Коррозия искусственного камня

Коррозией называют разрушение материала, вызываемое физико-химическим воздействием на него окружающей среды.

Скорость и интенсивность коррозии зависит от свойств камня и от тех условий, в которых он находится. К ним относят минералогический и химический составы искусственного камня, плотность и пористость его, температурные условия, химический состав корродирующих реагентов, их активность и концентрацию, а также физико-химические свойства, получающиеся в результате коррозии новообразований.

Искусственные камни, полученные из воздушных вяжущих веществ, устойчивы только на воздухе и могут разрушаться в результате выветривания и непосредственных механических воздействий. Рассматриваемые далее явления коррозии относятся к кам ням, полученным из гидравлических вяжущих, главным образом из портландцемента.

Агрессивно-корродирующей средой принято называть такую жидкую или газообразную среду, которая, омывая поверхность или проникая в глубь камня, разрушает составные части его и тем самым снижает прочность. Свойства агрессивных сред и условия их действия разнообразны. Выделяют три основных вида коррозии: коррозию, вызванную пресными водами; коррозию от водных растворов таких веществ, которые, вступая в обменные реакции с цементным камнем, образуют легкорастворимые соединения, вымываемые водой, или такие аморфные соединения, которые вяжущими свойствами не обладают, и, наконец, коррозию такими веществами, которые, вступая в химическое взаимодействие с камнем, образуют малорастворимые соединения значительно большего объема, чем исходные вещества. Это вызывает в камне напряжения, приводящие к растрескиванию и разрушению.

Первый вид коррозии - пресная вода, проникая в камень, растворяет и вымывает кристаллы гидрата окиси кальция. Таким образом, связь между частицами камня, какая обеспечивалась кристаллами Са(ОН)₂, уничтожается, пористость и водопроницаемость камня возрастает, а прочность его падает. Однако этим первый вид коррозии не исчерпывается. Известно, что ряд других минералов, составляющих цементный камень, и в пресноводной среде устойчив только тогда, когда концентрация растворенной в воде гидроокиси кальция достигает определенной величины. С уменьшением концентрации Са(ОН)₂ гидросиликаты, гидроалюминаты и гидроферриты кальция разлагаются, превращаясь в менее основные гидросоединения кальция, выделяя при этом переходящий в раствор гидрат окиси кальция. Вследствие этого кристаллы главнейших соединений, придающих прочность цементному камню, разрушаются, а следовательно, разрушается и сам камень.

Чтобы предотвратить этот вид коррозии, необходимо получить цементный камень максимально возможной плотности с тем, чтобы пресная вода не проникала вглубь и, что особенно важно, не фильтровалась сквозь него. Если по каким-либо причинам уплотнить цементный камень в процессе образования его по всему сечению невозможно, следует уплотнить его поверхность, что может быть достигнуто естественной или искусственной карбонизацией, представляющей собой превращение гидрата окиси кальция Са(ОН)₂ в СаСО₃ действием на Са(ОН)₂ углекислого газа С0₂.

Уплотнение цементного камня может быть достигнуто введением в цемент уплотняющих минеральных добавок, содержащих активный кремнезем Si0₂, например: трепелов, опоки, бентонитовых глин и т. д. Кремнезем реагирует с гидратом окиси кальция с образованием малорастворимого в щелочной среде гидросиликата кальция. Выделяющийся при этой реакции гидросиликат кальция забивает поры и капилляры и этим уменьшает водопроницаемость камня и тормозит его выщелачивание.

Уплотнение поверхности камня может быть также осуществлено обработкой растворами кремнефтористоводородной кислоты и ее солей, раствором углекислого аммония, а также пропиткой или обмазкой гидрофобными веществами.

Второй вид коррозии - разрушение камня минерализованными водами, содержащими в растворенном виде различные неорганические и органические кислоты, соли и основания. Минерализованные воды могут быть естественными - морскими, грунтовыми, озерными; искусственными, содержащими отходы различных производств. Сущность коррозии этого вида заключается в том, что растворенные в воде агрессивные вещества вступают в обменные реакции с минералами цементного камня, превращая их в новые, не обладающие соответствующей прочностью или даже вымываемые водой соединения. В результате этого камень с течением времени полностью разрушается.

Кислотная коррозия возникает под действием солей минеральных и органических соединений, выделяющих во время гидролиза соответствующие кислоты. Они в первую очередь реагируют с гидратом окиси кальция, превращая его в растворимую соль соответствующей кислоты, вымывающуюся в виде водного раствора. Понижение концентрации Са(ОН)₂ приводит в дальнейшем к описанным выше явлениям. Так, например, реакция взаимодействия азотной или соляной кислоты с Са(ОН)2 приводит к образованию хорошо растворимых и, следовательно, хорошо вымываемых Ca(N03)₂ и СаС1₂, а реакция взаимодействия с солями этих кислот (допустим, с MgCl₂ или FeCl₃ и т. д.) к образованию легкорастворимых в воде кальциевых солей этих кислот и аморфных масс соответствующих гидроокисей, совершенно не обладающих вяжущими свойствами.

В рассматриваемых видах коррозии разрушение цементного камня вызывается прямым растворением и вымыванием составных частей или растворением и вымыванием продуктов обменных реакций.

В противоположность этому разрушение камня при коррозии третьего вида является следствием обратного процесса, заключающегося в накоплении продуктов реакции в камне, вследствие чего возникают внутренние напряжения, которые в конечном итоге приводят к разрушению камня.

Примером этого вида коррозии служит образование гидросуль-фоалюминатов кальция в цементном камне под действием минерализованных вод, содержащих в значительном количестве ион S42- (свыше 250 г/л).

Гидросульфоалюминат кальция, или, как его иногда называют, "цементная бацилла", занимает примерно в 2,5 раза больше объем по сравнению с исходными материалами, из которых он образовался. Это вызывает сильные напряжения в цементном камне, приводящие к растрескиванию и разрушению. Третий вид коррозии возможен, когда в составе цементного камня находятся в устойчивом состоянии трех- и четырехкальциевые гидроалюминаты. Устойчивость последних зависит от концентрации в водной среде гидрата окиси кальция. При низких концентрациях высокоосновные гидроалюминаты кальция превращаются в двухкальциевый гидроалюминат, который с гипсом гидросульфоалюмината кальция не образует.

К мероприятиям по предотвращению гидросульфоалюмннатной коррозии относят: использование цементов с относительно малым содержанием трехкальциевого алюмината и четырехкальциевого алюмоферрита; использование пуццолановых портландцементов и шлакопортландцементов; ввод в состав цемента при помолеклинкера кислых минеральных добавок вулканического и осадочного происхождения, содержащих активный кремнезем в количестве от 20 до 40%, а также ввод абиетиновой кислоты до 0,02%, омыленного пека, сульфитно-целлюлозной барды в количестве 0,25% и ряда гидрофобных веществ.