Механическое и химическое разрушение бетона под действием воды

Механическое разрушение бетона может быть вызвано тремя причинами:

— избыточной проницаемостью. В агрессивной воде необходимо применять очень плотный бетон (300—400 кг/м3);

— наличием полостей и трещин из-за нарушения технологии изготовления бетона, качество которого может быть улучшено поддержанием В/Ц<0,45 и добавкой пластификаторов;

— эрозией, вызываемой движением воды при скорости более 4 м/с по трубам или большими температурными градиентами.

Химическое разрушение бетона

Причины химического разрушения бетона обусловлены составом цемента и коррозионными свойствами воды. Основные компоненты цемента: оксид кремния, известь, глинозем (содержащий железо), оксид магния и щелочи. Цемент обычно образует щелочную среду, содержащую большое количество солей, подверженных сольватации.

При схватывании цемента, и особенно портландцемента, выделяется значительное количество связанной извести в виде Са(ОН)2 и образуется алюминат кальция «С3А».

В зависимости от состава цемента и химических свойств воды происходит сольватация свободной извести, а иногда и глинозема. Количество основных компонентов в различных цементах приведено в таблице:

Химическое разрушение может быть вызвано несколькими причинами: агрессивностью СО2, действием сильных кислот, аммиака, сульфатов, сильных щелочей, а также бактериальной коррозией с образованием H2S.

Агрессивное действие С02. Бетонные конструкции подвергаются воздействию диоксида углерода в мягкой воде или при содержании в воде избыточного С02 более 15 мг/л. Однако высокая щелочность в порах бетона вызывает образование отложений карбоната кальция и других солей, которые временно замедляют разрушение бетона такой водой.

Действие диоксида углерода не приводит к существенному разрушению бетона, если щелочность, обусловленная бикарбонатом кальция, превышает 1—1,2 мг*экв/л и pH выше 6,5, что соответствует условиям, близким к углекислотному равновесию.

Разрушение бетона сильными кислотами. Коррозия бетона резко усиливается с повышением растворимости образующихся солей кальция. Скорость коррозии бетона возрастает в присутствии фосфорной, серной, азотной, соляной и других кислот. Органические кислоты также вызывают коррозию бетона.

Если кислотность среды не очень высокая, коррозионную стойкость бетона можно увеличить снижением водоцементного отношения и (или) применением глиноземистого цемента, использование которого вызывает определенные трудности. Он применяется при значениях pH >2 и требует соблюдения некоторых предосторожностей.

Бетонные конструкции часто подвержены образованию трещин и полностью могут быть защищены путем нанесения соответствующих покрытий.

Некоторые правила по сбросу сточных вод рекомендуют, чтобы pH воды, находящейся в контакте с бетонными конструкциями, был в диапазоне 4,5 (или 5,5) —9.

Действие аммиака, содержащегося в сточных водах, может вызвать разрушение бетона вследствие развития реакций нитрификации, которые приводят к образованию кислоты, но могут идти только в аэробной среде (например, в открытых градирнях), и в результате выделения аммиака, замещенного известью, который ускоряет сольватацию последней и вызывает быстрое разрушение цемента. Тот же процесс может начаться под действием солей магния или других оснований, более слабых, чем известь. Поэтому следует избегать избыточных концентраций NH₄⁺ и Mg²⁺, особенно при наличии в воде сульфатов.

Действие сульфатов очень сложно. Оно основано на превращении сульфата кальция в расширяющуюся соль, известную под названием эттрингита. При этом происходит:

сульфатирование свободной извести в цементе сульфатами, растворенными в воде:

Са (ОН)2 + Na2SO4 + 2Н2O -> CaS)4 • 2Н2O + 2NaOH;

превращение алюминатов в цементе в эттрингит, который сильно расширяется (в 2—2,5 раза):

ЗСаО • А1203 • 12НаО + 3CaS04 • 2Н20 + 13Н20 -> ЗСаО • А1203 • 3CaS04 • 31Н20.

В присутствии магния эти два основных процесса могут сопровождаться разложением содержащихся в цементе щелочных силикатов.

Немецкий стандарт DIN 4030 устанавливает пределы оценки агрессивности соленой воды по отношению к бетонам стандартных марок.

Если вода агрессивна, для защиты бетона рекомендуется применять покрытия; в случае очень агрессивных вод возможно использование шлакового бесклинкерного цемента с высоким гидравлическим модулем при условии, что другие химические показатели воды не играют роли (например, клинкерный цемент CLK, содержащий 80% шлаковых агрегатов, и шлаковый, содержащий 60—75% доменного шлака. Поэтому в морской воде можно применять различные цементы с низким содержанием С3А.

Коррозия бетона сильными щелочами (NaOH, КОН, Na2C03). Вода с высоким содержанием щелочи оказывает разрушающее действие на все цементы, так как некоторые составляющие на основе глинозема подвергаются сольватации. Поэтому когда отсутствуют защитные покрытия, не рекомендуется допускать контакт воды с обычными цементами, если рН>12, или с глиноземистыми цементами, если pH>8,5.

Бактериальная коррозия бетона с образованием H2S происходит в канализационных коллекторах. Принцип коррозии в анаэробной среде уже описан. Как известно, в охлаждающих системах этот процесс следует за химической коррозией и ускоряет ее. В бытовых сточных водах или сильно загрязненных стоках он обычно является результатом анаэробной ферментации отложений.

Процесс протекает в две стадии: образование и выделение H2S; окисление H2S в воде до H2SO4. Эти реакции ускоряются при значениях рН<6 и повышении температуры воды.

В канализационных коллекторах выше уровня воды происходит разрушение бетона из-за снижения концентрации кислорода и конденсации воды. Практически единственный путь предотвращения коррозии этого типа состоит в том, чтобы поддерживать высокие скорости потока после предварительного отстаивания и аэрирования воды и избегать создания турбулентности и деаэрации воды в трубах.

На любой строительной площадке первым делом возводят модульные здания, в том числе строительные бытовки, вагончики, штукатурные станции и другие. Модульные здания по низким ценам, а также стропы и канаты можно приобрести перейдя по ссылке.