Виды коррозии каменных конструкций

Последствия коррозии каменных материалов могут рассматриваться в виде физико-химических и физико-механических разрушений.

Физико-химические разрушения связаны с химическими процессами, происходящими при взаимодействии с агрессивными средами материала конструкций, а физико-механические связаны, в основном, с процессами увлажнения, высыхания, воздействия повышенных температур и замораживания; к последнему виду разрушения можно отнести и воздействия масел и эмульсий.

Особенность изучения коррозионных процессов каменных материалов состоит в том, что они имеют конгломератную и полиминерал ьную структуры.

Коррозионная стойкость силикатных материалов определяется стойкостью наиболее слабого составляющего, обычно цементирующего вяжущего.

Силикатные материалы характеризуются значительной пористостью, благодаря чему возможны увлажнение, подсос воды и фильтрация.

Полиструктурная теория композиционных материалов состоит в выделении в единой структуре многих взаимозависимых структур, прорастающих одна в другую (структура в структуре).

В рамках теории впервые определены структурообразующие факторы для каждого структурного уравнения.

Микроструктура присуща связующим. Свойства микроструктуры определяются явлениями, протекающими в контакте жидкой и твердой фаз.

При совмещении связующих и крупных фракций образуются композиты макроструктуры, свойства которой определяются соотношением заполнителя и связующим и плотностью их упаковки.

Химическое сопротивление материала — это его способность воспринимать воздействия агрессивных сред без разрушения. Оно обусловливается коэффициентом химической стойкости, представляющим собой отношение прочности после выдерживания в агрессивной среде в течение определенного времени к прочности до нагружения.

Коррозия природных каменных материалов зависит от свойств горных пород, из которых они получены.

Изверженные породы отличаются хорошей кислотостойкостью и щелочестойкостью: гранит, диорит, диабаз, базальт, андезит.

Осадочные породы (кроме обломочных) обладают высокой коррозионной стойкостью: песчаники, состоящие из зерен кварцевого песка, сцементированного кремнеземом, глинистыми материалами, плотным известняком, состоящим из кальцита.

Конструкции из известняков менее кислотостойки, если в них применен обычный известняк СаС02 или магнезит MgC03.

Более кислотостойки конструкции из плотных кремнистых известняков.

Гипсовый камень CaS04*2H20 и ангидрит CaS04 легко разрушаются под действием кислот и растворимы в воде.

Метаморфические горные породы (мрамор, гнейс, кварциты, известняковые песчаники) реагируют на агрессивные среды по-разному. Так, мрамор коррозирует от попадания в него сернистых газов и влаги. Образующиеся на поверхности сначала сернистая, затем серная кислоты превращают карбонат кальция в гипсовый камень.

Вместе с тем, известковые песчаники, сцементированные оксидом кремния, достаточно кислото- и щелочестойки.

Вид коррозийных процессов зависит от местоположения конструктивного элемента и характера среды.

Свободная влага заполняет собой крупные пустоты и поры материала и удерживается в них с помощью гидростатических сил.

Возрастание внутренних напряжений, вызванных расклинивающим действием влаги, приводит к значительному снижению прочности материала.

Разрушение каменных материалов связано с одновременным воздействием отрицательных температур и влаги. Замерзающая в порах и капиллярах вода увеличивается в объеме, вызывая значительные напряжения в материале конструкции.

Крупнопористые материалы более морозостойки. При замораживании материала, поры которого полностью заполнены водой, могут возникнуть значительные напряжения, во много раз превосходящие прочность наиболее стойких материалов.

Можно вычислить то давление, которое оказывает замерзшая вода на материал конструкции. При понижении температуры на 1 °С давление в порах материала каменной конструкции увеличится на dP= 1,347-107 Па = 13,5 МПа. Следовательно, при понижении температуры до -20 °С в материале, поры которого полностью заполнены водой, напряжения, вызванные давлением льда, достигнут 2,7 • 108 Па = 270 МПа. Когда же вода свободно вытекает из пор, в которых образуется лед, давление оказывается равным нулю. Давление льда увеличивается с понижением температуры.

На долговечность каменных конструкций, кроме упомянутых факторов, влияют также попеременное увлажнение и высыхание материала даже при отсутствии отрицательных температур. При высыхании влаги из конструкции вода испаряется сначала из крупных пор, а затем из более мелких пор — капилляров. В абсолютно сухом воздухе на конструкцию перестают действовать расклинивающие силы и, как следствие, в материале возникают значительные напряжения усадки.

Скорость разрушения каменных конструкций под действием напряжений, усадки и набухания зависит от интенсивности увлажнения и высыхания.

Причиной физической коррозии каменных, бетонных и железобетонных конструкций может быть отложение продуктов коррозии на поверхности закладных металлических деталей, а также арматуры.

Стальная арматура и металлические детали подвергаются коррозии при pH < 10, особенно интенсивно она протекает при pH < 5, а при pH = 14 практически прекращается, что связано с образованием на поверхности стали защитной пленки из нерастворимого гидроксида железа Fe(OH)3.

При переходе воды в лед объем увеличивается примерно на 9 %. Многократные изменения температуры с переходом через ноль вызывают разрушение структурных связей, поэтому постоянно появляются трещины, по которым идет деструктивное расслоение.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >