При использовании металлов для ремонта и восстановления конструкций очень важно помнить о том, что различные металлы не должны соприкасаться друг с другом. В условиях эксплуатации большинства конструкций между двумя металлами, которые находятся в непосредственном контакте, происходит электрохимическое взаимодействие. Один металл превращается в анод, другой — в катод. Анод корродирует, катод — нет. Фактически это правило положено в основу катодной защиты, рассмотренной в главе 5. Магний, цинк и алюминий служат анодом по отношению к железу и стали, а железо и сталь — анодом к латуни, меди, фосфористой и пушечной бронзе. Во многих случаях малоуглеродистая сталь является анодом по отношению к нержавеющей стали.

2.3.1. Малоуглеродистая и высокопрочная сталь

В большинстве случаев для арматуры железобетонных конструкций применяют малоуглеродистую и высокопрочную стали. Окружающий стальную арматуру бетон защищает ее от коррозии (если, конечно, это высококачественный бетон с достаточной толщиной защитного слоя). Бетон на портландцементе создает вокруг арматуры высокощелочную среду. Величина pH цементного теста находится в пределах 10,5—11,5. Научные исследования показали, что в этом диапазоне pH вокруг стали создается защитный слой, который замедляет процесс коррозии.

Коррозия стали — сложный электрохимический процесс. Незащищенная сталь корродирует в присутствии влаги вследствие разницы электрического потенциала на поверхности стали, создаваемой анодным и катодным участками. На аноде металл окисляется, вызывая коррозию.

Тредуэй и Рассел указывают на следующие три фактора, от которых зависит скорость коррозии стальной арматуры в бетоне:

  • 1) контакт между сталью и ионопроводящен водной фазой бетона, зависящий от влагосодержания и состава бетона;
  • 2) наличие анодных и катодных участков на металле, соприкасающемся с электролитом; определяющими являются изменения на поверхности металла (слой окисла, находящийся в контакте с поверхностями обнаженного металла и окружающей среды);
  • 3) присутствие кислорода, способствующего катодным реакциям (катодная деполяризация). Катодная деполяризация зависит от скорости диффузии кислорода от атмосферы через бетон к катодным участкам на поверхности стали.
Из изложенного видно, что степень или скорость коррозии зависит от количества кислорода и проницаемости бетона. Это в равной степени относится и к уменьшению величины pH бетона вследствие реакции между двуокисью углерода и щелочами цементного теста. Если бетон подвергается карбонизации по всей толщине защитного слоя арматуры, то инертность стали будет нарушена и процесс коррозии ускорен. Было подсчитано, что коррозия начинается, вероятно, при уменьшении величины pH до 9.


Ионы хлорида также могут нарушить инертность стали Поэтому наличие хлоридов в бетонной смеси — потенциальная причина коррозии. Возможность коррозии от хлоридов увеличивается из-за пористости бетона, которая является следствием некачественного уплотнения, высокого водоцементного отношения, низкого содержания цемента, неправильного проектирования смеси или недостаточного перемешивания. Естественная инертность бетона, окружающего арматуру, теоретически может быть увеличена, и с помощью замедлителей коррозии можно увеличить его защитные свойства.

Замедлители коррозии можно вводить в бетон. Однако этот метод по ряду причин, рассмотренных в упомянутом отчете Научно-исследовательской строительной станции, не рекомендуется для практического использования. Более эффективным, хотя и трудоемким в условиях строительной площадки, методом является включение определенных замедлителей в жидкое цементное тесто, которое наносится ка арматуру. Исследования Тредуэя и Рассела дают основания считать, что комбинация нитрита натрия и бензоата натрия позволяет достичь отличных результатов с помощью легко доступных и достаточно дешевых химических веществ. На основе собственного опыта автор пришел к выводу, что цементный раствор, нанесенный на арматуру, довольно быстро высыхает и отслаивается. Этого можно избежать, заменив воду для затворения бутадиен-стирольным латексом. Но даже в этом случае важно, Чтобы бетон или раствор укладывались как можно скорее на затвердевший слой цементного теста. Вариантом более долговечного, но и более дорогого защитного слоя является применение эпоксидной смолы. При этом дополнительные затраты оправданы лишь в особых случаях, которые рассмотрены в главе 5.

2.3.2. Удаление ржавчины с арматуры

Заводская окалина образуется в мягкой восстановительной среде во время изготовления арматурных стержней. Она состоит из окислов железа с преобладанием более низких окислов FeO и Fe2O3. Вероятно присутствие и более высокого окисла Fe3O4. В нормах СР 2008 заводская окалина определяется как «многослойное образование окислов железа FeO, Fe2O3 и Fe3O4». Под воздействием воздуха окалина соединяется с кислородом, т. е. окисляется, и увеличивается в объеме; ее сцепление с нижележащей сталью ослабевает. Как правило, окалина не покрывает стержень целиком, а выступает в виде отдельных пятен. Именно эта разрывность окалины способствует образованию коррозионных элементов вследствие разницы электрического потенциала между окалиной и сталью.

Возникает вопрос, до какой степени нужно удалять окалину с арматуры. Существует много различных точек зрения, но, как и в других случаях, не рекомендуется быть слишком категоричным, а следует исходить из здравого смысла. В частности, автор рекомендует удалять лишь рыхлую окалину, а окалину, плотно приставшую к стержням, допускается оставлять.

Аналогичный подход применим к ржавчине на арматуре. Легкую порошкообразную ржавчину, которая не осыпается при ударе по стержню, можно не удалять. Некоторые инженеры считают, что такая ржавчина улучшает сцепление арматуры с бетоном или раствором. Однако по указанным причинам ржавчина может в какой-то степени увеличить опасность коррозии, если инертность стали уменьшается вследствие проникания влаги, карбонизации, присутствия хлоридов и т. д. Перед ремонтом вся ржавчина в виде окалины или чешуек должка быть удалена с арматуры до укладки нового бетона или раствора.

Многие подрядчики по ремонту и восстановлению железобетонных конструкций широко применяют замедлители (ингибиторы) коррозии на основе фосфорной кислоты, которые наносятся на стальную арматуру после ее очистки. Опыт автора показывает, что при использовании таких ингибиторов у рабочих мест может появиться стремление менее тщательно производить очистку. Фосфорная кислота вступает в реакцию со сталью, образуя фосфат железа, который помогает защищать металл от коррозии. Однако эти кислотные ингибиторы не рекомендуются по следующим причинам.

1. Если ржавчина соответствующим образом удалена, то ингибиторы не нужны, так как новый бетон или раствор будет защищать сталь.

2. Поскольку ингибиторы по своей природе обладают кислотными свойствами, а окружающий бетон — щелочными, то они будут разрушать любой бетон, с которым соприкасаются, и нейтрализовать его щелочные свойства. Поэтому на ингибитор следует нанести специальное «антикислотное» покрытие, что вызывает необходимость выполнения еще одной рабочей операции с соответствующим контролем.

3. Если кислотный ингибитор наносится слишком обильно, то он стекает с арматуры и проникает в неповрежденный бетон, окружающий арматуру.

Более целесообразно тщательно удалять ржавчину и рыхлую окалину, а затем надежно покрывать сталь неагрессивными ингибиторами, рассмотренными ранее, или использовать покрытия из портландцемента и эмульсин бутадиен-стирольного латекса (2 ч. цемента на 1 ч эмульсии по массе).

2.3.3. Оцинкованная арматура

Обладая щелочными свойствами, влажный портландцемент будет разъедать цинк и алюминий. В связи с этим рекомендуется покрывать битумной краской или аналогичным составом любую сталь, покрытую слоем цинка или алюминия, которая постоянно соприкасается с влажным бетоном.

Когда применяют оцинкованную арматуру, то в начальной стадии бетон оказывает воздействие на само покрытие, но если бетонная смесь высокого качества и водонепроницаема, то оно, как правило, весьма незначительно.

Некоторые виды портландцемента содержат хроматы. Если содержание хромата превышает 65 мг/л, то реакция между цементным тестом и цинком будет замедляться образовавшимся слоем неактивного хромата цинка на поверхности гальванизирующего покрытия. Если цемент не содержит хроматов, тогда их добавляют в ванны горячего цинкования. Оцинкованную арматуру иногда целесообразно использовать и при ремонтных работах, например если внешняя среда агрессивна или толщина защитного слоя бетона недостаточна. Преимущество оцинкованной арматуры защитного слоя в последнем случае подтверждается Британским стандартом BS 1217: 1975 «Бетонный камень».

2.3.4. Нержавеющая сталь

Краткие сведения о нержавеющей стали были приведены в главе 1.

Выбор соответствующей марки стали с учетом ожидаемых условий эксплуатации очень важен. Для агрессивных условий рекомендуется марка Еп58 1 (известная также как сталь марки 316), относящаяся к категории аустенитных сталей. Как правило, ее применяют в качестве соединительных стержней в бетонных плитах и деталей крепления, так как они являются важными элементами при ремонте и восстановлении железобетонных конструкции. Когда необходимо совместно применить два металла разного химического состава (что может привести к электролитической реакции с коррозией металла, образующего анод), целесообразно получить квалифицированную консультацию.

2.3.5. Алюминий

При применении неанодированного алюминия в контакте с влажным бетоном его следует покрывать толстым защитным слоем битумной краски или другим материалом, который не разрушается под действием едких щелочей цемента. Анодирование увеличивает долговечность и сопротивление коррозии, улучшает внешний вид алюминия. Процесс анодирования кратко рассмотрен в главе 1.

Как правило, алюминий обладает анодными свойствами по отношению к стали, но это не относится к некоторым сплавам алюминия, которые могут служить катодом. Поэтому в случае непосредственного контакта между сталью и алюминием нужно принимать меры предосторожности.

2.3.6. Медь

Медь обладает высокой способностью сопротивления агрессии и является очень долговечным материалом для большинства строительных конструкций. При отсутствии хлоридов она не корродирует под действием бетона на портландцементе. Как правило, медь обнаруживает катодные свойства по отношению к стали. Во избежание коррозии стальной арматуры необходимо следить за тем, чтобы эти два металла не находились в не посредственном контакте.

2.3.7. Фтористая и пушечная бронза

Определение материалов дано в главе 1. Эти сплавы применяют для крепежных элементов и деталей в емкостях для хранения агрессивных жидкостей или в сооружениях, где текущий ремонт практически невозможен.