Степень влияния химических процессов на качество бетона
Одним из основных факторов, влияющих на качество бетона, и ведущих к его разрушению являются химические процессы. Степень их влияния на этот материал носит разнообразный характер. Тем не менее, существуют укрупненная классификация подобных негативных процессов. Она включает в себя следующие химические воздействия, разрушающие структуру бетона:
- Выщелачивание. В результате этого процесса вымываются все элементы, которые в той или иной степени растворяются в водной среде. Главным образом, это гидроокись кальция.
- Взаимодействие реагентов и цементного раствора, провоцирующее формирование растворимых солей или других элементов, в которых отсутствуют вяжущие свойства. К ним, как правило, относятся кислоты.
- Солевые отложения в структуре бетона. Из-за активного процесса кристаллизации и значительного увеличения объема строительного материала происходит его разрушение.
Указанные причины повреждения цементных структур имеют наиболее распространенный характер, но ими проблема разрушения бетона не ограничивается.
Самой большой проблемой для строителей, все-таки, являются выщелачивающие процессы. Гидроокись кальция под воздействием водной среды (мягких вод с минимальным содержанием магниевых и кальциевых солей) подвергается вымыванию и растворению. Вода имеет разные источники происхождения. Это может быть дождь, снег, жидкость, образованная в результате таяния снежных покровов или находящаяся под землей.
Также процессу выщелачивания подвергаются силикаты кальция. Отрицательное коррозионное воздействие на материал наиболее активно происходит при проточных водах, особенно имеющих стабильный контакт с бетонной основой. А вот неподвижность водной среды ведет, наоборот, к затормаживанию этих процессов.
На качество строительных материалов, имеющих цементную основу, сильно влияет увеличение температурного режима в зоне взаимодействия. В результате повышается способность большинства солевых соединений к растворению, активизируются химические реакции, что ведет к росту агрессивности среды, воздействующей на бетонную основу.
Растворимость гидроокиси кальция повышается также при ее взаимодействии с щелочными веществами, например, хлористым аммонием, или сахаром (жидкая среда, имеющая большое количества сахара).
Еще одной существенной проблемой, вызывающей разрушение бетона, является наличие в нем гидроокиси кальция. Это вещество контактирует с кислотами и создает солевые образования. В результате карбонизации появляется карбонат кальция, который достаточно легко взаимодействует с сильными кислотами (будучи солью, относящейся к слабой кислоте). Алюминат и силикат кальция, которые являются вяжущей основой в цементе, подвергаются коррозионным процессам, вызванными наличием в структуре строительного материала еще более сильных кислотных составляющих.
По степени кислотности воды, воздействующей на бетонную основу, подразделяются на следующие группы:
- Воды с сильной концентрацией кислоты – 1-3 РН.
- Кислые воды – 4-6 РН.
- Воды нейтральные – 7 РН.
- Щелочные воды – 8-10 РН.
- Воды с сильным содержанием щелочи – 10-14 РН.
Наиболее агрессивная к бетонной основе среда находится в пределах ниже 6 РН. Кислоты бывают как органические, так и неорганические. К первой группе можно отнести следующие химические вещества, которые вызывают сильное разрушение бетона: серная, азотная и соляная. Вторая группа включает в себя такие кислоты, как: молочная, формирующаяся в период силосного заквашивающегося процесса, и уксусная, процесс образования которой осуществляется в результате ферментации.
Еще одним опасным видом повреждения бетона является коррозия, вызванная углекислым газом (СО2, — ред.). Этот газообразное химическое вещество есть ни что иное, как ангидрид угольной кислоты. СО2 содержится в воздухе. Причем его содержание в городах значительно выше, чем в чистой среде, например, в лесу, вдали от цивилизационных загрязнений окружающей среды – 0,5% и 0,03% соответственно. Но у углекислого газа есть одной свойство, которое влияет на качество бетона, вплоть до его разрушения – это его растворимость в водной среде. Причем этот процесс напрямую зависит от температуры жидкости. Чем она выше, тем взаимодействие СО2 с ней более эффективное.
Жидкости, в которых присутствует углекислый газ, обладают кислой реакцией, и достаточно хорошо контактируя с металлами, создают кислые и нейтральные соли.
Агрессивная угольная кислота (свободная) имеет негативное влияние в форме коррозионных процессов на бетонную основу посредством изменения ее составляющих в биокарбонат, который легко поддается растворению. Также же эти реакции вызывают и коррозию металлических поверхностей. Специалисты зафиксировали определенную зависимость между жесткостью воды с содержанием угольной кислоты, степенью ее кислотности и наличием двуокиси углерода (свободной). Определенный уровень соотношения этих показателей характеризует степень негативного воздействия водной среды на бетон.
Коррозионные процессы в бетоне осуществляются также в результате обменных химических процессов. Гидроокись кальция является веществом сильного основания и именно в силу этих причин она легко идет при взаимодействии на так называемый «двойной обмен». В результате этой реакции происходит следующее: ионы металлов, имеющие более слабый уровень основания, выталкиваются из солевых соединений. Так, например, соединяясь с солями аммония и магния, гидроокись кальция образует гидроокись магния в виде аморфного химического вещества, а также хлористый кальций. Последнее соединение, которое легко растворимо, подвергается активному процессу выщелачивания.
Больше всего магниевых солей содержится в морской воде или в зоне сточных вод, где расположены предприятия по производству калийных солей.
Крайне опасным видом коррозии для бетона является сульфатная. Она образуется под воздействием на цемент серной кислоты и сульфата, в результате чего получается сульфат кальция. В конечном итоге этого процесса, в основе материала образуются соли, которые кристаллизуются, увеличивают объем бетона и разрушают его.