Види корозії цементного каменю.
Вироби із цементу та бетону, як із будь-якого іншого матеріалу, згодом в умовах своєї служби піддаються руйнуванню (корозії). Проблема стійкості (неруйнівності) бетонних споруд важлива в такій же мірі, як і саме їх створення.
Під корозією розуміється руйнація цементного чи бетонного вироби внаслідок на нього фізичних чи хімічних чинників як ззовні (зовнішні причини корозії), і зсередини (внутрішні причини корозії).
В умовах експлуатації на цементний камінь діють: природні води (річкові та морські) під тиском або споруди, що просто омивають; промислові та побутові води (стоки); теплозміни, що періодично і багаторазово повторюються (сезонні і денні коливання температур); процеси зволоження та висихання (коливання атмосферної вологості, специфічні умови служби). Крім того, впливають механічні впливи – удари хвиль, вивітрювання, стирання, а також біологічні – шкідливі впливи бактерій. Все це зовнішні причини корозії та руйнування цементного каменю.
До руйнування цементного каменю (бетону) призводять і внутрішні фактори - його висока водопроникність, взаємодія лугів цементу з кремнеземом заповнювача, зміна обсягу через відмінність температурного розширення цементу та заповнювача.
Серед зовнішніх факторів, що зумовлюють корозію цементного каменю, можна виділити фізичні та хімічні фактори. Фізичні фактори корозії охоплюють температурні (поперемінне замерзання та відтавання, нагрівання та охолодження) та вологісні коливання середовища, що ведуть до появи деформацій матеріалу та його руйнування. До зовнішніх факторів слід віднести і руйнування виробу за рахунок підсмоктування та кристалізації солей у порах та капілярах бетонного тіла – так звана сольова корозія.
Хімічні фактори корозії включають вплив водного та газового середовищ на цементний камінь (бетон) - водних розчинів кислот, солей, основ, а також дію різноманітних органічних речовин.
Фізична корозія. Поперемінному заморожуванню та відтаванню (вплив знижених температур) піддаються майже всі відкриті споруди, які у умовах атмосферного впливу. Особливо небезпечна ситуація виникає при одночасному впливі низької температури та розчинів солей, наприклад, при роботі бетону в морських спорудах. Суть дії зниженої температури на бетон полягає у виникненні деформацій розширення води, що замерзає, в небезпечних порах, яка може призвести до руйнування каменю. Виникають щонайменше два джерела руйнівних сил: перший збільшення обсягу води при замерзанні (-9%), що веде до виникнення великого гідравлічного тиску на стінки пор і капілярів, другий осмотичний тиск, що виникає завдяки локальному збільшенню концентрації розчину.
На думку деяких дослідників, величина осмотичного тиску може досягати 1-2 МПа. Сильна внутрішня напруга посилюється при повторних циклах замерзання та відтавання. Спочатку утворюються дрібні тріщини, потім вони заповнюються водою, яка при замерзанні викликає подальше розтріскування цементного каменю (бетону). Багаторазові теплозміни поступово розхитують структуру цементного каменю та бетону, знижують його міцність і в момент, коли тиск розширення перевищує межу міцності при розтягуванні, бетон руйнується.
Як показано Б. Г. Скрамтаєвим, В. М. Москвиним, В. В. Стольниковим та С. Д. Мироновим, основну роль у руйнуванні цементного каменю при дії низьких температур відіграють загальна пористість та характер капілярно-пористоїструктури матеріалу: у штучному камені є пори, найбільш небезпечні та відповідальні за розвиток руйнування матеріалу. Практично безпечні дуже дрібні пори гелю. Оскільки морозостійкість штучного каменю залежить від характеру та величини загальної пористості, то, знижуючи пористість, можна досягти суттєвого підвищення морозостійкості. Загальну пористість можна зменшити зниженням В/Ц, використанням цементу зі зниженою водопотребностио, а також введенням добавок різного типу - пластифікуючих, гідрофобізуючих, повітрозтягуючих.
Морозостійкість цементного каменю (бетону) залежить від якості цементного розчину та заповнювачів. Якість заповнювачів може коливатися в широких межах, оскільки не існує прямої залежності між довговічністю заповнювача та бетону. Однак існує загальна думка, що заповнювачі з великою внутрішньою поверхнею, легко доступною для води, є менш морозостійкими. За умовами роботи бетонні та цементні конструкції можуть перебувати у сфері впливу підвищених температур, вплив яких вивчали К. Д. Некрасов, В. М. Москвин та ін. З (і вище) і полягає в розкладанні спочатку гідратних утворень, а потім інших складових цементного каменю. Тому не рекомендується застосовувати бетони на звичайних цементах, що працюють за температур понад 250 °С.
Щоб підвищити жаростійкість затверділих бетонів, слід вводити добавки (шамот, туф, трепел тощо. буд.) у кількості 0,5—2 травні. год. на 1 травні. ч. цементу, які при температурах вище 800 °С взаємодіють зі складовими цементу СаО із Са(ОН)2 та СаСОз, утворюючи термічно-і водостійкі сполуки.
Поперемінне зволоження та висиханняцементного каменю та бетону внаслідок, наприклад, кліматичних особливостей атмосфери або специфічних умов роботи конструкції викликає відповідно деформації - набухання або усадку. Питання, пов'язані з набуханням і усадкою власне цементу, розглядаються щодо будівельно-технічних властивостей цементу. Що стосується бетонного тіла, то при порушенні вологих рівноваг системи бетон - середовище, наприклад при нерівномірній дифузії вологи в об'єм бетону, в його товщі виникають градієнти вологості, що призводять до деформацій набухання при насиченні водою або усадки - при висушуванні, що знижує міцність бетону. Деформації усадки та набухання можна характеризувати, за С. В. Александровським, коефіцієнтами лінійного усадки та лінійного набухання h (мм/мм), які є відносними деформаціями бетону (мм/мм), що відбуваються при зміні його масової відносної вологості (г/г ) при рівномірному висиханні чи зволоженні. Порядок коефіцієнтів у середньому такий: /3=0,03 мм/мм, h = 0,005 мм/мм. Величину деформації набухання та усадки можна помітно нейтралізувати, змінюючи кількість та якість заповнювача, вид та витрата цементу, водо-цементне відношення.
Кристалізація солей також відноситься до фізичних видів корозії. Капілярні підсмоктування води в тій частині бетонної конструкції, яка працює в грунті, призводять до виникнення такого типу корозії, якщо в грунтових водах велика концентрація водорозчинних солей (Na2S04, ІазСОз, MgS04), високий рівень мінералізованих вод, при цьому клімат даного району сухий чи спекотний . Сольові розчини у разі регулярно надходять у пори бетону, одночасно відбувається випаровування води. З'єднання, що виділяються з розчину при кристалізації, чинять тиск на стінки пор і капілярів, що може викликати деформацію.бетону, котрий іноді його руйнація. Особливо сильним виявляється тиск кристалізації, коли солі, що утворюються, спочатку безводні, а потім переходять в кристалогідрати. Такий вид корозії можна запобігти, використовуючи бетони з малою відкритою пористістю або захищаючи їх гідроізоляцією.
Хімічна корозія. Дія (агресія) води та водних розчинів (неорганічних та органічних речовин - кислот, солей, основ), а також кислих газів в умовах служби бетонних та залізобетонних конструкцій призводить до руйнування бетонного та цементного каменю. Причини руйнування (корозії) полягають у хімічній взаємодії агресивного середовища та складових бетону. Проблеми стійкості бетонних та залізобетонних конструкцій в умовах хімічної агресії вивчали В. А. Кінд, В. В. Кінд, В. Н. Юнг, Ф. Лі, В. М. Москвин, А. Ф. Полак, В. І. Бабушкін . p align="justify"> Процеси, що відбуваються при взаємодії водного середовища і бетону, по їх суті можна систематизувати, що і було зроблено В. М. Москвиним і В. В. Кіндом.
В. М. Москвин поділяє корозію бетону на три види. До першого виду корозії він відносить процеси, що відбуваються в бетоні під впливом вод з малою тимчасовою жорсткістю (м'яких вод), в результаті дії яких складові цементного каменю розчиняються і відносяться крізь товщу бетону при фільтрації, до другого виду корозії віднесені реакції обміну між складовими води і бетону з утворенням розчинних або не володіють в'язкими властивостями продуктів, що послаблюють структуру каменю; до третього виду - накопичення і кристалізація в тріщинах, порах і капілярах бетону солей, які також здатні зруйнувати матеріал (сольова корозія).
При вивченні хімічних факторів корозії бетону слід розглядати не тільки хімічний та мінералогічний склад бетону,капілярно-пористу структуру, а й основу агресивного середовища, в якому, як це випливає з досвіду роботи бетонних споруд, велику роль відіграють іони магнію, натрію, алюмінію, амонію, міді, заліза, водню, гідроксилу, сульфатні, карбонатні, бікарбонатні, хлористі аніони. Небезпечні також всі види кислих газів -вуглекислий, сірчистий, сірководень.