Защита от коррозии бетона

С течением времени практически каждый строительный материал приходит в негодность и разрушается. Это касается многих материалов, применяемых в строительстве: металлов различных типов, кирпича и газобетона, пенобетона, асбоцемента и железобетона. Не является исключением в этом ряду и бетон. В связи со своей структурой, основная часть которой – это цемент, состоящий из кальциевых и кремниевых кислот с вкраплениями алюминия, основным разрушителем, вызывающим процесс коррозии бетона, является обыкновенная вода. Сегодня, защита продумана до мелочей, существуют различные способы защиты как физические (покрытие стойкими материалами), так и химические (различные пропитки и лаки).

 Но, насколько бы современной и совершенной ни была защита, она недолговечна, и, время от времени придется затрачивать усилия на ее обновление.

Определение коррозии

Современная наука дает определения множеству явлений, согласно ей, коррозия – это совокупность процессов (химических, биологических, физических), инициатором которых является внешняя среда, а результатом – постепенное разрушение строительного материала.

Чаще всего процесс коррозии бетона начинается с такой его части как цементный камень. Эта часть конструкции является наименее прочной; образуется она уже в процессе затвердения, в ней есть множество капиллярных ходов, которые могут быть заполнены воздухом или водой. Воздействовать на цементный камень могут газы, находящиеся непосредственно в воздухе, а также разные виды вод:

• грунтовые;
• речные;
• морские;
• дренажные;
• сточные.

Очень вредны для цементного камня грунтовые воды, особенно те, которые находятся около предприятий промышленности. В таких водах могут найтись самые разные химические вещества, к примеру, вблизи химических производств грунтовые воды «обогащены» кислотами органическими и минеральными, щелочами, хлоридами, солями никеля, цинка, меди, железа, нитратами – список можно продолжать довольно долго. У заводов, занимающихся обработкой металлов, в грунтовых водах часто можно найти сульфаты железа и другие продукты, получающиеся в результате травильных процессов.

Однако грунтовые воды вблизи фабрик и заводов не являются рекордсменами по числу и концентрации веществ, способных принести вред цементному камню: выигрывают в данном случае сточные воды. Даже в небольшой концентрации (разбавленные речной водой) сточные воды могут нанести большой вред цементному камню, который может быть, например, в гидротехнических сооружениях.

Интересно, что воздух вблизи различных заводов может быть совершенно безопасным для человека (содержание вредных веществ – оксиды азота, сернистый газ и других – не представляет вреда для здоровья), а вот для бетона, даже такие небольшие концентрации, могут стать причиной постепенной коррозии и разрушения.

Виды коррозионных процессов

Есть немало видов коррозионных воздействий. Не одна сотня химических веществ при долгом контакте приводит к коррозии. Коррозия бетона бывает следующих видов:

• химическая;
• физико-химическая;
• биологическая;
• радиационная.

Химическая коррозия является следствием атмосферных осадков и воздействия углекислого газа, который всегда присутствует в составе воздуха. Сильнее всего воздействие на бетон происходит в результате таких атмосферных осадков, в которых имеются хлориды, сульфаты или карбонаты. Разрушают и осадки, в составе которых присутствуют оксиды азота – так называемые «кислотные дожди».

Все процессы, которые имеют место при химической коррозии относятся к одному из трех видов:

1. Выщелачивание с помощью мягких вод. При этом происходит вымывание таких компонентов из состава (из его поверхностного слоя), которые могут быть растворены в щелочной воде. В результате данного процесса на поверхности появляется налет белого цвета – белые потеки. От этого вида коррозии бетона в некоторых случаях он только выигрывает: выщелачивание создает коллоидный слой, который защищает бетон от других вредных воздействий окружающей среды.
2. Растрескивание или цементная бацилла. В результате этого процесса из-за влаги, которая имеется в атмосфере, на поверхности могут возникать так называемые «рыхлые малорастворимые вещества». Из-за этих веществ, в результате образования различных обменных реакций, бетон может начать растрескиваться. Чаще всего повреждаются поверхность, но может начаться и проникновение вглубь – и с течением времени, коррозия бетона может усилиться.
3. Растрескивание в связи с кристаллизацией. При этом типе химической коррозии образуются плохо растворимые соединения, которые с помощью растворов сульфатов кристаллизуются. Так как при кристаллизации происходит увеличение объема, то бетон вынужден расширяться, в итоге возникают трещины.

Физико-химическая коррозия бетона связана с процессом замерзания воды. В поры и капилляры, пусть и в небольших количествах, попадает вода (также она может быть там изначально), а затем, при понижении температуры, она замерзает, превращается в лед. Лед по объему больше, чем вода, и он начинает распирать конструкцию – происходит растрескивание. Этот процесс идет тем быстрее, чем больше и чаще происходят процессы заморозки и разморозки бетона.

Третий вид разрушения – биологический. Здесь первоначальный источник коррозии – это микроорганизмы. Строго говоря, не сами микроорганизмы разрушают структуру, а химические вещества, продукты жизнедеятельности микроорганизмов. Однако к химической коррозии этот вид не относится – причиной возникновения микроорганизмов является не атмосфера, а нарушение условий эксплуатации сооружений из бетона. Микроорганизмы начинают активно развиваться в условиях постоянной сырости, так что важно помнить об этом при пользовании зданием.

Последний, не так сильно распространенный вид коррозии бетона, – это радиационный. В этом случае из-за действующей радиации, ионизационного излучения, из бетона удаляется кристаллизованная вода. Удаление такой воды нарушает структуру и прочность материала снижается. При долгом облучении кристаллические вещества могут приобретать состояние, подобное жидкому, иначе оно называется аморфное. Как результат, все это вызывает трещины, увеличение внутренних напряжений в бетоне.

Факторы развития

Не секрет, что разрушение различных сооружений происходит в разные сроки. На коррозию влияют следующие факторы:

• пористость материала;
• капиллярность материала;
• преобладающие компоненты в атмосферных осадках;
• способность верхнего слоя бетона противостоять веществам.

?Пористость – является одним из основных свойств бетона. Этот показатель характеризует наличие пор и плотность. Напрямую от этого свойства проистекает другое – способность к водопоглощению. Капиллярно-пористая структура позволяет бетону впитывать воду из воздуха, при осадках и в других случаях. Бетон, имеющий сильно пористую структуру и, соответственно, большое водопоглощение, имеет больше всего шансов начать разрушаться от физико-химической коррозии. Защита бетонной конструкции должна быть продумана на этапе строительства. Поэтому очень важно проведение строительных работ профессионалами, которые смогут сделать бетонную смесь нужной пористости, чтобы в дальнейшем защита бетонной конструкции от физико-химической коррозии не тревожила владельца строения.

Способы защиты

В связи с тем, что в последнее время огромное количество зданий и сооружений возводится из бетона, большую роль стала играть защита этого материала от внешних воздействий. Чаще всего она основывается на защите поверхности бетона, на использовании бетона с минимальной капиллярной структурой и применении особых добавок, которые не дают образовываться микротрещинам, защищают от выщелачивания и вымывания. Все эти мероприятия можно отнести к одной из двух групп. В первую группу входят такие мероприятия, которые изменяют состав бетона, делают его более устойчивым.

Во вторую группу входят средства, при которых поверхность бетона покрывается различными веществами, пропитками, лаками и так далее. Иногда в состав таких веществ могут входить добавки, которые защищают бетон от образования микроорганизмов на нем. Эффективно использование цельных листов из какого-либо защитного материала. В этом случае увеличивается скорость обработки, а защита не страдает.

Нередко сочетаются оба способа: бетон покрывается специальным веществом, но оно не только находится на его поверхности, но и впитывается внутрь, проникает в его толщу. Такие средства очень эффективны, они могут обеспечивать практически полную гидроизоляцию.

Защита поверхности бетонных сооружений от влаги, обеспечивается за счет использования сеалантов, в составе которых имеются полимерцементные композиты. Сеаланты – это особые вещества, основной функцией которых является именно защита и повышение прочности бетонных поверхностей. Находящиеся в составе этих веществ компоненты могут буквально просачиваться на несколько сантиметров вглубь, в результате, структура поверхности бетона изменяется – получается аналог мембраны, которая может пропускать воду только в одном направлении: изнутри наружу. В итоге влажность бетона только уменьшается, а не колеблется со временем.

Коррозия железобетона

Разрушению из-за влаги и химических соединений подвержены строения не только из бетона, но и из железобетона. В железобетонных конструкция дополнительно присутствует арматура из металла, которая может стать источником (причиной) коррозии электрохимического типа. Однако, несмотря на это, железобетон – более устойчивый материал, чем обыкновенный бетон. Источником его устойчивости является наличие специального слоя на поверхности; именно он защищает внутреннюю структуру. Но и здесь с течением времени атмосфера, а конкретно углекислый газ и осадки с растворами солей, разрушают этот слой. Защита железобетонной конструкции в этом случае, будет отличаться от способов защиты бетона от коррозии.

Для того чтобы минимизировать последствия электрохимической коррозии и максимально замедлить процесс разрушения, в бетон вводятся специальные вещества. Такие вещества называются ингибиторами металлической коррозии; основное их предназначение – защита материала, посредством создания защитной пленки на поверхности арматуры, важно не допустить ее контакт с бетоном, влагой и окружающим воздухом. Ингибиторы можно наносить на поверхность или добавлять в бетон в процессе производства. Подобная защита гарантирует сохранность железобетонных конструкций от появления коррозии.

Помимо этого, для защиты арматуры железобетона часто применяют и стандартные методы, которые хорошо зарекомендовали себя при использовании в обыкновенных металлических конструкциях. Например, так называемый способ протекторных анодов. При этом способе с каркасом железобетона соединяется другой метал, который в большей степени склонен к электрохимической коррозии. Защита заключается в том, что соединяясь с железобетонным каркасом, идет электрохимическая реакция, разрушению подвергается именно этот металл-болванка. Таким образом, электрохимическая коррозия железобетона начинается только после того, как эта болванка полностью разрушится.