ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Особенности взаимодействия железобетонной конструкции со средой из "Коррозионная стойкость железобетонных конструкций в агрессивной промышленной среде" Железобетон — комплексный материал, в конструкциях из которого стальная арматура воспринимает обычно растягивающие напряжения, а бетон — сжимающие. В традиционных конструкциях бетон выполняет роль защиты арматуры от коррозии и высоких температур при возможном пожаре. [c.7] Таким образом, в железобетонной конструкции с окружающей средой непосредственно соприкасается бетон. Очевидно, что в агрессивных условиях конструкция может быть долговечной, если бетон является достаточно стойким и длительно сохраняет способность защищать арматуру. [c.7] Многолетний опыт изготовления и эксплуатации железобетонных конструкций показывает, что плотный цементный бетон в своем исходном состоянии является средой, благоприятствующей сохранности стальной арматуры. Известно, что тонкий налет ржавчины, часто имеющийся на арматуре при бетонировании, невозможно обнаружить, если вскрыть ее, удалив защитный слой бетона спустя несколько дней нормального твердения или после пропаривания изделия. Ржавчина исчезает, растворяется в бетоне н обычно не появляется вновь, несмотря на то, что бетон, будучи капиллярно-пористым гидрофильным телом, содержит влагу и пропускает кислород— вещества, необходимые для электрохимической коррозии стали. [c.7] В настоящее время исследованы основные факторы, препятствующие первоначальной сохранности, т. е. способствующие раннему появлению коррозии арматуры в бетоне. Эти факторы можно назвать внутренними, присущими самому бетону, они связаны как со структурой, так и с составом его жидкой фазы. Установлено [7], что благодаря высокой щелочности последней в плотных цементных бетонах сталь пассивируется, т. е. практически перестает растворяться, посылать в электролит ионы железа. В бетонах с пониженной щелочностью (гипсобетоны, гипсоцементнопуццолановые, автоклавные силикатные и некоторые другие), с добавками хлоридов, с высокой степенью пористости сталь не пассивируется или находится в неустойчивом пассивном состоянии. [c.8] Вопросы обеспечения длительной сохранности арматуры в таких бетонах освещаются во многих работах, отчасти обобщенных в монографии [8], и в настоящей книге не рассматриваются. [c.8] Появление и развитие коррозии арматуры спустя более или менее длительное время после изготовления железобетонной конструкции свидетельствует о потере бетоном защитной способности под влиянием окружающей среды, внешних факторов. Такими факторами могут быть физические, химические и физико-химические процессы. [c.8] К числу физических относятся такие внешние воздействия, как механические отколы бетона, эрозионный износ, периодическое нагревание и охлаждение, замораживание и оттаивание, приводящие к разрушению бетона в защитном слое и обнажению арматуры, которая затем корродирует при непосредственном соприкосновении со средой. [c.8] Образующиеся продукты коррозии стали занимают в 2—2,5 раза больший объем, чем слой прокорродировав-шего металла, и поэтому давят на окружающий бетон. В бетоне развиваются растягивающие напряжения, превышающие его прочность, в результате образуются трещины в защитном слое, ориентированные вдоль корродирующих стержней. Образование таких трещин облегчает доступ агрессивных агентов к арматуре и ускоряет, как правило, ее коррозию. В дальнейшем, если не принять меры, развитие коррозии арматуры приведет к откалыванию защитного слоя, ири этом нарушится сцепление ее с бетоном и резко упадет несущая способность конструкции. Для изгибаемых элементов потеря несущей способности от нарушения сцепления арматуры с бетоном, по данным [38], составляет 30—35%. [c.9] Рассмотренные схемы повреждения с потерей несущей способности конструкций в результате их взаимодействия со средой позволяют разделить все среды по признаку ведущего деструктивного процесса на вызывающие постепенное разрушение бетона с последующей коррозией арматуры и лишающие бетон способности защищать арматуру, что приводит в дальнейшем к разрушению бетона от давления продуктов коррозии стали. [c.9] Учитывая, что классификация сред необходима для прогнозирования долговечности конструкций, при ее развитии нельзя не учитывать известные в теории коррозии металлов положения о контролирующих процессах или факторах. Эти положения в принципе распространяются и на коррозию бетона, однако использование их с целью прогнозирования скорости разрушения бетона пока только начинается. [c.9] Перечисленные элементарные процессы коррозии бетона являются сопряженными, т. е. такими, которые по сути своей могут идти лишь с одинаковой скоростью, определяемой протеканием самого медленного из них. Этот элементарный процесс принято называть ограничивающим или контролирующим. Как показано в работе [89], если продукты коррозии бетона в кислой среде сохраняются на его поверхности, то они образуют своеобразный буфер. После начального периода, когда скорость коррозии высока и ограничивается лишь растворением, начинает преобладать диффузионное ограничение за счет сопротивления переносу в буферном слое продуктов коррозии. [c.10] Полученные теоретическим путем в работе [59] расчетные формулы описывают 10 разновидностей коррозионных процессов в зависимости от вида разрушения (с буфером и без буфера), интенсивности конвективного обмена, а также наличия или отсутствия агрессивного вещества в растворе. Для 3-го вида коррозии бетона (по В. М. Москвину [62]) под действием кристаллизующихся в его порах солей в настоящее время решений не имеется. Полученные решения для 1-го и 2-го вида охватывают лишь постоянное взаимодействие жидкой среды с бетоном. Практически же для большинства промышленных зданий характерно периодическое воздействие на наземные строительные конструкции жидких агрессивных сред (например, увлажнение и высушивание, образование зон капиллярного подсоса и испарения), при котором коррозия 2-го вида может сопровождаться коррозией 3-го вида с разной степенью влияния на разрушение бетона, а также может получить опережающее развитие (стать контролирующим) процесс коррозии арматуры. [c.10] Поэтому расчетные методы прогнозирования глубины коррозионного поражения бетона не получили пока распространения. В принципе же они, очевидно, пригодны для достаточно массивных и иеармированных или мало-армированных конструкций, по условиям службы приближающихся к промышленному оборудованию. Так, в [59] единственный пример расчета касается глубины коррозии бетона канализационного колодца кислых сточных вод. [c.10] Бесспорно, что расчетный метод может быть плодотворным для железобетонных фундаментов, свай и подобных конструкций, позволяя как-то обосновать необходимость или ненадобность защиты бетона. Однако при этом надо проявлять особую осторожность, если расчетная величина его разрушения оказывается соизмеримой с толщиной защитного слоя бетона у арматуры, так как тогда необходимо оценить опасность разрушения за счет коррозии арматуры, которая недопустима. [c.11] Как будет показано далее, для простейших случаев постепенной потери бетоном под действием среды способности защищать арматуру также имеются теоретические решения, полученные с учетом ограничивающего элементарного процесса. [c.11] В частности, в воздушно-влажной среде, когда бетон теряет способность пассивировать сталь в результате карбонизации, последняя ограничивается диффузией углекислого газа в карбонизированном слое бетона, а при действии на конструкцию растворов хлоридов ограничивающим является их перенос через бетон в направлении арматуры. [c.11] Наконец, согласно электрохимической теории коррозии металлов, пассивное состояние стали в бетоне объясняется сильным анодным ограничением, когда в результате образования на поверхности арматуры устойчивых в щелочной среде фазовых или адсорбционных пленок резко тормозится анодный процесс перехода железа в ионное состояние. [c.11] При нарушении же пассивного состояния стали в бетоне ограничение ее коррозии в зависимости от условий будет смешанным с преобладанием анодного, катодного или омического контроля, поскольку процессы ионизации железа (анодный), ассимиляция освободившихся электронов (катодный) каким-либо веществом —катодным деполяризатором в прилегающем к поверхности стали слое электролита и перенос ионов в последнем являются сопряженными. [c.11] Обеспечение стойкости железобетонных конструкций в агрессивных средах должно базироваться на использовании представлений об ограничивающих процессах, влияя на которые, можно наиболее эффективно повышать долговечность конструкций. Схематически основные виды воздействия среды на конструкции приведены в табл. 1. [c.11] Практически встречаются разнообразные сочетания указанных воздействий. Например, очень распространено весьма опасное для арматуры сочетание постоянного действия газовых сред с периодическим увлажнением конструкций растворами, в частности хлоридов. [c.14] Вернуться к основной статье