Коррозия стальных стержней очень вредна для железобетонных элементов и может подорвать их работоспособность и даже привести к разрушению конструкции. Однако для предотвращения коррозии стальных стержней на строительных площадках можно принять различные меры предосторожности.
Бетон с высоким качеством и низкой проницаемостью необходим для контроля различных механизмов коррозии. Поэтому, хотя обычный бетон не является полностью непроницаемым, уделение должного внимания различным аспектам строительства, таким как качество изготовления, бетонные смеси и твердение, может обеспечить производство низкопроницаемого бетона отличного качества.
Эти практические меры имеют решающее значение для проектировщиков и инженеров строительных площадок для предотвращения коррозии арматуры.
Как предотвратить коррозию арматуры на стройке?
1. Соотношение вода-цемент (соотношение w/c)
Низкопроницаемый бетон может быть получен путем применения низкого соотношения в/ц, что, в свою очередь, может обеспечить лучшую защиту арматуры. Требования строительных норм ACI 318M-11 к конструкционному бетону рекомендуют максимальное отношение в/ц 0,40 и минимальную прочность бетона 35 МПа для бетона, подверженного воздействию влаги и внешнего источника хлоридов от противообледенительных реагентов, соли, солоноватой воды, морской воды или брызг из этих источников.
Кроме того, ACI 357R- 84 предусматривает аналогичное соотношение воды и цемента, как показано в Таблице-1. Поэтому рекомендуется использовать прочность бетона 42 МПа до тех пор, пока ожидается сильное разрушение бетонной поверхности.
Таблица-1: Соотношение вода/цемент и прочность бетона на сжатие для трех погодных условий
ЗонаМаксимальное соотношение вода/цементПрочность бетона на сжатие (fc’) МПаSubmerged0.4535Splash0.4035Atmospheric0.4035
Соотношение воды и цемента
2. Содержание
Связывающая способность CO2 и CL увеличивается по мере увеличения содержания цемента. Однако, если количество цемента увеличивается без меры, соотношение вода/цемент, твердение и качество уплотнения будут иметь большее влияние на проникновение хлоридов и карбонизации по сравнению с содержанием цемента. Поэтому, согласно рекомендациям ACI 357R-84, минимальное содержание цемента 356 кг/м3 может быть использовано для коррозионной среды.
3. Тип цемента
Состав цемента оказывает значительное влияние на прочность бетона. Например, с увеличением содержания трикальцийалюмината (C3A) в портландцементе значительно повышается коррозионная стойкость. Это происходит потому, что реакция хлорид-ионов с гидратированным сульфоалюминатом трикальция приводит к образованию нерастворимой соли Фриделя в затвердевшей цементной пасте. Рисунок-1 иллюстрирует влияние C3A на возникновение коррозии арматуры.
Однако эффективность C3A снижается при увеличении содержания хлоридов, так как C3A реагирует только с определенным количеством хлоридов. Более того, устойчивость бетона к сульфатной атаке снижается при увеличении содержания C3A. Поэтому ACI 357R-84 рекомендует использовать цемент типов ASTM I, II и III (Канадская ассоциация стандартов (CSA) 10, 20 и 30), но с содержанием C3A в пределах 4-10 %.
Влияние содержания C3A на время начала коррозии арматуры
4. Пуццоланы
Пуццолановые материалы, такие как кремнезем, доменный шлак и летучая зола, используются для производства бетона, который противостоит воздействию хлоридов и сульфатов. Очень важно сочетание воды и гидроксида кальция с пуццоланами, которые позволяют получить низкопроницаемый и высокопрочный бетон. ACI 318M-11 допускает использование цемента типа V (50 по CSA) с пуццоланами для противостояния сульфатным атакам.
5. Добавки
Присадки это химические материалы, которые используются для защиты стальной арматуры от коррозии. Можно использовать низкое соотношение в/ц, применяя водоредуцирующие добавки и суперпластификаторы, которые обеспечивают надлежащую обрабатываемость, что приводит к лучшей непроницаемости. Следует избегать добавок, содержащих хлорид кальция, так как он приводит к коррозии стали. В соответствии с ASTM C494M следует использовать модификаторы времени схватывания и водоредуцирующие добавки.
Виды примесей
6. Агрегаты
Агрегаты оказывают значительное влияние на проницаемость бетона, поскольку они занимают около 70 % объема бетонной смеси. Проницаемость бетона увеличивается с увеличением размера крупных заполнителей. Проницаемость большинства минеральных заполнителей выше в 10-1000 раз по сравнению с бетонной пастой. Поэтому при расчете соотношения в/ц крайне важно учитывать влагосодержание заполнителей, и они должны быть промыты.
Содержание влаги в заполнителе
7. Допустимое содержание хлоридов
Строительные нормы ACI 318-11 определяют максимальное содержание водорастворимых хлорид-ионов в бетоне (см. Таблицу-2).
Таблица-2: Максимальное содержание водорастворимых хлорид-ионов в бетоне, % веса цемента
Условия воздействияМаксимальное содержание водорастворимых хлорид-ионов (Cl-) в бетоне, процентов по весу цемента*Армированный бетонСборный бетонБетон, подверженный воздействию влаги и внешних источников хлоридов0.150.06Бетон, подверженный воздействию влаги, но не внешних источников хлоридов0.300.06Бетон сухой или защищенный от влаги1.00.06* Содержание водорастворимых хлорид-ионов, поступающих от ингредиентов, включая воду, заполнители, цементирующие материалы и добавки, должно определяться в бетонной смеси по ASTM C1218M в возрасте от 28 до 42 дней.
8. Толщина бетонного покрытия
Глубина бетонного покрытия считается наиболее значимым фактором, влияющим на коррозию арматуры. Проникновение влаги и хлоридов может быть отсрочено путем нанесения дополнительного бетонного покрытия. Несколько параметров влияют на толщину бетонного покрытия и, как следствие, на коррозию арматуры. Следующее уравнение объясняет эти параметры:
Где:
Rt: время коррозии арматуры, заделанной в бетон, который постоянно подвергается воздействию соленой воды, годы.
Si: глубина бетонного покрытия, см
K: концентрация хлорид-иона, ppm
w/c: Соотношение воды и цемента
ACI 318M-11 рекомендует минимальную глубину бетонного покрытия для защиты от коррозии 65 мм для обычного бетона и минимальную глубину покрытия 50 мм для сборного бетона. Кроме того, ACI 357R-84 устанавливает размеры бетонного покрытия для различных условий воздействия, как показано в Таблице-3.
Таблица-3: Рекомендуемое бетонное покрытие для армированной стали
ЗонаПокрытие над арматурной стальюПокрытие над каналами для постнатяженияАтмосферная зона, не подверженная воздействию солевого тумана50 мм75Брызги и атмосферная зона, подверженная воздействию солевого тумана65 мм90Погружение в воду50 мм75Крышка стремянок на 13 мм меньше, чем указанные выше.
9. Уплотнение
Коррозия арматуры напрямую зависит от степени уплотнения бетона. Поэтому, если при заливке бетона не обеспечивается достаточное уплотнение, это быстрее приведет к коррозии бетонных элементов. Например, при снижении степени уплотнения на 10%, проницаемость увеличится на 100%, а прочность бетона снизится на 50%. Отсюда ясно, что адекватность уплотнения очень важна для предотвращения коррозии.
10. Твердение
Проницаемость бетона может быть снижена путем надлежащего твердения и контроля температуры и влажности. Проницаемость поверхностного слоя бетона увеличивается в 5-10 раз, если не применяется адекватное твердение. Если период твердения слишком короткий, хлорид-ионы проникают в бетон до образования пассивной защитной пленки. Комитет ACI 308 (Стандартная практика твердения) дает рекомендации по твердению бетона.
11. Допустимая ширина трещин
Наличие трещин в бетоне существенно влияет на коррозию арматуры. Поэтому ACI 224-01 рекомендует, что максимальная ширина трещин 0,15 мм допускается на стороне растяжения элемента, подверженного увлажнению и высыханию.
Кроме того, установлено, что продольная трещина вдоль стальной арматуры гораздо более вредна по сравнению с трещинами поперек продольной арматуры. Это связано с тем, что последняя трещина позволяет проникновение на небольшую площадь, в то время как первая может отколоть бетонное покрытие. В таблице 4 приведены максимально допустимые трещины для различных условий воздействия.
Таблица-4: Руководство по рекомендуемой ширине трещин для железобетона при эксплуатационных нагрузках
Условия воздействияШирина трещины (мм)Сухой воздух или защитная мембрана0,41Влажность, влажный воздух, почва0,30Химические вещества для удаления льда0,18Морская вода и брызги морской воды, смачивание и сушка0,15Водоподпорные сооружения†0,10†Исключая безнапорные трубы.
12. Защитные покрытия
Нанесение защитных покрытий на арматурные стержни и катодная защита – еще один способ предотвращения коррозии. Однако они более дорогостоящие по сравнению с защитой низкопроницаемого бетона. Как анодные, так и барьерные покрытия являются наиболее значимыми методами защиты с помощью покрытий. При катодном методе среда бетона изменяется путем применения добровольных анодов или направления потока ионов в сторону от арматуры.
Часто задаваемые вопросы
Каково влияние коррозии на железобетонные элементы?
Коррозия стальных стержней очень вредна для железобетонных элементов и может подорвать их работоспособность и даже привести к разрушению конструкции.
Каковы основные причины коррозии арматуры?
Карбонизация и проникновение хлорид-ионов являются основными причинами коррозии арматуры.
Как предотвратить коррозию арматуры?
Для предотвращения коррозии стальных стержней на строительных площадках можно принять различные меры предосторожности. Бетон с высоким качеством и низкой проницаемостью необходим для борьбы с различными механизмами коррозии.
Как измерить коррозию арматуры в бетонных конструкциях?
Методы обработки арматуры для защиты от коррозии
Читайте далее:- Коррозия стальной арматуры в бетоне – причины и защита.
- Добавки (присадки) для бетона – виды, выбор, свойства, применение.
- Хлоридная атака на бетонные конструкции – причины и профилактика.
- Виды трещин в свежем и затвердевшем бетоне, их причины и борьба с ними.
- 15 видов добавок, используемых в бетоне.
- Влияние примесей в воде на прочность, долговечность и другие свойства бетона.
- Как бороться с коррозией стальной арматуры в бетоне?.