22. Коррозия арматуры в бетоне
Защитное действие бетона по отношению к арматуре определяется способностью цем. камня пассивировать сталь (т.е. переход металла в состояние, при кот. резко замедляется коррозия).
В большинстве случаев коррозия Ме происходит по электрохим-му механизму, для осуществления кот небх-мы след. усл:
1) Наличие разности потенциалов на поверхности металла;
2) Наличие электролитической (ионной) связи между участками поверх-ти металла с различными потенциалами;
3) Активное состояние поверхности на анодных участках, где осуществляется растворение металла по реакции: nH2O+Me→Me++nH2O·e- ;
4) Наличие достаточного кол-ва деполяризатора (в-ва сильного окислителя, в частности - кислорода), необх-го для ассемиляции (слияния) на катодных участках поверхности металла избыточных электронов 4e- + O2 + 2H2O → 4(OH)-.
1-е усл всегда выполнятся, т.к. технич-е металлы имеют неоднородную структуру, неодинаковые условия контакта пов-ти стали с бе.
2-е и 4-е усл. имеют место быть, т.к. бе представл-т собой капиллярно-пористое тело с активной и гидрофильной внутр-ей поверх-тью.
Физически связанная вода (капилярная и осмотическая) в бе м. служить электролитом - проводником зарядов между анодными (+) и катодными (-) участками на поверхности стали. Кол-во этой воды зависит как от структуры и пористости бетона, так и от среды и условий взаимодействия среды с конструкцией.
Для стали в бе, также как и для открытого металла, сущ-т некоторая критич-ая влажность воздуха, ниже кот плёнки влаги не м. обеспечить перемещение ионов между анодными и катодными участками её поверх-ти. Такое критич-ое значение относит-ой влажности воздуха составляет от 50 до 60%, если бе не содержит гигроскопических веществ, н-р хлористых солей, кот понижают это значение.
В бе почти всегда достаточно влаги, необходимой для протекания процесса коррозии стали!!! Недостаток O2 может ограничивать процесс коррозии стали лишь при практически полном насыщенном бе водой.
В бетонах высокой плотности (при В/Ц<0,5) отмечается замедление коррозии при ↑ относит-ой влажности воздуха > 80-85%. В большинстве случаев поровые пространства бе способны пропустить достаточное кол-во O2 для поддержания коррозии арм-ры.
Скорость коррозии стали зависит от степени агрессивности воды –среды, кот оценивается показ-лями pH и содержанием O2 .
Г
рафик
зависимости скорости коррозии стали
от pH растворов: 1-при высоком содержании
O2;
2-при среднем содержании O2;
3-при низком содерж-и O2;
4–при отсутствии O2
.
Отсутствие коррозии стали в бе объясняется ее пассивностью в щелочных средах, т.е. неспособностью к растворению по приведенным выше реакциям. Для сохранения пассивности стали в бетоне необходим ее постоянный котнтакт с поровой жидкостью, щелочность кот-го должна иметь pH>11,8. Это условие обычно соблюдается в плотных бе на ПЦ, ШПЦ, ППЦ, кот уже при затворении водой дают pH>12,6.
В процессе схватывания и твердения цем. теста pH от 13,5 до 13,8. А в затвердевшем бетоне pH=12-12,5. Снижение pH бетона связано с ↓ концентрации Ca(OH)2 . В обыч. плотных бе на ПЦ сущ-т значит запас Ca(OH)2 (=10-15% от массы ц-а). Если ц. содержит актив. гидравлич-е добавки (ШПЦ или ППЦ), то значит-я часть Ca(OH)2 ими связывается. Связывание Ca(OH)2 значительно ↑ при теплов-й обработке бе, что приводит к существенному ↓ pH поровой жидкости. Особенно резко ↓ pH в бе автоклав-го тв-ия, где высокая прочн достиг-ся за счет глубокого связывания Ca(OH)2 с SiO2 молотого песка, золы, шлака.
Г
рафик
– Кинетика коррозии стали в образцах:
1-непропаренных; 2-непропаренных с
добавкой 2% CaCl2;
3–пропаренные с дабавкой 2% CaCl2.
Особое внимание следует уделять влиянию добавок хлористых солей. Даже в бе нормального твердения в присутствии ионов Cl нарушается пассивное состояние поверх-ти стали (кривая 2).
Небольшое кол-во CaCl2 , добавленного при затвореии бе, м.б. полностью связано с аллюминатами ц-а в слаборастворимые комплексные соли – гидрохлораллюминаты и не вызывать нарушения пассивности стали. Но необх-мо учитывать, что связывание резко замедляется при теплов-й обработке бе (кривая 3)!!!
Если учесть, что при этом ↓ pH поровой жид-ти, то очевидно, что применение добавок хлоридов при теплов. обработке след-т избегать.
Зап-ли на основе шлаков и золы, содержащие водор-римые соединения серы в виде сульфатов и сульфидов м. нарушить пассив-ть стали.
При периодич-м замораж-ии и оттаивании, увлаж-ии и высушивании, нагрев-ии и охлажд-ии происходит расшатывание структуры, разрыхление вплоть до частичного или полного разрушения бетона.
Разрушающе действуют на бе многие жидкиее и газообразные среды, вызывающие коррозию бетона. Все это вызывает разрушение защитного слоя бе у арм-ры и прекращение его пассивирующего действия. Образование пленки, ржавчины сопровождается увеличением ее объема.
Обеспечить сохранность арматуры в тяжелых и легких бетонах можно:
повышением плотности самих бетонов;
↓ проницаемости бе;
↑ защит-х св-в бе введением ингибирующих (от ржавчины) и уплотняющих добавок;
нанесением на армат-ру спец покрытий (цем-битумных, цем-полистирольных, цем-латексных – для автоклавных бе);
применение спец-х защитных покрытий по бе, рекомендуемых СНиП 2.03.11-85.