Солевая форма коррозии в засоленных грунтах |
Засоленные грунты, содержащие в большом количестве преимущественно сульфатные и другие легкорастворимые соли, являются агрессивными по отношению к бетонам фундаментов. Процессы коррозии материалов в засоленных грунтах, обусловленные отложением солей в порах бетона, переходом их в кристаллические, формы с увеличением объема твердых фаз, относятся к третьему виду коррозии по классификации, предложенной В.М. Москвиным. Солевая форма физической коррозии характерна для сухих и жарких районов СССР и ей подвержены все пористые материалы, имеющие контакт с засоленными грунтами. В процессе эксплуатации зданий и сооружений происходит подъем сильноминерализованных подземных вод, характерных для районов распространения засоленных грунтов. Минерализованные подземные воды проникают в открытые поры и капилляры материалов, соприкасающихся с ними. При испарении воды концентрация солевого раствора возрастает до насыщенного состояния и происходит кристаллизация солей, которая сопровождается возникновением давления на стенки пор и капилляров, увеличением напряжений, вызывающих деформацию и разрушение материала. Кристаллизация солей в порах бетона, железобетона, кирпича и других материалов фундаментов и цокольных частей стен возможна при нагревании наружных слоев конструкций до определенной температуры и при низкой относительной влажности воздуха. По данным И.И. Черкасова, особенно интенсивно солевая коррозия развивается при средней дневной температуре выше 30°С и при 160 и более дней в году с влажностью менее 30%. В зависимости от вида солей, которые содержатся в растворе воды, проникающем в поры материала конструкций, возникает различное давление. Так, кристаллизационное давление раствора Nа2S04 0,4МПа, МgSО4 - 0,36МПа; СаS04 -0,1 МПа. Во время суточных и сезонных изменений температуры воздуха соли в порах материалов около поверхности могут присоединять воду, переходя из безводных и маловодных форм в кристаллогидраты. При этом обычно увеличивается объем твердой фазы солей и возникают дополнительные напряжения в порах и капиллярах материалов конструкций. Например, сульфатные соли натрия и магния после перехода в кристаллогидраты увеличиваются в объеме на 300% (табл. 3). Таблица 3. Увеличение объема соединений кристаллизационной воды
При большом содержании в засоленных грунтах сульфатных солей (при концентрации аниона SО4-2 свыше 1 г/л) наблюдается гипсовая коррозия. Гипс выделяется из раствора и откладывается в порах материалов фундаментов и подземных сооружений. Очень часто сульфатные соли соединяются с составляющими цементного камня - трехкальцевым алюминатом, при этом образуется труднорастворимый гидросульфоалюминат кальция, кристаллы которого представляют собой длинные тонкие иглы, разрушающие цемент (цементная бацилла). Если концентрация гидрата окиси кальция в цементном камне больше, чем в окружающих минерализованных грунтовых водах, вода начинает проникать в поры бетона, создавая осмотическое давление 0,2 МПа и более. При коррозии бетона часто разрушается его защитный слой, который предохраняет металлическую арматуру железобетонных конструкций. При повышенном содержании в грунтовых водах свободной углекислоты, хлоридных и сульфатных солей наблюдается интенсивная коррозия арматуры, при содержании в воде хлористых солей - язвенная коррозия отдельных участков арматуры, так как хлориды разрушают пленку гидрата окиси железа на поверхности арматуры. Этот вид коррозии считается наиболее опасным, так как очень быстро происходит местное уменьшение сечения арматуры и в значительно более короткие сроки, чем при равномерной коррозии. Именно в связи с этим существующими нормативными документами запрещается добавка хлоридных солей в бетонные и железобетонные конструкции. Особенно опасна язвенная коррозия для предварительно напряженных железобетонных конструкций. Физическая форма солевой коррозии может сопровождаться химической коррозией, что обусловлено в основном минерализованными подземными водами. |