В железобетонных конструкциях арматурная сталь является элементом, воспринимающим растягивающие напряжения в сечении. Если она выполняет свою функцию в течение всего срока службы без воздействия внешних факторов, это обеспечивает устойчивость конструкции на протяжении всего жизненного цикла здания.
Одним из наиболее разрушительных внешних факторов является коррозия стали, которая со временем приводит к потере её работоспособности. Коррозия — это химическая реакция, которая происходит на протяжении многих лет и часто остается незамеченным внутри бетонного слоя, значительно снижая прочность конструкции и вызывая разрушительные последствия.
По оценкам, совокупная стоимость коррозии во всем мире составляет 2,5 триллиона долларов. Эксперты прогнозируют, что применение мер по борьбе с коррозией может сократить эту стоимость на 15-35% в год (NACE International, 2016).
Наблюдается, что коррозия является одной из основных причин потери целостности конструкции при воздействии сейсмических факторов. В Турции 17 августа 1999 года землетрясение в Мармаре продемонстрировало масштаб этой проблемы. В результате землетрясения погибло 17 479 человек, 43 953 человека получили ранения. 66 441 жилых домов и 10 901 коммерческих объектов получили серьезные повреждения, 67 242 жилых дома и 9 927 коммерческих объектов – средние повреждения, а 80 160 жилых домов и 9 712 коммерческих объектов получили легкие повреждения. После землетрясения в образцах бетона, взятых из зданий, были обнаружены хлоридные ионы, которые быстро вызывали коррозию железобетонных элементов. Профессор Коч в своем исследовании показал, что причиной обрушения 67% зданий, разрушенных во время землетрясения, была коррозия.
В процессе эксплуатации железобетонной конструкции разрушение бетона и арматуры из-за коррозии приводит к снижению её работоспособности. Это разрушение включает в себя механические, физические, химические и биологические процессы, которые приводят к появлению трещин в железобетонном сечении. Физические и механические факторы, негативно влияющие на бетон, начинают проявлять свое влияние на его характеристики сразу после заливки бетона. Отрицательные воздействия химических и биологических факторов начинает проявляться уже через год после заливки бетона.
Самым серьезным механизмом разрушения в железобетоне является коррозия арматуры, которая возникает после депассивации вследствие проникновения углекислого газа или хлоридных ионов. Бетон может подвергаться воздействию хлоридных ионов различными способами: из-за добавок ускорителей твердения, добытого из моря, из-за использования химикатов для таяния льда, при попадании морской воды, переносимой ветром, или при прямом контакте с морской водой. В результате коррозии образуются оксидные продукты, объем которых в несколько раз превышает объем потерянного металла, что зависит от условий, преобладающих в зоне контакта арматуры с бетоном. Эти продукты создают значительные растягивающие напряжения, которые вызывают отделение арматуры от бетона, в результате чего бетон сначала растрескивается, а затем разрушается. В городских и промышленных районах из-за повышенного содержания углекислого газа процесс карбонизации ускоряется, что сокращает время начала коррозии.
Факторы, влияющие на коррозию:
Факторы, воздействующие на встроенную сталь конструкции, можно разделить на две группы.
Внешние факторы, как правило, связаны с окружающей средой:
- Концентрация кислорода и влаги на поверхности стальной конструкции.
- Соотношение температуры и относительной влажности.
- Карбонизация и проникновение кислотных загрязнителей на поверхность стали.
Внутренние факторы:
- Состав цемента.
- Загрязнения в заполнителях.
- Загрязнения в смеси и воде для твердения.
- Добавки.
- Водоцементное отношение.
- Размеры и гранулометрия заполнителей.
- Повреждения слоя оболочки, окружающего арматурную сталь.
- Структура и химический состав арматурной стали.
Виды коррозии
Равномерная коррозия развивается с одинаковой скоростью по всей поверхности арматуры, в результате чего диаметр арматуры уменьшается равномерно по всей длине. Данный тип коррозии наиболее характерен для металла, находящегося на открытом воздухе. В бетоне равномерная коррозия обычно возникает в результате карбонизации с последующим проникновением хлорид-ионов (Gulikers 2005). Это наименее опасный вид коррозии, поскольку металл может использоваться в течение длительного времени без пробоя и разрушения.
Гальваническая коррозия возникает между соприкасающимися или соединенными друг с другом стальными элементами. Основными факторами, влияющими на гальваническую коррозию, являются: разность электрических потенциалов между металлами, площадь поверхности и геометрия системы. При добавлении новой арматуры к существующей, может возникнуть разность потенциалов, в результате чего новая арматура будет действовать как анод и подвергаться ускоренной коррозии.
Щелевая коррозия — это вид коррозии, возникающий в трещинах или узких зазорах на поверхности стали. В этих замкнутых зонах скорость коррозии значительно увеличивается. Даже трещины толщиной в доли миллиметра достаточно для начала коррозии. Зазоры размером 2-3 мм также подходят для данного вида коррозии.
Язвенная (точечная) коррозия — это процесс, при котором коррозия, начавшись в отдельных точках на поверхности металла, образует микроскопические язвы, которые со временем углубляются и расширяются. В результате коррозии язва углубляется, что может привести к быстрому сквозному пробитию металла в этих местах. По этой причине язвенная коррозия считается весьма опасной. Как правило, язвенная коррозия возникает под воздействием хлорид-ионов. Источником хлоридов могут быть добавки, загрязнители, приморская среда, промышленная соленая вода и солевые растворители.
