Главная » Книги и журналы

1 2 3 4

антикоррозионная зашита конструкций

Создан головной научно-исследовательский институт по разработке методов и средств антикоррозионной защиты. Все это несомненно приведет к успешному решению борьбы с коррозией металла в СССР.

Железобетон, как известно, занял ведущее место среди конструкционных строительных материалов. Объем его применения достигает ежегодно миллионов кубических метров, а расход стали превышает 12 млн. тонн.

С ростом химической и нефтехимической промышленности значительно возрастает применение железобетона. При эксплуатации этих предприятий возникают условия, вызывающие коррозию арматурной стали и непосредственно бетона, что сопровождается преждевременным разрушением конструкций. В свое время при строительстве производственных корпусов из железобетона защита их от коррозии не всегда оказывалась эффективной, особенно для кислых сред. Поэтому проблема коррозии и антикоррозионной защиты строительных конструкций на химических и нефтехимических предприятиях должна решаться на стадии проектирования с учетом опыта действующих предприятий с аналогичной технологией.

Научно-исследовательские институты, проектные организации, заинтересованные министерства и ведомства поставили перед собой задачу - увеличить долговечность конструкций и сооружений, работающих в агрессивных средах химических и нефтехимических заводов. И в этом деле достигнуты определенные успехи.

Прежде всего были созданы организационные центры по вопросам коррозии строительных конструкций как при Госстрое СССР, так и при Госкомитете по науке и технике СССР, которые координируют деятельность всех институтов и определяют законодательство в данной области. Выполнен ряд важных работ по вопросам теории коррозии железобетона, позволяющие выявить, какие факторы, прежде

го, определяют скорость этого процесса, что придает проблеме работки средств антикоррозионной защиты определенную направ-ность и целеустремленность. Разработаны методы пропитки бе-а химически стойкими составами, которые могут быть исполь-аны для всех видов подземных конструкций. Для изоляции пере-1ТИЯ и предотвращения проникновения агрессивных кислых и ще-ных сред успешно применяют полимерные пленки. Созданы темы защитных покрытий из лакокрасочных материалов. Металлургическая промышленность приступила к выпуску не-льких видов эффективной термически упрочненной арматуры клас-Лт-V и Лт-VI, не склонной к коррозионному растрескиванию. Це-тная промышленность вырабатывает сульфатостойкие цементы. Так как применение антикоррозионной защиты приводит, на вый взгляд, к удорожанию объектов, то следует найти оптимум юпользования. С этой целью необходимы знания в проведении эле-[тарных расчетов как в области кинетики процесса коррозии, так экономики этого вопроса.

Задача книги - ознакомить инженерно-технических работников, >ектировщиков, мастеров с комплексом знаний по вопросам корро-бетона и железобетона, с тем чтобы выработать самостоятель-мнення и решения, суметь претворить на практике все достиже-науки и техники в этой области1

Авторы выражают благодарность сотрудникам НИИпромстроя тиеву С. Ш., Ястребовой Л. Н., Шароновой Л. А., Балакире-Л. Ф., Рашитовой Г. Е. за участие в экспериментальных работах.



Глава I

1. ОБСЛЕДОВАНИЕ ЗДАНИИ И СООРУЖЕНИЙ с АГРЕССИВНЫМИ СРЕДАМИ

-агрессивными средами на Уфимском иСтерлитамакском

1мических заводах был пробурен ряд наблюдательных

важин, из которых периодически проводился отбор

io6 и их анализ.

Результаты анализов свидетельствуют о том, что по

:ре эксплуатации цеха по производству монохлорук-

сной кислоты на Уфимском химическом, соляной кислоты

HATVDHKIC ыггпРппкАнма HPATBYUMuuprwi хлорэтила на Стерлитамакском химическом заводах, НАТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАН р^ Уфимском нефтеперераба-

И ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ зающем заводе им. ХХП съезда КПСС кислотность грун-

вых вод резко повышается и может достигнуть опасной

я бетона величины.

Большую опасность представляет разрушение верхних сте;й фундаментов (ростверков, фундаментных балок), Для выяснения причин преждевременного разрушек расположены обычно выше уровня грунтовых вод. строительных конструкций в цехах% агрессивными сР Р^РЬ непосредственно на кон-дами были проведены натурные исследования, включаюпРУ Разбавляясь грунтовыми водами. Так, на визуальный осмотр конструкций, отбор и анализ пГ ° химическом заводе в результате проливов кис- ij > 1 фундаментная балка разрушилась за 6 лет эксплуата-

бетона и агрессивных сред, замеры относительной вла' Д ,4 . стене пехя обпязовяпись вептикяльные ности и температуры воздуха внутри помещений. Объекта Р^ Jj 1 f 1 f

f jf J f ещины, что привело здание в аварийное состояние,

обследовании явились цеха по производству неоргани uDaijnrmu<=

ских и органических кислот, гербицидов, химическ удобрений, электролиза поваренной соли.

Анализ обследований показал, что по условиям эк( луатации все строительные конструкции подразделяют на подземные и надземные. Надземные конструкции р; рушаются, как правило, под воздействием агрессивн: газов и аэрозолей, а наружные надземные конструкции е . и под влиянием знакопеременных температур. Разрушен 1 -подземных конструкций связано с действием агрессивн жидкостей, содержащихся в грунтах.

Попадание агрессивных веществ в грунт или грунтов J% ~ воды может происходить по ряду причин. Основными них являются проливы агрессивных продуктов вследстг нарушения технологического процесса или негерметич) сти оборудования, связанного с неисправностью запори арматуры и кислотной канализационной сети при не; статочной нейтрализации кислых стоков. Действие npoj BOB кислот вызывает, в основном, разрушение полов, i рекрытий нижележащих этажей, фундаментов, нижних ч тей колонн.

Для выявления степени загрязнения грунтовых е' сточными в непосредственной близости от зданий це>



1. Разрушение фундаментной балки кислотного отделения через 6 лет эксплуатации.




е. агрессивных газов и паров в окружающем воздухе. мёЛение в атмосферу цеха агрессивных и кислых газов ЬсЙийсодит из-за негерметичности технологического обо-1?дЬвания. При неблагоприятных температурно-влажност-JX условиях пары кислот могут конденсироваться на Ьверхности конструкций. Характер действия такого кон-цеата не намного отличается от действия проливов кис-на бетон.

Серьезную опасность представляет коррозия арматуры i бетоне. Повреждение арматуры ведет, как правило, преждевременному выводу из строя йсей конструкции, Ьичм* профилактический ремонт арматуры невозможен, 1ежные неразрушающие методы контроля за состоянием )Й|туры, к сожалению, отсутствуют. Для выяснения условий, в которых эксплуатируются Рис. 2. Разрушение перекрытия этажерки производства соляной к>еЗобегонные конструкции в зданиях кислотных про-лоты через 2 года (Стерлитамакский химзавод). ЗВСДСГВ, Произведен химический анализ воздуха внутри

эмбщений, выполнены замеры влажности и температуры Имеются случаи коррозионного разрушения фундаы( Различных точках по сечению зданий в цехах по произ-тов. Проведенное в 1971-1972 годах на Уфимском xmivmv монохлоруксусной кислоты Уфимского химиче-ческом заводе обследование показало, что глубина разруио^ завода и жирных кислот УНИЗ им. XXII съезда ния бетона фундаментов цеха гербицидов за 9 лет эЛ-

плуатацин составила в среднем 0,7 см. Сечение выбирали после ознакомления с технологией

В результате проливов агрессивных веществ в це>роизводства и особенностями эксплуатации оборудования зафиксированы многочисленные случаи разрушения пол1таКнм расчетом, чтобы оно проходило по наиболее харак-что вызывает необходимость их ежегодного ремонта. Эриым участкам газо- и паропроявлений. В каждом сече-сбъясняется тем, что часть полов выполнена из недосии зданий делались замеры ртутными термометрами точно кислотостойких материалов, в том числе из по аспирационными психрометрами в трех точках нижней ландцементных растворов и бетонов, обычных гидроизо. трех точках верхней зоны каждого этажа. По максималь-ционных рулонных материалов и т. п. ым показаниям температуры и относительной влажности

Следует учесть, что полы выполняют и ограждаюирэдуха строили графики, которые наносили непосредст-функцию между отдельными этажами и при низкой химигвдр на чертеж сечения здания (рис. 3). ской их стойкости агрессивные растворы достаточно быст Исследования показали, что в цехах по производству проникают к нижележащим конструкциям, вызывая их кинтетических жирных кислот Уфимского нефтеперерабаты-розию. Разрушение железобетонного перекрытия этажерающего завода им. XXII съезда КПСС содержание агрес-цеха по производству соляной кислоты на Стерлитамиваых газов и паров в воздухе, как правило, превышает ском химическом заводе вследствие периодических про.эйустимые нормы (СНиП II 28-73). Температурно-влаж-вов соляной кислоты на пол верхнего этажа показюйшый режим верхней и средней части зданий в основ-на рис. 2. oii образуется под влиянием тепловыделений действующе-

Существенное влияние на развитие коррозионных пр.1оборудования. Диапазон колебаний температур в зим-цессов железобетонных конструкций оказывает присуиЩ период очень велик - от 2 до 35°С. На нижних эта-

о температура обычно ниже расчетной.

о



Таким образом, проведенные замеры свидетельствуют jjj iJi .joM, что в результате тепло- и влаговыделений техно-

гичёского оборудования в обследованных цехах нефте-[мических заводов создается неблагоприятный темпера-рно-влажностный режим, способствующий развитию кор-13ИЙ строительных конструкций. На формирование тем-ратурно-влажностного режима в цехе и распространение рессивных газов внутри помещений большое влияние ока-[вают вентиляционная система и пространственная пла-фовка зданий. В большинстве случаев здания химиче-их предприятий выполнены из пространственных кон-рукций значительной высоты и не имеют глухих пере-)ытий между этажами; это способствует распространению за и тепла по всему объему здания. Существующая на )едприятиях общеобменная приточно*-вытяжная вентиля-1Я зачастую только усиливает циркуляцию воздуха в )мещении, но не обеспечивает его достаточного обмена, этих условиях в зданиях кислотных производств ста-М!ц а>аЛ. вится ВОЗМОЖНЫМ одновремснное развитие двух процес-в - коррозия бетона под воздействием конденсата паров рессивных газов и коррозия арматуры в результате про-I 1кновения агрессивных газов в бетон.

© Для выявления скорости и степени коррозии арматуры

бетоне в натурных условиях цеха по производству мо-)Хлоруксусной кислоты Уфимского химического завода I уровне нижнего пояса ферм были установлены железо-Рис. 3. Распределение температуры и влажности по сечению цетонные образцы С предварительно напряженной армату-синтетических жирных кислот (Уфимского нефтеперерабатывающими.


® (Ь (Ь

завода им. XXII съезда КПСС).

Исследования образцов показали, что время, в течение

Относительная влажность воздуха также меняется в Щторого на уровне поверхности арматуры образуется опас-роких пределах (20-90%). В летний период температуш (с точки зрения коррозии стали) концентрация ионов в верхних зонах этажей доходит до 40-50°С. Относителора примерно равняется 1,5-2 годам. Скорость их ная влажность воздуха в среднем составляет 20-60)оникновения в бетон за период наблюдения составила причем максимальной температуре соответствует минима; среднем 2,0-2,5 мм в месяц. Поверхность арматуры, ная влажность воздуха. :влеченной из образцов через 3 года, была поражена кор-

Система отопления и вентиляции в большинстве з;)зией на 35%. НИИ не обеспечивает равномерного температурнс-влажно Таким образом, железобетонные конструкции в натурного режима. В связи с этим неизбежно возникают очых условиях химических производств с агрессивными хло-с пониженной температурой и повышенной (по сравненчстыми средами корродируют крайне интенсивно. Долго-с нормативной) влажностью воздуха, где температучность их в большой мере зависит от качества антикор-поверхности конструкций может оказаться ниже тёмперзионной защиты.

туры точки росы, и, следовательно, создаются условия Д В большинстве случаев защита несущих и ограждаю-конденсации агрессивных паров на поверхности констр\их строительных конструкций внутри цехов осуществляет-ций.



ся нанесением на их поверхность химически стойких . работы по нанесению антикоррозионных лакокрасочных кокрасочных покрытий. покрытий выполняются с низким качеством. В особенности

Необходимо отметить, что коррозионное разрушение рц возобновлении лакокрасочной защиты некачественно обязательно связано с химической агрессией. В послед] поизводится подготовка поверхности под покраску, что время в Башкирии участились случаи преждевременыс pj снижает эффективность антикоррозионных работ, разрушения строительных, главным образом, наружи * д^я устранения причин преждевременного разрушения конструкций на объектах, не связанных с химически строительных конструкций зданий и сооружений кислот-предприятиями. Так, на ряде строительных объектов тр производств следует прежде всего провести ряд меро-та Стерлитамакстрой наблюдалось разрушение nj риятий по снижению агрессивности среды по отношению покрытии в недопустимо короткие сроки - в течение 3- ц строительным конструкциям внутри зданий и сооруже-месяцев. При укладке плит стяжка выполнялась из цеме: нефгехимзаводов. С этой целью необходимо упорядо-ного раствора с добавкой поваренной соли. Основн технологию производства и нормализовать режим причиной крайне низкой долговечности железобетонш эксплуатации действующего оборудования на химических плит явилась недостаточная морозостойкость бетона, в j, нефтехимических предприятиях Башкирии. Для этого званная совместным действием мороза и поваренной co,i следует: ужесточить контроль за герметизацией оборудо-что привело к снижению прочности в 10-15 раз. состоянием трубопроводов; усилить вентиляцию,

Анализ данных проведенных натурных обследован смонтировать дополнительные местные отсосы в местах на химических и нефтехимических предприятиях Башк массовых газовыделений; не допускать распространения рии показал, что основными причинами преждевременнс разов по всему зданию; у ворот цехов смонтировать воз-разрушения строительных конструкций в цехах с агр, душные тепловые завесы; обеспечить контроль за состоя-сивными средами являются: jjgM канализационных систем и своевременностью их ре-

1. Неправильная эксплуатация оборудования и наруц монта.

ния технологического режима в процессе производст£ По устройству антикоррозионной защиты: внедрить вследствие чего имеют место выбросы агрессивных raj более эффективную конструкцию химически стойкого по-в атмосферу цехов и проливы агрессивных жидкостей да, а также изоляцию фундаментов и других подземных полы и фундаменты под оборудование. сборужений; соблюдать правила подготовки поверхности

2. Неблагоприятный температурно-влажностный реж железобетонных конструкций под окраску; внедрить наи-помещении, формирующийся под влиянием тепло- и naf более эффективные лакокрасочные покрытия и ингибиторы выделении действующего оборудования, отопления и ь коррозии арматуры.

ружного климата. обеспечения долговечности железобетонных кон-

3. Неэффективная антикоррозионная защита, котор сгрукций, работающих в наружных условиях, необходимо не обеспечивает необходимой долговечности конструкщ; строго контролировать введение добавок ускорителей твер-

Неэффективность антикоррозионной защиты связа дения.в частности хлористых солей, в строительные раство-либо с применением недостаточно стойких материалов рй- ц бетоны

данной агрессивной среде, либо с неправильным устро Проведенные натурные обследования зданий и соору-ством антикоррозионной защиты, при котором свойсг жений кислотных производств химических и нефтехимиче-защитных материалов полностью не используются. Та сзкнх предприятий Башкирии дают основание считать, что недопустимо применение конструкции полов и фундаме оаювной причиной преждевременного разрушения строи-тов под оборудование, где в качестве связующего шт> Штых конструкций является коррозия бетона и желе-ных элементов верхнего покрытия применяют портлан аобегона под действием кислых агрессивных сред. Для цемент. Недостаточна стойкость в растворах кислот тр ьбы с коррозией необходимо знать основы механизма диционных гидроизоляционных материалов, что привод ц^. кинетики коррозионных процессов, описанию которых к разрушению полов и лотков канализации. Очень час 1освящена вторая глава.



синтетических жирных), в цементном камне происходят аналогичные процессы.

В результате таких реакций цементные минера-ды твердые вещества, образующие цементный камень, под действием кислот разрушаются Образуется кальциевая соль и рыхлая масса окислов.

С растворением цементного камня, выполняющего роль Глава II связующего в бетоне, последний, как правило, разруша-

КОРРОЗИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА В КИСЛЫХ Несколько отличаются процессы коррозии бетона в кис-

АГРЕССИВНЫХ СРЕДАХ газовой среде. Вид разрушения в данном случаеочень

похож на вид разрушения при коррозии бетона в кислотах. Также наблюдаются рыхлые продукты коррозии, слой Все случаи коррозионного повреждения железобетон которых со временем увеличивается, аналогично образует-ных конструкций по признаку разрушения могут быть раз. Р^ разрушенным и неразрушенным

делены на два класса: бетоном.

разрушения, связанные с коррозией бетона; Д отличительные особенности. Так,

разрушения, вызываемые коррозией арматуры в бетоне, непосредственному химическому взаимодействию пред-Коррозия бетона, как правило, имеет место в конструк-STey -ади^ превращения кислого газа в кислоту, циях, на которые воздействуют проливы агрессивных происходит в^ результате диффузии газа и растворе-жидкостей (полы, плиты перекрытий и т. п.), или в под- Р жидкости бетона. Далее процесс про-земных конструкциях, омываемых грунтовыми водами. If Р воздействии на бетон кислоты.

Несущие конструкции, эксплуатирующиеся в газовоздуш- Поскольку бетон находится в газовой среде, то продукты ной среде промышленных предприятий, обычно разруша- химической реакции остаются в норовой жидкости. Поются в результате коррозии стальной арматуры. насыщают ее и выпадают в осадок.

F Понимание механизма процесса коррозии еще недоста-

1. КОРРОЗИЯ БЕТОНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА ПОД ДЕЙСТВИЕМ ТОЧНО ДЛЯ- ТОГО, чтобы оценить опасность коррозионного РАСТВОРОВ КИСЛОТ поражения строительных конструкций в агрессивной среде.

Не менее важно знать, как быстро протекают процессы

Для этого вида коррозии бетона характерным являют- коррозии

ся процессы растворения минералов цементного камня в ре- Скорость коррозии бетона при воздействии кислых зультате обменных реакции по схеме (на примере действия сред зависит от плотности бетона, вида и концентрации соляной кислоты) кислоты, температуры окружающей среды. Рассмотрим не-

Ca{OH)fi +HCl->-CaClz+Н2О; сколько подробнее влияние этих факторов на процессы

пСаО mSiO, aq + HCl nCaCl, + mSiO, + zH,0; PPf и бетона.

Вид и концентрация кислоты. В зависимости от вида

пСаО mAtOs-aq-\- НС1~>-nCaCl+mAlOs-rzHiO; кислоты в результате реакции нейтрализации образуются пСаО mAlOsnFeOs ад + НС1 -> CaC/g + тЛ/аОз + продукты коррозии - главным образом соли кальция р'аз-

личной растворимости. При образовании хорошо раствори-KteVs-{- гНи мых солей кальция процесс коррозии протекает с макси-

Под действием других неорганических (серной, азотной) мальной скоростью. В случае образования мало- или труд-и органических кислот (уксусной, монохлоруксусной, норастворимых солей кальция процесс коррозии замедляется.



На нефтехимических и химических предприятиях При действии разбавленных растворов кислот скорость Башкирии самыми распространенными являются соляная.коррозни резко уменьшается.

азотная серная, фосфорная, монохлоруксусная, з^лорсуль- Действию разбавленных растворов кислот в основном фоновая, синтетические жирные кислоты, которые придодвергакяся подземные конструкции, в том числе фунда-действии на бетон дают продукты реакции, oблaдaющиeJJeнты зданий кислотных производств. Концентрация кис-различной растворимостью. о^У g грунтовых водах может достигать 3-4 г/л, что По признаку растворимости солей кальция, образую-соответствует кислотности раствора с показателем рН = 1 щихся в процессе коррозии, все кислоты можно разделитьпо [9] скорость коррозии бетона в растворах различных на две группы. К первой группе относятся соляная,кислот может быть рассчитана по формуле азотная, хлорная кислота. Эти кислоты при взаимодейст-

ВИИ о Са(ОН)2 образуют хорошо растворимые соли, кото- L = YKt, (1)

рые ни при каких условиях не выпадают в осадок в порах ,

и пустотах разрушенного слоя бетона. где Ь - глубина повреждения бетона;

Ко второй группе относятся серная, фосфорная и другие - воздействия агрессивной среды,

кислоты. При увеличении концентрации воздействующих Коэффициент пропорциональности К можно назвать конца бетон кислот возможно выпадение образующихся солей стантой скорости коррозионного процесса. Этот коэф-кальция в осадок. Выпавшие в осадок кристаллы уплот-Фициент учитывает свойства агрессивной среды и бетона няют структуру разрушенного (буферного) слоя бетона, может быть вычислен по формуле препятствуя диффузии агрессивного вещества к непоражен- 2Соо£)Я2с/ i Сао \

ному бетону. Скорость коррозии в таком случае, как пра- К - --[} + - р j. (2)

вило, значительно замедляется. Однако при этом может *

иметь место и разрушение буферного слоя вследствие ин- где Сзд - концентрация агрессивной жидкости; тенсивного роста кристаллов новообразований. Тогда за- Cioo - растворимость цементного камня ъ воде; медление процесса коррозии не наблюдается. - количество вещества, которое может растворить-

Иногда выделяют и третью группу кислот: фтористово- ся в воде в единице объема бетона;

дородную, кремнефтористоводородную, щавелевую и др. Dj, - коэффициенты, диффузии ионов растворенного Воздействие этих кислот практически любой концентрации цементного камня и агрессивной среды соответ-

приводит к образованию кристаллических продуктов реак- ственно;

ции, выпадающих немедленно в осадок, и частичной за- ji - коэффициент, рассчитываемый по химической купорке пор. Скорость коррозии бетона в кислотах тре- реакции и учитывающий необходимое количест-

тьей группы примерно в 1000 раз меньше, чем для кислот во кислоты для нейтрализации одного грамма

первой группы. щелочи цементного камня;

С повышением концентрации кислоты скорость] процес- Пас - сквозная пористость разрушенного слоя бетона, са разрушения резко возрастает и при воздействии кон- Для проверки зависимости К == /(С^) были выполнены центрированных кислот на бетон коррозия происходит следующие эксперименты. В специальные установки настолько быстро, что дает основание считать применение (ряс. 4), обеспечивающие непрерывную смену агрессивного бетона на портландцементе в этих условиях недопусти-раствора, помещались образцы цементного камня. После мым. Строительные конструкции, подвергающиеся перио-выдержки образцов в агрессивной среде замерялась глу-дическому воздействию производственных проливов (кис-бииа их коррозионного поражения и по формуле (1) рас-лот^ высоких концентраций), изготавливают из кислото- итывалось значение К- На рис. 5 приведены результаты стойких материалов, либо предусматривается облицовка данной серии экспериментов. Концентрация кислоты выра-поверхности конструкций антикоррозионными, главным жена через значения рН среды. Как видно из рисунка, образом, полимерными материалами. экспериментальные данные совпадают с теоретической




1,0

Рис. 4. Установка для определения скорости коррозии бетона в растворных кислот.

кривой, рассчитанно! ц(смУгод) по формуле (2). Пр1 увеличении рН кисло! среды до значения 3, кривая К = / (С20) ста новится параллельно! оси абцисс, то есть npi дальнейшем снижени! концентрации агрессив ность раствора неумень шается и действие рас творов кислот таки) концентраций на бетор аналогично действии нейтральной среды.

Температура окружа ющей среды. Больший ство коррозионных про цессов ускоряются с по вышением температуры Так, для коррозии бе-

0,1-

Т

средах это ускорение может быть выражено следующие, уравнением

Е RT

тона в жидких кислых зависимость константы скорости коррозии цементного камня ...... (В/Ц=0,3) от концентрации воздействующей соляной кислоты.

Пример, в таких процессах, когда разрушение материала (Зпроисходит за счет кристаллизации в порах вновь образующихся веществ, часто увеличение температуры приводит к замедлению процесса коррозии бетона, вследствие снижения скорости роста кристаллов.

Состав бетона. Структуру бетона приближенно можно В zл^ч^Г^z7Iш^Гionzтшxл коррозионного про-Р^Ризовать его пористостью. Если бетон на плот цесса при нормальной температуре {t = 20°С или Т и * заполнителе хорошо уплотнен и в нем отсутствуют = 293°К), то с помощью формулы (3 можно легко рас-У^ являющиеся дефектами технологии его изготов считать значение К для любой температуры эксплуатации пористость бетона будет Ц fJ

1 \ пористостью цементной связки. Несложный расчет позво-

(4ляет выявить зависимость пористости бетона от его состава

где Ко - предэкспоненциальный множитель;

Е - эффективная энергия активации процесса; R - газовая постоянная; Т - абсолютная температура.

R \ Т 293

Значения эффективной энергии активации в интервале 5-50°С равны: для случая воздействия на бетон соляной

кислоты -3600, азотной -3900, серной -5500 и монохлор-где <7ц - количество цемента в единице объема бетона или уксусной -6300 кал/моль. расход цемента;

Однако необходимо упомянуть, что не всегда повышение W - отношение массы воды к массе цемента при затво-температуры ведет к ускорению процесса коррозии. На-



в

рении бетонной смеси или водоцементное отнощ( ние;

степень гидратации цемента в бетоне, выража щаяся отношением массы прогидратированног цемента к массе всего цемента; Тц. Тв - плотность цемента и воды соответственно;

8 - коэффициент, учитывающий расширение цемент при его гидратации. Для обычного портландщ мента S = 1,58. Поскольку основные процессы массопередачи при ко{ розии бетона, а именно: диффузия агрессивного агента диффузия растворенных компонентов цементного камня химическая реакция и удаление продуктов новообразовг НИИ - протекают в разрушенном слое бетона, то на скс рость коррозионного процесса будет оказывать влиянц пористость буферного слоя по формуле

6(8-1) (1-Р) + Р)

р - доля растворимого вещества в цементе.

Из уравнений (5) и (6) видно, что пористость как не разрушенного бетона, так и буферного слоя прямо про порциональна расходу цемента и водоцементному отноше нию.

Из уравнения (2) следует, что на константу корро зионного процесса влияют два фактора, зависящие от рас хода цемента в бетоне. Во-первых, это коэффициент, ха рактеризующий реакциональную емкость бегона mj, ко торый пропорционален расходу цемента Оц,

/П1=р.ец. (7

Во-вторых, расход цемента влияет на пористость бу ферного слоя бетона Пг, согласно уравнению (6).

Допуская, что сквозная пористость буферного сло! Ylc бетона прямо пропорциональна общей пористости то есть, Пас = Hj. const, и решая совместно уравнение (2), (6), (7), получим для константы скорости коррозиен ного процесса

К = /Со[Г--в(5 1 )(1 р) + р

где Кв - условная константа процесса коррозии, характеризующая скорость коррозионного поражения беспористого клинкерного материала. Экспериментами, проведенными в НИИпромстрое,. установлено, что степень гидратации цемента в бетоне приготовленном при обычной технологии, составляет примерно одинаковую величину 6 = 0,67. Тогда для бетонов, на портландцементе уравнение (8) приближенно можно-записать в виде

3,15w + 0,5. (9>

Следует заметить, что при выводе формулы (8) принята идеальное уплотнение бетонной смеси, следовательно, эта формула применима только для бетонов с коэффициентом уплотнения близким к единице и не применима для специальных бетонов с воздухоБовлекающими добавками,

крупнопористых ИТ. п.

Из анализа формул (8) и (9) следует, на первый взгляд, весьма парадоксальный вывод о том, что скорость кор-)Ьзии плотного бетона в растворах кислот зависит только от водоцементного отношения и не зависит от расхода цемента в бетоне. Однако внимательное рассмотрение формулы (2) показывает, что, с одной стороны, увеличение расхода цемента приводит к увеличению сквозной пористости буферного слоя бетона, то есть к ускорению процесса коррозии; с другой стороны, увеличение расхода:

Таблица 1!

Глубина коррозионногэ поражения и константа скорости коррозиж образцов бетона с различным расходом цемента

Расход це-аевта в бетоае, кгм

Время испытания t, час

Глубина коррозионного поражения L, см

Константа скорое тн коррозии К, смЧгод

310.

0,38

94,2

0,40

103,7

0,39

98,5



цемента влечет за собой увеличение реакционной емкости бетона и замедление коррозионного процесса.

Эти факторы взаимно компенсируют друг друга, что приводит к независимости константы скорости коррозионного процесса от расхода цемента в плотном бетоне.

Наглядным подтверждением сказанному являются результаты следующих экспериментов. Для опытов были изготовлены образцы с различным расходом цемента, но при одинаковом водоцементном отношении. Затем образцы в течение 133 часов подвергались испытаниям в агрессивной среде соляной кислоты концентрации 0,66 N. Результаты эксперимента (табл. 1) свидетельствуют о независимости скорости коррозии от количества цемента в бетоне.

2. КОРРОЗИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА ПОД ДЕЙСТВИЕМ КИСЛЫХ ГАЗОВ

Как показали обследования состояния строительных железобетонных конструкций, интенсивные разрушения последних наблюдаются при эксплуатации их в атмосфере цехов, содержащей кислые газы.

К наиболее распространенным кислым газам относятся: углекислый газ, сернистый ангидрид, сероводород, хлор, хлористый водород, окислы азота, достаточно полно представленные на предприятиях химии и нефтехимии.

При взаимодействии кислых газов и бетона происходит либо упрочнение тела бетона, вследствие карбонизации (при действии углекислого газа), либо незначительное понижение прочности защитного слоя бетона - в случае коррозии его в среде хлористого водорода.

Наиболее опасной является коррозия арматуры железобетона в среде кислых газов и, как следствие - преждевременное разрушение конструкции. Опасность коррозии арматуры усугубляется тем, что ремонт ее или замена в процессе эксплуатации невозможны. Не существует и надежных методов определения степени поражения арматуры в бетоне.

Основные факторы, вызывающие коррозию стали в бетоне

Известно, что бетон на портландцементе является хорошей защитной средой для стальной арматуры, вследствие того, что норовая влага бетона обладает достаточно высокой щелочностью (рН = 12-13).

В результате реакции нейтрализации между кислым газом и компонентами цементного камня щелочность норовой жидкости бетона понижается. При уменьшении рН среды до значения х11,8 наступают условия, при которых пассивность стали не сохраняется. Самый распространенный случай коррозии арматуры в бетоне, вследствие снижения щелочности, имеет место при взаимодействии бетона с углекислым газом, то есть карбонизация бетона.

Распространенность данного вида коррозии объясняется тем, что углекислый газ содержится в атмосфере (0,03-0,04% по объему) и карбонизации подвергаются все без исключения бетонные и железобетонные конструкции.

В газовоздушной среде химических и нефтехимических производств содержание СОа часто выше, и процессы карбонизации идут быстрее. Сущность процесса карбонизации заключается в следующем. Углекислый газ, проникая в бетон, по пути растворяется в норовой жидкости с образованием углекислоты. Углекислота немедленно вступает в реакцию с гидратом окиси кальция, содержащемся в жидкой фазе бетона. Продуктом химической реакции является карбонат кальция, который, обладая малой растворимостью, выпадает в осадок

СО, + Н^О НаСОз; НаСОз + Са(0Н)2 = СаСОз + 2U0.

Насыщенный раствор карбоната кальция имеет рН = = 9. При такой щелочности среды все гидратированные компоненты цемента неустойчивы, поэтому они подвергаются гидролизу с выделением новых порций гидроокиси кальция.

Процесс идет до того момента, пока все соединения цементного камня не превратятся в карбонат кальция и гидроокиси кремния, алюминия и железа. По мере нейтрализации поверхностных слоев фронт карбонизации перемещается в глубь бетона, достигая арматуры. Прочность бетона при этом обычно не уменьшается.

Нередко и при достаточно высоком значении рН в бетоне развиваются процессы коррозии стальной арматуры. Химические анализы показывают, что это связано, как правило, с наличием в бетоне агрессивных ионов хлора. Соединения хлоридов могут попадать в бетон различными путями: при введении в бетонную смесь добавок - хло-



1 2 3 4
Яндекс.Метрика