Причины и механизмы разрушения различных материалов при эксплуатации их в агрессивных средах. Химическая стойкость бетона, металла, полимерных материалов. Способы защиты от коррозии. Меры повышения долговечности строительных конструкций и изделий.
Аннотация к работе
Многообразие номенклатуры материалов и условий их эксплуатации в промышленных зданиях, транспортных сооружениях и других объектах, в том числе и специального строительства, требует детального и глубокого изучения химической стойкости этих материалов под воздействием твердых, газообразных или жидких агрессивных сред.Основными средами, действующими на строительные материалы, являются воздух и вода. Содержащийся в воздухе углекислый газ часто агрессивно воздействует на материалы, а водяные пары воздуха участвуют во всех коррозионных процессах, конденсируясь на поверхности материала в виде капельно-жидкой влаги. Образование из них кислот происходит только при наличии в воздухе или на поверхности конструкций капельно-жидкой влаги (тумана или конденсата). Адсорбируя влагу из воздуха и осаждаясь на поверхности конструкций, такая пыль создает у поверхности зону повышенной влажности, а при наличии кислых газов - и зону повышенного кислотосодержания. При увеличении влажности материала поглощенный адсорбционным путем газ образует раствор кислоты, который, взаимодействуя с составляющими цементного камня или кирпича, приводит увлажненный материал к быстрому разрушению.Каменные материалы в условиях службы в конструкциях и сооружениях, подвергаясь длительному воздействию климатических и других природных факторов среды, постепенно разрушаются. Основные причины разрушения каменных материалов: растворяющее действие воды, усиливающееся растворенными в ней газами (SO3, СО2 и др.); замерзание воды в порах и трещинах, сопровождающееся появлением в материале больших внутренних напряжений, резкое изменение температур, вызывающее появление на поверхности материалов микротрещин. Исходя из поведения при действии щелочных или кислых сред каменные материалы обычно делят на две подгруппы. Ко второй подгруппе относятся каменные материалы, состоящие преимущественно из чистого кремнезема, различных солей кремниевых и поликремниевых кислот, алюмосиликатов, так называемые “кислые” горные породы. Механизм разрушения каменных материалов при циклическом замораживании заключается в том, что заполняющая поры камня вода при замораживании увеличивается в объеме приблизительно на 9% и возникающие при этом внутренние напряжения разрывают материал.Портландцементом называется гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким измельчением клинкера с гипсом (3-5%), а иногда и с активными минеральными добавками (до 10%). Например, цементы с низким содержанием алюминатов кальция характеризуются повышенной стойкостью против действия гипса и других сульфатов и называются поэтому сульфатостойкими. По агрессивному действию на цементный камень природные воды подразделяются на мягкие; содержащие агрессивную углекислоту; содержащие сульфаты; содержащие повышенное количество солей магния и содержащие свободные кислоты. В мягких водах соли кальция и магния присутствуют в незначительном количестве, поэтому мягкие воды способны растворять Ca(OH)2, образующий кристаллический сросток цементного камня, что и приводит к его разрушению. При наличии в природных водах агрессивной углекислоты, способной реагировать с CACO3, гидрат окиси кальция также растворяется (выщелачивается) по реакциям: Ca(OH)2 CO2 = CACO3 H2O и затемРастворимость продуктов гидратации цемента в воде обусловливает возможность коррозии цементного камня в бетонах и растворах за счет растворения и вымывания соединений, определяющих прочность кристаллизационных контактов в цементном камне. Существует прямая зависимость интенсивности процесса выщелачивания от проницаемости (плотности) бетона и от минералогического состава цементного камня - количества свободного гидроксида кальция в нем. Особенно заметной она становится на участках высыхания воды, соприкасающейся с цементным камнем в бетоне. Таким образом, в число основных мероприятий, в результате которых могут быть повышены стойкость и долговечность бетона при коррозии I вида, входят все, способствующие увеличению плотности бетона, а также использование цементов, наиболее стойких к растворяющему действию воды и, в первую очередь, пуццолановых и шлакопортландцементов, которые можно применять, если конструкции не находятся в условиях частой смены замораживания и оттаивания. Чем более проницаем для морской воды бетон и чем выше относительное содержание CAO в цементе, тем в большем количестве образуется эта белая аморфная масса и тем в большей степени теряет бетон механическую прочность.Коррозия металлов, применительно к условиям эксплуатации строительных конструкций и сооружений, носит преимущественно электрохимический характер (коррозия во влажной атмосфере, в воде, солевых растворах и т.п.). Так как применяемые в строительстве металлы и сплавы неоднородны (наличие примесей) и контактирующая с ними среда также неоднородна (почвенные условия, загрязненная промышленная атмосфера и т.д.), то создаются все условия для протекания процессов электрохимической коррозии. Короткозамкнутые гальванические элементы могут возникать и на одном металле вследствие наличи