Коррозия природных каменных материалов
Изверженные породы отличаются хорошей кислото- и достаточной щелочестойкостью. Важнейшие из них используют в строительных конструкциях: гранит, сиенит, диорит, габбро, порфиры, диабаз, базальт, андезит. Эти материалы применяют в основном в виде блоков для ответственных сооружений и уникальных зданий, а также в качестве щебня для бетона, при устройстве фундаментов, стен, перекрытий и других конструкций.
Осадочные породы, кроме обломочных, отличаются высокой коррозионной стойкостью. Среди важнейших осадочных пород можно назвать следующие: песчаники, состоящие из зерен кварцевого песка, сцементированного карбонатом кальция, кремнеземом, гипсом, оксидами железа, глинистыми материалами, известняки, состоящие из кальцита. Песчаники и плотные известняки используют в виде плит и фасонных деталей для облицовки стен, изготовления лестничных маршей, подоконников. Пористые известняки и известняк-ракушечник объемной массой 1 500-2 000 кг/м³ и прочностью на сжатие 2,5х106–13,5х106 Па применяют для наружных облицовок, а также получения щебня.
К осадочным породам относятся также мраморовидные известняки, доломиты, гипс и травертин. Травертин применяют, в основном, для облицовки внутренних стен и потолков. Конструкции из известняков менее кислотостойки, если в качестве материала в них использован обычный известняк СаСО3 или магнезит МgСО3. Несколько более кислотостойки конструкции из доломитов и плотных кремнистых известняков. Гипсовый камень CaSO4 •2H2O и ангидрид CaSO4 легко поддаются коррозионному разрушению под действием кислот; эти материалы растворимы в воде, поэтому их используют в элементах, эксплуатируемых только внутри помещений.
Из метаморфических горных пород наиболее распространены в строительных конструкциях известняковые песчаники, гнейс, кварциты и мрамор. Известняковые песчаники, сцементированные оксидом кремния, SiO2 или SiO2 • nH2O, весьма кислото- и достаточно щелочестойки. Железистые песчаники, скрепленные гидратированными оксидами железа, некоррозионностойки.
Мрамор применяют в качестве облицовочного материала. Он корродируется сернистыми газами и влагой. Сначала на его поверхности образуется сернистая, а затем серная кислота, превращающая мрамор (карбонат кальция) в растворимый гипсовый камень: СаСО3 + Н2SО4 + Н2О → СаО4 • 2Н2О + СО2.
Особенности химической коррозии конструкций из природных каменных материалов. Коррозия зависит от химической стойкости по отношению к агрессивной среде, которая характеризуется модулем основности Мо, определяемым из выражения
Коррозия зависит от химической стойкости по отношению к агрессивной среде, которая характеризуется модулем основности Мо, определяемым из выражения М0 = {(%CaO + %Mg + %Na2O (K2O)}/(%SiO2 + %Al2O3).
Преобладание в материале каменной конструкции диоксида кремния повышает его стойкость к действию кислот, но делает материал недостаточно стойким к основным оксидам. И, наоборот, если в составе материала преобладают основные оксиды, он устойчив к действию щелочей и недостаточно стоек к действию кислот (табл. 1).
Естественные каменные материалы, подвергаясь длительному воздействию климатических и других природных факторов среды, в которой работает конструкция, испытывают многократное увлажнение и высыхание, замерзание и оттаивание и т. д. Величина и характер напряжений, возникающих в результате этих воздействий, аналогичны рассмотренным выше. При этом степень воздействия зависит от размера поверхности, контактирующей c материалом. Чем больше внешняя и внутренняя (поры, микротрещины, каверны) площадь поверхности и чем менее устойчив материал конструкции в данной среде, тем интенсивнее процесс коррозии.
Конструкции из карбонатных пород – известняков, доломитов, мрамора – относительно быстрее корродируют, чем силикатные материалы, так как в атмосферной среде преимущественно содержатся кислые примеси.
С. Д. СОКОВА, профессор МГСУ
