Биологическая коррозия

Если приток воды очень  мал и она испаряется на поверхности  бетона, то гидрат окиси кальция  остается в толще бетона, уплотняет  его и прекращает фильтрацию. Этот процесс называется самозалечиванием бетона.

Для предотвращения физико-химической коррозии рекомендуется изоляция сооружений от агрессивных вод, содержащих сульфаты, а также их отвод, снижение концентрации солей, воздействующих на растворы.

Биологическая коррозия бетона

Биологическая коррозия - прямое или косвенное воздействие низших форм живых организмов, влияющих на внешний вид или технические свойства бетона. К таким организмам относятся бактерии, морские водоросли, грибки, лишайники, мхи и т. д.

Биоповреждения неорганических строительных материалов, к которым  относится бетон, преимущественно сводятся к нарушению сцепления составляющих компонентов этих материалов в результате воздействия минеральных или органических кислот микробного происхождения. Бетонные сооружения разрушаются вследствие химических реакций между цементным камнем и продуктами жизнедеятельности микроорганизмов.

Пористая структура  бетона способствует вовлечению микроорганизмов  в коррозионные процессы. Первые упоминания об участии бактерий в коррозии бетона относятся к 1901 г. При обследовании бетонного водопроводного канала в поверхностном слое поврежденного бетона были обнаружены нитрифицирующие бактерии.

Благодаря переменности сечений контактирующих пор микроструктура цементного камня обладает непроницаемостью для частиц или микроорганизмов  определенного размера, как правило, намного меньше среднего размера пор. Омываемый жидкостью бетон фильтруют воду, а мелкие частицы и микроорганизмы задерживаются на поверхности материала и вступают с ним во взаимодействие.

Продукты жизнедеятельности  микроогранизмов такие как: кислоты, сульфиды, аммиак и другие, являются агрессивными и вызывают разрушение бетона, а также арматуры в железобетонных конструкциях.

Неорганические и органические кислоты и сероводород образуются тионовыми, нитрифицирующими, углеводородокисляющими, сульфатредуцирующими бактериями, грибами, дрожжами и другими микроорганизмами. Наиболее активны в коррозионном отношении литотрофные бактерии, окисляющие неорганические соединения: серу, сульфиды, сульфат закиси железа, аммиак с образованием серной и азотной кислот.

Плесневые грибы - типичные возбудители окислительного брожения. Окислительное брожение, вызываемое плесневыми грибами и так называемыми  окислительными бактериями, может происходить  только в случае, если у микроорганизмов  есть особые энзимы - редуктазы, способствующие неполному разрушению углеводородов в присутствии кислорода воздуха. В качестве промежуточных продуктов этого биохимического процесса образуются органические кислоты (глюконовая, щавелевая, янтарная и лимонная), вызывающие коррозию металлов и органических материалов - разъедание, снижение веса, изменение окраски, потерю прочности - так называемые вторичные явления.

С точки зрения условий  развития процессов биокоррозии, которые  связаны с жизнедеятельностью живых  организмов, следует различать два основных случая, имеющих значение и для разработки мер защиты от этого вида коррозии. В первом случае биоорганизмы - животные, растения, чаще всего микроорганизмы - находятся в непосредственном контакте с наружной или внутренней (для пористых материалов) поверхностью строительной конструкции и в процессе метаболизма взаимодействуют с материалом, в результате чего снижается прочность или ухудшаются другие эксплуатационные качества материала, т.е. происходит повреждение материала и сокращение сроков его эксплуатационной пригодности.

Во втором случае биоорганизмы являются продуцентами веществ, агрессивных  по отношению к строительному  материалу, но непосредственно в  пространстве и времени не связаны  со строительной конструкцией. Коррозионные процессы могут развиваться на значительном расстоянии от места обитания биоорганизмов, вырабатывающих агрессивные по отношению к строительному материалу вещества. Этот процесс может быть отдален во времени от момента, когда наступает контакт агрессивного компонента со строительной конструкцией.

При твердении бетон  покрывается защитной пленкой, образованной углекислым кальцием. Пока пленка цела, она препятствует диффузии воды внутрь бетонной кладки и тем самым защищает бетон от разрушения. Тионовые бактерии, поселяющиеся на поверхности карбонатного слоя, разрушают его, изменяя рН прилегающей воды за счет образуемой ими кислоты. Кроме того, тионовые бактерии приносят вред продуцированием сульфатов, поскольку последние образуют эттрингит, ускоряющий разрушение цементного камня.

Интенсивное развитие коррозии бетона и железобетона наблюдается  в условиях техногенных сред. Высокая  влажность, наличие органического  вещества, жиров и продуктов их гидролиза, аммиака, растворов солей  создают благоприятные условия  для интенсивного развития активных в коррозионном отношении микроорганизмов.

Например, исследование микрофлоры бетона, гидроизоляции, кирпича, штукатурки на ряде мясокомбинатов показало, что во всех пробах стройматериалов  присутствуют микроорганизмы, способные  вызывать коррозию. Так, численность гетеротрофных бактерий, использующих для своего развития органические вещества и образующих аммиак и органические кислоты, достигала 103 клеток на 1 г материала.

Рекомендации по защите от биокоррозии

В любом случае предотвратить  возникновение коррозии гораздо легче, чем бороться с ее последствиями. Поскольку биологическая коррозия развивается в условиях повышенной влажности, эффективными средствами профилактики для защиты материала являются его надежная гидроизоляция с помощью: пропитки природными или синтетическими смолами, окраске, оклейке рулонными материалами, защитной штукатурке, облицовки.

Если все же конструкция  подверглась воздействию микроорганизмов  необходимо удалить поврежденный слой материала. Просушить конструкцию  и обработать поверхность дезинфицирующим составом не менее чем в два приема и после этого вновь ее оштукатурить.

Коррозия бетона и железобетона в зоне переменного уровня воды

Наиболее интенсивно процесс коррозии бетона протекает  в тех частях бетонных и железобетонных сооружений, которые располагаются в зоне переменного уровня воды, например в морских гидротехнических сооружениях. Коррозия бетона в этих условиях может вызываться многими причинами, в частности: химическим воздействием воды, если она по своему составу является агрессивной для бетона; механическим воздействием воды (удары волн и г. п.); попеременным увлажнением и высыханием; попеременным замораживанием и оттаиванием.

В особо суровых условиях службы бетона перечисленные мероприятия  по повышению долговечности бетонных и железобетонных конструкций могут оказаться недостаточными и тогда конструкции следует защищать специальной гидроизоляцией, параметры которой определяются расчетом.

Коррозия железобетонных конструкций  под воздействием жидких агрессивных  сред

Подводные и подземные  части инженерных сооружений и зданий могут подвергаться коррозии в результате воздействия на них агрессивных  грунтовых или морских вод.

Если в железобетонных конструкциях, работающих на открытом воздухе, постепенное разрушение железобетона вызывается коррозией стальной арматуры, то в агрессивных водах коррозия железобетона вызывается преимущественно разрушением бетона. Под действием агрессивных вод цементный камень постепенно разрушается.

Агрессивность воды-среды  по отношению к бетону устанавливают по данным химического анализа, в частности по содержанию в 1 л воды:

ионов НСО'- , мг-экв, характеризующих  выщелачивающую способность воды;

водородных ионов (по значению водородного показателя воды рН), характеризующих общекислотную  агрессивность;

агрессивной углекислоты, мг/л, характеризующей углекислую агрессивность;

ионов Mg2+, мг/л (с учетом содержания ионов SO), характеризующих  магнезиальную агрессивность;

ионов SO|- (с учетом содержания ионов хлора), характеризующих сульфатную агрессивность.

О степени агрессивности  воды-среды для бетона судят на основании сопоставления результатов  химического анализа воды с нормами  агрессивности, установленными в СП 249-63.

При нормировании максимального  содержания отдельных ионов в 1 л  воды, при котором вода еще не считается агрессивной для бетона, принимается во внимание: массивность конструкции, напор воды, проницаемость грунта, окружающего бетон, вид применяемого цемента.

Основными мероприятиями, повышающими долговечность железобетонных конструкций, подвергающихся воздействию минерализованных вод, являются: правильный выбор вяжущего для бетона с учетом вида коррозии, использование высококачественных заполнителей классифицированного песка и промытого фракционированного щебня, повышение плотности бетона путем ограничения водоцементного отношения (не более 0,5) и тщательного уплотнения бетонной смеси при укладке.

При высокой степени  агрессивности минерализованных вод, когда перечисленными мероприятиями  не обеспечивается требуемая долговечность  сооружений, следует применять конструктивные меры защиты, исключающие возможность проникания воды внутрь бетона, К ним относятся покрытия поверхности бетона водонепроницаемыми синтетическими материалами, керамическими плитками, облицовка естественным камнем, пропитка бетона битумом, петролатумом и др., оклейка водонепроницаемыми рулонными материалами и т. д.

Стойкими, долговечными, надежно защищающими бетод от воздействия агрессивных жидких сред являются по-крытия на основе эпоксидных смол.

Коррозия железобетонных конструкций в условиях их службы на воздухе

Железобетонные конструкции  в условиях службы на открытом воздухе (надземные и надводные части  сооружений и зданий) наиболее часто  подвергаются медленному разрушению вследствие коррозии стальной арматуры и значительно реже —бетона. Арматура может корродировать лишь при относительной влажности воздуха более 50%, так как только тогда в капиллярах и порах бетона находятся оба агрессивных агента — вода и кислород, совместное присутствие которых определяет возможность электрохимической коррозии стали.

Скорость коррозии стальной арматуры повышается с увеличением  влажности окружающего воздуха  и его температуры, а также  при наличии в атмосфере некоторых  агрессивных газов — хлора, хлористого водорода и др. Наиболее интенсивно процесс коррозии стальной арматуры протекает при относительной влажности воздуха 75—85%; при более высокой влажности коррозия уменьшается и полностью прекращается: поры и капилляры заполняются водой, т. е. доступ кислорода к поверхности стали становится практически невозможным.

Одним из основных факторов, определяющих скорость коррозии арматурной стали, является состав жидкой фазы, находящейся  в капиллярах бетона. Жидкая фаза в  бетонах на обычных гидравлических вяжущих (портландцементе, шлакопортландцементе и др.) предельно насыщена Са(ОН)2. В такой щелочной среде (рН=12—14) стали склонны переходить в пассивное состояние, при котором их стойкость к воздействию коррозионных сред значительно повышается. Пассивирование металлов и металлических сплавов, как известно, связано с образованием на их поверхности защитных пленок. Некоторые вещества, например хлористый кальций СаС12 и другие соединения, содержащие ион хлора, а также некоторые газы, например хлор, разрушают пассивирующие пленки и ускоряют процесс коррозии.

Характерным внешним  признаком коррозии арматуры железобетонных конструкций являются постепенно расширяющиеся  трещины в защитном слое бетона, ориентированные вдоль рабочей  арматуры, и последующее откалывание  бетона и обнажение арматуры.

Степень агрессивности газовоздушных сред для железобетонных конструкций определяется не только относительной влажностью воздуха и наличием в нем агрессивных газов, но и видом бетона (бетон тяжелый, легкий на пористых заполнителях, ячеистый). Так, например, не содержащая агрессивных газов воздушная среда с относительной влажностью воздуха не более 75% для железобетонных конструкций на обычном плотном бетоне не является агрессивной. В этом случае защитный слой бетона надежно предохраняет арматуру От коррозии. Однако эта же среда является агрессивной для ограждающих железобетонных конструкций из легких, в частности ячеистых, автоклавных бетонов. Долговечность таких конструкций обеспечивается рядом профилактических мероприятий, в частности нанесением на арматуру защитных покрытий.

В зависимости от степени  агрессивности газовоздушных сред и вида железобетонных конструкций  стальную арматуру от коррозии защищают различными способами. В железобетонных конструкциях из тяжелого бетона сохранность  арматуры обеспечивается: повышением плотности и толщины защитного слоя бетона; введением в состав бетона пассивирующих добавок, например нитрита натрия и др.; нанесением в отдельных случаях на открытые поверхности конструкций лакокрасочных покрытий, например битумно-этинолевого лака и др.

В железобетонных конструкциях из легких бетонов на пористых заполнителях сохранность арматуры обеспечивается теми же мероприятиями, однако эффективность их недостаточна в условиях повышенной и высокой агрессивности среды (при относительной влажности воздуха 75—85% или при меньшей влажности, но в присутствии в газовоздушной среде хлора, хлористого водорода, сернистого ангидрида или других агрессивных газов).

Сохранность арматуры в  ограждающих железобетонных конструкциях из ячеистых бетонов автоклавного твердения обеспечивается преимущественно нанесением на арматуру защитных покрытий и окраской открытых поверхностей конструкций антикоррозионными составами. Однако в агрессивных средах (при влажности воздуха 75—85% или при меньшей влажности, но при содержании в воздухе агрессивных газов) эти защитные мероприятия недостаточно эффективны.