Антикорозионна защита на стоманобетонни конструкции

Дълготрайността, надеждността и качеството на стоманобетонните конструкции се определелят не само от правилния избор на материалите - стомана, бетон, полимери, технологията на стротелно изпълнение, а също и от компетентното решение на проблемите, свързани с появата на корозия в елементите.
От гледна точка на корозията по-слабото звено са армировъчните пръти. Ако те не бъдат защитени със специални покрития, корозират.
В статията ще разкажем за причините за появя на корозия в стоманобетона, за поведението на стоманобетона при корозия, видовете съвременни материали за възстановяване на корозирали конструкции и технологията на полагането им.

Корозията на стоманобетонната конструкция най-често е невидима отвън. Процесът протича в дълбочина под повърхността. След време, когато прътите се намират близо до повърхността, върху нея избиват ръждиви петна. Те стават все по-ярко оцветени и площта им постепенно нараства. Следва напукване и разрушаване на бетонната повърхност. Това се дължи на налягането на увеличаващата обема си ръжда. Тя разпуква бетона по посока на най-малкото съпротивление – пластът, който отделя армировъчния прът от повърхността. Така стоманобетонните пръти се оголват. Достъпът на влагата и въздуха до тях се улеснява. Корозията се активизира все повече и повече. При неспазване на изискването за минимална дебелина на бетоновия слой между повърхността на елемента и армировъчните пръти, корозията се появява още по-бързо. За минимална дебелина на слоя се приема разтоянието от 40mm.

Поведение на стоманобетона при корозия
Процесът на хидратация на портландцимента протича при висока алкалност - pH 12,5–13,5. На повърхността на стоманата се образува тънък пасивиращ слой, който я защитава срещу корозия. Освен тази химична защита, бетонното покритие осигурява и механична защита, като възпрепятства проникването на химически вещества, които активират процеса на корозия.

Бетонът не е напълно водонепропусклив материал. Когато стоманобетонната конструкция е подложена на овлажняване, влагата прониква в дълбочина и достига до армировката. След време защитата на пасивиращия слой става все по-слабоефективна. В даден момент настъпва пробив в нея и тя се разрушава. Причината за това е тънкият пасивиращ защитен слой, подложен на агресивното влияние на химическите вещества, които го разрушават. Пътят за развитие на корозията на стоманата е вече широко открит. Агресивното химическо въздействие се състои от два едновременно протичащи разрушителни процеса. Първият се дължи на постепенно протичащата карбонизация на бетона под въздействие на съдържащия се във въздуха въглероден диоксид. Реагирайки с алкалните продукти в бетона, той образува карбонатни съединения, което от своя страна води до понижаване на алкалността и снижаване на водородния фактор под границата - pH 9. С намаляване на pH под 11,5 пасивиращият слой започва да се разрушава и се създават условия за развитие на корозия при наличие на влага и кислород. Оптималните условия за това са относителна влажност на въздуха 50–70% и околна температура 20–40°С. По-високата относителна влажност на въздуха е благоприятна за развитие на корозия в разположените на открито стоманобетонни конструкции. Същото се отнася и за конструкциите в сутерена на сгради. Там поради течове има периодичен разлив на води и се поддържа висока влажност.

Процесът на карбонизация протича бавно. Поради тази причина няма опасност скоро след построяване на строителното съоръжение да възникнат сериозни повреди в носещата конструкция. Скоростта на проникване на карбонизацията в дълбочина силно зависи и от марката на бетона.

Вторият атакуващ конструкцията химически агент са хлорните йони, които се съдържат в бетона. Когато разтворени във водата достигнат до защитния пасивиращ слой, те енергично го разрушават. Проникването на хлорните йони е по-опасно и разрушително. Корозията настъпва по-бързо, включително и при по-висока алкалност - pH по-голям от 11,5, отколкото под въздействие само на карбонизацията. Тези два процеса протичат паралелно.

В резултат на корозията стоманата се превръща в ръжда – хидратирани железни оксиди. Този процес известно време „работи“ в дълбочина без видими следи върху повърхността. Когато ръждата избие, процесът е вече силно напреднал. Образувалата се ръжда разширява обема си 2–5 пъти, което рано или късно предизвиква напукване и разрушаване на бетона около засегнатите армировъчни пръти. Това е сигнал, който алармира че ремонтът не бива да се отлага.

Материали за възстановяване на корозирали конструкции
Възстановяването на разрушената от корозия част от стоманобетонната конструкция се извършва с цел пълното възстановяване на защитните свойства на бетона. Възстановява и съхранява се за продължителен период от време товароносимостта на конструкцията. Полага се допълнителна защита, която силно да ограничи проникването на влага и въглероден диоксид във вътрешността.

Това е по-благоприятният вариант и същевременно напълно достатъчен, ако възстановителните мерки бъдат взети навреме и са изпълнени правилно. Когато корозията е силно напреднала и сечението на армировъчните пръти е видимо намалено, тогава вече се налага допълнително укрепване. Необходима е техника за безразрушителен и точен анализ на състоянието на бетонната конструкция. Най-добре е възстановяването да се извърши с модерните и ефективни материали, произведени от въглеродни нишки с изключително високи якостни показатели, значително надвишаващи тези на използваната за армировъчните пръти стомана. Това са специални ленти-банели и платно, произведени от въглеводородни - карбонови влакна, чиято якост на опън многократно надвишава стоманата. Карбоновите материали имат якост на опън по-голяма от 2,8GPa и относително удължение преди скъсване - по-голямо от 1,6%. За сравнение, същите показатели на армировъчните стомани са в границите 0,37–0,59GPa и 18–26%. Карбоновите влакна имат над 6 пъти по-голяма якост на опън и около 16 пъти по-малко относително удължение в сравнение използваната за армировка стомана. Те са материали, които се залепват върху повърхността на усилваните елементи със специално епоксидно двукомпонентно лепило. Пластините са фабрично защитени с фолио, което се премахва преди залепването им. Еднакво подходящи са за усилване на носещата способност на стоманобетонни колони, греди, плочи и стени, както и на елементи, изпълнени със стоманени профили, дървени греди или тухлена зидария. Всеки от тези усилващи материали се залепва откъм страната, която е натоварена на опън – т.е. от долната страна на гредите и плочите. Могат да се използват за допълнително подсилване на различни конструктивни елементи за повишаване на тяхната сеизмична устойчивост, при ремонт и надстрояване на стари сгради, и т.н. С тях се постигат високи резултати при повишаване на товароносимостта. По тази технология се работи много бързо, не се налага внасяне на големи количества материал - бетон и стоманени пръти или профили. Ефектът настъпва още на другия ден. Не се налага изчакване на 28 дни за набиране на якост на бетона. Новата технология пести много труд. При тези технологии конструкцията не се натоварва с допълнително тегло, а използваните материали не са податливи на корозия. Подсилват се и открити конструктивни елементи, без да се променя външният им вид.

Съвременните материали, създадени на базата на модерните нанотехнологии, позволяват ефективна защита и възстановяване на вече застрашени от корозия конструкции. Тези материали имат способността, да проникват в дълбочина и да възстановяват и поддържат за дълъг период от време защитния пасивиращ слой върху стоманените пръти. По оценка на специалистите това е революционен метод за борба с корозията в стоманобетонните изделия, който многократно удължава експлоатационния им период. Наноматериалите са създадени на базата на силан - съединение между силиций и водород в комбинация с различни органофункционални молекули. Молекулата на силана е с големина 1 нанометър, т.е. три пъти по-малка и от най-фините пори в бетона. Благодарение на това активните компоненти на нанопрепаратите проникват дълбоко. Достигат висока концентрация върху повърхността на стоманата, като въздействат и ограничават процеса на корозия. Органофункционалните молекули предизвикват възстановяване и заздравяване на пасивиращия защитен слой върху повърхността на стоманените пръти. Това възвръща защитата им срещу корозия и за дълго тя се поддържа ефективна.

Нанопрепаратите представляват нисковискозни, безцветни, до леко жълтеникави течности, които се изпръскват върху повърхността на стоманобетонната конструкция. Проникват и се свързват химически с цимента и другите силикатни материали в бетона. Нанопродуктите ефективно предпазват от възникване на електрохимична корозия - протичане на електрохимичен ток по продължение на единични армировъчни пръти или между тях. Защитното им действие се характеризира с дезактивиране и силно потискане на развитието на вече започналата корозия, а също и срещу проникване на вода в конструкцията с разтворени в нея соли. Осигуряват дълготрайната защита на конструкцията. Силно ограничават развитието на корозия и във вече карбонизирали стоманобетонни конструкции. Предимствата им са, че може да се използват за защита и саниране на готови стоманобетонни елементи, конструкции от монолитен, излят на място бетон, както и при бетони с висока якост. Лабораторните тестове са доказали, че продуктите са 99% ефективни при защита срещу корозия в нов стоманобетон и 92% ефективни при ограничаване на вече възникнала активна корозия на стоманобетон, намиращ се в експлоатация.

Класическите методи за защита с други материали могат да предотвратят корозията, но те не са така ефективни, когато тя вече е активна. При много по-висока влажност на средата, защитните качества на нанопродуктите са много по-силно изразени в сравнение с останалите алтернативни покрития, директно нанасяни върху армировката.

Добри резултати показва и използването им за третиране на участъци, санирани чрез изкъртване на напукания бетон и възстановени със специални полимерни циментови разтвори. Те възпрепятстват бързото повторно активизиране на корозията, което по правило се наблюдава на такива места поради разликата в електрохимичните потенциали между стария бетон и новия полимербетон.

В заключение може да се обобщи, че наноматериалите са активни на молекулярно ниво, като ефективно възпират електрохимичното въздействие и развитие на корозионния процес. Тези качества ги правят едно от най-добрите средства за предпазване и защита на стоманобетонните конструкции срещу корозия на стоманената арматура. Лабораторни изследвания са доказали убедително, че третирането с нанопродукти удължава експлоатационния живот на стоманобетона с повече от 100 години дори и при най-неблагоприятни условия. Нанопродуктите могат да се използват при всички стоманобетонни конструкции, като особено се препоръчва прилагането им за защита и саниране на покрити паркинги и гаражи, мостови конструкции и пътни съоръжения, фасади, балкони, пристанищни съоръжения и др.

Технология на полагане на антикорозионни материали
Преди залепването на карбоновите ленти е необходимо предварително да се подготви основата. Тя трябва да бъде много добре механично почистена от нестабилни частици и прах, по нея да няма остатъци от бои или мазнини. Почистването става с твърда метална четка и ъглошлайф машина, по пясъкоструен способ, може и с вода под високо налягане. Върху предварително отрязаното, според необходимата дължина, парче карбонова лента се намазва равномерно дебел пласт епоксидно лепило. След това ивицата се притиска силно към мястото, на което трябва да се залепи. С помощта на валяк от твърда гума останалите отдолу въздушни мехури се изтласкват, при което лентата се намества окончателно на мястото си. Избилото встрани лепило се обира. След притискане и валиране на лентата дебелината на слоя лепило между нея и основата трябва да бъде около 2mm. Времето за втвърдяване на лепилото е 24 часа. При някои от лентите е възможно лепилото да са намазва върху основата и платното се полага върху него. По същия начин се постъпва и при залепване на втория пласт от карбоновата лента. Тази технология позволява елегантно, лесно изпълнимо и сигурно решение на проблемите по укрепване и повишаване на носещата способност и здравината на строителната конструкция. В зависимост от обема на работата за нанасянето на нано материалите може да се използват различни помпи с ниско налягане, както и валяк или четка.

Преди третиране с препаратите повърхността се почиства от прах, отложени соли, плесени, мазнини, бои, асфалт и други материали, които биха попречили на неговото проникване в бетона. За по-доброто проникване се препоръчва повърхността да бъде механично обработена с електрически инструмент за саниране на бетонни повърхности или при големи повърхности чрез пясъкоструен метод.

Всички отлюспващи се парчета или частички трябва да бъдат премахнати и съответно местата изкърпени. Образуваните при съсъхване на бетона тесни и плитки пукнатини, които с времето не са се разширили, могат да бъдат третирани чрез полагане на няколко слоя от продуктите. По-големите и дълбоки пукнатини се почистват и където е необходимо, се разширяват до здрава основа. След това се третират с препаратите и запълват с подходящ ремонтен разтвор. Продуктитене не оказват отрицателно влияние, напротив, дори усилват сцеплението между бетона и използваните за изкърпване или замазка разтвори, както и връзката между бетона и армировъчните пръти. Когато се ремонтират отделни участъци с напукан бетон и корозирала армировка, дори се препоръчва, преди да се пристъпи към запълване с разтвора, прътите и повърхността да бъдат третирани с нано препаратите. Нанасят се на два или три слоя с интервал най-малко 15min преди последващо третиране. Разходът е 180–230ml/m2 за всеки слой в зависимост от състоянието и степента на корозия, съдържанието на хлорни йони и експлоатационната среда на конструкцията. Подходящите условия за нанасянето им са температура на въздуха между 5 и 40°С, липса на силен вятър, и поне 4 часа време без дъжд.

Повърхността изсъхва бързо и цветът є не се променя. Препаратите създават водоотблъскващи свойства, без да влошава паропропускливостта, което е съществено предимство пред повечето традиционни продукти за защита срещу проникване на влага в бетона.