Корозія сталі в бетоні
Ремонт пошкоджень, спричинених корозією металу в армованих бетонних конструкціях, у тому числі з пористих бетонів, обумовлює багатомільярдні втрати бюджетів різних країн, причому не завжди порушення цілісності залізобетонних панелей або плит обходяться без людських жертв. Особливо небезпечними залишаються попередньо напружені конструкції, арматура в яких чутлива до корозійного розтріскування, що визначає велику швидкість руйнування, малу його прогнозованість і високі ризики травматизму і смерті людей, що знаходяться в будівлі/споруді. Нормативну базу із захисту заставних та армуючих елементів у бетоні визначено рядом стандартів та СНіП (ГОСТ 9.101-2002, СН 277-80 тощо) і сьогодні найбільш повно зведено до чинного ГОСТ 31384-2008 (Захист бетонних та залізобетонних конструкцій) ). ГОСТ 31384-2008 регламентує обов'язковий захист арматури в бетонних конструкціях засобами гарячого оцинкування, розпалювання , або комбінуванням цих способів при експлуатації в агресивних середовищах.
При нормальних умовах бетон має лужне середовище через присутність гідроксиду кальцію, що практично не викликає скільки значущих корозійних процесів. Однак дифузія в бетони сольових розчинів з опадів і навколишнього повітря, вилуговування або сатурація призводить до того, що система стає корозійно активною. Причому присутність іонів хлору в бетоні може впливати на процес корозії за двома напрямками – змінюючи оксид заліза, внаслідок чого активізується точкова (піттингова)корозія, особливо за наявності блукаючих струмів, а також прискорюючи карбонізацію бетону, що збільшує кислотність середовища та сприяє підвищенню швидкості корозії.
Продукти корозії заліза, що утворюються на поверхні арматури, мають набагато більший обсяг, ніж сам метал, що прореагував. Це збільшення обсягу біля арматурних стрижнів викликає значні за величиною напруги, що розтягують, у самому бетоні. Мікро і макротріщини, що утворюються, полегшують доступ волозі до арматурних стрижнів, що прискорює процес і збільшує внутрішні напруги по експоненті. Коли внутрішні розтягувальні напруги перевищують межу міцності бетону – відбувається руйнування. У разі попередньо напруженої арматури її розтріскування може статися значно раніше, ніж на зовнішній поверхні панелі або перекриття з'являться наскрізні тріщини та сколи. І в цій ситуації цілісність плити визначатиметься лише її вагою, навантаженням та межею міцності бетону.
Оцинкована сталева арматура витримує вплив концентрацій хлорид-іонів у кілька разів вище (від 4 до 5 разів), ніж арматура із звичайного чорного прокату. Причому захист цинкового покриття, по суті, дворівневий при гарячому оцинкуванні або термодифузійному покритті цинку. Основний протекторний бар'єр складають шари інтерметалідів, а зовнішній захист забезпечується пасивованим шаром чистого цинку. Однак тут потрібно розуміти, що самопасивація цинку в бетонному середовищі займає певний час і тому армовані бетонні конструкції краще витримувати в приміщеннях складів з нормальним або слаболужним середовищем перед монтажем для завершення пасивації. Залежність стійкості чистого цинку та пасивованого шару через 15 днів витримки від концентрації іонів хлору представлена на малюнкунижче.
Видно, що пасивований при реакції з гідроксидом кальцію цинк вже через п'ятнадцять днів має нижчий електрохімічний потенціал у порівнянні з чистим цинком, а отже, і більш високу стійкість до дії іонів хлору.
Велике значення щодо стійкості до корозії має міцність зчеплення арматури та бетону. Наявність несплошностей у місцях примикання бетону до арматури, дефектів, тріщин та пір полегшує доступ вологи до металу та запускає механізм корозії.
У свою чергу адгезія бетонної суміші до металу тим вища, чим більша шорсткість поверхні. Саме це визначає переважне використання способу гарячого оцинкування, яке дає більш пористу поверхню покриття порівняно з термодифузійним оцинкуванням або цинку нанесення газотермічним напиленням.
Окремо варто відзначити, що незважаючи на виділення водню при утворенні нерозчинних солей цинку крихтіння металу не відбувається через присутність у цементах певних часток хроматів, що знижують швидкість утворення вільного водню, а також паропроникності бетонів, що грає в цій ситуації позитивну роль. У західних країнах і США найчастіше частку хроматів у суміші збільшують внесенням невеликих кількостей хромових сумішей в цементне тісто або безпосередньо в воду затвора.