Добавки в бетон для защиты арматуры

Добавки для защиты арматуры в бетоне

 

Данные добавки представляют из себя нитриты щелочных и щелочноземельных металлов, хроматы и бихроматы калия или натрия, тетрабораты натрия или калия, бензоат натрия, фосфаты щелочных металлов и некоторые амины. В силу своих свойств они также могут входить в состав комплексных добавок и применяться в роли ускорителей твердения или противоморозных добавок.

 

 

Принцип действия добавок

 

Принципы действия подобных добавок можно разделить на пассиваторы и ингибиторы.

 

Пассиваторы — образуют на поверхности металла защитную пленку из оксидов или нерастворимых солей. Подобными свойствами обладают нитриты, фосфаты, силикаты, хроматы, бихроматы и некоторые другие соединения. Некоторые из этих соединений, действуя в основном на анодный процесс, сокращают площадь анодных участков и в случае малой концентрации способствуют локализации коррозионного процесса в отдельных точках — питтингах. Следовательно, добавки — пассиваторы не всегда обеспечивают надежную защиту стали от коррозии.

 

Добавки-ингибиторы обеспечивают надежную защиту стали от коррозии, особенно в бетоне с пониженной щелочностью среды. Они образуют на поверхности стали пленки с физической адсорбцией. К таким добавкам относятся амины, фосфорорганические соединения, ряд ПАВ катионактивного действия. Добавки, замедляющие коррозию, делятся на анодные, катодные и смешанные в зависимости от того, где они преимущественно воздействуют на реакцию коррозии – на анодных или катодных пластинах или на пластинах обоих типов.

 

Анодные ингибиторы – это вещества, действие которых основано на их способности поглощать электроны. Они подавляют реакции, протекающие на аноде. Большинство добавок, относящихся к этой группе, эффективны только тогда, когда они присутствуют в достаточно высоких концентрациях. Требуемая концентрация часто определяется содержанием хлорида, воздействующего на сталь. Если применять недостаточные дозы добавок, то происходит коррозия, интенсивность которой локализовано, что вызывает сильную точечную коррозию.

 

Катодные ингибиторы действуют либо путем замедления катодной реакции, либо путем выборочного осаждения на катодных пластинах. Вещества этой группы-сильные акцепторы протонов, и их действие в отличие от анодных ингибиторов является обычно косвенным.  

 

Смешанные ингибиторы могут одновременно действовать как на анодные, так и на катодные процессы. Смешанный ингибитор обычно более предпочтителен, так как его действие направлено на всеохватывающую поверхностную коррозию, возникающую из-за присутствия хлоридов. Использование смешанного ингибитора дает лучший эффект.

 

Каждая группа ингибиторов может включать вещества, действие которых основано на одном из следующих механизмов:

 

  • образовании барьерных слоев;
  • окисление путем пассивации поверхности;
  • влиянии на окружающую среду, контактирующую с металлом.

 

Ниже перечислены требования, которым должны удовлетворять отдельные химические вещества или их смеси для того, чтобы они могли выступать в качестве эффективных ингибиторов коррозии:

 

  • молекулы должны обладать сильно выраженными свойствами воспринимать или отдавать электроны, либо теми и другими;
  • растворимость должна быть такой, чтобы быстрое насыщение коррозирующей поверхности происходило без быстрого выщелачивания вещества;
  • эти вещества должны вызывать поляризацию соответствующих электродов при относительно малых значениях силы тока;
  • они должны быть совместимы с системой, для которой предназначено вещество, чтобы не вызывать нежелательных побочных эффектов;
  • добавки должны быть эффективными при тех значениях рН и температуры окружающей среды, при которых они используются.

 

Химический состав

 

Из анодных ингибиторов наиболее широко применяют нитриты кальция или натрия, бензоат натрия и хромат натрия. Кроме того, считаются перспективными натриевые соли силикатов и фосфатов, двухлористое олово и гидразингидрат.

 

Особенности применения

 

Один из серьезных недостатков использования анодных ингибиторов состоит в том, что они эффективно обеспечивают пассивацию, только когда присутствуют в высоких концентрациях. При низких концентрациях добавок или малом отношении дозы ингибитора к уровню хлоридов коррозия интенсивно локализуется, и ее действие становится значительным.

При применении добавок ингибиторов, ускоряющих схватывание бетона, могут потребоваться комбинации добавок-замедлителей, особенно, когда температура окружающей среды и смеси превышает 35 градусов. Аналогичным образом при использовании ингибиторов, замедляющих сватывание бетонной смеси, могут добавляться ускорителя твердения для обеспечения заданного роста прочности бетона. Бетоны, содержащие нитриты щелочных металлов, хроматы и бензоаты, легко подвержены высолообразованию и могут образовывать белую пленку на поверхности затвердевшего бетона, если выдержка во влажном режиме используется в течение продолжительного времени.

 

Защитные свойства бетона

 

Механизм реакции для большинства анодных ингибиторов по существу состоит в окислении растворимого оксида двухвалентного железа и образовании защитной пленки из гидроксида железа на поверхности стали. Постепенно из области действия коррозии исключаются новые участки поверхности стали, и процесс коррозии прекращается. Эффективное замедление обеспечивается только при достаточном количестве добавки, отвечающем необходимому для данной системы отношению ингибитор-хлорид. Если это отношение мало, то конкурирующие реакции восстановления защитной пленки ионом NО2 и разрушительного действия хлоридов происходят одновременно, причем последняя реакция начинает преобладать. Коррозия интенсивно локализуется, и возникает опасная точечная коррозия.

 

Катодные ингибиторы действуют либо путем замедления катодной реакции, либо путем селективного осаждения на катодных площадках, что вызывает увеличение электрического сопротивления и уменьшение диффузии продуктов восстановления к катоду. Продукты реакции при этом не связываются с металлом так же сильно, как продукты, полученные при применении анодных ингибиторов.

 

Неорганические добавки, представляющие собой сильные основания, обычно увеличивают рН среды, вызывая уменьшение растворимости ионов железа. Поскольку молекулы смешанных ингибиторов содержат более одной ориентированной группы, ингибитор будет действовать индуктометрически с преобладанием свойств либо акцептора, либо донора электронов в зависимости от химической среды.

 

Факторы, влияющие на замедление коррозии

 

Растворимость добавки должна быть такой, чтобы на коррозирующих поверхностях имелось достаточное ее количество. Однако при сильной растворимости она легко выщелачивается из бетона. Нитрит натрия выщелачивается в течение двух лет, в то время как нитрит кальция, который растворим в меньшей степени, более эффективно замедляет коррозию. Многие добавки, являющиеся основаниями, быстро осаждаются в цементном растворе и, следовательно, теряют свою эффективность.

Вследствие того, что ингибиторы используются в малых количествах, они, как правило, рассеяны по всему объему, а не концентрируются на границе бетона и стали. Недостаточная концентрация анодных ингибиторов приводит к ускоренной коррозии.

Эффективность анодных ингибиторов непосредственно зависит от содержания хлорида в бетоне. При достаточно большом содержании хлорида их эффективность резко уменьшается, и для предотвращения вредного воздействия хлорида требуется введение большого количества ингибитора. Для каждого ингибитора существует критическая концентрация хлорида, ниже которой коррозия приостанавливается.

 

Цементы, содержащие большее количество С3А, обеспечивают более высокую коррозионную стойкость; портландцементы обладают лучшими антикоррозийными свойствами по сравнению со шлакопортландцементом и пуццолановым цементом.

 

Эффективность органических катодных ингибиторов часто связана с их молекулярной структурой, которую определяют размер молекул, тип связей, длина углеродных цепочек, число боковых групп, пространственное расположение и комплексообразующая способность.

Используемые в строительстве добавки

 

Широкое применение в строительстве нашли следующие добавки:

 

  • Нитрит кальция предлагается на рынке как не содержащий хлорида ускоритель твердения, а также как ингибиторов коррозии. При содержании твердых веществ в растворе 25–30% дозировка составляет 2–4% массы цемента. Несмотря на высокую стоимость обработки 1 м 3 бетона, использование данного метода считается экономически целесообразным по сравнению с другими доступными методами предотвращения вредного действия хлоридов на сталь. Другим преимуществом нитрита кальция по сравнению с нитритом натрия является уменьшение выщелачивания и обесцвечивания, а также меньшая вероятность протекания реакции между примесями реакционноспособного кремнезема в заполнителе и щелочью.
  • Нитрит натрия представляет собой мелкозернистый, свободно текущий порошок. Он эффективно применяется в отсутствие хлоридов, как в обычных, так и в пропариваемых бетонах в дозировке 1-2% массы цемента. В присутствии хлоридов доза должна превышать 2% для того, чтобы предотвращалось развитие активной точечной коррозии. Использование нитрита натрия ограничено из-за быстрого выщелачивания.
  • Хроматы натрия и калия используются в дозах 2–4%. Их влияние на процесс коррозии почти такое же, как у NaNО2, если не считать зеленого цвета, присущего хроматам.
  • Бензоат натрия добавляется в бетонную смесь количестве 6– 8%.
  • Двухлористое олово оказалось весьма перспективным при использовании в растворах в условиях пропаривания и в присутствии хлоридов. Добавка 2–3% замедляет коррозию и вызывает более ранний прирост прочности.
  • Гидразингидрат исследовался в основном в лабораторных условиях.
  • Используются также различные вещества на основе фосфатов, силикатов и натриевых солей моно- и дикарбоновой кислот.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.