Презентация на тему Коррозия цементного камня и бетона

характеристик материала под воздействием различных факторов вплоть до его

разрушения.
Коррозия цементного камня и бетона часто сопровождается изменениями геометрических характеристик изделия

– дегидратация кристаллогидратов
цементного камня
Меры борьбы – введение в состав

цемента тонкоизмельченных добавок
(шамот, туф, трепел, огнеупоры) в количестве 50 – 200 % от массы цемента

– увеличение объема при замерзании
воды в лед в порах

цементного камня (9 %) – давление
льда на стенки пор, гидростатическое давление
(до 2 – 3 МПа)

Меры борьбы:

снижение пористости цементного камня;
уменьшение среднего размера пор;
использование воздухововлекающих добавок для создания демпфирующих (наполненных воздухом) пор диаметром 500 – 1000 мкм

высыхания
Причина – возникновение капиллярного давления в частично заполненных водой

порах
цементного камня

Меры борьбы:

снижение пористости цементного камня;
гидроизоляция поверхности цементного камня
гидрофобизация поверхности пор цементного камня

- коэффициент линейного набухания, мм/м

- коэффициент линейной усадки, мм/м

кристаллов на стенки пор
Меры борьбы:

снижение пористости цементного

камня;
гидроизоляция поверхности цементного камня
гидрофобизация поверхности пор цементного камня

Физическая коррозия цементного камня

вод
Причина – растворение в воде Са(ОН)2 (растворимость – 1,3

г/л), вынос Са(ОН)2 из цементного камня.
Все кристаллогидраты в цементном камне стабильны только при определенной концентрации ионов Ca2+ и OH-.
Изменение концентрации ионов Ca2+ и OH- приводит к разрушению и перекристаллизации основных кристаллогидратов:
(1,5 – 2,0)СaO·SiO2 (0,8 – 1,5)СaO·SiO2 + Ca(OH)2
4CaO·Al2O3·(13-19)H2O 3CaO·Al2O3·6H2O + Ca(OH)2

Меры борьбы:

снижение пористости цементного камня;
гидроизоляция поверхности цементного камня
перевод Ca(OH)2 в менее растворимые соединения
снижение содержания Ca(OH)2 в составе гидратированного цемента

содержащих
ионы СО32, НСО
Причина – переход Са(ОН)2 в цементном

камне в СаСО3.
Ca(OH)2 + Na2CO3 CaCO3 + 2NaOH
Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2 2CaCO3 + 2H2O

Далее – по механизму действия коррозии под воздействием пресных вод
Образование СаСО3:
интенсифицирует удаление Са(ОН)2 из цементного камня;
уплотняет структуру цементного камня, снижает его пористость

Меры борьбы:

снижение пористости цементного камня;
гидроизоляция поверхности цементного камня
перевод Ca(OH)2 в менее растворимые соединения
снижение содержания Ca(OH)2 в составе гидратированного цемента

содержащих
ионы Mg2+
Причина – разрушение Са(ОН)2 в цементном камне

вследствие образования менее растворимого соединения Mg(ОH)2
Ca(OH)2 + MgCl2 CaCl2 + Mg(OH)2

Далее – по механизму действия коррозии под воздействием пресных вод

Меры борьбы:

снижение пористости цементного камня;
гидроизоляция поверхности цементного камня
перевод Ca(OH)2 в менее растворимые соединения
снижение содержания Ca(OH)2 в составе гидратированного цемента

содержащих
ион Н+
Причина – разрушение кристаллогидратов в цементном камне

ГСК + Н+  Si(OH)4 + Ca2+
ГАК + H+  Al(OH)3 (или Al3+) + Ca2+
Ca(OH)2 + H+  Ca2+

Меры борьбы:

снижение пористости и проницаемости цементного камня;
гидроизоляция поверхности цементного камня

(SO2, NOx, H2S, CO2)
Причина – образование в цементном камне

кислот при взаимодействии с водой, далее - по механизму действия кислотной коррозии
ГСК + Н+  Si(OH)4 + Ca2+
ГАК + H+  Al(OH)3 (или Al3+) + Ca2+
Ca(OH)2 + H+  Ca2+

Меры борьбы:

снижение пористости и проницаемости цементного камня;
гидроизоляция поверхности цементного камня

содержащих
ионы SO42 
Причина – образование в цементном камне

эттрингитта со значительным (более чем в 2 раза) увеличением объема твердых кристаллических фаз
Ca(OH)2 + SO42 + 2H2O  CaSO42H2O + 2OH
3CaSO42H2O + 3CaOAl2O36H2O + 20H2O  3CaOAl2O33CaSO432H2O

Эттрингит – «цементная бацилла»

Расчет объемных изменений при образовании эттрингита
Один моль эттрингита образуется в результате реакции между одним молем 3CaOAl2O36H2Oи тремя молями
CaSO42H2O, образовавшимися из трех молей Ca(OH)2 и занимает их первоначальный объем.
Vмолярн. = Мм / 
Vнач. = 3·(74 / 2,24) + (378 / 2,52) = 249,1 см3 Vконечн. = 1254 / 1,77 = 708,5 см3

Изменение объема = Vконечн. / Vнач. = 708,5 / 249,1 = 2,84

воздействием вод,
содержащих ионы SO42  и Mg2+
Меры борьбы:

снижение пористости цементного камня;
гидроизоляция поверхности цементного камня
снижение содержания Ca(OH)2 в составе гидратированного цемента
снижение содержания гидроалюминатов в составе гидратированного цемента

– усложняется и ускоряется коррозией под действием магнезиальных вод

цементного камня:
снижение содержания C3S в цементе;

связывание Са(ОН)2 в цементном камне в менее растворимые соединения с помощью активных кремнеземсодержащих минеральных добавок;
снижение содержания С3А в цементе;
снижение пористости и проницаемости цементного камня;
гидроизоляция поверхности затвердевшего цементного камня;
гидрофобизация (поверхностнаая и объемная) цементного камня

«Слабые звенья» цементного камня:
Са(ОН)2 – образуется при гидратации С3S
ГАК – образуются при гидратации С3А

вызванные продуктами жизнедеятельности живых
организмов (бактерии, грибы, мхи, лишайники

и микроорганизмы), поселяющихся на поверхности
строительных конструкций.
Бактерии, грибы, водоросли способны развиваться на поверхности бетона и проникать в капиллярно-пористую структуру материала.
Продукты их метаболизма (органические кислоты и щелочи) разрушают компоненты цементного камня (особенно в условиях высокой влажности).

Меры борьбы:

снижение пористости цементного камня;
гидроизоляция поверхности цементного камня;
гидрофобизация поверхности пор цементного камня;
введение в состав цемента биоцидных добавок

предварительное твердение цементов:
при повышенных температурах (выше

температуры стабильности эттрингита);
при недостатке воды в системе твердеющего цемента

Меры борьбы:

тепловая обработка твердеющего цемента при температурах не более 80 оС;
предотвращение потери влаги из цементного раствора;
снижение скорости массопереноса в системе твердеющего цемента (уменьшение пористости, снижение среднего размера пор, объемная гидрофобизациия пор)

заполнителя со щелочами
Причина – взаимодействие щелочей цемента (Na2O, K2O)

с активным заполнителем в бетоне

Опал

Халцедон

Кристобалит

заполнителя со щелочами
Механизм коррозии
K2SO4 (Na2SO4) + Ca(OH)2 = CaSO4·2H2O

+ 2 KOH (NaOH)
SiO2 + 2 KOH (NaOH) + n H2O = K2SiO3·nH2O (Na2SiO3·nH2O)
K2SiO3·nH2O (Na2SiO3·nH2O) + Ca(OH)2 = CaSiO3·nH2O + 2 KOH (NaOH)

Высокодисперсный гидросиликатный гель при увлажнении заметно увеличивается в объеме, при высыхании – уменьшается в объеме, что приводит к разрушению контактной зоны и ослабляет структуру материала в целом

Меры борьбы:
ограничение содержания R2O в цементе
использование нереакционного заполнителя в бетоне
введение в цемент высокодисперсных активных минеральных добавок