Стойкость бетона в агрессивных водных средах

При эксплуатации бетон ряда конструкций подвергается воздействию со стороны различных вод - морских, грунтовых, производственных. Поскольку в цементном камне содержатся растворимые в воде продукты, а в водах -различного рода соединения, вступающие в реакции с продуктами гидратации, за счет этого происходит коррозия бетона, а затем и разрушение конструкций.

В.М. Москвин выделяет три основных вида коррозии бетона в водных средах. Коррозия первого вида (выщелачивающая агрессивность) характеризуется растворением составных частей цементного камня и в первую очередь гидрата окиси кальция. Скорость выщелачивания зависит от быстроты проникания и от количества фильтрующейся через бетон воды, а также от ее жесткости: чем мягче вода, тем больше растворяет она Ca(OH)2.

Однако если бетон подвергается действию пресной воды без напора, то он практически не разрушается. Объясняется это тем, что образующийся в поверхностном слое за счет углекислоты воздуха CaCO3 уплотняет бетон, пере-водит Ca(OH)2 в нерастворимое соединение.

Для коррозии второго вида (общекислотная, углекислая, магнезиальная и щелочная агрессивность) типичны процессы взаимодействия продуктов гидратации цемента с растворенными в воде солями с образованием либо легкорастворимых и вымываемых затем солей, либо аморфных продуктов, не обладающих вяжущими свойствами. Например, при действии на гидрат окиси кальция хлористого магния образуется легко растворимый в воде хлористый кальций и непрочный аморфный гидрат окиси магния Ca(OH)2 + Mg Cl2 = CaCl2 + Mg(ОН)2.

Коррозия третьего вида (сульфатная агрессивность) характеризуется тем, что продукты химических реакций агрессивного раствора и цементного камня накапливаются в порах, каналах и трещинах бетона и кристаллизуются в них, разрушая структурные элементы цементного камня и бетона. В этом случае разрушающее воздействие оказывает анион SO4, образующий при взаимодействии с катионом кальция сульфат кальция. Последний, кристаллизуясь в виде двуводного гипса с увеличением объема и порах цементного камни, обусловливает в результате накопления и роста кристаллов появление внутренних напряжений, вызывающих образование трещин и разрушению (гипсовая коррозия). Этот процесс возможен при достаточно высоких концентрациях сульфатов в растворе.

При малых же концентрациях сульфатов агрессивное их действие проявляется вследствие образования гидросульфоалюмината кальция при взаимодействии сульфатов с гидроалюминатами, имеющимися в затвердевшем портландцементе. Объем гидроалюмината при присоединении и нему гипса и воды из окружающей среды значительно увеличивается, вследствие чего в затвердевшем цементное камне возникают внутренние напряжения, вызывающие раз рушение бетона (сульфоалюминатная коррозия).

Естественно, что коррозионные процессы протекают значительно быстрее в растворах, содержащих агрессивные катионы и анионы. Агрессивное воздействие сред особенно опасно, когда одновременно с коррозионными химическими протекают и физические процессы, в результате которых уменьшаются плотность и водонепроницаемость бетона (например, попеременное замораживание и оттаивание).

Поскольку процесс коррозии протекает в основном за счет взаимодействия солей с Ca(OH) и гидроалюминатами кальция, то значит стойкость бетона тем больше, чем меньше трехкальциевого силиката и алюмината содержится в цементе или чем меньше в затвердевшем цементное камне содержание гидроокиси и гидроалюминатов кальция.

При введении противоморозных добавок как раз и уменьшается содержание этих соединений. И действительно бетоны с противоморозными добавками по стойкости в агрессивных водных средах не уступают обычному бетону, а в ряде случаев превосходят его (табл. 61). Из бетонов с противоморозными добавками наименее стойким является бетон с добавкой нитрита натрия. Наиболее "инертной" смысле взаимодействия с Ca(OH)2 и С4A.aq при твердении бетона.

Следует отметить, что эти данные получены при применении наименее пригодного для службы в агрессивных средах высокоалюминатного алитового спасского портландцемента. М.Г. Давидсон установил достаточно высокую солейстойкость бетона с добавкой поташа на низкоалюминатном (волховском) портландцементе, если образцы в течение первого времени выдерживались при отрицательных температурах, т. е. когда формировался бетон достаточно плотной структуры.

Поскольку введение противоморозных добавок лишь несущественно изменяет морозостойкость и коррозионную стойкость бетонов, для повышения их долговечности приемлемы все способы, применяемые с этой целью для обычного бетона.

Так как при гидратации цемента в растворах поташа образуется КОН, то жидкая фаза твердеющего бетона с этой добавкой может рассматриваться как агрессивная среда по отношению к затвердевшему бетону.

Е.Н. Ухов изучал действие растворов поташа на затвердевший бетон. Для этого пропаренные, а также твердевшие в стандартных условиях бетонные образцы подвергались циклическим воздействиям растворами поташа 15 и 30%-ной концентрации (7 суток выдерживания в указанных средах, 3 суток в воздушно-сухих условиях).

Прочностные показатели образцов, подвергавшихся попеременному увлажнению и высушиванию (табл. 62), свидетельствуют, что 15 и 30%-ные растворы поташа не являются агрессивными средами для затвердевшего бетона, не имевшего нарушений в структуре. Все образцы за период наблюдения сохранили острые грани и при внешнем осмотре не имели никаких признаков разрушения (наблюдавшееся понижение прочности характерно и для бетона, выдерживаемого в воде).