Хлоридная коррозия стали в бетоне
|
Сталь в бетоне защищена от коррозии в следующих случаях: - когда бетон имеет достаточную плотность и не имеет трещин; - при достаточной толщине защитного слоя бетона; - при применении безопасных вяжущих (отсутствии глиноземистого цемента); - при отсутствии хлоридов или сульфидов. Предпосылки для коррозии стали в бетоне почти всегда имеются в наличии: различие в структуре бетона и стали способствует возникновению разности потенциалов, электролитом служит влага бетона, количество которой увеличивается из-за капиллярного подсоса из воздуха при его относительной влажности, превышающей 50-60%; кислоты могут проникать в стальную арматуру или забетонированные стальные трубы, если бетон не имеет достаточной плотности. Виды коррозии различны. Прежде всего известна "неглубокая поверхностная агрессия" и "ограниченная местная агрессия" (коррозия в форме рубцов, появление отверстий). В рассмотренном ниже случае стальная труба с окраской свинцовым суриком, уложенная в бетон для обогрева рампы, корродируете образованием сквозных отверстий, разрушающих стенки трубы (рис. 10.1 и 10.2). Проверка показала, что в зоне коррозии труба имела контакт с бетоном, пропитанным мелкими солями (в том числе хлористым натрием NaCl). Поскольку защитный слой бетона над трубой незначителен, кислород воздуха легко проникает во влагу бетона (кислородная водородная и хлоридная коррозия). Таким образом образуется раствор солей (электролит). Каждая молекула электролита распадается на несколько (две или более) электрически заряженных частиц - ионов, что связано с возникающими в электролитах особыми осмотическими явлениям (Appeниyc). Кислота диссоциирует на отрицательно заряженный кислотный остаток и положительно заряженные ионы водорода, число которых соответствует основности кислоты, например:  Соль диссоциирует на кислотный остаток и ион металла:  Положительно заряженные ионы (катионы) перемешаются к катоду, отрицательно заряженные ноны (анионы) - к аноду. Следствием этого является изменение материала, осаждение или разложение металлов (электрохимическое разрушение). Рассмотрим процесс хлоридной коррозии (по Шу). В приведенном ниже случае, как уже было указано, в мелкой соли содержался хлористый натрий. При концентрации хлорида до 3,5% от содержания цемента щелочная зашита бетона от коррозии повышается. Так как защитный слой окислов всегда имеет дефекты и размеры поврежденных участков незначительны (точки повреждений), через возникшие поры могут проникать только очень малые частицы; вступая в непосредственное соприкосновение со сталью, эти частицы могут оказывать агрессивное воздействие.  Процесс коррозии проходит через следующие ступени. Исходная ступень. Недостаточно толстый и плотный защитный слой бетона. Проникание поверхностных вод, воды, возникающей при таянии льда и снега в зимнее время, и оттаивание солей (NaCl) приводит к образованию электролита 1 с компонентами реакции H2O, ОН-, Na+, Cl- и FeO. Ступень1. Анодный дефект кристаллической решетки (+) в стали. Освобождение и перемещение ионов: Na+ - к катоду, Ct-, ОН- (из цемента) - к аноду. Ступень 2. Образование электролита 2 - дырчатый электролит. Проникание иона хлора Cl- под пассивный слой2. Продукты реакции: ноны железа Fе+ и ионы ОН-. Переход двух электронов е на сталь. Ступень3. Разрушение пассивного слоя. Повышение плотности тока и скорости корродирования. В результате стенки разъедаются и сталь разрушается (рис. 10.3).  Пример 10.1. Как уже было указано, в рассматриваемом случае речь идет о железобетонной обогреваемой подъездной рампе к стояние автомобилей на покрытии складского здания (рис. 10.4). В состав отопительной установки, выполненной в виде замкнутой системы с циркуляционным насосом и термостатическим регулированием, входят подающая и отводящая линии, а также подогреваемый шланг (стальная труба, внутренний диаметр 25 мм, толщина стенки 4 мм). Отопительные трубы заполнены жидкостью как летом, так и зимой. По табл. 10.1 можно определить температуру теплоносителя (раствор PKL), наружную температуру, а также относительную влажность воздуха.   Трубы покрыты свинцовым суриком и обетонированы. Толщина защитного слоя бетона составляет 3 и 6 см. Основной причиной выхода из строя системы обогрева рампы считалось образование неплотностей в установке и выделение теплоносителя. Однако такое заключение вызывает сомнение. Для выявления истинной причины были проведены следующие предварительные исследования: 1) испытание теплоносителя (раствора PKL): а) проверка возможного корродирующего влияния; б) определение силы тока, возникающего при движении ионов вследствие разложения металла; 2) исследование поведения окрашенных свинцовым суриком отопительных труб, уложенных в бетон; 3) испытание бетона рампы: а) на водонепроницаемость; б) на прочность на нескольких образцах, взятых из дорожного покрытия в виде буровых кернов (рис. 10.4-10.6); 4) определение точки росы.  Под точкой росы понимается температура, при которой воздух полностью насыщается содержащимся в нем водяным паром. При охлаждении ниже точки росы возникает конденсат, т.е. образуются капли и водяные струйки, которые в рассматриваемом случае осаждаются на стальных трубах (рис. 10.7). Получены следующие результаты испытаний. Проверка с помощью электронных приборов процесса коррозии, вызванной действием просочившегося теплоносителя (раствора PKL), показала, что раствор PKL в противоположность обычной воде (параллельные испытания) совсем не вызывает коррозии. Сила тока в растворе PKL после испытаний в течение 3 ч составляет только 2 мкА, а через 24ч. падает до нуля. В воде за это же время сила тока возрастает от 25 до 50 мкА. Поэтому теплоноситель, выходящий из поврежденных груб системы отопления, не может служить причиной коррозионных разрушений. Состояние находящихся в бетоне стальных труб, покрытых свинцовым cypHKoSi, оценить довольно трудно, так как в литературе нет почти никаких данных по этому вопросу. Свинец может замедлить схватывание свежей бетонной смеси. В затвердевшем бетоне свинец при наличии влаги вступает в реакцию, что приводит к образованию желтых и красных окислов свинца. Поэтому принимают, что окраска свинцовым суриком, состоящая из окислов свинца и вяжущего (раньше чаще всего использовалось вяжущее на масляной основе, в настоящее время применяется также вяжущее на основе искусственных смол), в рассматриваемом случае может привести к отрицательным последствиям, но не является основной причиной коррозии. При внешнем осмотре видно, что структура бетона неоднородна, бетон уплотнен не полностью, имеются отдельные крупные поры и лунки. При испытаниях на водонепроницаемость, по ДИН 1048, обнаружено проникание влаги на 4,5 см. Прочность бетона на сжатие колеблется от 813 до 870 кгс/см2. Кроме того, подтверждается отмеченное ранее разложение окраски свинцовым суриком. В исследуемом буровом керне окраска нагревательной трубы полностью разрушена и не может служить зашитой от коррозии. В соответствии с табличными значениями можно установить по диаграмме Moлле (см. рис. 10.7), что при наружной температуре в зоне рампы, составляющей в летнее время +30°С, возможно образование конденсата при понижении температуры воздуха на 3,5°С, а в обратной линии достигается точка росы при понижении температуры на 2°С. При заданных температурных условиях в зимнее время образование конденсата невозможно. Подводя итоги, можно следующим образом объяснить возникновение коррозии: из-за неоднородной и недостаточно плотной структуры бетона наблюдается проникание влаги (поверхностные воды, талая вода, образующаяся при таянии льда и снега с размораживающими солями NaCl) в тело бетона на глубину до 4,5 см и образование агрессивных химических соединений. В рассматриваемом случае образовались хлориды (хлоридная коррозия), которые разрушают поверхность труб (отверстия, раковины) в местах контакта. Для восстановления системы подогрева рампы требуется укладка новых нагревательных труб. Можно применять пластмассовые рукава (до 60°С), однако необходимо иметь в виду, что еще нет опыта их длительной эксплуатации. Рекомендуется осуществить переход на электрический обогрев.  Можно не опасаться коррозии Нагревательных труб в бетоне только в том случае, когда обеспечены достаточная плотность (по ДИН 1045) и толщина защитного слоя бетона (не менее 3 см) и не применяются недопустимые количества агрессивных и вызывающих коррозию веществ, например размораживающих солей. Примечание. В настоящее время начато строительство Европейского моста Бреннерской автострады с дорожным покрытием, защищенным от образования льда. На строительстве этого моста впервые применена конструкция по новому патенту. В износоустойчивый слой дорожного покрытия в соответствующей пропорции подмешивают мелкую соль, которая остается связанной до тех пор, пока рассматриваемый слой не включается в химико-динамический процесс под действием трения от проезжающего транспорта. Под действием трения и давления отслаиваются очень тонкие слои "консервов". При этом освобождаются шарики хлористого натрия, окруженные слоем искусственной смолы. Хлористый кальций CaCl2 воздействует на лед и размораживает покрытие. |
