Коррозия стали
Механизм коррозиистали носит преимущественно электрохимический характер.
Состав продуктов коррозии может сильно варьировать. В бетоне при рН выше 10 сталь не коррозирует, поскольку при этом на поверхности металла возникает защитная пленка. При снижении рН пленка может быть нарушена, что приведет к развитию коррозии стали.
Действие хлоридов.
В присутствии хлоридов коррозия стали развивается вследствие разрушения хлорид-ионами защитной пленки на металле. Согласно принятым представлениям, хлорид-ионы преобразуют защитную пленку из оксида железа в растворимый хлорид железа. Механизм коррозии включает адсорбцию хлорид-иона и образование комплекса на поверхности стали.
Возникают проблемы и с другими металлами в бетоне, такими как АL, РЬ и Zn. Например, АL может вызвать разрушение бетона, и хлориды будут способствовать этому. Коррозия цинка, используемого в качестве покрытия по стали, также может быть усилена в присутствии СаСЬ, поэтому хлорид кальция не рекомендуют вводить в бетоны с арматурой, на которую нанесены гальванические покрытия. Медь не подвергается коррозии в бетоне, однако и на нее СаСЬ может оказать неблагоприятное влияние. Даже некоторые из таких металлов и сплавов, как нержавеющая сталь, сплавы состава С2—Al—Si, чугун на основе ферросилиция, хромоникелевые и медноникелевые сплавы, серебро и олово с высокой коррозионной стойкостью в бетоне, могут снизить ее в присутствии хлоридов.
Точное содержание в бетоне хлорида, не вызывающего коррозии арматуры, неизвестно. По данным, такое предельно допустимое содержание хлорид-иона составляет 0,15 %. Поскольку хлориды могут присутствовать в бетоне в растворимой и нерастворимой формах, следует иметь в виду, что опасность для коррозии стали представляют лишь растворимые хлориды и только их содержание в разные моменты времени нужно принимать во внимание.
По данным, в результате реакции с составляющими цемента и цементного камня через 28 сут в бетоне с введенным первоначально СаСЬ в дозах 0,25; 0,5; 1 и 2 % осталось в жидкой фазе соответственно 0,03; 0,07; 0,15 и 0,37 % хлорида кальция.
Хлориды могут проникнуть в бетон и при их нанесении в качестве противогололедных реагентов. Для этого случая важно знать диффузионную проницаемость бетона по отношению к хлоридам. Оказалось, что она снижается в бетонах на смешанных цементах.
Коррозия арматуры в таких бетонах зависит от степени их проницаемости. В связи с потенциальной опасностью коррозии стали в армированные бетоны с ненапряженной арматурой разрешено вводить не более 2 % СаСЬ, а в преднапряженные бетоны — либо в очень малом количестве, либо не добавлять вовсе.
Ингибиторы коррозии — добавки, вводимые в бетон с целью предохранения арматуры от коррозии. Не существует общей теории, позволяющей объяснить ингибиторный эффект этих добавок в любых условиях. Их анодное действие обычно связывают с образованием пассивирующих пленок из гидроксида железа на поверхности железного анода. При этом считают, что хлориды ускоряют развитие коррозии за счет разрушения пленок и их формирования на некотором расстоянии от анода, а в присутствии ингибиторов на основе нитритов происходит быстрое окисление железа и образование непроницаемой оксидной пленки.
Хотя ингибиторы коррозии известны в течение многих лет, имеется очень мало сведений о длительности их действия. По данным, хлорид олова одновременно и хороший ускоритель твердения, и обладает ингибиторным эффектом, причем лучшие результаты получены в плотном бетоне.
Введение нитрита кальция (2 %) предохраняет арматуру в бетоне от коррозии. Однако при малых дозах нитритов в присутствии хлоридов протекают катодные реакции, что приводит к коррозии стали, поскольку при такой концентрации нитриты не обеспечивают образования надежной защитной пленки на аноде. Практика показала, что при использовании нитритов возможно их окисление и снижение их ингибиторного эффекта.
В качестве ингибиторов коррозии арматуры применяют и многие другие вещества: хромата, фосфаты, соли фосфористой кислоты, нитриты щелочных металлов, фториды, бензоаты, лигносульфонаты и т. п. Важно, чтобы эти добавки не ухудшали другие свойства бетонной смеси и бетона. До сих пор нет установившейся точки зрения по поводу эффективности применения ингибиторов коррозии вообще. Так, их нецелесообразно использовать из-за потери со временем ингибиторного действия. По данным, они полезны при отсутствии хлоридов. Поэтому представляется, что ингибиторы коррозии нельзя рассматривать как альтернативу хорошему бетону; их следует применять для профилактики коррозии арматуры.