Коррозионная стойкость арматуры в плотных бетонах на тяжелых и легковых заполнителях

В обычных плотных портландцементных бетонах нормального твердения сохранность арматуры в значительной степени обеспечивается наличием щелочной среды (pH = 12*13,5). По мере повышения щелочности среды сверх указанной величины процесс коррозии арматуры практически не происходит, а в среде с pH = 13-14 коррозии стали при всех концентрациях кислорода не наблюдалось.

Бетоны автоклавного твердения характеризуются наличием слабощелочных сред, и вследствие этого защитное влияние pH среды незначительно. В таких бетонах сохранность арматуры определяется главным образом их плотностью и влажностными условиями дальнейшей эксплуатации.

Коррозия арматуры в бетонах автоклавного твердения начинается еще в процессе автоклавной обработки под воздействием высокой влажности, температуры и давления, при этом за счет интенсивного связывания гидроокиси кальция снижается pH среды. При этом создаются благоприятные условия для коррозии арматуры.

Такие условия появляются при автоклавной обработке железобетонных изделий на цементах с кремнеземистыми добавками, когда гидрат окиси кальция связывается кремнеземом песка. Этим и объясняется повышенная коррозия арматуры в плотных тяжелых автоклавных бетонах на песчанистом портландцементе по сравнению с коррозией арматуры в таких же бетонах на чистых портландцементах.

После автоклавной обработки изменяются условия внешней среды: температура и давление становятся близкими к нормальным, влажность бетона значительно уменьшается, постепенно приближаясь к сорбционной. В случае непосредственного попадания воды коррозия материала зависит от степени увлажнения и продолжительности высушивания, массивности конструкции, плотности бетона, температуры, скорости движения воздуха и прочих факторов.

В этих условиях коррозионные очаги, образованные в период автоклавной обработки, либо значительно развиваются, либо локализуются и коррозия практически не происходит.

Особый интерес представляет коррозия арматуры в легких бетонах автоклавного твердения на пористых заполнителях.

Обширные исследования, проведенные во ВНИИНСМ, РосНИИМС и других организациях, были посвящены в основном изучению коррозионной стойкости арматуры в легких силикатных бетонах.

С целью изучения коррозии арматуры в легких цементных бетонах автоклавного твердения в зависимости от условий внешней среды нами были проведены исследования. В опытах использовались легкие бетоны следующих составов: 1:1,23:1,07 (В/Ц = 0,9) на лианозовском керамзите, расход вяжущего 300 кг/м3; 1:1,71:1,43 (В/Ц=0,7-0,8) на ленинградском керамзите, расход вяжущего 350 кг/м3. Жесткость смесей составляла 30—40 сек.

После автоклавной обработки по режиму 2+6+2 ч при 9 ат были получены керамзитобетоны прочностью при сжатии 150— 200 кГ/см2, объемным весом в высушенном состоянии 1000— 1200 кг/м3 и прочностью 300—350 кГ/см2, объемным весом 1400—1500 кг/м3. Состав использованных вяжущих приведен в табл. 46.

В качестве компонентов вяжущих применялись цемент Kapaдагского, известь-кипелка Домодедовского, доменный гранулированный шлак Ново-Тульского заводов и молотый кварцевый песок Люберецкого месторождения.

Для изготовления контрольных образцов, твердевших в нормальных условиях, был применен брянский портландцемент марки 600. В качестве крупного пористого заполнителя использовался керамзитовый гравий Лианозовского и Дубровского заводов, состоящий из двух фракций крупностью 5—10 и 10—20 мм в соотношении 1:1 по объему. Песок получали путем дробления крупных пористых заполнителей.

При изучении коррозии арматуры были приняты следующие условия: относительная влажность воздуха 60% и менее, 75— 85%, 95—100%, переменные температурно-влажностные, а также естественные атмосферные.

Испытание образцов при различной относительной влажности воздуха проводилось в термогигростатических камерах при температуре 30° С. Для ускорения коррозионного процесса ежедневно в камеры вводилось 20 л кислорода и углекислого газа в соотношении 1:1. Периодическое увлажнение образцов (1 ч) и последующее высушивание (23 ч, из них 6 ч при температуре 40—50° С производились на специальной установке. Сроки испытания составляли от 3 до 12 месяцев.

Для коррозионных испытаний были изготовлены бетонные призмы размером 100х100х400 мм с защитным слоем различной толщины: от 5 до 50 мм. Фиксация арматуры в форме осуществлялась специальными торцовыми элементами. Для армирования образцов использовалась проволока диаметром 4 мм.

После бетонирования и автоклавной обработки образцов выступающие концы арматуры обрезались и изолировались эпоксидной смолой. Через определенное время образцы-близнецы снимались с испытания для изучения состояния арматуры и бетона. При этом определялись глубина карбонизации бетона с поверхности и контактной зоны между бетоном и арматурой, величина pH жидкой фазы бетона, площадь поражения поверхности арматуры.

Для получения полной картины поражения арматуры использовался прибор конструкции С.Н. Алексеева, при помощи которого можно было получить фоторазвертку цилиндрической поверхности.

За период испытания в течение 12 месяцев в различных температурно-влажностных условиях наиболее агрессивными оказались режим периодического увлажнения водой, а также естественные атмосферные условия (табл. 47).

Коррозия арматуры начинается независимо от вида бетона и вяжущего еще в процессе автоклавной обработки. Если составной частью вяжущего является портландцемент, то коррозионное поражение захватывает 3—5% поверхности арматуры; если применяется известково-песчаное вяжущее — 30—40%.

При дальнейшем хранении образцов в среде с 60%-ной относительной влажностью коррозия арматуры со временем практически не развивается. В таких условиях керамзитобетонные конструкции могут использоваться без защиты арматуры.

Условием для развития коррозии арматуры является присутствие влаги в автоклавном бетоне. Поэтому при периодическом увлажнении, а также значительной относительной влажности воздуха (более 75—85%) коррозия стали велика, и во всех случаях требуется обязательная защита арматуры.

Применение различных по плотности заполнителей несколько влияет на величину первоначальной коррозии арматуры в период автоклавной обработки, однако это влияние практически не сказывается при длительных коррозионных испытаниях.

Результаты коррозионных испытаний показали, что в автоклавных керамзитобетонах существует потенциальная опасность коррозии стальной арматуры, и наличие в пористом теле бетона влаги является благоприятным условием для протекания коррозии, скорость которой весьма незначительна только при относительной влажности окружающего воздуха 60% и менее. Поэтому в случае применения автоклавной обработки железо-бетонных деталей стальную арматуру необходимо защищать от коррозии.

Средствами защиты арматуры от коррозии могут служить специальные добавки — замедлители коррозии и защитные покрытия арматуры.

Однако исследования показали, что, например, в изделиях из силикатных бетонов, особенно при высокой эксплуатационной влажности (свыше 75%), защитное действие ряда добавок-замедлителей коррозии ограничено временем. При переменном температурно-влажностном режиме эксплуатации изделий эти добавки могут дать даже отрицательный эффект.

Наиболее эффективным способом защиты арматуры от коррозии является нанесение на арматуру различных покрытий.

В результате исследований, проведенных в НИИЖБ, РосНИИМС, ВНИИНСМ и других институтах, разработаны наиболее эффективные виды покрытий для защиты арматуры в изделиях, предназначенных для условий высокой влажности и переменного температурно-влажностного режима. Это холодная цементно-битумная мастика, цементно-казеиновая, цементно-полистирольная и цементно-поливинилацетатная смеси. Как показали исследования, эти эффективные защитные покрытия не снижают сцепления арматуры с бетоном. Особенно интенсивно протекают процессы коррозии арматуры в ячеистых бетонах. Это связано с их значительной воздухопроницаемостью, которая в 10—100 раз больше, чем обычного бетона. Большое влияние оказывает также повышенная влажность ячеистых бетонов. Кроме того, высокая степень связывания свободной извести в процессе автоклавной обработки создает среду с низкими значениями pH и, следовательно, возникают благоприятные условия для протекания коррозии.

В связи с этим нормативными документами в России и за рубежом арматуру в ячеистых бетонах рекомендуется защищать специальными антикоррозионными обмазками. Наиболее эффективные из них — цементно-полистирольные, цементно-битумные и глиняно-битумные.