Н.К. РОЗЕНТАЛЬ, д-р техн.наук (НИИЖБ), ПРОБЛЕМЫ КОРРОЗИЙНОГО ПОВРЕЖДЕНИЯ БЕТОНА

В современном бетоноведении процессы коррозии бетона в агрессивных средах рассматриваются как сложные комплексы гетерогенных физико-химических процессов между компонентами бетона с окружающей средой или взаимодействие составляющих бетона без ее участия. Скорость подобных процессов, как правило, определяется скоростями диффузионного переноса веществ. Решающим фактором является проницаемость бетона.

За последние полвека исследователями выполнен большой объём экспериментальных и аналитических работ, установлены закономерности многих коррозионных процессов [3, 4]. С развитием технологии бетона появились новые возможности повышения его коррозионной стойкости в агрессивных средах c использованием мер первичной защиты. Решающую роль имеет применение современных добавок (модификаторов) бетона, регулирующих проницаемость и фазовый состав цементного камня [1].

Исследованиями НИИЖБа и других организаций показана возможность резкого повышения коррозионной стойкости бетона во всех изучаемых агрессивных средах. Это достигается снижением диффузионной проницаемости бетона и изменением фазового состава цементного камня. Заслуживают внимания дальнейшие исследования влияния заряда поверхности на диффузию агрессивных веществ в бетоне [8], особенно в бетоне особо низкой проницаемости. Выполненными исследованиями не исчерпана проблема коррозии и защиты бетона, появляются всё новые задачи, а некоторые, ранее мало значимые, приобретают важное значение. К настоящему времени изучены процессы коррозии бетона первого, второго и третьего видов по классификации проф. В.М. Москвина применительно к традиционным бетонам марок по водонепроницаемости W4-W8. Сделаны первые шаги в изучении коррозионной стойкости бетонов особо низкой проницаемости - более W8 (до W20) [7].

Одна из проблем - создание бетонов с длительным, свыше 50 лет, работоспособным состоянием при воздействии агрессивных сред. Это не в последнюю очередь связано со строительством зданий и сооружений высокой ответственности - высотных домов, тоннелей, плотин и прочих зданий и сооружений, проектный срок эксплуатации которых составляет 100 лет и более. Действующими до настоящего времени нормами СНиП 2.03.11-85 оценка степени агрессивного воздействия окружающей среды выполнена из предположения, что конструкции из бетона будут эксплуатироваться в течение 50 лет. Нормы были созданы главным образом на основании ускоренных коррозионных испытаний и опыта эксплуатации конструкций в различных сооружениях и средах. До 1991 г. определённые испытания выполнялись на натурных средах, что в большей степени отражало действительные условия работы бетона, в том числе учитывало одновременное влияние многих факторов внешней среды. К сожалению, в настоящее время натурные испытания практически прекращены, а имевшиеся стенды в различных климатических зонах почти полностью утрачены. В этих условиях приобретает особое значение накопление данных о длительности эксплуатации бетонов в различных условиях, получаемых при диагностике сооружений.

Другой серьёзной проблемой является создание методов коррозионных испытаний и особенно методов прогнозирования сроков службы бетона. Ранее такие методы базировались на основе результатов коррозионных испытаний и более или менее отражали реальную кинетику коррозионных процессов. Предложены математические модели ряда коррозионных процессов [2, 6]. Однако наблюдаемое ныне стремление к математизации коррозионных исследований без развития экспериментальных работ чревато тем, что математические модели перестанут отражать действительное состояние бетона. Ещё проф. В.М. Москвин указывал, что в основе математических построений должны лежать глубоко изученные физические и физико-химические явления коррозии бетона.

По ряду агрессивных воздействий всё ещё существует неполная картина механизма коррозионных процессов. Так, вроде бы хорошо изученная сульфатная коррозия бетона ставит перед исследователями ряд нерешённых вопросов. Например, предложены методы прогнозирования сроков службы бетона на основании расчётов времени, за которое поры бетона заполняются продуктами взаимодействия с сульфатными средами. Считается, что разрушение бетона наступает с заполнением пор и возникновением внутренних напряжений от давления вновь образовавшихся кристаллов. Однако остаётся неясным ряд вопросов, в том числе: в каком соотношении образуются гипс, моно- и трёхсульфатная форма гидросульфоалюмината, других сульфатсодержащих фаз, как эти фазы взаимодействуют между собой в стеснённых условиях поровой структуры малопроницаемых бетонов, как происходит их перекристаллизация во времени, в каких порах возможно образование тех или иных сульфатсодержащих фаз, учитывая то, что в современных бетонах малой проницаемости значительную долю составляют поры геля, размеры которых измеряются нанометрами.

При другом подходе глубину коррозионного повреждения бетона в проектные сроки службы конструкции прогнозируют на основании экспериментальных результатов с учётом критического количества новообразований в бетоне. Однако само понятие критического количества сульфатсодержащих фаз требует существенного уточнения. Очевидно, что для бетонов различной пористости оно будет различным.

Многие прикладные вопросы сульфатной коррозии могли бы быть сняты разработкой специальных цементов, в которых было бы чётко сбалансировано содержание определённых компонентов. Производство таких цементов следует поднять на новый уровень, в первую очередь необходимо повысить однородность (стабильность) состава таких цементов (тонкость помола, содержание алюминатов, гипса, щелочей, минеральных добавок и других компонентов).

Отсутствует в настоящее время надёжный метод расчёта сроков службы бетона в условиях капиллярного всасывания растворов солей и испарения. Принципиально вопрос о повышении стойкости бетона в этих условиях решается путём понижения капиллярной проницаемости бетона, в том числе приданием ему свойств гидрофобности. Процессы коррозии бетона в условиях капиллярного всасывания и испарения растворов солей необходимо изучить количественно с разработкой соответствующих математических моделей и прогнозированием скорости разрушения бетона.

В настоящее время начался достаточно сложный процесс гармонизации отечественных и зарубежных норм по защите железобетонных конструкций от коррозии. Сложность его состоит в том, что в течение полувека отечественная коррозионная школа развивалась на основе изучения коррозии как кинетических физико-химических явлений. В этом направлении накоплен значительный опыт, полученный выполнением большого объёма экспериментальных работ. Для отечественной школы коррозионистов характерно создание методов испытаний с обязательной разработкой критериев оценки их результатов. В ряде зарубежных стандартов мы зачастую видим тщательную проработку метода испытаний и отсутствие критериев оценки результатов. Некоторые исследования, выполненные в нашей стране два десятка лет назад, до настоящего времени не повторены за рубежом. Например, нам не известны в зарубежной литературе количественные оценки степени агрессивного воздействия одновременно присутствующих в среде сульфатов и бикарбонатов [9]. Хотя учёт присутствия бикарбонатов в сульфатной среде резко понижает требования к сульфатостойкости бетона. В целом существующие ныне в РФ нормы по защите от коррозии представляются более детализированными, и простой переход на европейские нормы означает утрату значительного числа наработок.

В чрезвычайно сложной области биологической коррозии бетона сделаны лишь первые шаги. Исследовано действие главным образом грибов и тионовых бактерий, отчасти морских организмов. Во многих случаях мы пока не можем оценить вклад биологического фактора в сложный процесс коррозии бетона. Можно полагать, что прорыв возможен при совместной работе биологов и бетоноведов, при этом оптимальным был бы экологически обоснованный подход к решению коррозионных задач, когда изменением условий существования биодеструкторов была бы ликвидирована возможность образования агрессивных для бетона продуктов жизнедеятельности живых организмов.

Продолжаются исследования процессов взаимодействия щелочей цемента и добавок на кремнезём заполнителя. Процессы коррозии, вызванные взаимодействием щелочей с кремнезёмом заполнителей, в настоящее время изучены достаточно обстоятельно [5]. Разрабатываются меры по предупреждению развития этого вида коррозии бетона. Указанная проблема является интернациональной. Технический комитет РИЛЕМ занимается обобщением и разработкой методов определения реакционной способности заполнителей. Результаты отечественных исследований и работы РИЁЕМ получили отражение в стандарте ГОСТ 8269.0-97. Предложена система методов испытаний заполнителей на склонность к РЩК. Предстоит изучить ряд вопросов, в том числе: роль пористости и кристаллического строения кремнезёмистых пород, установить степень опасности морских солей и известняков, содержащих включения аморфного кремнезёма, и доломитов.

Нам представляется, что настало время выполнить масштабную оценку заполнителей, поставляемых основными производителями инертных материалов, не ограничиваясь определением количества растворимого в щелочах кремнезёма, а доведя исследования до испытаний бетона по ГОСТ 8269.0-97. Одновременно следует вести проверку эффективности разработанных методов повышения коррозионной стойкости бетона для конкретных сочетаний цементов и заполнителей. Это позволило бы ранжировать материалы различных месторождения по их склонности к указанному виду коррозии и определить случаи, когда необходимо использовать известные методы защиты.

В краткой статье невозможно обозначить все проблемы коррозии бетона. Мы не коснулись здесь вопросов морозостойкости бетона, в том числе при воздействии рассолов, защитного действия бетона на стальную арматуру, проблемы армирования бетона минеральными волокнами и ряда других.

Бетон и железобетон, 2007 №6