В статье говорится о решении такой важнейшей технической задачи, как защита от коррозии стальной арматуры в бетоне. Авторы настоящей статьи подчеркивают, что от эффективности ее решения зависят сроки службы железобетонных конструкций и сооружений.
The article deals with the solution of such an important technical problem as protection of steel reinforcement in concrete from corrosion. The authors of this article emphasize that the service life of reinforced concrete structures and buildings depends on the effectiveness of its solution.

М.А. ХВАСТИН, заместитель генерального директора АО «МСС»,
А.С. ТАРАСОВ, канд. техн. наук, технический директор АО «МСС»,
Н.Н. АНДРЕЕВ, зав. лаб., доктор хим. наук, ИФХЭ РАН им. А.Н. Фрумкина,
В.Ф. СТЕПАНОВА, зав. лаб., доктор техн. наук, профессор, академик Российской инженерной академии (РИА), Почетный строитель России и г. Москвы, дважды лауреат Правительства РФ, НИИЖБ им. А.А. Гвоздева

Продолжительный срок службы железобетонных конструкций напрямую зависит от сохранности и защищенности арматуры от коррозии. Поровая жидкость бетона характеризуется высокой щелочностью, обеспечивающей в обычных условиях пассивность металла. Однако снижения рН среды в порах бетона из-за его карбонизации, проникновение в бетон извне химических реагентов (в первую очередь хлоридов), а также нарушение технологии бетонных работ могут привести к ранней активизации коррозии арматуры.

Практичным и надежным методом ее решения является использование ингибиторов коррозии – соединения или их композиции, способные при введении в коррозионную среду тормозить коррозию, не изменяя при этом концентрации основных агрессивных веществ. Ингибиторы коррозии стальной арматуры в бетоне подразделяются на контактные и мигрирующие. Контактные ингибиторы вводятся в бетон с водой затворения и применяются на стадии изготовления железобетонных изделий, предназначенных для эксплуатации в агрессивных коррозионных условиях. Мигрирующие ингибиторы коррозии (МИК) наносятся на поверхность уже готовых железобетонных конструкций. МИК поступает с поверхности в поры бетонного камня и по капиллярам, достигая арматуры, замедляют или даже полностью останавливают коррозию арматуры в бетоне (рис. 1).

На поверхности стального стержня, ингибитор образует пассивирующий слой за счет физической и химической адсорбции.

Рис. 1. Защита арматуры в бетоне мигрирующим ингибитором коррозии Protectoseal CI

Целесообразна обработка конструкций как при новом строительстве, так и при эксплуатации сооружений в дальнейшем, особенно при появлении первых признаков коррозии. Этот способ дает уникальную возможность защиты арматуры при проведении ремонтно-восстановительных работ конструкций, поскольку предусматривает защиту еще на стадии проектирования сооружений.

Сотрудниками АО «МСС» разработан новый мигрирующий ингибитор коррозии HAENYTEX® Protectoseal CI. Это нетоксичный и негорючий состав на основе российского сырья (рис. 2).

Рис. 2. Образец мигрирующего ингибитора коррозии HAENYTEX® Protectoseal CI

Для обоснования его применения в строительстве были проведены всесторонние исследования как глубины проникновения ингибитора в бетонный камень, так и его защитные действия по отношению к стальной арматуре. Исследования проводились в лабораторных условиях и далее в натурных условиях в железобетонных конструкциях различных сооружений.

Эффективность ингибитора подтверждена проведенными комплексными исследованиями в рамках реализации НИР в НИИЖБ им. Гвоздева А.А., в ИФХЭ им. Фрумкина А.Н. РАН, в ВА МТО им. генерала армии А.В. Хрулева.

В НИИЖБ им. А.А. Гвоздева в лаборатории «Коррозии и долговечности бетонных и железобетонных конструкций» были выполнены электрохимические исследования на базе потенциодинамического метода, основанного на оценке пассивирующего действия бетона по отношению к стальной арматуре с получением зависимостей плотности электрического тока от электрического потенциала стальной арматуры.

Определение пассивирующего действия бетона, обработанного исследуемым ингибитором, по отношению к стальной арматуре проводили в соответствии с ГОСТ 31383 «Защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии. Методы испытаний».

Результаты ускоренных электрохимических испытаний, представленные в табл. 1, показали, что после 180 суток тестирования арматура в контрольных бетонных образцах (серия 1) находится в активном состоянии коррозии с поражением до 50% площади поверхности стержней. В то время как арматура в бетонных образцах, обработанных ингибитором (серии 2 и 3), находится в пассивном состоянии без следов коррозионных поражений на поверхности стержней.

Таблица 1. Результаты электрохимических испытаний образцов после 180 суток испытаний

Показатели коррозионного состояния арматурной стали	После 180 суток испытания
Показатели коррозионного состояния арматурной стали	Контрольный (серия 1)	С ингибитором (серия 2)	С ингибитором (серия 3)
Плотность тока при потенциале +300 мВ, мкА/см²	76,95	0,65	1,79
Потенциал через (60±5) с после отключения тока, мВ	< -1500	+598	+365

На рис. 3 представлены анодные поляризационные кривые для всех серий образцов, после 180 суток испытания.

Рис. 3. Анодные поляризационные кривые серий образцов после 180 суток испытаний

Результаты испытания ингибитора Protectoseal СI доказали его способность пассивировать арматуру в бетоне, содержащем хлориды в количестве 2,5% от массы цемента. При такой концентрации хлоридов арматурная сталь в бетоне, не обработанном ингибитором, подвергалась интенсивной язвенной коррозии. Проведенные исследования позволяют прогнозировать при применении Protectoseal CI эффективную антикоррозионную защиту арматуры в железобетонных конструкциях, эксплуатируемых в условиях слабо, средне и сильноагрессивных сред в течение не менее 50 лет (в соответствии с требованиями СП 28.13330, ГОСТ 31383, ГОСТ 31384).

Результаты дальнейших исследований, представленные в табл. 2, показали, что ингибитор HAENYTEX® Protectoseal Ci эффективно защищает стальную арматуру от коррозии в полностью карбонизированном бетоне, когда среда бетона уже не обеспечивает ее надежную защиту в связи со снижением щелочности. Следов активных коррозионных процессов на стальных стержнях, извлеченных из образцов карбонизированного бетона с обработкой ингибитором, не выявлено.

Таблица 2. Результаты электрохимических испытаний полностью карбонизированных бетонных образцов после 180 суток испытаний

Показатели коррозионного состояния арматурной стали	После 180 суток испытания
Показатели коррозионного состояния арматурной стали	Контрольный без ингибитора	С ингибитором (серия 3)
Плотность тока при потенциале +300 мВ, мкА/см²	8,5 ПС	3,5 ПС
Потенциал через (60±5) с после отключения тока, мВ	–270 АС	+220 ПС

Важнейшим фактором является возможность применения ингибитора для замедления коррозионных процессов арматуры с уже имеющими продуктами коррозии на ее поверхности.

Известно, что в соответствии с требованиями п.5.4.14 СП 28.13330 при толщине слоя продуктов поверхностной коррозии от 150 до 300 мкм следует предусматривать их удаление механическими и/или химическими методами, например, преобразователями ржавчины.

Проведенные испытания HAENYTEX Protectoseal CI, результаты которых представлены на рис. 5, позволяют рекомендовать его применение для защиты арматуры с толщиной слоя продуктов коррозии от 150 до 300 мкм без их удаления.

Рис. 5. Анодные поляризационные кривые стальной арматуры через 180 суток со слоями ржавчины для образцов, необработанных и обработанных ингибитором HAENYTEX® Protectoseal Ci. Толщины слоев продуктов коррозии 1 – 0 мкм, 2 – 50 мкм, 3 – 100 мкм, 4 – 150 мкм, 5 – 200 мкм, 6 – 250 мкм, 7 – 300 мкм

Функциональные свойства HAENYTEX Protectoseal CI исследованы также в Институте физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН (ИФХЭ РАН) в лаборатории «Окисления и пассивации металлов и сплавов». Результаты испытаний подтвердили высокие защитные свойства ингибитора как при содержании 3% хлоридов, введенных с водой затворения, так и с последующим воздействием на бетон 3% раствора хлоридов. Такое содержание хлоридов, превышающее обычно встречающееся на практике, было выбрано для оценки предельных возможностей ингибитора. Во всех случаях Protectoseal CI обеспечил защиту и пассивное состояние арматурной стали.

Установлено, что и в лабораторных, и в реальных условиях данный ингибитор проникает в бетон не менее, чем на 15 см. Для жестких модельных условий защитная концентрация ингибитора создается на глубине не менее 5-8 см и зависит от расположения поверхности конструкции, плотности и прочности бетона, расхода состава в пределах 0,6-0,9 кг/м². Очевидно, что ингибитор, защищающий сталь от хлоридной коррозии в жестких модельных условиях, при реальном использовании будет эффективен и на большей глубине, и при меньшем расходе.

Разработан и внедрен метод определения глубины проникновения и глубины защиты стальной арматуры в бетоне ингибитора HAENYTEX® Protectoseal Ci. Метод позволяет, как в лабораторных условиях, так и на строительной площадке, определить наличие защитной концентрации МИК на любом участке и глубине конструкции (рис. 6).

Рис. 6. Отбор кернов из конструкции для определения глубины проникновения ингибитора

В настоящее время, имеющаяся нормативная база (ГОСТ 32016-2012, СП 28.13330.2021, СП 349.1325800.2017, ГОСТ 31383, ГОСТ 31384) позволяет обоснованно применять ингибиторы для защиты арматуры в железобетонных конструкциях от коррозии как при реконструкции и капитальном ремонте существующих сооружений, так и при проектировании новых, особенно уникальных сооружений. Безопасность и эффективность применения ингибитора подтверждена комплексными исследованиями, наличием комплекта соответствующей технической и сертификационной документации.

Мигрирующий ингибитор успешно применен при защите конструкций, эксплуатирующихся в условиях агрессивной среды, прежде всего транспортных сооружений:

— разделительные блоки на Северном дублере Кутузовского проспекта в г. Москве (рис. 7);

Рис. 7. Нанесение ингибитора на конструкции на Северном дублере Кутузовского проспекта в г. Москва

— опоры моста через р. Москва на автомобильной дороге М-9 «Балтия»;

— опоры моста через р. Северка на автомобильной дороге М-5 «Урал» (рис. 8);

Рис. 8. Опоры моста через р. Северка на автомобильной дороге М-5 «Урал», обработанные ингибитором перед покраской

— конструкции искусственного дорожного сооружения на автомобильной дороге общего пользования регионального значения Восточный обход г. Симферополя;

— конструкции подземного перехода на автомобильной дороге 67Н «Матрос Кошка»;

— облицовочные плиты монолитного оголовка на объекте «Комплекс зданий и сооружений с пунктом базирования пограничных кораблей для размещения подразделений Пограничного управления ФСБ России по Республике Крым» (рис. 9);

Рис. 9. Обработка ингибитором, облицовочных плит

— конструкции подземного сооружения канала им. Москвы;

— конструкции с нарушенным защитным слоем жилого комплекса в г. Выборге;

— преднапряженные балки подъездной эстакады объекта «Индустриальный парк» (рис. 10).

Рис. 10. Нанесение ингибитора на преднапряженные балки подъездной эстакады

Выполненное технико-экономическое обоснование применения ингибитора коррозии Protectoseal CI в строительстве, основанное на сравнительной оценке сметных затрат на ремонт ЖБ конструкций с применением безусадочных ремонтных материалов и затрат при использовании МИК с последующим отказом от первого ремонта защитного слоя бетона, позволило оценить экономический эффект в размере 36445 руб. на 1 м² ремонтируемой поверхности конструкции (для 1 ремонта).

Таким образом, применение ингибитора Protectoseal CI позволит решить долговременную эффективную защиту арматуры в железобетонных конструкциях, эксплуатируемых в условиях слабо, средне и сильноагрессивных сред и продлит срок службы конструкций и сооружений, в которых существует опасность развития коррозии в результате карбонизации, действия хлоридов, противогололедных реагентов, различных агрессивных атмосферных и техногенных воздействий.

С учетом результатов комплексных исследований и имеющегося опыта можно рекомендовать применение ингибитора мигрирующего действия HAENYTEX® Protectoseal Ci (ХАНИТЕКС Протектосил Си Ай) как для защиты арматуры во вновь возводимых железобетонных конструкциях, так и в эксплуатируемых, предназначенных для работы в агрессивных средах: мосты, путепроводы, сооружения гидротехнической и портовой инфраструктуры, сооружения топливно-энергетического комплекса, очистные сооружения, резервуары различного назначения, сооружения промышленного и гражданского назначения, паркинги, пандусы и эстакады, преднапряженные конструкции.