Бетон — штучний камінь, при виробництві якого використовуються: цемент, дрібний заповнювач – пісок, великий заповнювач – щебінь, вода і добавки, що надають пластичній суміші та готовому продукту необхідні властивості. Під впливом несприятливих зовнішніх факторів або внаслідок внутрішніх хімічних реакцій бетон піддається корозії – процесу руйнування структури з погіршенням технічних характеристик конструкції аж до повного її виходу з ладу. Щоб уникнути аварійних ситуацій і економічних втрат необхідно вибрати оптимальний спосіб, як запобігти появі і розвиток корозійного процесу.
Класифікація видів корозії бетону
Існує кілька видів корозії і варіантів її протікання.
Розчинення компонентів бетонного каменю
Один з найбільш уразливих для вологи компонентів – гашене вапно (гідрат оксиду кальцію). Ця речовина потрапляє в бетонну суміш або в процесі її виготовлення, або при обробці бетонних елементів водою, забрудненої шкідливими домішками. При проникненні вологи вглиб бетонної конструкції гідрат оксиду кальцію легко розчиняється і вимивається, що призводить до порушення структури цементного каменю.
Параметри, що впливають на швидкість розчинення і вимивання гідроксиду кальцію:
- Температура, приблизно рівна + 20°C– — найбільш сприятлива для цього процесу. В умовах більш високих температур розчинність цього компонента знижується.
- Тривалий постійний вплив води. Призводить не тільки до повного вимивання гідроксиду кальцію, але і до розкладання інших гідратних компонентів – глинозему, кремнезему і оксиду заліза – до пухкого стану, що значно знижує міцність бетонного каменю.
- Чим більше процентний вміст мінеральних заповнювачів з гідроксидом кальцію, тим інтенсивніше процес їх вимивання.
Пошкодження цього типу характерні для підземних конструкцій і гідротехнічних об’єктів.
Способи значного уповільнення руйнівних процесів:
- введення пуцоланових присадок, що зв’язують гідроксид кальцію і підвищують водонепроникність бетону;
- застосування бетонів підвищеної щільності;
- штучний карбонізація конструкцій;
- проведення ефективних заходів по гідроізоляції поверхні.
Хімічна корозія
Така корозія відбувається через хімреакцій між компонентами цементного каменю і хімічно активними середовищами. В результаті цих взаємодій відбувається або вимивання сполук, легко розчиняються у воді, або утворення пухких опадів, що не володіють терпкими властивостями. Виділяють кілька підвидів цієї корозії: вуглекислотна, кислотна і лужна.
У разі протікання реакції між гідратом оксиду кальцію (гашеним вапном) і вуглекислим газом, що містяться практично у всіх природних водах, утворюється водонерозчинний CaCO3 і вода.
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O
Водонерозчинний карбонат кальцію CaCO3 поступово накопичується в мікропорах і мікротріщинах бетонного каменю, викликає збільшення його обсягу і стає причиною тріщиноутворення і подальшого руйнування матеріалу. Карбонат кальцію при взаємодії з водою і вуглекислим газом утворює бікарбонат кальцію, що представляє небезпеку для структури бетону, а при наявності води – легко вимивається з бетонного елемента. Чим вище концентрація вуглекислоти в рідині, тим інтенсивніше протікає реакція руйнування конструкції.
CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2
При взаємодії гашеного вапна з кислотосодержащими водами в штучному камені відбувається хімкоррозія бетону з утворенням хлористого кальцію, легко видаляється водою. 
Ca(OH)2 + HCl = CaCl2 + H2O
Крім соляної кислоти, найчастіше в природних водах присутні сірчана і азотна кислоти. Сірковмісна сполука кальцію-CaSO4, як і карбонат кальцію, накопичується в мікропорах бетону, поступово призводячи до втрати його характеристик. З сульфатами активно реагують не тільки гідроксид кальцію, але і алюмінатні компоненти бетонного каменю. Такі реакції є небажаними, оскільки в результаті їх протікання утворюються гідросульфоалюмінати.
Найнебезпечніша сіль-етрінгіт-у міру зростання кристалів викликає дуже сильні напруги всередині бетонного елемента.
Стійкість бетонного каменю до сульфатсодержащих середовищ багато в чому залежить від виду мінерального в’яжучого. Тому, якщо планується експлуатація бетону в сульфатсодержащих водах, то при його виробництві використовуються пуццолановий або сульфатостійкий цементи. Крім неорганічних кислот, корозію можуть провокувати органічні кислоти – молочна і оцтова.
Ще один вид хімічної корозії – лужний — викликає занадто велику кількість протиморозних добавок, що застосовуються при виробництві суміші. Найчастіше зустрічаються реакції між кремнеземом, що містяться в заповнювачах бетонної суміші, і сполуками калію і натрію. Хлориди калію і натрію знаходяться в засолених грунтах, морській воді, реагентах, які використовуються в боротьбі з ожеледицею. В результаті таких взаємодій в цементному камені утворюються гідратовані сполуки, що розширюються в умовах високої вологості з появою тріщин. З тріщин в деяких випадках може виділятися силікат натрію.
Біокорозія
Біологічна корозія виникає в результаті негативного впливу грибків, бактерій і водоростей деяких різновидів. Вони проникають в пори штучного каменю і розвиваються в них. Через накопичення продуктів їх життєдіяльності бетонний камінь руйнується.
Для боротьби з руйнуванням бетонних конструкцій через агресивних біофакторів використовують біоцидні добавки, глибоко проникають в пори матеріалу і знищують мікроорганізми.
Фізичний
До швидкого руйнування бетонних елементів призводять поперемінні цикли замерзання-відтавання під час набору марочної міцності. Позбутися від цієї проблеми можна шляхом створення нормальних умов для схоплювання і твердіння бетонної суміші.
Радіаційний
Цьому виду корозійного руйнування піддаються бетони в результаті радіаційного опромінення, через якого з матеріалу видаляється кристалізована вода. Видалення рідини порушує структуру бетону, знижує його міцність, провокує появу тріщин.
Способи захисту бетонних і залізобетонних конструкцій від корозійного руйнування
Методи захисту бетону і залізобетону від корозійного руйнування ділять на первинні і вторинні. До перших відносяться:
- Початкова коригування складу, мета якої-забезпечення високої щільності і міцності бетону, хорошою водонепроникності.
- Застосування спецдобавок і в’яжучих з особливими характеристиками. Застосовувані добавки-водоутримуючі, пластифікуючі, стабілізуючі. Часто затребувані милонафт, кремнійорганічні рідини, сульфатнодрожжевие бражки.
- Розробка конструктивних рішень, що забезпечують захист сталевої арматури.
Метою вторинних захисних заходів є виключення прямих контактів поверхні бетонних і залізобетонних конструкцій з агресивними середовищами. Такими способами є:
- Пристрій оклеечной гідроізоляції. Цей варіант використовується при контакті бетонної поверхні з вологим грунтом або при його періодичному змочуванні рідинами-електролітами.
- Застосування обмазувальних гідроізоляційних матеріалів. Найбільш поширені мастики на базі різних смол.
- Обробка поверхонь просочуючими складами. Ущільнюючі просочення, що підвищують водонепроникність поверхневого шару бетону, часто наносять перед використанням лакофарбових складів.
- Застосування акрилових і лакофарбових складів — актуально при взаємодії поверхні бетонного елемента з твердими матеріалами або газовмісними середовищами.
Корозія сталевої арматури в залізобетонних конструкціях
Для пристрою силового каркаса бетонних конструкцій використовують сталеві арматурні стрижні з рифленою або гладкою поверхнею. Їх основна функція-підвищити стійкість бетону до навантажень на стиск, розтягнення, зрушення. Корозійне руйнування арматури значно знижує міцність всієї конструкції.
Фактори, що провокують втрату міцності каркаса, – вплив води, наявність в повітрі хлору, сірководню та інших сірковмісних газів.
Вода і гази надходять до сталевого каркасу через пори в бетонному камені.
Способи захисту сталевої арматури в бетоні від корозії:
- Використання раціонально складеної бетонної суміші, введення до її складу інгібіторів, що уповільнюють корозійні процеси в сталі. Мінімальний вміст в бетонній суміші хлоридів і роданідів. Кількість хлористого кальцію має бути не більше 2% від загальної маси в’яжучого.
- Пасивування поверхні сталевих стрижнів перед зварюванням або зв’язуванням арматурного каркаса. Пасивуючі речовини вводять і до складу самої бетонної суміші. Найчастіше це нітрит натрію, застосовуваний в кількості 2-3% від маси в’яжучого.
- Поліпшення щільності бетону, оскільки чим більше в структурі пустот, тим вище ймовірність надходження до сталевих стрижнів води і агресивних газів.
- Дотримання технологічних правил укладання силового каркаса в опалубку.
Щоб уникнути передчасного руйнування залізобетонної конструкції необхідно контролювати її стан за допомогою технологій неруйнівного контролю, передбачених ГОСТом 18105-2018.
