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).