Разрушение бетона и железобетона под действием воды

Бетон и железобетон являются основными материалами, используемыми в строительстве сооружений водопровода и канализации. Вода, активно воздействуя на эти материалы, вызывает их разрушение, что может привести к нарушению технологических процессов, снижению пропускной способности трубопровода, ухудшению качества воды. Возможность и скорость разрушения бетонных и железобетонных конструкций под воздействием воды зависят как от состава воды, контактирующей с ним, и от условий этого контакта. Считается, что арматура железобетона не корродирует до тех пор, пока слой плотного водонепроницаемого бетона, защищающего ее. По тем или иным причинам не нарушается. Появление трещин и постепенное разрушение бетона обеспечивает доступ агрессивной среде к арматуре и способствуют развитию коррозии. Коррозия арматуры железобетона имеет электрохимическую природу. С развитием коррозии объем образующейся ржавчины постепенно увеличивается, что приводит к разрыву слоя бетона вдоль арматуры.

Химическое разрушение бетона вызывается процессами трех типов:

1. растворение в водной среде компонентов бетона;

2. химическое взаимодействие компонентов бетона с присутствующими в воде веществами, сопровождающееся выносом продуктов реакции в воду и ослаблением механической прочности бетона;

3. образованием в теле бетона продуктов химических реакций, вызывающих разрыв и разрушение бетона.

Действие агрессивной углекислоты. При твердении бетона в нем образуется около 10% свободного гидроксида кальция. Это обеспечивает создание сильнощелочной среды с рН =14. Такой бетон обладает защитными свойствами по отношению к арматуре. Действие агрессивной углекислоты на бетон проявляется в выщелачивании из бетона извести. Этот процесс является одной из основных причин разрушения бетона. Выщелачивание извести, или процесс карбонизации бетона, описывается реакцией:

Са(ОН)₂ + СО₂ → СаСО₃ + Н₂О (1)

Карбонизация может быть поверхностной, и в этом случае стойкость бетона увеличивается, т.к. образующаяся корка СаСО₃ обладает защитными свойствами. Однако в условиях постоянного контакта с агрессивной углекислотой это слой легко растворяется в соответствии с реакцией:

СаСО3 + СО₂ + Н₂О → Са(НСО₃)₂ (2)

Совокупность реакций 1 и 2 приводит к выщелачиванию из бетона извести и переводу ее в растворимый гидрокарбонат кальция.

Процесс карбонизации может происходить не только на поверхности, но и в толще бетона, что приводит к уменьшению его механической прочности и снижению защитных свойств по отношению к арматуре. Карбонизация в толще бетона обычно происходит на отдельных участках бетона, в местах трещин, пустот и других дефектов.

Влияние рН. Значение рН среды, контактирующей с бетоном, не должно выходить за пределы 6-9. Разрушающее действие кислот на бетон возрастает с увеличением растворимости образующихся кальциевых солей в ряду серная кислота, азотная и соляная. Сильнощелочные соединения, присутствующие в сточных водах, приводят к растворению алюмосодержащих компонентов бетона и таким образом нарушают его структуру.

Влияние ионного состава воды. Скорость разрушения бетона зависит от ионного состава воды. Например, если вода содержит много аммонийных соединений, то при контакте ее с сильнощелочной средой в теле бетона может наблюдаться выделение аммиака, ускоряющего растворение извести и разрушение бетона. Аналогичное действие оказывают соли магния и любые более слабые, чем известь, основания. Особенно агрессивной по отношению к бетону является вода, содержащая одновременно повышенные концентрации соединений аммония и магния и сульфаты.

Влияние микроорганизмов. Разрушение бетона часто связано с деятельностью бактерий, осуществляющих превращения серы. При этом создаются оптимальные условия для жизнедеятельности сульфатредуцирующих бактерий, восстанавливающих сульфаты при сопряженном окислении органических веществ с образованием Н2S. Разрушения бетона происходят, в основном, в верхней части трубопровода над уровнем воды, Условия в этой зоне (наличие кислорода, сероводорода, влаги) оказываются очень благоприятными для развития бактерий, осуществляющих реакции по разрушению бетона. Для предотвращения развития таких процессов прежде всего необходимо поддерживать такую скорость движения воды в трубопроводе, при которой невозможно образование осадков.

Химическое разрушение бетона в морской воде вызывается обрастанием, состоящим из живых организмов. В процессе дыхания они выделяют СО₂, в результате чего защитная корка СаСО3 на бетоне растворяется. Растительные организмы не разрушают бетон, т.к. поглощают СО2 в процессе фотосинтеза. Т.о. разрушение бетона в морской воде обусловлено совокупным действием химических, механических и биологических процессов.