Филиал  государственного образовательного учреждения                                                                                                высшего профессионального образования                                                                                                           «Уральский Государственный университет путей сообщения»

   Челябинский институт путей сообщения

    

   П 24

 691(07)   
 
 

   Пеккер  В.И.

   КОРРОЗИЯ  СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

   Конспект  лекций

 
 
 
 
 
 

                   Утверждаю:

                                                             Заведующий кафедрой СД:____________

     Подойников В. Г.

   «___» ________2009 г. 
 
 
 
 

   Челябинск

   2009

 

   

   

   Тема 1 Виды агрессивных воздействий на строительные материалы. 

   1.1 Виды агрессивных воздействий  среды.  

    1.1.1 Коррозия бетона и металла  от атмосферных воздействий. 

    Атмосферные воздействия на строительные конструкции приводят прежде всего к намоканию надземных частей зданий и сооружений от выпадающего дождя и мокрого снега, что ведет к увеличению влажности их поверхностных слоев, а затем, вследствие капиллярного подсоса, к прониканию воды во внутренние слои. Если эти процессы происходят при положительных температурах окружающего воздуха, то увеличение влажности приведет к ухудшению теплофизических свойств наружных стен. При наступлении ясной погоды и увеличении температуры воздуха в летний период влага, накопленная в промокших слоях, может высохнуть.

    В крупных городах с развитой промышленностью  из-за наличия смогов, кислотных  дождей и спонтанных промышленных выбросов различных реагентов в атмосферу даже такое увлажнение поверхностных слоев наружных стен зданий приводит к печальным последствиям для архитектурного облика зданий и сооружений. Фасады быстро темнеют вплоть до черноты, появляются грязные подтеки на светлых поверхностях, а мрамор и известняк на фасадах и архитектурных деталях просто разрушаются в результате кислотной и щелочной коррозии.

    К более серьезным последствиям приводит воздействия воды на подземную часть  зданий при подтапливании в результате наводнения или подъема грунтовых вод.

    Такая вода, как правило, приводит к интенсивному развитию коррозии выщелачивания цементного камня в бетоне фундаментов (коррозия цемента первого вида). Интенсивность  коррозионных процессов в подземных  частях зданий резко возрастает в случае контакта с грунтовыми минерализованными водами или с агрессивными жидкостями, попадающими в грунтовые воды (кислотная, магнезиальная и щелочная  коррозия).

     Атмосферные воздействия на металлические конструкции сводятся к двум видам:

      – существенное повышение нагрузок  на несущие конструкции больших  пролетов и протяженности от  действия налипшего снега и  льда при резких погодных аномалиях,  приводящее к их обрушению  или обрывам тросов, канатов, проводов  ЛЭП или контактных сетей транспорта на электротяге;

      – развитие химической коррозии  окисления металла конструкции  при контакте с влагой воздуха  или от периодического или  постоянного контакта с водой  при различных подтоплениях, протечках  и т.п.; приводящее сначала к  появлению местных пятен оксидных пленок, а затем к сплошному покрытию поверхности металла постоянно растущим по толщине рыхлым слоем оксида железа (той самой ржавчины), который может «съесть» металл на всю толщину.

     От обрушения металлоконструкций  при погодных катаклизмах защититься практически невозможно, а от окисления и последующего разрушения поверхности МК от ржавчины защита существует и вариантов такой защиты существует достаточно много.  

   1.1.2 Воздействие низких температур  (морозная агрессия).

    Воздействие мороза на большинство строительных материалов в конструкциях наружных частей зданий не представляет большой опасности, если конструкции сухие, т.е. не содержат воды в открытых порах и капиллярах.

    Однако, как только материал конструкции (бетон, кирпич, керамические плиты и т.п.) окажется влажным – его структура подвергнется серьезному воздействию низких температур окружающего воздуха сразу при переходе температуры наружной поверхности конструкции через порог в  – 4 ºС.

 

    

    При этой температуре начинается замерзание воды в крупных полостях, порах и капиллярах больших диаметров (более 3…5 мм), а переход воды в лед, как известно из курса физики, сопровождается увеличением его объема на 10% (точнее в 1,091 раза) со всеми вытекающими последствиями для материала, содержащего воду. Давление расширяющегося льда на некоторых участках насыщенных водой объемов может достигать 10…50 атм.

    Установлено, что не вся вода превращается в  лед и не сразу после – 4 ºС.

    При наступлении отрицательных температур окружающего воздуха сначала замерзают крупные объемы воды в трещинах, полостях и пустотах, находящиеся на поверхности или в контакте с замерзающей поверхностью конструкции.

    Известно, что в капиллярах очень маленьких  размеров ( около 1· 10^-5 мм) вода не замерзает даже при – 40 ºС! Такая вода имеет несколько отличающиеся от обычной свойства: ее плотность не 1 г/см³, а 1, 24 г/см³ и т.п. Эту воду называют водой Дерягина, по имени академика, изучавшего ее и первым, определившим свойства и условия появления такой воды.

    Проще говоря, малые объемы воды в тонких капиллярах не опасны для сохранности структуры материала замораживаемой конструкции.

    С другой стороны, нарастающее давление льда по мере замораживания воды в  поверхностных слоях материала  приводит к серьезным деструктивным  процессам, которые и определяют как морозная агрессия среды.

    Сначала тонкие стенки пор покрываются сетью  трещин, а при повторном воздействии  мороза под действием расклинивающего  давления льда эти трещины увеличиваются  в размерах и начинается шелушение  и сколы целых пластов наружных слоев материала. Морозная агрессия «работает» циклически, при каждом повторном замораживании после оттаивания воды в порах при повышении температуры, и этот процесс лавинообразный из-за проникания воды в расширяющиеся полости поверхностных слоев конструкции.

    Если  не предусмотреть защитных мер против морозной агрессии – сечение конструкции  и ее несущая способность настолько  уменьшатся, что возможно ее обрушение  под действием даже расчетных, заложенных в проекте нагрузок. Если к расчетным  нагрузкам добавятся случайные, например, повышенная нагрузка от избыточного уровня выпавшего в данный период снега, то вероятность обрушения поврежденной морозом конструкции возрастет во много раз.

    Вот почему в проектах закладывается  понятие: морозостойкость материала. 

    Морозостойкость – свойство насыщенного водой материала выдерживать попеременное замораживание и оттаивание. За марку материала по морозостойкости (F)  принимают наибольшее число циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое выдерживает  материал без снижения прочности на сжатие более 15%; после испытания образцы не должны иметь видимых повреждений – трещин, сколов (потери массы – не более 5%).

    От  морозостойкости зависит долговечность  материалов в конструкциях, подвергающихся действию атмосферных факторов и воды. Марки морозостойкости бетона F50÷F500.

   Испытание морозостойкости материала в  лаборатории проводят на образцах-кубах. Перед испытанием образцы насыщают водой. После этого водонасыщенные образцы замораживают в холодильнике при температуре от – 15 °С  до – 20 °С, чтобы замерзла вода в тонких порах. Извлеченные из холодильной камеры образцы оттаивают в воде с температурой 15…20 °С, что обеспечивает водонасыщенное состояние образцов.

    Проектные марки бетона по морозостойкости  устанавливают по результатам испытаний на морозостойкость с округлением количества циклов замораживания и оттаивания, которые должен выдержать бетон, до цифр кратных 25 или 50: F50; F75; F100; F150; F200; F300; F400; F500.

 

    

    Цементные растворы, легкие бетоны, кирпич, керамические камни для наружных стен зданий обычно имеют морозостойкость F15, F25, F35. Однако бетон, применяемый в строительстве мостов и дорог, должен иметь марку F50,  F100, F200, а гидротехнический бетон – F500.

    У Останкинской телебашни  морозостойкость бетона F1000.

    Морозостойкость – функция качества компонентов бетона и качества производства работ при изготовлении ЖБИ или бетонировании монолитных конструкций из бетона. Если работы проводились тщательно, с соблюдением СНиПов, то любой тяжелый бетон по морозостойкости окажется не хуже чем F100.

   Для обеспечения повышенной морозостойкости  рекомендуют применять ССПЦ, где  С₃А <5%, который увеличивает пористость цементного камня; или портландцемент с пониженным содержанием С₃А и с маркировкой: ПЦ 400 Д0, то есть не содержащий каких-либо добавок, также повышающих пористость цементного камня. Песок и щебень, как и для любого высокопрочного и долговечного бетона, должны быть мытыми. В/Ц ограничивают: для бетона М500 – 0,4; для М400 – 0,45; для М300 – 0,5. Марки бетона М200…М100 для морозостойких бетонов (выше F200) недопустимы.  

   1.1.3 Химическая агрессия от действия  жидких и газообразных сред.

   Воздействие химически активных жидких и газообразных сред на надземные конструкции уже  упоминалось в разделе агрессивных атмосферных воздействий на фасады зданий.

    В случае агрессивных воздействий  минерализованных или химически  активных грунтовых вод на подземные  части конструкций требуется  весьма серьезная и дорогостоящая  их защита, которая регламентируется СНиПом 2.03.11 – 85 «Защита строительных конструкций от коррозии».

    В этих нормах на базе многолетних и  обширных исследований в НИИЖБе Госстроя России для каждого вида строительных конструкций из железобетона, металла  и дерева разработаны подробные  и детальные рекомендации по оценке агрессивности среды, способам защиты, материалам и технологиям защиты, применимым для каждого случая агрессивных воздействий раздельно по видам материалов. 

    1.2 Способы защиты от агрессивных  воздействий среды, восстановление  несущей способности и характеристик  конструкций при ремонтах

       1.2.1 Коррозия бетона

          В период эксплуатации строительные конструкции из железобетона подвергаются действию агрессивных  сред. Особенно это относится к  промышленным сооружениям, где внешняя  среда, жидкая и газообразная, соприкасающаяся со строительными конструкциями, загрязняется продуктами и отходами производства. Воздействие агрессивной среды на цементный камень бетона может приводить к коррозии.

        Коррозия 1 вида. Выщелачивание  гидроксида кальция происходит интенсивно при действии мягких вод, содержащих мало растворенных веществ. Выщелачивание Са(ОН)₂ в количестве 15…30% от общего содержания в цементном камне вызывает понижение его прочности на 40…50% и более. Выщелачивание можно заметить по появлению белых подтеков на поверхности бетона. Для ослабления коррозии выщелачивание ограничивают содержание трехкальциевого силиката в клинкере до 50%. Главным средством борьбы с выщелачиванием гидроксида кальция является введение активных минеральных добавок и применение плотного бетона.

        Коррозия 2 вида. Углекислотная  коррозия развивается при действии на цементный камень воды, содержащей свободный двуоксид углерода в виде слабой угольной кислоты.

 

  

  Общекислотная коррозия происходит при действии растворов  любых кислот, имеющих значения водородного показателя рН<7; исключения составляют поликремневая и кремнефтористоводородная кислоты.