Коррозия стальной арматуры в бетоне
Бетон давно и широко используется в качестве строительного материала в различных природных средах. Обширную область применения бетона обуславливают его ценные качества: высокая прочность, высокая устойчивость к воздействию влаги, термостойкость и т.д.
Бетон —многокомпонентный искусственно полученный камень.
Причинами разрушения бетонной конструкции могут быть, как ухудшение свойств бетонного камня (увеличение пористости, отслаивание, растрескивание и т.д.), так и коррозия арматуры. Следовательно, долговечность всей железобетонной конструкции зависит, как от способности бетона противостоять окружающей среде, а так и от целостности стальной арматуры.
В бетоне стальная арматура находится в контакте с поровой жидкостью. Значение водородного показателя рН для поровой воды в свежем бетоне — больше 12. При рН = 12,5–13 все составляющие бетон фазы устойчивы и сталь находится в пассивном состоянии. Арматура в эксплуатационных условиях в бетоне обычно защищена от коррозии благодаря пассивации стали: на поверхности арматуры образуется пассивирующий слой, который предотвращает разрушение металла.
В процессе эксплуатации может происходить растрескивание бетона, и окружающая среда проникает в его структуру. Под воздействием коррозионной среды равновесие системы нарушается, и в бетоне начинают протекать различные процессы, приводящие к коррозии.
Коррозия стальной арматуры в бетоне носит электрохимический характер, одна из причин начала коррозионного процесса металла — это нарушение пассивной пленки, защищающей металл.
Основные причины нарушения пассивности:
- снижение рН поровой жидкости
- проникновение к поверхности стали агрессивных хлорид-ионов.
Если значение рН, в результате воздействия окружающей среды, например, карбонизации уменьшится до 8 и ниже, то возможна коррозия арматуры. В процессе карбонизации происходит взаимодействие поровой жидкости, содержащей Са(ОН)2, с углекислым газом:
Са(ОН)2 + СО2 → СаСО3↓ + Н2О
Образующийся карбонат кальция насыщает поры, уменьшает рН, что приводит к изменению структуры и защитной способности бетона относительно арматуры.
Диоксид серы (SО2), содержащийся в атмосфере промышленных районов также вступает в реакцию с Са(ОН)2 и превращает его в гипс, что приводит к дополнительной нейтрализации поровой жидкости.
Существенно ускоряет процесс коррозии стальной арматуры присутствие в бетоне хлорид-ионов. В бетон хлориды могут попасть извне:
- из атмосферы
- с поверхности конструкции (в частности, входят в состав противогололедных реагентов)
- при затвердевании бетона при низких температурах (когда в смеси содержится СaCl2).
Причины возникновения коррозии стальной арматуры в бетоне:
Так как продукты коррозии арматуры имеют объем в 2–9 раз больше прокорродировавшего металла, то следствием коррозии арматуры в железобетонных конструкциях является образование трещин в бетоне с последующим его отслаиванием. В конечном счете это может привести к разрушению всей конструкции.
Для обеспечения максимального срока службы железобетонных конструкций необходимо защищать и бетонный камень, и арматуру.
Основными методами защиты железобетонных конструкций являются:
- рациональное проектирование с учетом условий эксплуатации;
- использование в составе бетона добавок, улучшающих характеристики бетонного камня;
- использование коррозионностойких материалов для изготовления арматуры;
- использование ингибиторов, снижающих скорость коррозии арматуры;
- использование защитных покрытий (лакокрасочных, полимерных и т.д.)