Коррозия цементного камня

Коррозия цементного камня вызывается воздействием агрессивных газов и жидкостей на составные части затвердевшего цемента, главным образом на Са(ОН)₂ и 3СаО·Al₂О₃·6Н₂О. Несмотря на разнообразие агрессивных веществ, основные причины коррозии можно разделить на 3 вида: разложение составляющих камня, растворение и вымывание Са(ОН)₂; образование легкорастворимых солей в результате взаимодействия и других составляющих частей камня с агрессивными веществами и вымывание этих солей (кислотная, магнезиальная коррозии); образование в порах новых соединений, занимающих больший объем, чем исходные продукты реакции; это вызывает появление внутренних напряжений в бетоне и его растрескивание.

- 13/3 - Вяжущие в-ва

По агрессивному воздействию на цементный камень и бетон воды делятся на 5 групп:

– воды, обладающие выщелачивающей агрессивностью;

– воды, обладающие общекислотной агрессивностью;

– воды, обладающие углекислотной агрессивностью;

– воды, обладающие сульфатной агрессивностью;

– воды, обладающие магнезиальной агрессивностью.

Согласно теории В.М. Москвина разрушение (коррозия) портландцементного камня делится на 3 вида.

Коррозия 1-го вида – коррозия выщелачивания. Выщелачивание извести Са(ОН)₂ происходит при действии мягких вод, содержащих мало растворимых веществ. К таким водам относятся воды оборотного водоснабжения, конденсат, дождевые воды, воды горных рек и равнинных рек в половодье, болотная вода. Повышается пористость цементного камня, теряется его прочность. На поверхности возникают потеки, белые пятна, вырастают сталактиты. Этот вид коррозии еще называют белой смертью цемента.

Коррозия 2-го вида происходит под действием агрессивных растворов и газов на составляющие компоненты цементного камня с образованием легкорастворимых солей или аморфных продуктов, не обладающих вяжущими свойствами. Коррозия 2-го вида делится на углекислотную общекислотную, магнезиальную, под действием минеральных удобрений и под действием органических веществ:

– углекислотная коррозия развивается под действием воды, содержащей свободную СО₂ в виде слабой угольной кислоты. Избыточный СО₂ разрушает карбонатную пленку бетона вследствие образования хорошо растворимого бикарбоната кальция

СО₂ + СаСО₃ + Н₂О = Са(НСО₃)₂;

– общекислотная коррозия происходит под действием растворов любых кислот, имеющих значения водородного показателя менее шести. Исключение составляют поликремневая и кремнефтористая кислоты. Кислоты могут образовываться при различных условиях: из сточных вод, из сернистого газа, выделяющегося из топок и т.п.

Са(ОН)₂ + 2НCl = СаCl₂ + 2Н₂О, Са(ОН)₂ + Н₂SO₄ = СаSO₄·2Н₂О.

Кроме того, сильные и концентрированные кислоты могут разрушать и силикаты кальция;

– магнезиальная коррозия наступает под действием магнезиальных солей, встречающихся в растворенном виде в грунтовых водах и в морской воде

Са(ОН)₂ + MgCl₂ = СаCl₂ + Mg(ОН)₂,

Са(ОН)₂ + MgSO₄ + 2Н₂О = СаSO₄·2Н₂О + Mg(ОН)₂;

- 13/4 - Вяжущие в-ва

– коррозия под действием минеральных удобрений. Особенно вредны аммиачные удобрения – аммиачная селитра и сульфат аммония. Аммиачная селитра, состоящая в основном из гидрата аммония NH₄NO₃, подвергается гидролизу и поэтому дает в воде кислую среду. Образующийся нитрат кальция хорошо растворим в воде

Са(ОН)₂ + NH₄NO₃ + 2Н₂О = Са(NO₃)₂·4Н₂О + 2NO₃.

Хлористый калий KCl повышает растворимость и ускоряет коррозию. Агрессивен и суперфосфат, состоящий в основном из монокальциевого фосфата Са(НРO₄)₂ и гипса, но содержащий еще и некоторое количество свободной фосфорной кислоты;

– коррозия под влиянием органических веществ. Органические кислоты быстро разрушают камень. Большой агрессией отличаются уксусная, молочная С₃Н₆О₃ и винная кислоты. Жирные насыщенные и ненасыщенные кислоты (олеиновая С₁₇Н₃₃СООН, стеариновая С₁₇Н₃₅СООН, пальмитиновая С₁₅Н₁₃СООН и др.) разрушают цементный камень, так как при действии Са(ОН)₂ они омыляются. Поэтому вредны и масла, содержащие кислоты жирного ряда: льняное, хлопковое, а также рыбий жир. Нефть и его продукты (керосин, бензин, мазут, нефтяные масла) не представляют опасности, если они не содержат нефтяных кислот или соединений серы. Однако надо учитывать, что нефтепродукты легко проникают сквозь цементный камень. Продукты разгонки каменноугольного дегтя, содержащие фенол, могут агрессивно влиять на цементный камень.

Коррозия 3-го вида связана с образованием в цементном камне новых соединений, имеющих объем намного превышающий суммарный объем компонентов, участвующих в реакции. Возникают большие внутренние напряжения, вызывающие появление трещин и последующее за ним разрушение цементного камня.

Частным видом коррозии 3-го вида является сульфоалюминатная коррозия, возникающая при действии вод, содержащих сульфатные ионы

3СаО·Al₂О₃ + 3(CaSO₄·2H₂O) + 26Н₂О = 3СаО·Al₂О₃·3CaSO₄·32H₂O.

Образование в порах камня малорастворимого гидросульфоалюмината кальция (эттрингита) сопровождается увеличением объема примерно в 2 раза. Кристаллизация идет в виде тонких игл, которые называют «цементной бациллой». Возникающее давление приводит к растрескиванию камня.

К коррозии 3-го вида относится также щелочная коррозия, которая может происходить в двух формах: под действием концентрированных растворов щелочей на затвердевший цементный камень и под влиянием щелочей, имеющихся в самом цементном камне. Если бетон насыщается раствором щелочи, а затем высыхает, то в порах образуются сода и поташ, которые, кристаллизуясь, расширяются в объеме и разрушают камень.

- 13/5 - Вяжущие в-ва

Коррозия, вызываемая щелочами цемента, происходит вследствие процессов, протекающих внутри бетона между его компонентами. Причем разрушение может происходить через 10…15 лет после окончания строительства.