Виды коррозии искусственного камня

Коррозия - это разрушение материала, обусловленное  физико-химическим влиянием  на него окружающей среды.

Свойства камня и условия его содержания обуславливают скорость и интенсивность коррозии. Это минералогический и химический составы искусственного камня, его плотность и пористость, температурные условия, химический состав корродирующих реагентов, их активность и концентрация, а также физико-химические свойства, приобретенные в процессе коррозии новообразований.

Искусственные камни, которые образовались из воздушных вяжущих веществ,  обладают устойчивостью исключительно на воздухе и подвержены разрушению в результате выветривания и механических воздействий. Далее мы рассмотрим явления коррозии, которые связаны с камнями, образованными из гидравлических вяжущих, преимущественно - из портландцемента.

Агрессивно-корродирующая среда - это жидкая или газообразная среда, которая, омывая поверхность или проникая внутрь камня, способна разрушать его составные части и снижать таким образом прочностные характеристики. Агрессивные среды имеют множество различных свойств и условий воздействия. Различают три ключевых вида коррозии: 1) коррозия, образованная пресными водами; 2) коррозия от водных растворов веществ, которые в процессе обменных реакций с цементным камнем формируют легкорастворимые соединения, вымываемые водой, или аморфные соединения, не имеющие вяжущих свойств; 3) коррозия от веществ, которые вступают в химическую реакцию с камнем и формируют малорастворимые соединения значительно большего объема, чем исходные вещества. Это способствует тому, что в камне образуются напряжения, ведущие к его растрескиванию и разрушению.

Первый вид коррозии заключается в том, что пресная вода попадает в камень, а затем растворяет и вымывает кристаллы гидрата окиси кальция. То есть контакт между частицами камня, который был возможен благодаря кристаллам Са(ОН)2, полностью исключается, увеличивается пористость и водопроницаемость камня, а его прочность уменьшается. Но все эти последствия не являются окончательными при первом виде коррозии. Другие минералы, входящие в состав цементного камня, и в пресноводной среде устойчивы только в том случае,  если концентрация растворенной в воде гидроокиси кальция достигает определенной величины. При уменьшении концентрации Са(ОН)2 гидросиликаты, гидроалюминаты и гидроферриты кальция  подвергаются разложению и превращаются в менее основные гидросоединения кальция с выделением переходящего в раствор гидрата окиси кальция. Это способствует тому, что кристаллы основных соединений, обеспечивающих прочность  цементному  камню, подвергаются разрушению и влияют на разрушение  самого камня.

Во избежание данного вида коррозии следует получить цементный камень максимально возможной плотности, чтобы пресная вода не попадала вглубь и не фильтровалась сквозь него. В случае, когда уплотнить цементный камень в процессе его формирования по всему сечению не удается, необходимо уплотнить его поверхность с помощью естественной или искусственной карбонизации, которая заключается в превращении гидрата окиси кальция Са(ОН)2 в СаСО3 действием на Са(ОН)2 углекислого газа С02.

Уплотнить цементный камень можно путем ввода в цемент уплотняющих минеральных добавок, в составе которых есть активный кремнезем Si02 (трепелов, опоки, бентонитовых глин и т. д.). Кремнезем вступает в реакцию с гидратом окиси кальция и формирует малорастворимый в щелочной среде гидросиликат кальция. Это способствует выделению гидросиликата кальция, который  забивает поры и капилляры, уменьшает водопроницаемость камня и тормозит его выщелачивание.

Уплотнение поверхности камня можно осуществить, прибегая к обработке растворами кремнефтористоводородной кислоты и ее солей или  углекислого аммония, а также обращаясь к пропитке или обмазке гидрофобными веществами.

Второй вид коррозии - это разрушение камня минерализованными водами, в составе которых в растворенном виде присутствуют различные неорганические и органические кислоты, соли и основания. Минерализованные воды бывают двух видов: естественные (морские, грунтовые, озерные) и искусственные, имеющие отходы различных производств. Коррозия данного вида подразумевает тот факт, что растворенные в воде агрессивные вещества вступают в обменные реакции с минералами цементного камня, превращая их в новые, не обладающие необходимой прочностью или даже вымываемые водой соединения. Это со временем приводит к полному разрушению камня.

Кислотная коррозия образуется под влиянием солей минеральных и органических соединений, которые выделяются в процессе гидролиза соответствующих кислот. Сначала они вступают в реакцию с гидратом окиси кальция, превращая его в растворимую соль соответствующей кислоты, которая вымывается в виде водного раствора. Уменьшение концентрации Са(ОН)2 приводит впоследствии к возникновению вышеописанных явлений. Допустим, реакция взаимодействия азотной или соляной кислоты с Са(ОН)2 способствует формированию хорошо растворимых и хорошо вымываемых Ca(N03)2 и СаС12, а реакция взаимодействия с солями этих кислот (например, с MgCl2 или FeCl3 и т. д.) - к формированию легкорастворимых в воде кальциевых солей этих кислот и аморфных масс соответствующих гидроокисей, не имеющих вяжущих свойств.

Все рассмотренные виды коррозии заключаются в том, что разрушение цементного камня происходит прямым растворением и вымыванием составных частей или растворением и вымыванием продуктов обменных реакций.

Коррозия третьего вида имеет принципиальное отличие: разрушение камня здесь становится результатом обратного процесса, заключенного в накоплении продуктов реакции в камне, которое приводит к образованию внутренних напряжений и в итоге - к разрушению камня.

Примером этого вида коррозии можно назвать формирование гидросульфоалюминатов кальция в цементном камне под влиянием минерализованных вод, в составе которых есть ион S42- (свыше 250 г/л).

Гидросульфоалюминат кальция, или "цементная бацилла", имеет объем в 2,5 раза больший, чем  исходные материалы, из которых он был сформирован. Это способствует образованию сильных напряжений в цементном камне, ведущих к его растрескиванию и разрушению. Третий вид коррозии возникает, если в составе цементного камня присутствуют в устойчивом состоянии трех- и четырехкальциевые гидроалюминаты. Их устойчивость зависит от концентрации в водной среде гидрата окиси кальция. При низких концентрациях высокоосновные гидроалюминаты кальция превращаются в двухкальциевый гидроалюминат, который с гипсом не способен формировать гидросульфоалюминат кальция.

Существует ряд мер, которые необходимо осуществлять для предотвращения гидросульфоалюмннатной коррозии. Это применение цементов с относительно малым содержанием трехкальциевого алюмината и четырехкальциевого алюмоферрита; применение пуццолановых портландцементов и шлакопортландцементов; ввод в состав цемента при помоле клинкера кислых минеральных добавок вулканического и осадочного происхождения, имеющих активный кремнезем от 20 до 40%, а также ввод абиетиновой кислоты до 0,02%, омыленного пека, сульфитно-целлюлозной барды в размере 0,25% и ряда гидрофобных веществ.