Курсовая работа: Защита от коррозии арматуры в железобетонных конструкциях
Как показывают опыт и
исследования, последнее может быть вызвано несколькими процессами, результатом
которых является потеря бетоном способности поддерживать пассивное состояние
стали вследствие понижения степени щелочности межфазной жидкости или проникания
в нее ионов — стимуляторов коррозии.
Первое обычно является
результатом действия на бетон кислых газов и жидкостей, второе — сред,
содержащих хлориды. Наиболее распространенным из кислых газов является
углекислый газ, среднее содержание которого в атмосфере сельской местности
составляет 0,03%. В атмосфере промышленных районов и в воздухе цехов его
концентрация может быть значительно более высокой.
Углекислота активно
поглощается пористым телом бетона, так как между фронтом карбонизации и
поверхностью бетона создается постоянная разность парциальных давлений
углекислого газа, поддерживающая его
диффузию. Скорость
карбонизации зависит от плотности бетона и его влажности, а также от
концентрации углекислоты.
По Пауэрсу, лишь при
относительной влажности воздуха выше 45% содержание воды в бетоне достаточно
для карбонизации. Эти данные подтверждаются Шиделером и Фербеком. Неоднократно
установлено, что при влажности воздуха, близкой к полному насыщению,
карбонизация плотных бетонов практически прекращается.
Очевидно, наиболее
интенсивно процесс карбонизации идет в случае, если пленка влаги на стенках пор
в бетоне достаточна, лишь для растворения в ней гидроокиси кальция и
углекислоты и не закрывает пор целиком, оставляя свободным доступ последней в
виде газа. Капиллярная конденсация в порах геля, способствует дополнительному
уплотнению бетонов плотной структуры и препятствует их карбонизации даже при
оптимальной для этого процесса относительной влажности (45—70%). Для
газонепроницаемости бетонов особенно важны условия твердения. В воде получаются
некарбонизирующиеся структуры, а при воздушном твердении и пропаривании —
легкокарбонизирующиеся.
3. Влияние окружающей
среды на процесс коррозии стали в бетоне
Влажность воздуха,
играющая решающую роль в сохранении защитных свойств бетона, оказывает большое
влияние и на развитие процесса коррозии арматуры в бетоне, если ее поверхность
по той или иной причине перестает быть пассивной. Опыт эксплуатации железобетонных
конструкций показывает, что при сухой воздушной среде в карбонизированном
бетоне, как правило, коррозия арматуры не развивается. Не бывает обычно
коррозии арматуры и в постоянно и полностью насыщенном водой бетоне, даже если
это морская вода, содержащая хлориды.
Процесс поглощения
бетоном различных веществ может быть обратимым и необратимым (в зависимости от
формы их связей с составляющими цементного камня). Вода, например, имеет 4
формы связи: химическую, адсорбционную (физико-химическую), капиллярную и
осмотическую. Две последние являются физическими формами связи. Вода,
поглощаемая капиллярно-пористым телом бетона, может иметь в нем все 4 формы
связи, причем при обычных температурах (до 100°С) химическая и
физико-химическая связи необратимы. Вода связывается химически в процессе
гидратации минералов клинкера, которая может длиться многие годы. Химическая
связь воды в бетоне разрушается при температурах значительно выше 100°С.
Адсорбционные связи воды в бетоне также весьма прочны и в пределах до 100°С не
разрушаются.
Практически в
сформировавшейся структуре бетона в широких пределах может меняться содержание капиллярной
воды, которая в зависимости от парциального давления водяных паров в окружающей
среде заполняет поры и капилляры разной величины — от мельчайших пор геля при
малой относительной влажности воздуха до капилляров с радиусом 1 х 10-5 см при
высокой влажности. Несвязанная вода, механически заполняющая крупные поры,
трещины и пустоты, также может появиться в бетоне, если он будет находиться под
гидравлическим давлением либо если в теле бетона образуется точка росы и
происходит конденсация паров воды. Для капилляров с радиусом более 1 х10-5 см,
которые обычно называют макрокапиллярами, давление насыщенного пара над
мениском воды практически равно давлению пара над плоской поверхностью. Такие
капилляры заполняются водой только при непосредственном соприкосновении с ней и
отдают ее в атмосферу, насыщенную водяными парами.
При полной гидратации
вода, не испаряющаяся до температуры 105°С, составляет около 25% веса цемента.
Это вода, находящаяся в химической и
физико-химической связи
с цементным камнем, электролитически непроводящая. Поэтому она не влияет на
процессы коррозии стали в бетоне. Испаряющаяся вода заполняет капиллярные поры
и поры геля. В порах геля, по Пауэрсу , может содержаться до 15% воды от веса цемента.
Эта вода в
отличие от воды,
заполняющей капиллярные поры, испаряется при более низкой относительной
влажности. Например, при среднем расчетном диаметре пор геля вода испаряется
только при относительной влажности ниже 65%. Следовательно, если бетон не
соприкасается с водой, капиллярная вода может полностью испариться, но при этом
останется вода в порах геля. Ее количество будет зависеть от относительной
влажности воздуха и величины пор геля.
Опыты в Управлении по
испытанию материалов в Мюнхене показали, что бетон при относительной влажности
воздуха 65% содержит испаряющуюся воду в количестве около 15% веса цемента,
или, в зависимости от содержания цемента в бетоне, 1—2% веса последнего.
Для стали в бетоне, так
же как и для открытого металла, должна быть некоторая критическая влажность,
ниже которой пленки влаги на ее поверхности не могут служить электрическим
проводником для перемещения зарядов между анодными и катодными участками поверхности
и, следовательно, наступит омическое торможение коррозионного процесса.
Практика и эксперименты
показывают, что такое критическое значение относительной влажности воздуха
находится в пределах 50—60%. Наиболее интенсивно развивается процесс коррозии
при повышенной влажности, составляющей около 80%. При этом пленки адсорбционной
влаги на поверхности арматуры и в прилегающих порах бетона обладают достаточной
ионной проводимостью, и электрохимические реакции коррозии начинают протекать с
диффузионным контролем катодного процесса ионизации кислорода. При насыщении бетона
влагой диффузия кислорода к катодным участкам сильно замедляется. Поэтому
процесс коррозии арматуры практически останавливается при влажности воздуха,
близкой к 100%. Последнее справедливо лишь для плотного бетона. В недостаточно
плотном бетоне многочисленные крупные сквозные поры не закрываются влагой,
кислород продолжает свободно поступать к поверхности арматуры, и процесс
коррозии не замедляется.
4. ЗАЩИТА АРМАТУРЫ В
КОНСТРУКЦИЯХ ИЗ ЛЕГКИХ, ЯЧЕИСТЫХ И АВТОКЛАВНЫХ СИЛИКАТНЫХ БЕТОНОВ
4.1 Особенности
коррозии арматуры и ее защита в легких бетонах
В настоящее время в
строительстве широко применяются конструкции из бетонов на легких пористых заполнителях.
Бетоны эти отличаются большим разнообразием по-виду заполнителей и вяжущих, а
также по структуре, определяемой степенью заполнения плотным раствором
пространства между зернами пористого заполнителя.
Опыт показывает, что
состояние арматуры в легких бетонах определяется главным образом их структурой,
а также пористостью заполнителя. Исследования состояния арматуры в легких
бетонах на клинкерных цементах проводились неоднократно. В. М. Москвин
установил, что для предохранения арматуры от коррозии в пемзобетоне расход
цемента должен быть не менее 220 кг/м³, а лучше 250 кг/л³. При этом в
состав бетона вводили диатомит в количестве от 20 до 40% веса цемента. В. О.
Саакян при кратковременных испытаниях во влажной среде арматуры в пемзобетоне
плотной структуры с расходом цемента 160 кг/м и более наблюдал коррозию лишь в
тех местах, где были раковины.
На основании
проведенного в 1936 г. М. 3. Симоновым в Тбилиси обследования ряда жилых,
общественных и производственных зданий из легкого железобетона было
установлено, что состояние арматуры не отличается от такового в сооружениях из
обычного железобетона.
Для сооружений,
нодвергающихся действию атмосферных или других факторов,вызывающих коррозию
металла, минимальное содержание портландцемента установлено 150 кг на 1м³
пемзо или туфобетона.
При этом сумма весов
пылевидных частиц и портландцемента должна быть равна 250 кг/м³.
В. Г. Довжик и Л. А.
Кайсер считают, что плотность структуры является основой защиты арматуры в конструктивно-теплоизоляционном
керамзитобетоне. По их данным, в конструкциях для жилищного строительства из
керамзитобетона объемным весом 800-1000 кг/м³ на керамзитовом песке при
расходе цемента не менее 200 кг/м³ арматура надежно защищена от коррозии.
При недостаточно
плотной структуре (плотность 0,95-0,97) или при пониженном расходе цемента
(примерно 150 кг/м³) для предупреждения местной коррозии арматуры рекомендуют
вводить в бетонную смесь нитрит натрия в количестве 2% веса цемента, а в случае
неплотной структуры (плотность менее 0,9) и низкого расхода цемента (примерно
100 кг/м) покрывать
арматуру цементно-казеиновой обмазкой. При этом изделие должно иметь фактурные
слои из плотного цементно-песчаного раствора.
Согласно нормам ФРГ ,
при изготовлении полых плит настилов из пемзобетона защитный слой бетона
плотной структуры должен быть не менее 1 см в сухих условиях и не менее 1,5 см
на открытом воздухе, а расстояние от стержней до внутренней поверхности бетона
в пустотах должно быть не менее 1 см. Арматуру рекомендуется укладывать в
цементное тесто (в некоторых случаях с добавкой мелкого песка или трасса): при этом
арматура втапливается в предварительно уплотненный пемзобетон и затем обильно
заливается цементным тестом. Для уменьшения межзерновой пустотности пемзовый
щебень дробят до крупности 6—8 мм и добавляют фракцию 0—3 мм. Рекомендуется
вводить песок, в количестве 10%,.но не более 20%. При выполнении этих
требований в бетоне марки 80—100 пористость минимальная не опасная для
арматуры. Если конструкция подвергается воздействию паров воды, то необходимо нанесение
цементной штукатурки (плотный фактурный слой), а при действии паров кислот
нужна дополнительная покраска поверхности конструкции.
Страницы: 1, 2, 3, 4 |