Можно ли применять ржавую арматуру для армирования бетона?

Технические аспекты проблемы коррозии арматуры

В производственной практике почти невозможны ситуации, когда заготовки арматурных прутьев не были бы покрыты ржавчиной уже в заводских условиях. Огромные залежи арматуры, укладываемой на отгрузочных площадках под открытым небом – наглядное тому подтверждение. Подобным отношением к хранению металлоизделий сегодня никого не удивишь. Важнейший фактор, учитываемый при оценке опасности ржавчины на заготовках арматуры, это степень поражения структуры стали.

Легкий налет ржавчины, который ни как не влияет на прочностные характеристики арматуры.

В среднем за первый год сталь покрывается слоем ржавчины толщиной 0.2-0.3 мм, в дальнейшем скорость ее распространения замедляется, и для того чтобы достичь глубины в 1 мм, понадобится около 10 лет. Чем толще становится слой ржавчины, тем медленнее скорость коррозии, так как она препятствует доступу кислорода и влаги к поверхности металла.

Скорость распространения ржавчины может быть ниже у малолегированной стали, хранящейся при сухом климате и защищённой от осадков. Быстрее происходит коррозия арматуры высоких марок, с термической или механической обработкой, во влажной и солесодержащей среде.

Коррозия арматуры в бетоне

Если в конструкциях используют залитую бетоном железную арматуру, т.е. железобетон, возможно протекание еще одного вида разрушения – коррозии арматуры в бетоне. Под воздействием вод окружающей среды или при наличии в воздухе сероводорода, хлора, сернистых газов арматура в середине бетона ржавеет и образуются продукты коррозии железа. По объему они превышают начальный объем арматуры, что приводит к возникновению и росту внутренних напряжений, а в дальнейшем – растрескиванию бетона.

Сквозь поры в цементном камне к арматуре проникает воздух и влага. Подвод их к поверхности металла осуществляется не равномерно из-за чего на разных участках поверхности наблюдаются разные потенциалы – протекает электрохимическая коррозия. Скорость протекания электрохимической коррозии арматуры зависит от влагопроницаемости, пористости бетонного камня и наличия в нем трещин.

Наличие в воде растворенных веществ усиливает коррозию арматуры с повышением концентрации электролита.

При длительном выдерживании бетона на воздухе на поверхности образуется очень тонкая (5 – 10 мкм) защитная пленка, которая не растворяется в воде и не взаимодействует с сульфатами. Процесс возникновения защитной пленки под воздействием углекислоты воздуха называется карбонизацией. Карбонизация защищает бетон от коррозии, но способствует коррозии арматуры в бетоне.

Нельзя армировать бетон, в состав которого входит хлористый кальций (больше 2% от веса цемента). Хлористый кальций ускоряет коррозию арматуры как на воздухе, так и в воде.

Защита арматуры бетона от коррозии

Существует несколько способов защитить стальную арматуру в бетоне от коррозии: облагородить окружающую металл среду (т.е. использовать качественный бетон специального состава, введение ингибиторов); дополнительная защита арматуры бетона от коррозии (пленки и т.п.); улучшить характеристики самого металла.

Вокруг арматуры находится сам бетон, поэтому именно бетон является средой, окружающей металл. Для продления срока службы арматуры необходимо улучшить влияние бетонного камня на сталь. Прежде всего, нужно исключить или, если это невозможно, свести к минимуму вещества, входящие в состав бетона, которые способствуют интенсификации процесса коррозии арматуры в бетоне. К таким веществам относятся роданиды, хлориды.

Если железобетонное изделие эксплуатируется в условиях периодического смачивания, необходимо пропитывать бетон специальными пропитками (битумными, петролатумными и др.). Это значительно снизит проницаемость бетона. При постоянном насыщении бетонного камня коррозия арматуры в бетоне практически сводится к минимуму. Это объясняется тем, что очень сильно затрудняется проникновение кислорода к поверхности метала, происходит значительное торможение катодного процесса.

Для продления срока службы металлической основы железобетона – бетон облагораживают. Во время формирования бетонной смеси в состав вводят ингибиторы коррозии.

Для защиты от коррозии арматуры в конструкционно-теплоизоляционных бетонах широко используется способ омического ограничения. Суть заключается в том, что влажность самого бетона не должна превышать равновесное значение при относительной влажности воздуха 60%. Тогда процессы коррозии арматуры почти прекращаются, т.к. возникает высокое омическое сопротивление пленок влаги у поверхности арматуры. Этот способ не так уж прост и не эффективен в районах с высокой влажностью и частыми осадками.

Хороший бетон должен обладать первоначальным пассивирующим воздействием на арматуру. Бетонные изделия полностью просыхают примерно за 2-3 года. Если климат сухой, то немного быстрее. Именно в это время и происходит самое сильное коррозионное разрушение арматуры, т.к. она находится во влажной бетонной среде.

Хорошим способом защитить арматуру бетона от коррозии считается предварительное пассивирование поверхности арматуры, а также образование оксидных защитных пленок под воздействием водной щелочной среды бетонного камня. Усиливают защитные свойства пленки введением в бетонную смесь пассиваторов. Часто используют нитрит натрия в количестве 2 – 3 % от исходного веса цемента.

Как взаимодействует ржавчина с цементом

В определенных условиях искусственное соединение ржавчины с цементом приводит к так называемому “клеевому эффекту”, то есть легкий налет ржавчины улучшает адгезию арматуры с бетоном, объясняется это следующим образом.

Высококачественный портландцемент согласно техническим показателям содержит от 2-х до 4-х процентов окислов железа, а высокомарочных составы, изготовленные на основе шлаковых составляющих, содержат до 10-ти процентов тех же окислов. В результате чего, при затвердении цемента ржавчина вступает в реакцию с окислами, происходит эффект “приклеивания” бетона к поверхности арматурных прутьев и блокирования процесса окисления.

К тому же, наличие ржавчины свидетельствует об отсутствии на металле технологической смазки, препятствующей хорошей адгезии поверхности прута с бетоном. Поэтому не следует беспокоиться о небольшом рыжем налете на стальных прутьях и пытаться счищать его любыми средствами.

Что приводит к ржавлению арматурного каркаса

Существует несколько причин появления ржавчины на металле внутри бетонной массы. И далеко не всегда это внешние воздействия.

• Внутреннюю коррозию может вызвать наличие большого количества агрессивных компонентов в воде, которой затворяют бетонную смесь. Кроме того, для создания армированного бетона нельзя использовать состав, содержащий более 2% (от массы цемента) хлористого кальция. Поскольку этот элемент значительно ускоряет коррозию арматуры в бетоне при эксплуатации в любой среде.
• Немаловажное значение имеет плотность укладки бетонной смеси. Дело в том, наличие большого количества пор, пустот, раковин дает возможность влаге и воздуху проникать внутрь изделия, к арматурному каркасу. В результате на различных участка металлического контура возникают разные электрические потенциалы, что приводит к электрохимической коррозии.
• Понятие физическая коррозия связано с разрушением бетона в результате его попеременного замораживания и оттаивания. Избежать этой неприятности можно, создав благоприятные условия во время набора бетоном прочности до заданной величины.

Чтобы правильно оценить ситуацию и принять меры для ее исправления, необходимо понять уровень угрозы. Для определения степени коррозии арматуры и бетона применяются физико-химические способы:

• Изучение состава компонентов, вновь образованных в бетонной массе под воздействием агрессивных веществ. Исследования выполняются в лаборатории при помощи дифференциально-термической и рентгено-структурной диагностики на специально отобранных образцах.
• Проведение визуального осмотра измененной структуры бетона в конструкции, используя увеличительную лупу. Этот способ позволяет выявить многие поверхностные дефекты.
• Мощные микроскопы помогают обнаружить характер расположения и соединения элементов цементного камня с зернами заполнителей. А также состояние контакта бетона с арматурой, габариты и направление распространения трещин.

Для определения прочностных характеристик эксплуатируемых конструкций из бетона и железобетона применяются неразрушающие методы контроля в соответствии с рекомендациями и требованиями ГОСТ 18105-86.

Как выбирать арматуру с учетом степени ее коррозии

Любой профессиональный строитель должен уметь оценивать состояние используемой для закладки арматуры. При проведении экспертной оценки ему придется обратиться к официальному документу «Рекомендации по применению арматуры со следами ржавчины» от 2004 года.

Степени коррозии арматурных прутьев

Согласно рекомендациям документа, о, использовании арматуры со следами ржавчины для армирования железобетонных конструкций, выделяют 4 степени или категории коррозии стальных стержней.

1. Легкий и чуть заметный налет ржавчины, наличие которого не сказывается на цвете стали, свойствах и технических характеристиках (на прочности и суммарном весе, в частности).
2. Наличие на поверхности хорошо различимой плотной ржавчины, которая практически полностью удаляется металлической щеткой или ветошью.
3. Третья категория – локально поверхностная коррозия. Характеризуется легким слоем ржавчины, которая образовалась в результате попадания влаги, она легко удаляется ветошью либо щеткой.
4. Четвертая степень – наличие объемного коррозийного покрытия, образовавшегося при длительном окислении на открытом воздухе или в условиях повышенной влажности. После очистки такой ржавчины на арматуре остаются следы язвенной коррозии, и уменьшается сечение прутов.

Стальные стержни арматуры с разной степенью коррозии.

На начальной стадии коррозии (первая степень) для беспокойства нет никаких оснований, так как легкий налет исчезнет еще при заливке бетонной смеси. Причем на сечении стержня это никак не скажется.

Для армирования ленточных фундаментов, плитных, ростверков, а также других конструкций из бетона, допускается использовать неочищенную от ржавчины арматурную сталь первых 3-х категорий. В ситуации, когда обстоятельства вынуждают приобретать дешевую арматуру со следами сильной ржавчины – использовать ее без предварительной очистки и проверки специалистами не рекомендуется.

Принципы защиты

Таким образом, бетоны в этой зоне защищаются сразу двумя методами: внутренним структурным изменением характеристик бетона и внешней обработкой. Только комбинирование этих способов может спасти основание от разрушения.

В строительных специализированных магазинах всегда можно купить органические и минеральные добавки, которые увеличивают прочность и стойкость бетона до воздействия агрессивных сред.

Рекомендуется проводить вторичную обработку дорогими гидрофобными составами, а также полимерными жидкими смесями. Основная цель такой защиты – это заполнение воздушных образований и пор бетона стойкими к воздействию внешних агрессивных сред составами.

Кавабанга! Разница между бетоном и цементным раствором

Также в процессе нанесения составов образуется прочная защитная пленка и на самой поверхности бетона. Покрытие используется на стадии заложения фундамента или в процессе его ремонта.

Рекомендации ГОСТ о ржавчине

В 6-ом пункте «Приемка», в общих технических условиях ГОСТа 10922-2012 «Арматурные и закладные изделия, их сварные, вязаные и механические соединения для железобетонных конструкций», пишется:

• использование стальных стержней, с тонким налетом ржавчины, не является причиной, для браковки армирующей конструкции. Такой налет полностью исчезает в процессе бетонирования, в результате воздействия щелочи, содержащей в бетонной смеси.
• если слой ржавчины, пачкается и отслаивается, её обязательно следует очистить с поверхности арматуры до бетонирования, с помощью металлической щетки и тряпки, или вовсе, промыть сильной струёй воды и продуть сжатым воздухом.

Виды коррозии бетона

Вредное, разрушительное влияние на бетон могут оказывать атмосферные осадки, содержащие кислоты и даже воздух поблизости от многих промышленных предприятий (газовая коррозия). А также вода из рек, морей, грунта, дренажных систем и стоков. Когда конструкция выполнена из армированного бетона, то к внешним факторам добавляется еще и опасность возникновения коррозионных процессов в арматуре.

В зависимости от характера содержащихся во внешней среде примесей коррозия бетона и железобетона делится на три типа:

• 1 вид коррозии – разложение цементного камня в результате выщелачивания гидроксида кальция. Этот элемент может присутствовать в бетонной смеси с момента ее формовки, либо образоваться в процессе воздействия на готовую конструкцию воды с вредными примесями. Са(ОН)2 – это компонент, который легче всего растворяется и быстрее всего вымывается из тела бетона, тем самым разрушая его.
• 2 вид – подразумевает распад цементного камня от взаимодействия с кислотами. Этот тип называют химической коррозией В этом случае в конструкции происходит вымывание легкорастворимых известковых продуктов, либо проистекает процесс, обратный этому.Под воздействием агрессивных вод в теле бетона образуются осадки, не обладающие вяжущими свойствами. В результате изделие теряет прочность и превращается в слабую рыхлую массу. В эту категорию можно включить щелочную коррозию, которую вызывает избыток противоморозных добавок при формировании бетонной смеси.
• 3 вид коррозии – это процесс, при котором под воздействием кислоты образуется соединение кальция, не растворимое в воде. СаСО2 или CaSO4 постепенно заполняет свободные поры в массе бетона, увеличивая его объем, что в результате приводит к разрушению конструкции. Из всех видов 3 категории на практике чаще всего встречается сульфатная коррозия.

Понятно, что такое разделение является условным, так как не всегда можно с большой точностью определить, что именно повлияло на разъедание конкретного сооружения.

Коррозионные процессы происходят обычно под влиянием совокупности различных факторов и одновременно может совершаться несколько категорий разрушений.

В том числе значительное влияние на целостность конструкции оказывает отсутствие или наличие коррозии арматуры в железобетоне.

Как правильно хранить арматуру?

Для того чтобы защита арматуру от коррозии, её необходимо хранить в сухих, закрытых и хорошо проветриваемых помещениях, где влажность воздуха не будет превышать 70%. Если хранить на открытом воздухе, то необходимо полностью избавиться от возможности воздействия на неё влаги, для этого следует соорудить навес.

Пример хранения арматуры на открытом воздухе, которую планируется использовать в ближайшее время.

При хранении арматуры на открытом воздухе, следует с периодичностью раз в месяц проводить проверку состояния стальных стержней, если необходимо чистить для того чтобы на ней не образовалась ржавчина 4 степени.

Следует отметить, что классы арматуры более новых марок хранящиеся на открытом воздухе, такие как А400С и А500С, в отличии от марки А3 (сталь 35ГС, 25Г2С), более подвержены коррозии и быстрее ржавеют. Но потери прочности у той и другой в первый год хранения одинаковы, на уровне 1-3%, это намного меньше допустимых отклонений для строительных конструкций и изделий ЖБИ.

Соблюдайте правила хранения и рекомендации по использованию ржавой арматуры для армирования бетона, чтобы избежать неприятных последствий, в виде трещин и отслоений. Ведь от качества используемых стальных стержней, зависит качество всей железобетонной конструкции.