Биологическая коррозия

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное  образовательное учреждение высшего  профессионального образования

МОСКОВСКАЯ  ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ КОММУНАЛЬНОГО  ХОЗЯЙСТВА И СТРОИТЕЛЬСТВА

 

Факультет: Технологий и Промышленного Дизайна

             

 

Реферат

по долговечности строительных материалов

на тему «Биологическая коррозия»

 

 

 

 

 

Студент  5 курса                                                                             Кудрин Д.А.

 

Шифр  ПСК-08-009 

 

 

Преподаватель:                                                                               Степанова В.Ф.

 

 

 

 

Москва 2012 г.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Бетоны на основе неорганических вяжущих веществ представляют собой искусственные строительные конгломераты, получаемые в результате твердения рациональной по составу, тщательно перемешанной и уплотненной бетонной смеси из вяжущего вещества, воды и заполнителей. Кроме основных компонентов в состав бетонной смеси могут вводиться дополнительные вещества специального назначения. Среди других ИСК бетоны относятся к самым массовым по применению в строительстве вследствие их высокой прочности, надежности и долговечности при работе в конструкциях зданий и сооружений. Кроме высокой прочности, у бетонов на основе неорганических вяжущих веществ имеется много и других достоинств: легкая формуемость бетонной смеси с получением практически любых наперед заданных форм и размеров изделий и конструкций, доступность высокой механизации технологических операций и т. п. Большая экономичность изделий из бетона состоит в том, что для их производства применяют свыше 80% объема местного сырья — песка, щебня, гравия, побочных продуктов промышленности в виде шлака, золы и др. По некоторым зарубежным данным, количество энергии, требующейся для производства бетонных материалов, является минимальным по сравнению с энергией (приведенной к единому эквиваленту), необходимой для изготовления стали, алюминия, стекла, кирпича, пластмасс. Для затворения порошкообразных вяжущих в тестообразное состояние и получения бетонной смеси используют обычную воду — питьевую из водопровода или речную, озерную и др. Расход воды также ниже, чем при производстве стали. После твердения тесто образует камень, например цементный камень (микроконгломерат), а уплотненная бетонная смесь — бетон (конгломерат). Часть объемов в бетоне, заполнителе и камне занимают поры и капилляры разного размера и в различном количестве.

Для бетонов применяются почти все разновидности неорганических вяжущих, соответственно чему бетоны разделяются на цементные, гипсовые, силикатные, шлаковые, специальные (на фосфатных, магнезиальных и других вяжущих). Для них применяются также все разновидности заполнителей, соответственно чему бетоны разделяют на плотные, пористые, специальные. При объединении вяжущих и заполнителей в принятых по составу количествах получают множество технических решений при производстве искусственных строительных конгломератов различного назначения. Если этих двух компонентов окажется недостаточно, тогда вводят дополнительные вещества (добавки). Еще более сильным фактором, которым пользуются при получении бетонов с заданными свойствами, является технология с ее многообразными операциями (переделами), режимами (тепловыми, механическими и пр.) и характеристиками оборудования.

К одному из показателей  заданных свойств относится средняя  плотность бетона. Величина средней  плотности бетона зависит от разновидности  заполнителя, а отчасти обусловлена пористостью цементного камня. Особо тяжелые со средней плотностью свыше 2500 получают при заполнителях в виде железной руды, барита, чугунного скрапа, обрезков стали или чугуна. Тяжелые— средней плотности 2200... 2500 получают применением в них в качестве заполнителя щебня из плотных горных пород — гранитов, диабаза, песчаника и др.; облегченные — со средней плотностью 1800... 2200. В легких бетонах со средней плотностью 500 ...2000 кг/м3 используется легкий заполнитель, природный или лскусственный, в том числе пемза, туфы, керамзит, аглопорит, вакулит, а также в них нередко отсутствует песчаная фракция, вследствие чего возникают пустоты между щебнем, а сам бетон именуется крупнопористым легким бетоном. Особо легкие бетоны (теплоизоляционные) со средней плотностью менее 500 кг/м3 характеризуются тем, что функции своеобразного заполнителя в них переданы воздушным или газовым ячейкам.

При наибольшей крупности  заполнителя до 10 мм — бетоны мелкозернистые, более 10 мм — крупнозернистые.

В зависимости от производственного назначения бетоны разделяют на конструкционные, предназначенные для изготовления бетонных и железобетонных внутренних и наружных конструкций промышленных и гражданских зданий и инженерных сооружений (колонны, балки, плиты); гидротехнические — для строительства плотин, шлюзов, облицовки каналов и других гидротехнических сооружений; дорожные — для строительства дорожных и аэродромных оснований и покрытий; специальные — для использования при устройстве жароупорных покрытий, кислотоупорных изделий. Каждой разновидности бетона присущи свои особенности: гидротехнический должен быть предельно плотным, водонепроницаемым, морозостойким, стойким против коррозии, тогда как бетон для жилищного строительства, тем более ограждающих конструкций (стен, перекрытий), должен быть малотеплопроводным, поддерживать и сохранять хорошую звукоизоляцию и пр., а бетоны дорожные должны быть не только морозостойкими, но и устойчивыми к динамическим воздействиям транспортных нагрузок, к истираемости и износу под колесами автомобиля в сложных климатических условиях.

 

КОРРОЗИЯ БЕТОНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА

Определение коррозии бетона и железобетона

Коррозией называют процесс  медленного разрушения бетона и железобетона под воздействием различных агрессивных  сред, следствием чего является постепенное снижение несущей способности конструкций и ухудшение эксплуатационных качеств сооружений и зданий в целом. Причины разрушения бетона и железобетона зависят от условий службы конструкций (на воздухе, под водой, в земле или в зоне переменного уровня воды) и вида агрессивной среды.

Под коррозией бетона принято считать ухудшение эксплуатационных характеристик этого строительного  материала в результате воздействия  различных агрессивных веществ. Правда, в этой статье пойдёт речь не о привычной коррозии бетона, а о коррозии, которая присуща стальным элементам, которые используются современными производителями для армирования цементного камня.

Стремясь снизить затраты  на затвердевание бетона, производители  нередко добавляют в материал различные модификаторы и пластификаторы. Воздействие подобных добавок может существенно улучшить эксплуатационные качества цементного камня, но при этом никто не даст гарантии, что модификаторы и пластификаторы не станут причиной возникновения коррозии армирующих элементов.

За примером далеко ходить не надо. В середине 1990-х годов  по северным городам Российской Федерации  прокатилась волна обвалов различных  построек из армированного бетона. Причём обвалились тогда не только производственные и общественные постройки, но и жилые здания, которые были построены буквально за несколько лет до самой катастрофы.

Оказалось, что производители  армированного бетона для быстрого затвердевания материала добавляли  в него разнообразные хлористые  добавки. В итоге бетон быстро твердел и набирал прочность, а его армирующие элементы разъедались токсичным для металла хлором. Со временем строительная конструкция утрачивала свою надёжность и попросту разваливалась.

Хотя с тех пор  минуло больше десяти лет, сегодня Россия переживает настоящий строительный бум, и изделия из армированного бетона пользуются колоссальным спросом. Конечно, современные проверяющие органы тщательно следят за тем, чтобы бетон изготавливался с соблюдением всех установленных технологий, но за всем, как известно, не уследишь.

Стоит ли ожидать обвала зданий из армированного бетона в  ближайшее время, пока неясно. Однако многие учёные уже говорят о том, что использование низкокачественного бетона сегодня может стать серьёзной  проблемой для будущих поколений. Неизвестно, прислушиваются ли к ним застройщики, но домов из армированного бетона с каждым днём становится всё больше и больше…

Химическая коррозия бетона

При эксплуатации инженерных сооружений в жидких и газовых  средах бетон может подвергаться химической коррозии. Коррозия в газообразной среде протекает обычно при наличии влаги и так же, как в воде.

В соответствии с классификацией, предложенной В.М. Москвиным, химическую коррозию цементного бетона разделяют  на три вида. В чистом виде она  встречается редко. Чаще совмещаются два вида коррозии.

Коррозия первого вида происходит в результате растворения  составляющих цементного камня водами с малой временной жесткостью. Эта вода горных рек, дождевая, болотная, конденсат. Уменьшает агрессивность  воды содержание в ней Са (НСО3)2 и Мg(НСО3)2. И только вода с бикарбонатной щелочью менее 1,4-0,7 мг экв/л является агрессивной. Разрушение цементного камня начинается вымыванием Са (ОН)2, растворимость, которой составляет 1,2 г/л в расчете на СаО, а затем идет разрушение клинкерных минералов. Выщелачивание 15-30% СаО цементного камня приводит к уменьшению прочности на 40-50%.

Стойкость бетона можно  повысить применением более плотных  бетонов, пуццолановых портландцементов и шлакопортландцементов. Добавки  в цементах связывают известь  в нерастворимые соединения. При выдерживании изделий на воздухе в результате взаимодействия Са (ОН)2 с СО2 на поверхности бетона образуется малорастворимый карбонат кальция СаСО3, который не выщелачивается водой.

Коррозия второго вида происходит в результате взаимодействия составляющих цементного камня с кислотами и некоторыми солями. При обменных реакциях образуются не имеющие прочности легкорастворимые соединения. К этому виду коррозии относят углекислотную, общекислотную, магнезиальную.

Углекислотная коррозия. Углекислый газ СО2, находящийся в воздухе, растворяется в воде, образуя угольную кислоту Н2СО3. При наличии в воде достаточного количества карбоната кальция СаСО, чтобы нейтрализовать угольную кислоту, Н2СО3 и СаСО3 должны находиться в равновесном состоянии: СаСО3 + Н2СО3 <-> Са (НСО3)2. Эта угольная кислота не является агрессивной по отношению к цементному камню. Если количество углекислоты больше, чем равновесное, она становится агрессивной и способна разрушить цементный камень по реакциям:

Са (ОН)2 + Н2СО3 = СаСО3 + 2Н2О;

СаСО3 + Н2СО3 = Са (НСО3)2.

Гидрокарбонат кальция легко растворяется и вымывается водой. Углекислотная  коррозия происходит в результате действия растворов неорганических и органических кислот при их рН < 7. Не входят сюда кремнефтористо-водородная и поликремниевые кислоты. Кислоты содержатся в сточных, болотных водах; в выбросах промышленных предприятий может быть сернистый газ, хлор и другие, образующие с водой кислоты. Кислоты взаимодействуют с гидроксидом кальция, в результате чего получаются бессвязные кальциевые соли, легко вымываемые водой. Например, при действии соляной кислоты НСI на цементный камень получается растворимый хлорид кальция:

Са (ОН)2 + 2НСl = СаСl2 + 2Н2О.

Органические кислоты — азотная, уксусная, молочная, винная, олеиновая, гуминовая, фульвовая и другие — также разрушают цементный камень.

Магнезиальная коррозия. Чисто магнезиальная  коррозия происходит при действии магнезиальных  солей, кроме МgSО4. Например, в морской  воде содержится хлорид магния МgСI2, который  взаимодействует с цементным камнем по реакции:

 

Са (ОН)2 + МgСl2 = СаСl2 + Mg(OH)2.

 

Образуется растворимый хлорид кальция и бессвязный гидроксид  магния. Коррозия становится заметной при содержании в воде МgСI2 более 1,5-2%.

Для защиты от коррозии второго вида следует применять плотные бетоны, делать пропитку бетона эпоксидными, полиэфирными и другими смолами, устраивать защитные покрытия.

Коррозия третьего вида возникает  при действии на цементный камень веществ, способных образовывать кристаллические  соединения увеличенного объема. Они оказывают давление на стенки пор и разрушают цементный камень. Коррозия происходит при действии вод, содержащих сульфат кальция СаSO4, сульфат натрия Na2SO4 и др. Na2SO4 вначале реагирует с Са (ОН)2 по схеме Са (ОН)2 + Na2SO4 <-> CaSO4 + 2NaOH, а затем CaSO4 с минералом С3А. Сульфат кальция CaSO4 сразу реагирует с минералом С3А:

ЗСаО х Аl2O3 х 6Н2О + CaSO4 + (25-26)Н2О = ЗСаО х Аl2О3 х CaSO4 х(31-32) Н2О.

В результате взаимодействия образуется кристаллический трехсульфатный гидроалюминат (этрингит) с объемом в 2,8 раза большим объема исходных веществ.

Для предотвращения этого вида коррозии применяют глиноземистый цемент, сульфатостойкие портландцемента  и бетоны повышенной плотности.

Сульфатно-магнезиальная коррозия возникает при действии на цементный камень сульфата магния MgSO4. Реакция идет по схеме: Са(ОН)2 + MgSO4 + 2Н2О = CaSO4 х2Н2О + Мg(ОН)2. Образуется рыхлая масса Мg(ОН)2 и кристаллы CaSO4 х 2Н2О, которые растворяются в воде. Влияние на цемент сказывается при концентрации MgSO4 более 0,5-0,75%. Происходит совмещение двух видов коррозии — магнезиальной и сульфатной.

Физико-химическая коррозия бетона

Коррозия этого вида вызывается фильтрацией сквозь толщу  бетона мягкой воды, вымывающей его  составные части, особенно гидрат окиси кальция — гашеную известь. Этот процесс, называемый выщелачиванием извести, весьма опасен для бетона, поскольку известь является составляющей почти всех цементов.

Внешним признаком коррозии такого вида является белый налет  на поверхности конструкции в  месте выхода воды, что и послужило  основанием назвать данный вид коррозии «белой смертью» бетона.

В технической литературе можно встретить термин «карбонизация», который характеризует этот процесс. Карбонизация бетона ведет к потере бетоном его защитных свойств: арматура подвергается воздействию агрессивной среды. В результате карбонизации на поверхности бетона образуются тонкие трещины, которые впоследствии могут привести к отслаиванию бетона.