Увлажнение каменных конструкций
Наибольшее влияние на износ каменных конструкций оказы-
вает водная среда. Однако влияние влаги на процесс разрушения
каменных конструкций является сложным процессом. С одной
стороны, вода представляет собой поверхностно-активное веще-
ство и ускоряет разрушение, с другой стороны она растворяет
агрессивные компоненты окружающей среды и действует как
химически активная среда.
В зависимости от вида связи с материалом различают:
- химически связанную влагу (вода, используемая при из-
готовлении бетона, связанная в химических соединениях в кри-
сталлической решетке);
- адсорбционно-связанную влагу (вода в поверхностном
слое материала, которая связывает осажденные на поверхности
частицы и вещества);
- капиллярную влагу (вода в капиллярах, причем, чем
меньше диаметр капилляра, тем ниже температура замерзания,
поэтому конструкция даже при отрицательных температурах
будет увлажнена);
- свободную влагу (вода, которая заполняет крупные пус-
тоты и поры и удерживается в них гидростатическими силами,
поэтому свободная влага легко удаляется из материала конст-
рукции при высушивании).
Часто в процессе эксплуатации уже по внешним признакам
можно определить причины увлажнения конструкции с тем,
чтобы их устранить и предотвратить ее дальнейшее разрушение.
Например, сырая поверхность стен подвала, первого этажа с ха-
рактерным запахом сырого помещения – это признак капилляр-
ного подъема грунтовой влаги вследствие нарушения или отсут-
ствия горизонтальной гидроизоляции стен. Если в наличии
сплошная, медленно убывающая сырость стен, то это свиде-
тельство наличия строительной влаги, превышающей норматив-
ные значения. Для ее устранения необходима сушка стен. От-
дельные влажные пятна на поверхности стены говорят о том,
что идет коррозионный процесс. Мокрые полосы по телу конст-
рукции в панельных домах свидетельствуют об увлажнении че-
рез т.н. мостики прочности (в трехслойных панелях), которые
являются зонами промерзания.
Знакопеременные температуры также приводят к деформа-
циям в материале конструкции. Максимально интенсивно кор-
розия в конструкции развивается при наличии всех факторов,
т.е. увлажнении, наличии агрессивных компонентов, наличии
знакопеременных температур и пр.
Механизм протекания коррозионного процесса в
Каменных конструкциях
По механизму протекания различают химическую, физиче-
скую и биологическую коррозию каменных материалов. Вид
коррозионных процессов зависит от местоположения конструк-
ции и характера среды. Так, подземные конструкции подверга-
ются всем видам коррозии, а надземные – преимущественно –
физической, физико–химической коррозии.
Физическая коррозия
Физическая коррозия (коррозия первого типа) обусловлена
таким свойством каменных материалов, как пористость, наличие
капилляров, а также присутствием влаги в материале. Физиче-
ская коррозия происходит при воздействии на материал строи-
тельной конструкции знакопеременных температур и интенсив-
ной фильтрации пресной влаги через тело конструкции, и вклю-
чает в себя физические процессы растворения цементного кам-
ня.
С одной стороны, при замерзании влаги в закрытых порах
повышается внутреннее давление, что приводит к росту напря-
жения в материале и его механическому разрушению. С другой
стороны, при фильтрации воды через материал каменной конст-
рукции происходит процесс выщелачивания растворимых свя-
зующих фракций и карбонизации бетона. Выщелачивание бето-
на – это коррозия бетона в результате растворения и вымывания
из него растворимых составных частей. Карбонизация бетона–
это процесс взаимодействия цементного камня с углекислым
газом, приводящий к снижению щелочности жидкой фазы бето-
на.
Известно, что в портландцементе содержится порядка 64-
68% извести, 21-24% кремнезема, 4-7% глинозема, 1-3% окиси
железа. Под действием воды, которая фильтруется через бетон-
ную конструкцию, происходит химическая реакция вымывае-
мых на поверхность растворимых минералов (как правило, ок-
сида и гидроксида кальция) с компонентами окружающей сре-
ды.
Часть материала растворяется в воде, образуя т.н. мучнистый
(рыхлый) слой, где происходит наиболее активное разрушение.
Растворенные вещества мигрируют вдоль наружного слоя кон-
струкции. Если скорость фильтрации соизмерима со скоростью
испарения влаги, то на поверхности конструкции образуется
защитный слой как результат химического взаимодействия вы-
носимого вещества с химическими составляющими атмосферы
(рис. 3.16):
По мере выщелачивания прочность бетона значительно сни-
жается, а при наличии в воде химически активных веществ, кор-
розионный процесс ускоряется. Внешние признаки проявления
коррозии – появление высолов, т.е. белесых пятен на поверхно-
сти конструкции.
Во многих случаях при отсутствии постоянного увлажнения
карбонатная оболочка является самозащитой конструкции. По-
этому не стоит без изучения ее состояния и выработки мер за-
щиты удалять защитные корки.
Часто физическая коррозия возникает на стыке двух мате-
риалов, имеющих разную плотность. Например, при стыке из-
вестняка и песчаника, быстрее разрушается песчаник. Известняк
с более крупными порами быстрее впитывает влагу и отдает ее
плотному песчанику, имеющему мелкие поры. Соли, растворен-
ные в известняке и привнесенные в песчаник, кристаллизуются
и создают поровые напряжения.
Аналогичные явления происходят в швах каменной кладки
при использовании раствора более плотного состава, чем мате-
риал кладки. В этом случае раствор в швах кладки быстро раз-
рушается и выветривается. Одновременно разрушается кирпич
по кромкам примыкания к раствору, т.к. в нем скапливается из-
быточная влага, не успевшая мигрировать в раствор.
Устройство плотных штукатурок на фасаде приводит к скоп-
лению влаги между штукатурным слоем и каменной конструк-
цией, поскольку миграция влаги в конструкции происходит в
сторону низких температур. При замерзании влаги возникают
напряжения, разрушающие штукатурный и поверхностный слой
кладки. Поэтому для фасадов обычно используют известково-
песчаные растворы, имеющие схожий с каменными кладками
коэффициент воздухопроницаемости для беспрепятственного
удаления мигрирующей влаги.
Химическая коррозия
Коррозионный процесс каменных материалов связан, как бы-
ло сказано выше, непосредственно с их увлажнением, избежать
которое невозможно из-за особенностей структуры материалов,
их пористости. Разница физической и химической коррозии за-
ключается в составе влаги, проникающей в материал. Так, под
воздействием пресной влаги протекает физическая коррозия, а
под воздействием коррозионно-агрессивной влаги –химическая
(коррозия второго типа).
Таким образом, химическая коррозия происходит под воз-
действием агрессивных компонентов окружающей среды (воды,
воздуха, грунта), а именно кислот, щелочей, солей. Они вступа-
ют в химическую реакцию с составляющими цементного камня.
При этом происходит процесс естественного вымывания, т.е.
выноса цементирующих составляющих на поверхность конст-
рукции, и образования продуктов коррозии, не обладающих вя-
жущими свойствами. Например, под воздействием избыточной
углекислоты сначала происходит образование на поверхности
конструкции карбоната кальция:
под воздействием коррозионно-агрессивной влаги –химическая
(коррозия второго типа).
Таким образом, химическая коррозия происходит под воз-
действием агрессивных компонентов окружающей среды (воды,
воздуха, грунта), а именно кислот, щелочей, солей. Они вступа-
ют в химическую реакцию с составляющими цементного камня.
При этом происходит процесс естественного вымывания, т.е.
выноса цементирующих составляющих на поверхность конст-
рукции, и образования продуктов коррозии, не обладающих вя-
жущими свойствами. Например, под воздействием избыточной
углекислоты сначала происходит образование на поверхности
конструкции карбоната кальция:
Затем в кислой среде равновесие смещается и происходит
дальнейшая реакция, при которой карбонатная оболочка раство-
ряется, а образующийся дикарбонат кальция легко вымывается
водой:
Весьма агрессивно воздействуют на бетоны хлориды и суль-
фаты. Они не только интенсивно разрушают бетон, но и приво-
дят к интенсификации коррозии арматуры и закладных метал-
лических элементов:
Магнезиальная коррозия является типичным примером корро-
зии второго типа. Гидроксид магния мало растворим в воде, по-
этому химическая реакция происходит до тех пор, пока не будет
израсходован весь гидроксид кальция.
Под воздействием химически активных веществ, растворен-
ных в порах каменных конструкций, происходит также их ос-
мотическое разрушение. В порах вода поднимается вверх по
конструкции и образует растворы неодинаковой концентрации.
Поры, расположенные рядом, разделены стенками, проницае-
мыми для воды и непроницаемыми для растворенного вещества.
Стремясь выровнять концентрацию, т.е. разбавить более насы-
щенный раствор, влага проходит через толщу материала из об-
ласти более низкой концентрации в область более высокой кон-
центрации, распространяясь по телу конструкции. Если поры,
имеющие высокую концентрацию, замкнуты, то возникает ос-
мотическое давление, приводящее к местным напряжениям и
разрушениям.
Разрушение каменных материалов при кристаллизации
солей
Коррозия третьего вида вызывается проникновением в бетон
растворов солей и других соединений и кристаллизацией про-
дуктов реакции в порах материала с большим увеличением объ-
ема твердой фазы (рис. 3.17).
