Эксплуатационная стойкость железобетона в различных средах в значительной степени зависит от способности цементного бетона защищать стальную арматуру от коррозии. В железобетоне, являющемся композиционным матери а лом, взаимодействие бетона со стальной арматурой обеспечивается сцеплением между ними. Коррозия стальной арматуры может вызвать разрушение прилегающего к ней защитного слоя бетона.

Так, при окислении (ржавлении) стали объем арматурного стержня увеличивается и он оказывает расклинивающее действие на бетон, что вызывает откалывание защитного слоя. С уменьшением эффективной площади поперечного сечения арматурного стержня в нем возрастают напряжения от внешней нагрузки на конструкцию, достигающие предела текучести или предела прочности при растяжении стали, что должно привести к исчерпанию несущей способности железобетонного элемента (конструкции).

В железобетонных предварительно напряженных конструкциях, в которых стальная арматура растянута еще до приложения внешней нагрузки, коррозия арматурного стержня вовсе не допускается, так как при дефектах (ослаблениях) Не ее поверхности напряжения в стержне возрастают настолько, что может произойти его разрыв, потеря несущей способности конструкции.

Основные характеристики коррозионной стойкости арматуры оценивают по результатам ее испытания в кипящем нитратном растворе. Обычная термически упрочненная арматура классов Ат-lV, Ат-V и AT-VI, а также отдельные виды горячекатаной арматуры классов A-IV и A-V обладают весьма малой стойкостью против растрескивания. Применение таких сталей для предварительно напряженных железобетонных конструкций, испытывающих воздействие агрессивной среды, приводит обычно к хрупкому разрыву растянутых арматурных стержней.

Вследствие щелочности жидкой фазы, нормально насыщенной гидроксидом кальция, цементный бетон способен защитить, арматуру от коррозии. Отсутствие коррозии арматуры в бетоне обусловливается пассивностью стали в щелочной среде. Смещение потенциала стали с торможением анодного процесса в твердеющем бетоне происходит постепенно. Пассивируются арматурные стержни не только с чистой поверхностью, но и имеющие легкие налеты ржавчины.

Защитные функции цементного камня шпион его проницаемости дли "кислорода и определяются значением П дли жидкой фазы. Критическое значение рП для злектролита составляет 11,5—11,8. Следует иметь в виду, что рН среды не может однотипно характеризовать состояние стали в бетоне, так как в нем могут присутствовать активирующие ионы (например, хлоридионы).

Эти кривые отражают зависимость между плотностью наложенного тока и потенциалом образца арматуры при его погружении в водную вытяжку из измельченного цементного камня либо непосредственно образца арматурной стали в бетоне.

Защитные свойства бетона зависят от вида вяжущего, использованного при приготовлении бетонной смеси. Многочисленными исследованиями показано, что портландцемент, пуццолановый портландцемент, шлакопортландцемент обеспечивают щелочность межфазной жидкости в бетоне, достаточную для пассивации стальной арматуры. Бетоны на цементах последних двух видов быстрее карбонизируются.

Ускоренное твердение бетона обусловливает связывание гидроксида кальция и понижение рН жидкой фазы, увеличение пористости и проницаемости цементного камня в бетоне для агрессивной среды.

Вяжущие с незначительным содержанием минеральных добавок, как правило, не обеспечивают пассивацию стальной арматуры. В такой же мере это относится и к глиноземистому цементу, несмотря на высокую плотность цементного камня. Безусадочные и расширяющиеся цементы вследствие пониженного значения рН в бетоне не пассивируют поверхность стальной арматуры, а поэтому не защищают ее от коррозии.

Защитные свойства бетона зависят также от его состава и предопределяются главным образом расходом цемента, поскольку при прочих равных условиях и недостаточном объеме цементного камня в бетоне в нем образуются технологические дефекты и снижается содержание Са(ОН)2, т. е. рН. Поэтому содержание цемента в бетоне должно быть достаточным для того, чтобы при высокой плотности цементного камня у поверхности арматуры постоянно поддерживалась щелочная среда.