Коррозия арматуры

Коррозия арматуры — это процесс разрушения металлических стержней, проволоки или сеток, используемых для армирования железобетонных конструкций, под воздействием окружающей среды. Коррозия приводит к потере сечения арматуры, ухудшению сцепления с бетоном и, как следствие, к снижению несущей способности и долговечности всего сооружения. Является одной из основных причин преждевременного разрушения зданий, мостов, дорожных покрытий и других инженерных объектов.

Причины и механизмы коррозии

Коррозия арматуры в бетоне представляет собой электрохимический процесс, который протекает при наличии трёх обязательных условий: электролита (влаги), кислорода и разности потенциалов на поверхности металла. В нормальном состоянии бетон обеспечивает арматуре пассивную защиту благодаря высокой щелочной среде (pH 12,5–13,5). В такой среде на поверхности стали образуется тонкая оксидная плёнка, которая препятствует дальнейшему окислению.

Карбонизация бетона

Основной причиной нарушения пассивного состояния арматуры является карбонизация — процесс взаимодействия гидроксида кальция Ca(OH)₂, содержащегося в цементном камне, с углекислым газом CO₂ из воздуха. В результате образуется карбонат кальция CaCO₃, и pH поровой жидкости бетона снижается до 8–9. При таком уровне кислотности защитная плёнка на стали разрушается, и начинается активная коррозия.

Скорость карбонизации зависит от:

проницаемости бетона (пористости, водоцементного отношения);
толщины защитного слоя бетона;
влажности и температуры окружающей среды;
концентрации CO₂ в атмосфере (в городах и промышленных зонах выше).

Проникновение хлоридов

Второй по значимости причиной является проникновение хлорид-ионов (Cl⁻) к поверхности арматуры. Хлориды могут попадать в бетон:

из морской воды (для прибрежных сооружений);
из противогололёдных реагентов (для дорожных мостов, паркингов);
из добавок, вводимых в бетонную смесь (например, ускорителей твердения, содержащих хлористый кальций).

Хлориды разрушают пассивную плёнку локально, даже при высоком pH, вызывая питтинговую (язвенную) коррозию. Этот вид коррозии особенно опасен, так как приводит к быстрому местному уменьшению сечения арматуры без видимых внешних признаков.

Другие факторы

Кислородная деполяризация: основной катодный процесс, при котором кислород, растворённый в поровой жидкости, восстанавливается, потребляя электроны от анодных участков.
Блуждающие токи: возникают при работе электротранспорта, сварочных аппаратов или систем катодной защиты, вызывая ускоренное растворение металла.
Коррозия под напряжением: сочетание коррозионной среды и растягивающих напряжений в арматуре (например, в предварительно напряжённых конструкциях) может привести к хрупкому разрушению.

Виды коррозии арматуры

По характеру поражения различают:

Равномерная коррозия: поражает всю поверхность арматуры относительно равномерно. Чаще встречается при карбонизации бетона на большой глубине.
Питтинговая (язвенная) коррозия: образование локальных глубоких язв, характерное для хлоридного воздействия. Наиболее опасный вид для высокопрочной арматуры.
Межкристаллитная коррозия: распространяется по границам зёрен металла, встречается редко, в основном при специфических условиях (например, в сварных соединениях).
Коррозионное растрескивание под напряжением: образование трещин в металле под совместным действием коррозионной среды и растягивающих напряжений. Характерно для предварительно напряжённой арматуры.

Последствия коррозии

Коррозия арматуры приводит к нескольким взаимосвязанным негативным эффектам:

Уменьшение рабочего сечения арматуры: снижается прочность элемента на растяжение и изгиб.
Ухудшение сцепления с бетоном: продукты коррозии (ржавчина) имеют больший объём, чем исходный металл (в 2–4 раза), что создаёт внутренние напряжения и приводит к растрескиванию защитного слоя бетона.
Образование продольных трещин вдоль арматуры: визуальный признак коррозии, часто называемый «коррозионным шелушением».
Отслоение защитного слоя бетона: при значительном развитии коррозии бетон может откалываться, обнажая арматуру.
Снижение долговечности конструкции: в тяжёлых случаях возможно обрушение элементов (балок, плит, колонн).

Диагностика и оценка

Для выявления коррозии арматуры применяются следующие методы:

Визуальный осмотр: выявление трещин, пятен ржавчины, отслоений бетона.
Измерение потенциала арматуры: электрохимический метод, позволяющий определить вероятность коррозии. Потенциал более отрицательный, чем –350 мВ (по медно-сульфатному электроду сравнения), указывает на высокую вероятность активной коррозии.
Карбонизационный тест: нанесение раствора фенолфталеина на свежий скол бетона. Неокрашенная зона (pH < 8,5) указывает на карбонизированный слой.
Определение содержания хлоридов: химический анализ проб бетона.
Ультразвуковая дефектоскопия: выявление внутренних трещин и расслоений.
Радиографический контроль: просвечивание конструкции для оценки состояния арматуры.

Методы защиты и ремонта

Первичная защита (на этапе проектирования и строительства)

Обеспечение достаточной толщины защитного слоя бетона (нормируется СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции»).
Использование плотного бетона с низким водоцементным отношением (W/C ≤ 0,4–0,45 для агрессивных сред).
Применение добавок, повышающих коррозионную стойкость (ингибиторы коррозии, гидрофобизаторы).
Использование неметаллической композитной арматуры (стеклопластиковой, базальтопластиковой) — не подвержена коррозии, но имеет другие недостатки (низкий модуль упругости, низкая огнестойкость).
Катодная защита: наложение внешнего электрического потенциала для смещения потенциала арматуры в область пассивного состояния.

Вторичная защита (для существующих конструкций)

Поверхностная гидроизоляция и пропитка бетона: нанесение составов, снижающих проницаемость (силаны, силоксаны, акриловые покрытия).
Ремонт защитного слоя: удаление повреждённого бетона, очистка арматуры от ржавчины (пескоструйная обработка, преобразователи ржавчины), нанесение нового бетона или ремонтных составов.
Ингибиторы коррозии: вводятся в состав ремонтных смесей или наносятся на поверхность арматуры (например, на основе нитрита кальция, аминоспиртов).
Электрохимическая обработка: удаление хлоридов из бетона (электрохимическая экстракция) или перепассивация арматуры (реалкализация).

Примеры аварий и разрушений

Коррозия арматуры неоднократно становилась причиной серьёзных аварий. В России и странах бывшего СССР известны случаи обрушения мостов и путепроводов из-за коррозии предварительно напряжённой арматуры, вызванной применением хлоридсодержащих противогололёдных реагентов. В 2004 году в Москве обрушилось покрытие аквапарка «Трансвааль» (причиной, по одной из версий, стала коррозия арматуры в сочетании с конструктивными ошибками). В 2018 году в Генуе (Италия) обрушился мост Моранди, где одной из причин названа коррозия напряжённой арматуры в вантах. В США в 2021 году обрушился жилой дом в Серфсайде (Флорида) — предварительной причиной считается коррозия арматуры в плите перекрытия, вызванная многолетним воздействием морской воды.

Источники

СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения».
ГОСТ 31384-2017 «Защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии. Общие технические требования».
Алексеев С.Н., Розенталь Н.К. «Коррозия и защита арматуры в бетоне». — М.: Стройиздат, 1978.
Невский В.А. «Коррозия бетона и железобетона, методы их защиты». — М.: Издательство литературы по строительству, 1968.
Пухонто Л.М. «Долговечность железобетонных конструкций инженерных сооружений». — М.: Издательство АСВ, 2004.
Bertolini L., Elsener B., Pedeferri P., Polder R. «Corrosion of Steel in Concrete: Prevention, Diagnosis, Repair». — Wiley-VCH, 2013.

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →