Для справки: кислотно-основные свойства среды (применительно к водным средам, которые, как правило, контактируют с бетоном на объектах), характеризуется показателем рН. Кислотная среда имеет рН ниже 7, соответственно, у кислотных сред рН расположен в диапазоне 0-6. Чем ниже величина рН, тем выше кислотность среды.

Тип кислотной среды определяет её агрессивность по отношению к бетону. При этом важна как химическая природа среды, так и концентрация кислоты.

Химическая природа кислотной среды

Химическая природа кислотной среды позволяет понять, как будет корродировать бетон при контакте с ней. Например, такие кислоты как соляная, азотная и уксусная растворяют цементный камень. А поскольку образующиеся продукты распада хорошо растворимы и легко выводятся из реакционной сферы, то процесс коррозии практически ни чем не тормозится и идёт вглубь бетона, пока есть кислота, бетон и жидкая среда. Причём источником жидкой среды может быть как сама кислота, так и растворитель извне. В подавляющем большинстве случаев таким растворителем является вода или растворы на её основе, поэтому в дальнейшем акцент сделан именно на водные растворы.

Кислоты, образующие нерастворимые продукты распада, как, например, ортофосфорная, щавелевая и частично серная, после первичной активной фазы коррозии, как правило, переходят к более медленному процессу коррозии. В такой ситуации нерастворимые продукты взаимодействия кислоты с цементным камнем блокируют доступ к более глубоким слоям свежим порциям кислоты. Однако если нерастворимые продукты по мере кристаллизации увеличиваются в объёме, то они механически разрушают возникший защитный слой, а равно и прилегающий цементный камень, открывая доступ кислоте вглубь и усугубляя процессы коррозии. Так, например, действуют сульфаты, и, в этом плане как кислотный продукт особенно опасен сульфат аммония, который образует кристаллы (включая кристаллогидраты) ещё большего размера, чем просто серная кислота.

Следует помнить, что кислотную среду образуют не только протонные кислоты, но и апротонные кислоты, в частности соли, образованные сильной кислотой и слабым основанием, как, например, вышеупомянутый сульфат аммония.

Концентрация кислоты

Концентрация кислоты, на первый взгляд, самый предсказуемый параметр. Казалось бы, чем выше концентрация кислоты, тем ниже рН и выше кислотность среды, а, соответственно, тем агрессивнее должна быть среда. Однако это не всегда так, поскольку для непрерывного протекания процесса коррозии бетона необходимо, чтобы:

• кислота растворяла (разъедала) цементный камень;
• продукты реакции не мешали течению дальнейшего процесса, и не блокировали доступ свежим порциям кислоты вглубь бетона.

А так как не все продукты реакции хорошо растворяются в образующих их кислотах, то иногда скорость коррозии с ростом концентрации кислоты может, наоборот, снижаться. В то же время общая скорость коррозии бетона в кислотах настолько высока, что их концентрация (если, конечно, речь не идёт о крайне разбавленных растворах), как правило, не имеет решающего значения для коррозионной стойкости бетона.

Состав бетонной смеси во многом определяет саму возможность бетона успешно противостоять воздействию кислотных продуктов. Здесь нельзя выделить какой-то один компонент, который решит все проблемы и сделает бетон кислотостойким. Необходимо учитывать все компоненты бетона:

• вяжущее
• заполнитель
• добавки

Вяжущее

Вяжущее является главным ограничителем диапазона стойкости бетона к воздействию кислотных продуктов. Наиболее кислотостойким является бетон на ряде органических и некоторых безкальциевых полимерных вяжущих. Впрочем такие бетоны чрезвычайно дорогостоящи и применяются довольно редко: если это целесообразно и отсутствует иная возможность обеспечить приемлемую стойкость конструкции в агрессивной среде.

Наибольшее распространение получили полимерные вяжущие на кальциевой основе, в частности общестроительные цементы. Цементы реагируют с кислотами, поэтому имеют очень узкий диапазон стойкости к воздействию кислот. Как правило, бетоны на цементах начинают разрушаться при рН ниже 5, т.е. имеют весьма низкую кислотостойкость.

Путём модификации цемента и состава бетонной смеси можно добиться некоторого увеличения кислотостойкости бетонов на цементе, но полностью сделать их кислотостойкими невозможно из-за химического состава самого цемента (его способности реагировать с кислотами). И, напротив, используя цементы с повышенным содержанием извести или гипса можно свести на нет даже базовую небольшую кислотостойкость бетона.

Заполнитель

Заполнитель подчас играет не меньшую роль при определении диапазона стойкости бетона к воздействию кислотных продуктов. Инертный к кислоте заполнитель позволяет получать более кислотостойкий бетон, а такой заполнитель как мрамор, мел или кальцит даже полимербетон может сделать не стойким к действию кислоты.

Добавки

Добавки как таковые нельзя рассматривать как материалы, определяющие кислотостойкость бетона. При проектировании бетона с повышенной кислотостойкостью добавка не может рассматриваться отдельно без подбора цемента и заполнителя. Никакая добавка (если она не применяется с дозировкой сопоставимой с цементом) неспособна в достаточной мере изолировать цемент и заполнитель от разрушающего воздействия кислоты, уже потому, что добавка распределяется внутри бетона и не образует сплошной защитной изолирующей фазы.

Добавки для коррозионностойких бетонов затрудняют проникновение кислотной среды вглубь бетона, чем замедляют коррозию бетона. Критерием эффективности добавок в их работе по недопущению проникновения кислотной среды вглубь бетона является такой показатель как "рост водонепроницаемости бетона с добавкой".

Водонепроницаемость бетона является одним из ключевых показателей, характеризующих способность бетона не пускать внутрь себя кислотные среды. Кислотная среда проникает вглубь бетона, как правило, в виде жидкости (раствора в воде).

Кислотные продукты в твёрдой фазе (виде порошков) сами по себе проникнуть в бетон не могут, для этого им необходимо сначала перейти в подвижную (жидкую) форму. Естественно, если кислоту не пустить вглубь бетона по капиллярам и дефектам, то этим можно многократно замедлить скорость его коррозии, т.к. кислота будет разрушать бетон только с доступной внешней (наружной) поверхности.

Кислотные продукты в газовой фазе равно как и обычный воздух способны проникнуть внутрь "дышащего" бетона. Вместе с тем для проявления агрессивных свойств им требуется жидкая фаза, способная растворять и удалять с поверхности контакта продукты взаимодействия с цементным камнем. В противном случае продукты взаимодействия образуют тонкий изолирующий слой на поверхности бетона (в т.ч. в порах), и процесс коррозии останавливается. Естественно, здесь не рассматривается такой экстремальный случай как промерзание бетона, которое должно не допускаться и устраняться независимо от наличия агрессивной кислотной среды.

Скорость коррозии любого материала напрямую зависит от площади поверхности, на которую воздействует кислота. Соответственно, повышением водонепроницаемости бетона, попутно обеспечивается рост его стойкости к корродирующему воздействию кислотных продуктов, а равно как и иных агрессивных сред в жидком виде, например, растворов солей. И здесь важна не только надёжная закупорка капилляров, но и уменьшение поверхностной шероховатости. Именно так, к примеру, работают добавки Дегидрол люкс марки 10-2 и Бетоноправ люкс марки 2 (расход 4-5 л на 1 м³ бетонной смеси).

Когда достигнута закупорка капилляров, предотвращающая проникновение агрессивной среды внутрь бетона, следующим фактором, определяющим скорость коррозии бетона, является шероховатость бетонной поверхности. Чем выше шероховатость поверхности и больше поверхностных дефектов, тем больше площадь такой поверхности, и, соответственно, больше площадь контакта бетона с кислотой. И, наоборот, ликвидация дефектов поверхности приводит к уменьшению доступной для контакта с кислотой поверхности бетона, а, соответственно, замедляет коррозию бетона. Поэтому требуется максимально сократить пятно контакта кислоты с бетоном, в т.ч. изолировать все пути доступа кислоты в бетонный монолит, и не только через капилляры, но и через стыки, швы и трещины. 

Для устранения шероховатости и снижения пористости поверхности могут использоваться добавки, к примеру, Бетоноправ олимп марки 4 (расход 3-4 кг на 1 м³ бетонной смеси).

Защита стыков, швов и трещин - это не менее важное мероприятие по увеличению коррозионной стойкости бетонных конструкций, чем повышение их водонепроницаемости (например, добавками). Как правило, то, что формально считается целостной монолитной (единой) бетонной конструкцией, на практике таковым не является.

Как минимум, бетонный массив разделён технологическими стыками бетонирования (рабочими швами) и имеет ввода коммуникаций. И если обеспечение гидроизоляции собственно целостной монолитной (единой) бетонной поверхности, в основном, не вызывает затруднений, то стыки, швы и трещины - другое дело. Тут, как правило, и проникает в бетон вода, а равно с ней и агрессивная среда. Поэтому надёжная гидроизоляция стыков, швов и трещин - это тоже залог успешности работ по защите бетонных конструкций. Именно здесь Дегидрол особенно полезен. К примеру, Дегидрол люкс марки 5 не только механически закупоривает стыки, но и способен выдерживать без разрушения и образования трещин деформирующие нагрузки в 1,5-2 раза выше, чем обычные ремонтные материалы. А, кроме того, Дегидрол люкс марки 5 имеет высокую собственную водонепроницаемость и повышает водонепроницаемость контактирующего с ним бетона, тем самым, материал не пропускает коррозионные среды в бетон ни сквозь себя, ни сквозь примыкающий к заделанному стыку, шву или трещине бетон.

Кроме того, для старых бетонных конструкций, в которые в ходе эксплуатации уже проникла кислотная среда, требуется выполнить деактивацию агрессивных сред внутри конструкций. Для этого применяют Контацид марки 1:

• инъецированием в трещины, пустоты или подготовленные специально скважины;
• сплошной обработкой поверхности в рамках мероприятий по созданию изолирующего слоя на поверхности бетона.

Однако если имеет место воздействие кислотных продуктов на бетон, изготовленный на основе цемента, то закупорить капилляры, стыки, швы и трещины (т.е. не пустить внутрь бетона коррозионную среду) для полноценной защиты ещё недостаточно. Наряду с этим необходимо не дать коррозионной среде разрушать бетон с поверхности, а это (учитывая химическую природу цемента) можно достичь только путём изоляции цементного камня от воздействия кислоты кислотозащитным материалом. Только изолирующий слой между бетоном и кислотой может обеспечить надёжную защиту от коррозии бетона, вызываемую разрушением и растворением цементного камня при контакте с кислотой.

Наличие изолирующего слоя на поверхности бетона в комплексе со всеми вышеуказанными мерами - это единственное, что может гарантировать надёжность защиты бетона от коррозионного воздействия кислот. Следует помнить, что сам по себе поверхностный защитный слой в процессе эксплуатации нередко повреждается, и более того, для любого поверхностного защитного слоя наиболее чувствительной и требующей внимания проблемой является защита стыков, швов и примыканий. Иначе, какой смысл в защите, которую легко обойдёт агрессивная среда через стыки, швы, примыкания, ввода коммуникаций? 

Кроме того, при выборе изолирующего слоя для защиты от кислот следует учитывать особенности "работы" коррозионной среды. Так, если коррозионная среда попадёт в "карман" между защитным слоем и бетоном:

• в результате проколов защитного слоя ходе монтажа или эксплуатации защищаемых конструкций:
• либо ранее (при эксплуатации в кислотной среде) уже проникла в обрабатываемую подложку;

то положение только усугубится: кислота не сможет выйти наружу и будет "есть" бетон, пока не прореагирует вся кислота, попавшая в "карман".

В итоге высокие защитные свойства обычные кислотозащитные покрытия (например, полимерные) на практике проявить могут не всегда, и, особенно, если речь идёт:

• о свежеуложенном бетоне или бетоне заглубленных и иных конструкций, где вода может фильтроваться изнутри бетона;
• о старых бетонных конструкциях, внутрь которых ранее в ходе эксплуатации уже проникла кислотная среда.

Другое дело, если изолирующий слой:

• не требует сухой подложки;
• не способен образовывать "карманы" над защищаемым бетоном;
• проникает в обрабатываемую подложку на глубину 5-10 мм, образуя монолитный с подложкой кислотозащитный слой;
• деактивирует кислоты, ранее попавшие в обрабатываемую подложку;
• укрепляется при воздействии кислот, и чем сильнее и концентрированнее кислота, тем быстрее происходит упрочнение и тем надёжнее получается защита.

Такой материал образует эффективный противокислотный защитный слой как самостоятельно, так и в сочетании с обычными полимерными покрытиями. В этом случае образование "карманов" под обычным полимерным покрытием уже не столь критично, т.к. такой материал при контакте с кислотой восстановит защиту внутри "кармана" и не допустит разрушение бетона. Именно таким материалом является, например, Контацид марки 1. При этом Контацид марки 1 эффективно защищает не только от жидких, но и газообразных кислотных сред.