АННОТАЦИЯ 

   В курсовой работе показано процессы происходящие при коррозии бетона II вида, факторы влиящие на коррозию данного вида и методы защиты от данной коррозии.

   Нормативные материалы приведены по состоянию  на 2011 – 2012 года.

   Объем курсовой работы представлен на 32 страницах печатного текста.

   Количество  таблиц - 3

   Количество  рисунков -3

   Список  литературы - 7 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   НОРМОТИВНЫЕ ССЫЛКИ 

   ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ 

   Коррозионная среда-Среда, в которой происходит коррозия металла

   Окислительная газовая среда - Газовая среда, вызывающая окисление металла

   Инертная газовая среда - Газообразная среда, не взаимодействующая с металлом

   Корродирующий металл - Металл, подвергающийся коррозии

   Коррозионные потери - Количество металла, превращенного в продукты коррозии за определенное время

   Продукты коррозии - Химические соединения, образующиеся в результате взаимодействия металла и коррозионной среды

   Скорость коррозии - Коррозионные потери единицы поверхности металла в единицу времени

   Скорость проникновения коррозии - Глубина коррозионного разрушения металла в единицу времени

   Коррозионная стойкость - Способность металла сопротивляться коррозионному воздействию среды

   Внутренние факторы коррозии - Факторы, влияющие на скорость, вид и распределение коррозии, связанные с природой металла (состав, структура, внутренние напряжения, состояние поверхности)

   Внешние факторы коррозии - Факторы, влияющие на скорость, вид и распределение коррозии, связанные с составом коррозионной среды и условиями коррозии (температура, давление, скорость движения металла относительно среды и т.д.)

   Коррозионный очаг - Участок поверхности металла, на котором сосредоточен коррозионный процесс

   Критическая влажность - Значение относительной влажности, выше которой наступает быстрое увеличение скорости атмосферной коррозии металла

   Электрохимическая коррозия - Взаимодействие металла с коррозионной средой (раствором электролита), при котором ионизация атомов металла и восстановление окислительной компоненты коррозионной среды протекают не в одном акте и их скорости зависят от электродного потенциала

   Химическая коррозия - Взаимодействие металла с коррозионной средой, при котором окисление металла и восстановление окислительной компоненты коррозионной среды протекают в одном акте 
 
 
 
 
 
 
 

   УСЛОВНЫЕ  ОБОЗНАЧЕНИЯ И  СОКРАЩЕНИЯ 

   ГСАК  – гидросульфоалюминат кальция;

   ПАВ –  поверхностно-активное вещество;

   АМД –  активная минеральная добавка;

   Δmпрк – потери массы при прокаливании;

   ПЦ  – портландцемент;

   C3S –  3CaO・SiO2;

   C2S –  2CaO・SiO2;

   C3A –  3CaO・A12O3;

   C4AF –  4CaO・A12O3・Fe2O3;

   Ca(OH)2 – гидрооксид кальция. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

СОДЕРЖАНИЕ 

   Введение……………………………………………………………………..8

1. Сущность процесса коррозии………………………………………..10
1. Углекислотная коррозия………………………………………10
2. Коррозия бетона при действии неорганических кислот…….13
3. Коррозия бетона при действии органических кислот……….18
4. Коррозия бетона при действии некоторых солей……………18
2. Внутренние факторы, влияющие на процесс коррозии…………….20
3. Внешние факторы влияющие на коррозию бетона…………………24
4. Меры предотвращающие коррозию II вид………………….…..........27

   ВВЕДЕНИЕ 
 

   Осуществление Государственных программ: «Стратегия индустриально-инновационного развития Казахстана до 2015 года», «Развития промышленности строительных материалов, изделий и конструкций в РК на 2005-2014 годы» «Программа жилищного строительства в РК на 2011 – 2014 гг.» и также ежегодных посланий Президента РК Н.Ф. Назарбаева народу Казахстана, являются стратегическими ориентирами развития отрасли стройиндустрии и экономики в нашей стране.

   Качество  возводимых жилых зданий и сооружений зависит от таких факторов как, качество применяемых строительных материалов, изделий и конструкций, их правильного складирования и хранения в условиях строительной площадки, применения современного оборудования для производства определенного вида продукции.

   Придавая  большое значение вопросу повышения  качества строительства, государственные  органы РК по строительству определили форму организации и контроля качества строительных материалов, изделий  и оборудования на предприятиях стройиндустрии, а также контроля качества строительно-монтажных работ.

   Сертификация  продукции и услуг стала обязательной.  Она рассматривается как официальное подтверждение качества и во многом определяет конкурентоспособность продукции, а значит и развитие производства, его рентабельность и эффективность.

   Экспертиза  продукции для строительства  должна соответствовать системам качества стандартам серии ИСО 9000. Все виды экспертизы базируются на высокой компетентности специалистов, которые реализуют ее процедуры, а также разрабатывают нормативно-методические документы.

   По  данным этих документов можно определить соответствует данный вид продукции  качеству или нет, а также мерам  защиты от коррозии бетонов.

   На  бетонные и железобетонные конструкции, эксплуатируемые в промышленных, гражданских, жилых, сельскохозяйственных зданиях, могут действовать агрессивные среды. Долговечность конструкций определяется стойкостью как бетона, так и арматуры при воздействии на них агрессивной среды. Ц Степень агрессивного воздействия на бетонные и железобетонные конструкции определяется: для жидких сред — наличием и концентрацией агрессивных агентов, температурой, величиной напора или скоростью движения жидкости у поверхности; для газовых сред — видом и концентрацией газов, растворимостью их в воде, влажностью и температурой среды; для твердых тел (соли, аэрозоли, пыли)—дисперсностью, растворимостью в воде, влажностью окружающей среды. Степень их агрессивного воздействия на бетон определяется специальными нормами по антикоррозионной защите строительных конструкций (СНиП 2 03.11—85). В зависимости от глубины разрушения бетона при коррозии различают слабо-, средне- и сильноагрессивные среды .

   При воздействии на бетон воды-среды  может происходить разрушение бетона, характеризующееся I, II или III видом коррозии. Разрушение конструкции в данном случае наступает вследствие недостаточной стойкости бетона. При проектировании конструкции необходимо учитывать состав агрессивной среды, условия службы конструкции, правильно выбрать материалы и назначить плотность бетона, чтобы обеспечить заданную долговечность конструкции.

   В железобетонных конструкциях необходимо рассматривать также вопрос сохранности  арматуры в бетоне. При воздействии  на бетон жидких сред, не содержащих агрессивных по отношению к стали  ионов (Cl~, S(V~ и др.). ^в первую очередь разрушается бетон, т. е. процесс коррозии бетона является ведущим. В условиях газовоздушной среды (при повышении относительной влажности воздуха 60%), а также при воздействии на конструкцию жидких или твердых сред, содержащих агрессивные по отношению к стали ионы (например, С1~), возможно развитие коррозии арматуры. Разрушение железобетонной конструкции в данном случае может наступить вследствие коррозии арматуры. Продукты ржавчины накапливаются на арматуре, давят на бетон, вызывают появление трещин, а затем и отслоение защитного слоя. Наибольшую опасность вызывает применение высокопрочных арматурных сталей, подверженных коррозионному растрескиванию. В этом случае возможен обрыв напряженной арматуры.

   Коррозия  бетона в газообразной среде протекает, как правило, при наличии влаги, и возникающие при этом процессы не отличаются практически от коррозии бетона в водной среде. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. СУЩНОСТЬ  ПРОЦЕССА КОРРОЗИИ II ВИДА

   Этот  вид коррозии связан с развитием  обменных реакций между составляющими цементного камня и химическими веществами (чаще всего кислотами или солями). При этом, чем энергичнее протекает процесс реакции взаимодействия и чем более растворимы новообразования, тем скорее и полнее разрушается бетон.

   Коррозия  II вида отличается от коррозии I вида тем, что повреждения бетона определяется не только растворением компонентов цементного камня, но и химическим взаимодействием с агрессивными компонентами, содержащимися в воде с образованием растворимых продуктов коррозии или с выделением труднорастворимых соединений в воде рыхлых новообразований, не обладающих прочностными свойствами.

   Разрушение  начинается с поверхности. Новообразования, необладающие вяжущими свойствами и достаточной плотностью, растворяются или смываются механически, обнажая последующий слой до полного разрушения. Если же новообразования нерастворимы или после удаления их остается достаточно прочный слой продуктов реакции, который не удаляется, то свойства этого слоя и будут характеризовать интенсивность разрушения.

   Коррозия  II вида имеет место в природных условиях – при действии углекислых вод. Сернистая и серная кислоты иногда присутствуют в небольшом количестве в торфяных почвах. В почвах могут присутствовать также гумусовые, креновая и апокреновая кислоты. В застойчивых участках морского побережья создаются условия для быстрого развития бактериальной жизни и тогда в морской воде присутствуют в незначительном количестве органические и неорганические кислоты. Значительное количество кислот имеет место в производственных сточных водах предприятии, а также в грунтовых водах, загрязненными продуктами и отходами различных органических и неорганических веществ (кислот, солей). Попадая на конструкции из бетона и железобетона, эти агрессивные среды быстро разрушают их (иногда за несколько месяцев). 

   1.1 УГЛЕКИСЛОТНАЯ КОРРОЗИЯ 

   Углекислота содержится во всех природных водах  в большем или меньшем количестве. При рН больше 8,5 количество ее мало и практически малоощутимо.

   Углекислота в воде диссоциирует в две ступени:

                              Н₂С0₃ ↔Н⁺+НС0₃^–;   (1)

                              НСО₃↔Н⁺+СО₃^–.    ₍₂₎

   Следовательно, в воде устанавливается подвижное  равновесие между H₂C0₃ ↔2H⁺+CO₃^2–.

   Чем больше в воде содержится HCO₃^–, тем больше в равновесии с этим анионом должна быть С0₂. Если же количество С0₂ превышает равновесие, то оно способно реагировать с цементным камнем с образованием новых количеств СаС0₃, т.е. такая углекислота будет агрессивной.

   Константы диссоциации для этих реакций  равны:

   Из  этих уравнений следует, что соотношение  между отдельными формами зависит  от концентрации водородных ионов рН (табл. 4.8). 

   Таблица 1

   Соотношение форм состояния углекислоты в  зависимости от рН воды (по О.А. Алексину)

   Для устойчивого состояния НСО, в  присутствии ионов необходимо некоторое количество СО₂. Увеличенное количество С0₂ сверх равновесного создает условия для растворения карбонатной пленки, а вода приобретает агрессивные свойства. Поэтому избыточное сверх равновесного количество С0₂ называют агрессивной углекислотой.

   Если  поверхность бетона контактирует с  водой, содержащей углекислоту, то будет  нейтрализоваться гидроксид кальция с образованием карбоната кальция. Затем новые количества углекислоты будут растворять и вновь образовавшийся карбит кальция, и существовавший в поверхностном слое как результат карбонизации цементного камня углекислотой воздуха. При этом процесс идет с поверхности вглубь бетона и его интенсивность будет определяться концентрацией углекислоты в водной среде.

   Опасность углекислотной коррозии зависит  от условий контакта бетона с водой.

   При свободном омывании водой поверхности бетона массивных сооружений, когда процесс коррозии происходит при диффузионном контроле потока гидроксида кальция из глубины к поверхности бетона, содержание в воде углекислоты будет усиливать растворяющее действие воды пропорционально содержанию углекислоты. При этом, так как С0₂ выводит в раствор Са²⁺-ион в виде Са(НС0₃)₂, на каждый моль будет удаляться 1/2 моля Са²⁺-иона или в расчете на соотношение по массе - на каждые 100 мг С0₂ в растворе будет удаляться 64 мг СаО.

   Если  принять во внимание растворимость  в воде Са(ОН)₂ - 1200 мг/л (в расчете на СаО), то следует отметить, что в этих условиях присутствие С0₂ в воде незначительно (примерно на 5%) будет увеличивать агрессивность воды. Если же карбонатная пленка на поверхности бетона защищает его от коррозионного воздействия других веществ, агрессивных по отношению к цементному камню, например, в морской воде, то в этом случае практически не растворимый в воде СаС0₃, составляющий пленку, растворяется в воде, содержащей углекислоту, и защитное действие карбонатной пленки прекращается.

   При фильтрации под напором через  тонкостенные конструкции из бетона и железобетона взаимодействие Са²⁺ с Са(ОН)₂ будет в первоначальный момент уплотнять бетон. Однако, затем коррозионное действие воды, содержащей С0₂, будет усиливаться за счет более интенсивного разрушения цементного камня в результате не только растворения гидроксида кальция, но и обменных реакций между минералами цементного камня и углекислотой.

   Отметим, что при фильтрации через бетон  воды, содержащей углекислоту, можно  судить о характере процесса. Если в фильтрате содержится Са(ОН)₂, то это значит, что углекислота задерживается в бетоне в виде Са-С0₃, что уплотняет бетон.

   Если  же в фильтрате содержится Са(НС0₃)₂, то будет происходить усиление фильтрации за счет растворения как СаС0₃, так и Са(ОН)₂.

   Следовательно, появляется опасность коррозионного  воздействия воды, содержащей углекислоту.

   В этом случае последовательность разрушения бетона по В.М. Москвину протекает следующим  образом:

• зона I - «зона разрушения» (насыщенная бикарбонатом вода разрушает постепенно цементный камень; бикарбонат уносится водой, а на месте остаются не обладающие вяжущими свойствами продукты разрушения цементного камня с включениями зерен заполнителя); насыщенный раствор бикарбоната, встречая на своем пути гидроксид кальция, выпадает постепенно в малорастворимый карбонат кальция;
• зона II - «зона уплотнения» (в этой зоне происходит сужение каналов, по которым движется вода); далее фильтрующаяся вода, насыщенная углекислотой, растворяет цементный камень по механизму коррозии I вида, т.е. начинается
• зона III - «зона выщелачивания».

   Основными факторами, влияющими на развитие процесса углекислотной коррозии, являются площадь  реагирующей поверхности цементного камня и скорость движения воды по отношению к поверхности цементного камня.

   Характеристикой интенсивности процесса углекислотной  коррозии является количество СаО (в виде бикарбоната) в агрессивном растворе, образующееся в течение одной мин. (V_Cao)- Многочисленные исследования по влиянию на этот вид коррозии различных цементов показали, что все они нестойки против углекислотной коррозии. Несколько более высокая стойкость глиноземистого и пуццоланового цементов объясняется в основном уплотняющим действием продуктов коррозии (в первом случае - глинозема, во втором - кремнезема), препятствующих свободной диффузии ионов Са⁺ к поверхности цементного камня.

   Кроме этого, положительное влияние оказывает  повышенная плотность бетона.

   Дополнительным  требованием при этом виде коррозии является использование вместо известняковых - плотных изверженных пород.

   Все перечисленное выше является не только факторами, от которых зависит развитие механизма процесса коррозии при действии углекислых вод, но и путями повышения стойкости конструкций из бетона и железобетона при действии углекислых вод.

   Рассмотрим  теперь, как протекает коррозия II вида при действии на бетон различных  кислот. 

   1.2 КОРРОЗИЯ БЕТОНА ПРИ ДЕЙСТВИИ НЕОРГАНИЧЕСКИХ КИСЛОТ 

   Очень часто на предприятиях, имеющих наличие  неорганических (минеральных) кислот (соляная, серная, углекислая и др.), можно встретить следующие типичные случаи разрушения конструкций из бетона и железобетона (рис. 1).

   Механизм  процесса коррозии бетона в кислой среде протекает в форме реакций  замещения. Образующиеся при этом продукты реакции непрочны, легко растворяются и уносятся водой или выделяются в аморфном состоянии.

   Последовательность  реакции можно представить следующим  образом:

   Са(ОН),+Н₂S0₄(или 2HC1;HN0₃)=CaS0₄(или СаС1₂;Ca(NO,)₂)+2Н₂0 (5)

                3CaO2Si0₂3H₂0+3H₂S0₄=3CaS0₄+2Si0₂aq+H₂0,          (6)

                ЗСаО•2Si0₂•ЗН₂0+6НС1=ЗСаС1₂+2SiO₂•aq+Н₂0.       (7) 

   При действии кислот на алюминаты и ферриты  также образуются аморфные, бессвязные массы А1(ОН)₃, Fe(OH)₂.

   Скорость  коррозионного процесса зависит  от растворимости продуктов реакции: чем больше растворимость продуктов  реакции и чем интенсивнее  они уносятся агрессивным раствором, тем быстрее идет разрушение цементного камня. В этом случае ограничивающими скорость коррозии факторами являются, в первую очередь, реакционная емкость агрессивной среды и скорость ее обмена у поверхности бетона.

Если  же продукты реакции малорастворимы, то, оставаясь на месте образования, они замедляют доступ агрессивной среды к внутренним еще не поврежденным участкам цементного камня. В этом случае ограничивающим фактором скорости коррозии является уже диффузия ионов через образовавшийся слой продуктов реакции. Скорость диффузии ионов зависит от градиента их концентрации, а также от толщины и диффузной

Рисунок  1

    Разрушение  конструкций из бетона и железобетона при  действии кислот

    Сверху  вниз: а - стен; б - балок; в - перекрытия; г - фундаментов 

проницаемости слоя, образовавшегося на поверхности цементного камня.

   Г.В. Любарской были получены количественные характеристики эффективных коэффициентов диффузии кислот и предложено разделить кислоты на 3 группы :

• к 1 группе относятся кислоты, в результате действия которых на цементный камень бетона образуется слой продуктов коррозии, состоящий из
• гелей кремнекислоты, гидроксидов железа и алюминия и незначительного количества кристаллических включений - солей кальция; это - соляная, азотная, хлористоводородная и другие сильные минеральные кислоты;

• ко 2 группе относятся кислоты с растворимостью солей менее 1 г/л, которые при  небольших концентрациях образуют слой продуктов коррозии, состоящий  из тех же продуктов коррозии, что и при действии кислот 1 группы,

   Рисунок 2

   Глубина разрушения образцов из цементного камня  и цементного раствора при действии растворов  HCI

   1.2- дробленый цементный камень, 3...5- цементный камень; концентрация HCI: / - 0,5 Н; 2, 3 - 0.1 Н; 4 - 0,01 Н; 5-0,001 Н 

• а при высоких  концентрациях - слой, состоящий из тех же солей (кремнекислоты, Fe(OH)₂, Аl(ОН)₃) со значительным содержанием солей кальция в твердой фазе, что возможно при повышении концентрации аниона кислоты над растворимостью ее кальциевой соли; присутствие солей кальция повышает плотность слоя продуктов коррозии и снижает скорость коррозионного процесса; к этой группе относится фосфорная, серная, сернистая и другие кислоты;
• к 3 группе относятся кислоты, растворимость кальциевых солей которых менее 0,002 г/л; кислоты, образующие при всех значениях концентрации слой продуктов коррозии, состоящий из гелей кремнекислоты и гидроксидов железа и алюминия, уплотненных нерастворимыми солями кальция; к этой группе относятся щавелевая, фтористоводородная и кремнефтористоводородная кислоты.

   Образовавшиеся  на поверхности бетона продукты коррозии затрудняют доступ агрессивной среды  к внутренним, еще не поврежденным частям цементного камня и значительно снижают скорость коррозионного процесса, что видно из данных, приведенных на рис. 2.