Коррозия арматуры в бетоне: чем опасна и как выявляется

Коррозия арматуры в бетоне представляет собой электрохимическое разрушение стальных стержней под действием влаги, кислорода и агрессивных ионов, содержащихся в бетоне или поступающих из внешней среды. Продукты коррозии занимают больший объём, чем исходная сталь, поэтому они создают внутреннее давление и разрушают защитный слой бетона. Для количественной оценки состояния металла выполняется определение степени коррозии. В статье разобраны нормативная база, механизм и признаки поражения, методы и приборы диагностики, состав и этапы работ, типовые дефекты, особенности разных объектов, сроки и стоимость, а также порядок оформления заключения.

Механизм коррозии арматуры в бетоне

Сталь в щелочной среде бетона находится в пассивном состоянии благодаря тонкой оксидной плёнке. Это состояние сохраняется при водородном показателе pH выше 11,5. При снижении pH ниже 9,5 защитная плёнка разрушается, и начинается электрохимическая коррозия. Основные причины снижения pH: карбонизация бетона под действием углекислого газа и проникновение хлоридов.

Продукты коррозии имеют объём от 2,5 до 6 раз больше исходного металла. Это приводит к появлению внутренних напряжений, растрескиванию защитного слоя и отслоению бетона. Одновременно уменьшается рабочее сечение стержней, что снижает прочность и жёсткость железобетонных элементов.

Коррозия арматуры может быть равномерной, язвенной или межкристаллитной. На железобетонных конструкциях наиболее распространены равномерная и язвенная формы. Язвенная коррозия опасна локальной концентрацией напряжений и быстрым снижением сечения на коротком участке стержня.

Причины и условия развития коррозии

Коррозия арматуры развивается при сочетании нескольких факторов. Их разделяют на внешние и внутренние.

Внешние условия:

• повышенная влажность бетона и попеременное увлажнение с высыханием;
• воздействие атмосферных осадков и грунтовых вод с высокой минерализацией;
• наличие хлоридов от противогололёдных реагентов;
• действие агрессивных газов, кислот и солей на промышленных площадках;
• блуждающие токи на транспортных и производственных объектах.

Внутренние условия:

• недостаточная толщина защитного слоя;
• высокая проницаемость бетона из-за низкого качества уплотнения или высокого водоцементного отношения;
• карбонизация бетона;
• повышенное содержание хлоридов в исходных материалах;
• трещины, открывающие доступ кислорода и влаги к стержням.

Сочетание нескольких факторов ускоряет процесс. Например, при одновременной карбонизации и хлоридной агрессии коррозия арматуры переходит из пассивного состояния в активное значительно быстрее, чем при каждом факторе по отдельности.

Признаки коррозии арматуры на поверхности

Внешние признаки фиксируются при визуальном осмотре конструкций. Они не всегда однозначно подтверждают активную коррозию, но определяют зоны для инструментального контроля.

• ржавые потёки и пятна бурого цвета;
• трещины, расположенные вдоль арматурных стержней;
• отколы и отслоения защитного слоя;
• оголение стержней с видимым уменьшением сечения;
• шелушение поверхности бетона;
• выпучивание защитного слоя над стержнями.

Указанные признаки требуют обязательного подтверждения инструментальными методами. Визуальная оценка без замеров не даёт оснований для вывода о степени поражения и остаточной несущей способности.

Нормативная база обследования

Работы выполняются по следующим документам:

• СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения»;
• СП 28.13330.2017 «Защита строительных конструкций от коррозии»;
• ГОСТ 31384-2017 «Защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии. Общие технические требования»;
• ГОСТ 31937 «Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния»;
• ГОСТ 31383-2008 «Защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии. Методы испытаний»;
• ГОСТ 22690-2015 «Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля»;
• ГОСТ 17624-2012 «Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности»;
• Федеральный закон № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».

Для оценки степени коррозии дополнительно применяются методики измерения электродного потенциала и удельного электрического сопротивления бетона. Нормативная база определяет требования к числу участков измерений, правилам отбора проб и форме отчётной документации.

Состав и этапы работ

Диагностика коррозии арматуры включает следующие этапы:

1. анализ проектной и эксплуатационной документации;
2. визуальный осмотр и фотофиксация повреждений;
3. измерение защитного слоя бетона и расположения стержней;
4. определение карбонизации и содержания хлоридов;
5. измерение электродного потенциала арматуры;
6. вскрытие контрольных участков и измерение фактического диаметра;
7. оценка несущей способности и разработка рекомендаций.

При выявлении обширных повреждений, влияющих на безопасность, выполняется строительная экспертиза зданий и сооружений с расчётной проверкой остаточного ресурса. Такая проверка включает определение фактических характеристик материалов, построение поверочной модели и оценку категории технического состояния.

Методы и приборы диагностики

Применяются неразрушающие и лабораторные методы. Каждый метод даёт отдельный показатель, поэтому выводы делаются только по совокупности результатов.

• магнитный метод для измерения толщины защитного слоя (приборы ИПА-МГ4, ПОИСК);
• метод измерения потенциала полуэлемента с медносульфатным электродом сравнения;
• измерение удельного электрического сопротивления бетона четырехэлектродным методом;
• фенолфталеиновая проба для оценки глубины карбонизации;
• химический анализ проб бетона на содержание хлоридов;
• ультразвуковой контроль бетона и стержней.

Потенциал полуэлемента интерпретируется по пороговым значениям. При потенциале более отрицательном, чем минус 350 мВ по медносульфатному электроду, вероятность активной коррозии считается высокой. Удельное сопротивление бетона ниже 10 кОм·см указывает на высокую влажность и повышенную агрессивность среды. После вскрытия отдельных участков выполняются прямые измерения диаметра стержней штангенциркулем и ультразвуковым толщиномером. Все средства измерений должны быть поверены.

Типовые дефекты и ошибки при оценке

Наиболее часто фиксируются следующие дефекты:

• защитный слой менее проектного значения;
• карбонизация бетона на всю толщину защитного слоя;
• локальная коррозия в зонах трещин;
• язвенная коррозия от хлоридов;
• коррозия поперечной арматуры и хомутов;
• снижение фактического диаметра стержней.

Ошибки оценки возникают при отказе от вскрытий, при использовании только визуального осмотра, при отсутствии замеров потенциала и анализов проб. Это приводит к занижению степени поражения и неверным рекомендациям по усилению. Другая ошибка: перенос результатов с одного участка на всю конструкцию без учёта зон с разной влажностью и разной агрессивной нагрузкой.

Особенности разных объектов

Характер поражения зависит от типа объекта и условий эксплуатации. Однотипные конструкции могут иметь разную скорость коррозии в зависимости от ориентации по сторонам света, этажа и близости к источникам агрессии.

• на фасадах и балконах основная причина: атмосферные осадки и недостаточный защитный слой;
• в паркингах и на мостах: хлориды противогололёдных реагентов;
• в бассейнах и очистных сооружениях: действие воды и растворённых солей;
• на промышленных площадках: агрессивные газы, кислоты и блуждающие токи;
• в подземных конструкциях: постоянная влажность и высокая минерализация грунтовых вод.

Для каждого типа объекта выбирается своя сетка контрольных участков. На открытых сооружениях дополнительно учитываются зоны с постоянным увлажнением, зоны перехода от влажного к сухому состоянию и участки с механическими повреждениями защитного слоя.

Влияние коррозии на несущую способность

Коррозия арматуры уменьшает площадь сечения стержней и нарушает их сцепление с бетоном. Это приводит к росту прогибов, раскрытию трещин и снижению жёсткости. При потере более 10% сечения несущая способность изгибаемых элементов может снизиться на величину, требующую усиления. В сжатых элементах опасность выше из-за возможной потери устойчивости продольной арматуры.

Для изгибаемых конструкций потеря 15-20% сечения рабочей арматуры часто приводит к переходу конструкции в ограниченно работоспособное состояние. Для растянутых элементов даже локальная язвенная коррозия может быть критичной, поскольку в зоне язвы происходит концентрация напряжений и возможно хрупкое разрушение.

Сроки и стоимость работ

Сроки зависят от площади конструкций, количества вскрытий, числа лабораторных проб и доступа к объекту. В типовых случаях обследование ограниченного участка занимает от нескольких рабочих дней. Комплексное обследование здания может потребовать несколько недель.

Стоимость формируется на основании сметы и зависит от объёма измерений, количества отбираемых проб, применения лабораторных методов и необходимости вскрытий. Конкретные значения определяются после технического задания. На стоимость также влияют необходимость использования подъёмной техники, работа в стеснённых условиях и требования по промышленной безопасности.

Оформление заключения

По итогам работ составляется техническое заключение, в котором указываются:

• описание объекта и методик;
• результаты замеров и лабораторных испытаний;
• карты расположения дефектов;
• оценка степени коррозии и класса технического состояния;
• расчётная проверка несущей способности;
• рекомендации по ремонту, защите или усилению.

Заключения «МОС-ЭКСПЕРТ» выполняются при участии более 40 экспертов и опираются на результаты собственной лаборатории неразрушающего контроля. Это позволяет формировать выводы на основе фактических измерений, а не только визуальных признаков.

Профилактика коррозии арматуры

Предотвращение коррозии достигается на стадии проектирования и при эксплуатации. На этапе проектирования назначают толщину защитного слоя по СП 28.13330.2017, ограничивают ширину раскрытия трещин и применяют бетон с низкой проницаемостью. Для агрессивных сред используют коррозионную стойкую арматуру, защитные покрытия и ингибиторы.

При эксплуатации регулярно осматривают дренажные системы, устраняют протечки, восстанавливают повреждённые участки защитного слоя и следят за состоянием гидроизоляции. На объектах с применением противогололёдных реагентов предусматривают барьерную защиту бетона или наносят гидрофобизирующие составы.

Ремонт конструкций с корродированной арматурой

После оценки степени поражения выбирается способ ремонта. При малых повреждениях выполняют очистку стержней, нанесение антикоррозийного покрытия и восстановление защитного слоя ремонтным составом. При значительной потере сечения устанавливают дополнительные стержни или усиливают конструкцию композитными материалами.

Существенным условием является удаление бетона вокруг стержней, ослабленного коррозией. Неполное удаление ведёт к повторному поражению. Поэтому границы участка ремонта определяют после вскрытий, а качество нового защитного слоя контролируют по прочности и толщине.

Заключение

Коррозия арматуры является одной из основных причин снижения эксплуатационной надёжности железобетонных конструкций. Своевременное выявление поражения инструментальными методами позволяет установить фактическую степень опасности и назначить обоснованный ремонт. «МОС-ЭКСПЕРТ» имеет допуск СРО на обследование особо опасных, технически сложных и уникальных объектов и применяет расчётные комплексы Лира 10 и SCAD Office.