КОРОЗІЯ АРМАТУРИ В БЕТОНІ - здатністю цементного каменю пасивувати сталь
У захисну дію бетону по відношенню до арматури визначається здатністю цементного каменю пасивувати сталь. Відомо, що в переважній більшості випадків корозія металів відбувається за електрохімічним механізмом, для якого необхідні такі умови: 1) наявність різниці потенціалів на поверхні металу; 2) наявність електролітичного зв'язку між ділянками поверхні металу з різними потенціалами; 3) активний стан поверхні на анодних ділянках, де здійснюється розчинення металу по реакції nH20-f-Me-»-Me+-nH20-e_; 4) наявність достатньої кількості деполяризатора, зокрема кисню, необхідного для асиміляції на катодних ділянках поверхні металу надлишкових електронів 4е-+02+2Н20-іЦ0Н).
При односторонньому контакті без напору, т. е. при капілярному підсмоктуванні води, ступінь насичення бетону зазвичай нижче, оскільки висота всмоктування води перебуває у зворотній залежності від перерізу капілярів. Тиск насиченої пари над меніском води в капілярах з радіусом більше МО 5 см, які зазвичай називають макрокапілярами, практично дорівнює тиску пари над плоскою поверхнею, тому такі капіляри не всмоктують воду і можуть заповнюватися тільки над напором води або при конденсації її, коли в бетоні утворюється точка роси.
Що стосується кисню, то його недолік може обмежувати процес корозії сталі, як показали дослідження, лише за практично повного насичення бетону водою, коли дифузія кисню різко уповільнюється. У бетонах високої щільності (при В/Ц
Швидкість корозії сталі залежить від ступеня агресивності води-середовища, яка для цього випадку може оцінюватися рН, і вмісту кисню Відсутність корозії сталі вбетон пояснюється її пасивністю в лужному середовищі, тобто нездатністю до розчинення за наведеною вище реакції. Якщо ж з тієї чи іншої причини поверхня арматури залишається активною або неповністю пасивується при виготовленні конструкцій або втрачає пасивність у процесі експлуатації конструкції, відбувається корозія арматури в бетоні.
Для збереження пасивності сталі в бетоні необхідний її постійний контакт із поровою рідиною, лужність якої повинна мати водневий показник рН^11,8. Ця умова зазвичай дотримується в щільних бетонах на портландцементі та його різновидах (шлакопортландцементі, пуццолановому портландцементі), які вже при замішуванні водою дають насичений розчин гідроксиду кальцію з рН^12,6. У процесі схоплювання та твердіння цементного тесга величина рН може досягати значень 13,5. 13,8, що, мабуть, пов'язано зі значним перенасиченням рідкої фази, що спостерігається в цей період і є основою утворення кристалічного зросту цементного каменю. У затверділому бетоні величина рН порової рідини становить 12,0. 12,5, що теж значно більше, ніж зазначене вище критичне значення рН^11,8.
У звичайному щільному бетоні нормального твердіння, приготовленому на портландцементі, існує значний запас гідроксиду кальцію, що орієнтовно становить 10 . 15% маси цементу. Крім того, тривалий час зберігається так званий «клінкерний фонд» у вигляді не повністю прогідратованих зерен цементного клінкеру, з якого можуть поповнюватися запаси Са(ОН)г у бетоні, якщо вони з тієї чи іншої причини витрачаються.
Якщо цемент містить активні гідравлічні добавки (пуццолановий та шлакопортландцемент), то значна частина гідроксиду кальцію ними зв'язується. Те саме відбувається, колигідравлічну активність має заповнювач, наприклад пористий подрібнений керамзитовий або перлітовий пісок, особливо їх пилоподібні фракції Зв'язування гідроксиду кальцію значно інтенсифікується при тепловій обробці бетону, що призводить до істотного зниження рН порової рідини. Особливо різко падає рН у бетонах автоклавного твердіння - пористих і силікатних, де висока міцність досягається за рахунок глибокого зв'язування гідроксиду кальцію з кремнеземом меленого піску, золи, шлаку. У бетонах автоклавного твердіння після одного року зберігання в природних атмосферних умовах і при періодичному зволоженні вже можна спостерігати 100% ураження корозією поверхні арматури
Сульфат-іони, хоча й значно меншою мірою, ніж хлор-іони, можуть також порушувати пасивність сталі. У процесі хімічних перетворень сульфідів у бетоні можливе утворення сірководню, який за відповідних умов, взаємодіючи з поверхнею сталі, може спричинити розвиток водневої крихкості у напруженій високоміцній арматурі.
Відомо, що властивості бетону змінюються з часом під дією середовища. У вологих умовах бетон довго набирає міцність, його структура ущільнюється. У сухих умовах цього немає. При періодичному заморожуванні і відтаванні, зволоженні та висушуванні, нагріванні та охолодженні відбувається розхитування структури, розпушення, аж до часткового або повного руйнування бетону. Природно, що й під впливом тих чи інших зовнішніх впливів захисний шар бетону в арматури руйнується, то припиняється його пасивуюча дія.
Однак багато середовищ, не агресивні або слабко агресивнідо бетону, агресивні по відношенню до сталі, наприклад повітряно-вологе середовище, яке з тієї чи іншої причини не є пасивним. Аналогічно діє періодичне зволоження навіть прісною, не агресивною до бетону водою. Необхідно підкреслити, що доти, доки сталь у бетоні перебуває у пасивному стані, ці впливи не викликають її корозії.
Розглянемо причини втрати здатності пасивувати сталь у бетону, який спочатку мав нею повною мірою, тобто щільного бетону на портландцементі без добавок хлоридів. Порушення пасивності арматури у такому бетоні пов'язане переважно із зовнішніми впливами, у яких поверхні арматури у бетоні падає рН порової рідини чи виникають хлор-ионы [1]. Зниження рН бетону пов'язане зі зменшенням концентрації Са(ОН)2, яке може статися або внаслідок її вилуговування (вимивання) водою, що фільтрується через бетон або омиває його, або в результаті нейтралізації кислими рідинами і газами.