разрушения цементного камня.Для увеличении стойкости бетонов к коррозии первого вида увеличивают плотность бетонов и регулируют их состав ,уменьшая содержание основных соединений ,например, в карбонизированном бетоне растворимость СаСо₃ в сто раз чем Са(ОН)_2.

3. Коррозия второго вида. Магнезиальная коррозия

Наиболее опасными средами при коррозии бетонов второго вида являются кислоты ,разрушение в которых сопровождается образованием рыхлых и легко растворимых новообразований .По растворимости продуктов коррозии бетонов кислоты принято делить на три группы. В первую группу входят сильные минеральные кислоты, такие как соляная, азотная и другии,При коррозии в этих кислотах на поверхности бетона образуется слой продуктов коррозии, состоящий из солей кальция, геля ,кремнекислоты, гидроксилов железа, и алюминия. Этот слой затрудняет доступ кислот в бетон. Во вторую группу входит серная,сернистая,фосфорная,и другие кислоты. при высоких концентрациях этих кислот продукты коррозии бетона содержатбольшое количество солей кальция, что повышает плотность новообразований и понижает скорость коррозии бетона.Третью группу составляют кислоты с низкой растворимостью кальциевых солей.К ним относятся : Щавелевая, фтористоводородная , кремнефтористоводородная

Коррозия второго вида происходит в растворах солей и кислот. Ко второй группе (коррозия II вида) относятся процессы, развивающиеся в бетоне под действием вод, содержащих вещества, вступающие в химические реакции с цементным камнем. Образующиеся при этом продукты реакций либо легкорастворимы и уносятся водой, либо выделяются на месте реакции в виде аморфных масс, не обладающих вяжущими свойствами. К этой группе могут быть отнесены, например, процессы коррозии, связанные с воздействием на бетон различных кислот, магнезиальных и других солей.Соли магния MgS04 и MgCl2, как правило, присутствуют в грунтовых водах. Большое количество этих солей содержится и в морской воде. При действии таких солей на бетон происходит взаимодействие с гидроксидом кальция.При малых концентрациях раствора MgCl2 реакционная емкость раствора низкая. Реакции с Са(ОН)2 протекают на поверхности бетона Выделяющийся при этом Mg(OH)2 образует на поверхности бетона пленку, которая даже способствует предохранению бетона от дальнейшего разрушения, т е. при малых концентрациях растворов скорость диффузии Са(СН)2 из внутренних слоев бетона достаточна, чтобы восполнить то количество, которое ушло на реакцию с солями. При длительном взаимодействии с такими растворами во внутренних слоях бетона развивается коррозия I вила [вынос Са(ОН)21 При больших концентрациях MgCi2 реакционная емкость раствора велика, количество Са(ОН)2 не достаточно для нейтрализации, поэтому раствор диффундирует внутрь бетона. коррозия бетон углекислотный сероводородный

При действии MgS04 на бетон «критическая» концентрация определяется соотношением между суммарной поверхностью взаимодействия цементного камня и количеством раствора. Если время соприкосновения раствора MgS04 с поверхностью цементного камня больше времени полного насыщения этого объема сульфатом кальция (CaS04), то гипс выпадает в осадок. Вместе с тем к такой коррозии могут привести и агрессивные сточные воды промышленных предприятий, а также грунтовые воды. При малой концентрации сернокислых солей их агрессивное воздействие проявляется следующим образом. При действии вод, содержащих, например, сульфат натрия Na₂SO₄, он вначале реагирует о Са(ОН)₂ по схеме:

4. Углекислотная коррозия

По интенсивности взаимодействия с бетонами газовые среды подразделяются на три группы. Первую группу образуют газы , формирующие слаборастворимые или нерастворимые соли кальция, которые уплотняют поверхностные слои бетона. К этой группе относятся :углекислый газ, фтористый водород, фтористый кремний ,фтористый ангидрид. Однако нужно иметь в веду ,что в этом случае снижается щелочность бетона ,что увеличивает склонность к коррозии арматуры. Вторая группа газов образует в парах бетона соли увеличенного объема. К этой группе относятся сернистые соединения : SO_4, SO2, H2S. Процессы коррозии в этих газах сопровождаются образованием сульфатов, аналогично коррозии в сульфатных водах. Третьей группе газов относится хлор , хлористый водород , оксиды азота и другие газы. Углекислый газ СО₂, находящийся в воздухе, растворяется в воде, образуя угольную кислоту Н₂СО₃. При наличии в воде достаточного количества карбоната кальция СаСО, чтобы нейтрализовать угольную кислоту, Н₂СО₃ и СаСО₃ должны находиться в равновесном состоянии: СаСО₃ + Н₂СО₃ Са (НСО₃)₂. Эта угольная кислота не является агрессивной по отношению к цементному камню. Если количество углекислоты больше, чем равновесное, она становится агрессивной и способна разрушить цементный камень по реакциям:

Гидрокарбонат кальция легко растворяется и вымывается водой. Углекислотная коррозия происходит в результате действия растворов неорганических и органических кислот при их рН

Источник