Коррозия природных каменных материалов

Ранее отмечалось, что устойчивость природных и искусственных каменных материалов главным образом определяется модулем основности. Вместе с тем коррозийная стойкость природных каменных материалов зависит от свойств горных пород, из которых они получены. Изверженные породы отличаются высокой кислотостойкостью и 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 отделки ответственных сооружений и уникальных зданий, а также в качестве щебня для бетона, при устройстве фундаментов, стен, перекрытий и др.

Осадочные породы отличаются высокой коррозионной стойкостью. Среди осадочных пород можно назвать: 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 проступей, подоконников. Пористые известняки и известняк-ракушечник с плотностью 1500—2000 кг/м³ и прочностью на сжатие 2,5 • 10⁶—13,5 • 10⁶ Па применяют для наружных облицовок, а также для 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 применен обычный известняк СаС0₃ или магнезит ]У^С0₃. Несколько более кислотостойки конструкции из доломитов и плотных кремнистых известняков. Гипсовый камень Са80₄- 2Н₉0 и ангидрид Са80₄ легко поддаются коррозионному разрушению под действием кислот; эти материалы растворимы в воде, поэтому их используют в элементах, эксплуатирующихся только внутри помещений.

Из метаморфических горных пород наиболее распространены в строительных конструкциях известняковые песчаники, гнейс, кварциты и мрамор. Известняковые песчаники, сцементированные оксидом кремния, БЮ-, или 8Ю₂* пН₂0, весьма кислотостойки и достаточно щелочестойки. Железистые песчаники, скрепленные гидратированными оксидами железа, некоррозионностойки.

Мрамор применяют в качестве облицовочного материала. Он корродирует с сернистыми газами и влагой. Вначале на поверхности мрамора образуется сернистая, а затем серная кислота, превращающая мрамор (карбонат кальция) в растворимый гипсовый камень:

СаС0₃ + Н₂80₄ + Н₂0 -» Са0₄ • 2Н₂0 + С0₂.

Особенность химической коррозии конструкций из природных каменных материалов заключается в том, что она зависит от химической стойкости по отношению к агрессивной среде. Агрессивная среда характеризуется модулем основности М₀, определяемым из выражения

М_о = {(%СаО + %Мё + %Ыа₂0(К₂0)}/(%8Ю₂ +%А1₂0₃).

Преобладание в материале конструкции диоксида кремния повышает стойкость к действию кислот, но делает его 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. 3.6).

Естественные каменные материалы, подвергаясь длительному воздействию климатических и других природных факторов среды, в которой находится конструкция, испытывают многократное увлажнение и высыхание, замерзание и оттаивание. Величина и характер напряжений, возникающих в результате этих воздействий, аналогичны рассмотренным выше. При этом сте-

Таблица 3.6

СТОЙКОСТЬ НЕКОТОРЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ К АГРЕССИВНЫМ ВОЗДЕЙСТВИЯМ

пень воздействия зависит от размера поверхности, контактирующей с 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 коррозируют, чем силикатные материалы, так как в атмосферной среде преимущественно содержатся кислые примеси.