Вся бібліотека >>>

Зміст книги >>>

 

Будівництво та ремонт

 Високоміцний бетон


Побут. Господарство. Техніка

 

1. СТІЙКІСТЬ БЕТОНУ В АГРЕСИВНИХ СЕРЕДОВИЩАХ

 

 

Самим нестійким компонентом бетону є цементний камінь, як найбільш хімічно активний і внаслідок цього схильний небезпеки руйнування в результаті хімічної дії агресивного навколишнього середовища.

При з'єднанні цементу з водою відбуваються процеси гідролізу і гідратації мінералів цементного клінкеру, в результаті чого утворюються складні гідратовані з'єднання.

Згідно з поглядами П. А. Ребиндера, процес твердіння цементного каменю описується наступною схемою. У перший момент відбувається змочування частинок і розчинення у воді найбільш розчинних сполук клінкеру, таких як лужні метали натрію і калію, гідрат окису кальцію (вапно) і гіпс. По мірі їх розчинення утворюються перенасичені розчини. Далі відбувається кристалізація новоутворень і формування кристалів різних розмірів. Попутно частина новоутворень виділяється у вигляді каллоидных частинок, що володіють властивостями гелю. У міру кристалізації утворюються плівки, перешкоджають контакту води з мінералами цементу, в результаті чого процес гідратації починає гальмуватися.

З робіт [38, 107] випливає, що і процеси гідратації, і, отже, освіта структури цементного каменю залежать не тільки від хімічного і мінералогічного складу цементу, швидкості хімічних реакцій, але також і від фізичних умов протікання цих процесів. Ніж більше поверхня цементу (наприклад, швидкотверднучих), тим більше компонентів переходить в розчин в одиницю часу, тобто тим швидше йде схоплювання і твердіння цементу. У свою чергу, чим більше поверхня цементу, тим більше повинно бути води, що утримується молекулярними силами на поверхні частинок цементу і новоутворень і далі не бере участь у розчиненні речовини в процесі гідратації. З-за занадто тонкого подрібнення цементу швидко загусає бетонна суміш, що веде до втрати ефекту збільшення міцності бетону в часі. Оптимальна тонкість помелу застосовуваного цементу повинна характеризуватися питомою поверхнею біля 3000-3200 смъ1г.

При більш грубому помелі процес твердіння сповільнюється, а при більш тонкому помелі довговічність бетону знижується, так як протягом тривалої експлуатації споруди не буде відбуватися «самозалечивание» мікротріщин, що виникають в бетоні при появі внутрішніх напружень напруг.



Процеси твердіння в бетоні супроводжуються корозією цементного каменю. Ці процеси С. В. Перначів [107] описав у вигляді «кривий довговічності». Н. Плум, Ж. Джессинг та П. Бредсдорф розглядали узагальнену криву зміни міцності бетону конструкції в часі. Дані їхніх досліджень представлені на рис. 71, де крива 1 характеризує бетони, що не піддавалися дії агресивного середовища і зберігаються у вологих умовах. Крива 2 характеризує той же бетон, але зберігався в повітряно-сухих умовах. Як видно з рис. 71, у бетону в місячному віці міцність наростає незначно, але в той же час немає факторів, які могли б знизити її. Криві «3, 4 і 5 свідчать про зменшення міцності у часі внаслідок корозійних процесів. Причому міцність знижується з різною інтенсивністю в залежності від ступеня агресивності середовища.

Не зупиняючись докладно на вплив кожного виду корозійного середовища на бетон, яке досить детально описано в роботах В. М. Москвіна, Н. А. Мощанского, М. Р. Булгакова, Ф. М. Іванова та ін, розглянемо лише характер їх впливу на бетон.

В період експлуатації споруд можлива так звана корозія вилуговування. Ступінь небезпеки процесів вилуговування визначається насамперед умовами взаємодії бетону і води. Найбільш небезпечна фільтрація води крізь тіло бетону під напором. При цьому вапно і гіпс вилуговуються з бетону, а потім розчиняються з розкладанням на гидросиликаты і гидроалюминаты кальцію.

У ряді випадків конструкції і споруди знаходяться під впливом природных1 або промислових вод з підвищеною кислотністю.

Ступінь кислотності води характеризується водневим показником рН. Вважається, що кислотність розчину тим більший, чим більше кислоти дисоціює на іони. Кислотність розчину підвищується зі збільшенням концентрації кислоти.

Показник концентрації іонів водню рН у воді, рівний + 7, як це прийнято вважати, вказує на те, що вода нейтральна. При слабкій кислотності цей показник дорівнює-f- (4ч-6). У більш концентрованих розчинах сильних кислот значення рН дорівнює + (1-2).

Общекислотную агресивність води (середовища для залізобетонних конструкцій) при різній щільності бетону визначають за даними, наведеними в табл. 19 [38].

Для лужних розчинів рН > 7. Так, наприклад, в лужному середовищі при рН > 12 залізо пасивується в результаті утворення захисної плівки окислів і не піддається корозії у вологому середовищі.

Надмірна кількість у воді вільної вуглекислоти і вуглекислих солей робить її агресивною по відношенню до бетону. Прийнято вважати, що вода нормальної щільності слабоагрессивна для бетонів, якщо вона містить не більше 40 мг/л вуглекислоти. З підвищенням вмісту СО2 вода стає агресивною. Досліди показують, що вода, що містить агресивну вуглекислоту, для бетонів високої щільності безпечна.

Інтенсивну корозію в бетонних і залізобетонних конструкціях може викликати вода, що містить сірчанокислі солі. До найбільш поширеним у природних водах сірчанокислим солей, які називаються сульфатами, відносяться сірчанокислий кальцій (гіпс), сірчанокислий натрій і сірчанокислий магній.

При звичайній температурі водні розчини цих солей мають різну розчинність, тому вони по-різному взаємодіють з компонентами цементного каменю в бетоні. Продукти реакції кожної з цих солей виходять також різні.

Головним реагує компонентом розглянутої агресивної сульфатної середовища є загальний для них аніон SOi'. Встановлено, що швидкість хімічного зв'язування гіпсу залежить від кількості алюмінатів, містяться в цементному клінкері. Кількість гіпсу, яке може бути хімічно пов'язане з мінералами цементу за певний час, що залежить від тонкості помелу цементу. Одночасне збільшення тонкості помелу та кількості гіпсу значно підвищує стійкість цементного каменю до дії розчинів сульфатів, при цьому обов'язковим є спільний тонкий помел цементу і гіпсу.

В щільній структурі бетону при наявності в його цементному камені сульфатів збільшення твердої фази і внаслідок цього прагнення бетону до розширення може спостерігатися лише в поверхневих шарах елемента конструкції. В пористих структурах розширення бетону і утворення тріщин відзначаються уже в усьому обсязі елемента.

Таким чином, у разі дії сульфатів бетон руйнується тим інтенсивніше, чим більша його пористість і проникність.

При наявності у воді солей магнію можлива так звана магнезіальних корозія. У перший час при дії на бетон такого сульфату вже в поверхневому шарі хімічно зв'язується вступник магній-іон. Відбувається тимчасове ущільнення бетону і сповільнюється проникнення в нього агресивного речовини. Однак осад гідрату окису магнію не є непроникним. Поступово розчин проникає в товщу бетону. Так як реакції між мінералами, складовими цементний камінь,і солями магнію в першу чергу відбуваються в зоні контактів з заповнювачами (ці зони є також зонами найбільших напруг), то міцність бетону тут знижується особливо інтенсивно.

Руйнування бетону можливо із-за накопичення в його порах солей, їх кристалізації і подальшого переходу цих солей з безводної або маловодной форми в кристалогідрати з високим вмістом води. Найбільш часто такі явища спостерігаються в морських спорудах, які частково занурені у воду і мають відкриту для випаровування поверхню. У таких спорудах, якщо не вжити необхідних заходів, можливо накопичення розчину солей за рахунок капілярного підсосу і подальшого випаровування води з зовнішніх частин конструкції.

Утворення кристалогідратів супроводжується зміною обсягу солей. У процесі перетворення таких солей, як, наприклад, хлористого натрію або сірчанокислого" натрію з безводної форми в кристалогідрати, їх об'єм збільшується відповідно в 2,3 і 4,1 рази. Отже, при достатньо високому вмісті в бетоні зазначених солей зміну їх обсягу може приводити до руйнування бетону.

Вода вважається агресивною, якщо вміст розчинних солей в ній перевищує для бетону нормальної щільності 10 г/л, підвищеної щільності - 20 г/л, особливо щільного - 50 г/л.

Причиною руйнування бетону можуть бути процеси, які проходять в зоні контакту поверхні кремнезему заповнювача деяких порід і лугів, що містяться в цементі або вводяться в склад бетону при його замішуванні. У цьому випадку руйнування супроводжується збільшенням об'єму бетону, появою сітки тріщин на ньому, а також білих нальотів у цих тріщин. Процес руйнування бетону від такого виду корозії протікає тільки в повітряно-вологих умовах змінної вологості.

Жорсткі режими термовологої обробки бетону також негативно позначаються на структурообразо-вання і, отже, на його корозійної стійкості. Підвищує небезпеку корозійного руйнування і напружений стан бетону в розтягнутих зонах, а також при високих напругах в стислій зоні конструкцій за рахунок утворення в них мікро - і макротрещин.

Арматура залізобетонних конструкцій, якщо вона недостатньо захищена бетоном, піддається корозії при дії вологи і кисню повітря. У бетоні на звичайному портландцементі водний розчин, що заповнює пори цементного каменю, насичений гидратом окису кальцію Са(ВІН)2. Для арматури створюється сприятлива лужна реакція. У такому середовищі величина рН = 12-^-13 і сталь знаходиться в пасивному стані. При рН <5 виникають умови, при яких арматура піддається значній корозії.

При недостатній товщині захисного шару і наявності в ньому тріщин в арматурі може виникати атмосферна корозія, швидкість якої в значною мірою залежить від кліматичних умов, а також від характеру агресивного середовища. Істотну роль при цьому відіграє підвищена вологість, якої знаходиться конструкція.

Корозія арматури може виникнути в результаті карбонізації вапна в бетоні захисного шару. Це відбувається в результаті впливу вуглекислоти, що міститься в повітрі, яка нейтралізує вапно цементного каменю призводить до втрати лужності. Процес карбонізації прискорюється при наявності в захисному шарі тріщин і недостатньої щільності бетону.

При наявності в бетоні хлористого натрію і кальцію у вельми короткі терміни в залізобетонних конструкціях може інтенсивно розвиватися корозія арматури. Іони хлору, будучи деполяризаторами кисню на аноді, створюють умови для розвитку електрохімічних процесів корозії сталі в лужному середовищі [38].

У спорудах із залізобетону, працюючих при наявності блукаючих струмів або струмів витоку, може розвиватися электрокоррозия. У такому разі арматура стає анодом і відбувається процес її окислення.

Таким чином, довговічність бетонних і залізобетонних конструкцій визначається умовами зовнішнього середовища, тобто кліматом місцевості, складом повітря, води і грунту, а також особливостями контакту між зовнішньою середовищем і зовнішніми поверхнями конструкції. Характеристика основних видів корозії, яким можуть піддаватися конструкції . з високоміцних бетонів, наведена в табл. 20 [38].

Один з основних шляхів підвищення довговічності бетонних конструкцій при дії різних агресивних середовищ - створення щільного бетону. Високоміцні бетони, що мають, як правило, досить однорідну структуру і підвищену щільність, більш стійкі при роботі в таких умовах.

При цьому дуже важливо забезпечити отримання ефективного захисного шару в конструкціях, призначених для роботи в агресивних умовах, товщина захисного шару повинна бути не менше 20 мм) і підвищення тріщин-стійкості залізобетонних конструкцій. За даними НИИЖБ, Цнііпромзданій і Промстройпроекта, тре-щиностойкость конструкцій, що знаходяться в сильноагресивних середовищі, в ряді випадків повинна бути підвищена за рахунок деякого додаткового витрати напружуваної арматури до 10-20%, а також за рахунок підвищення марки бетону. При застосування високоміцних бетонів, виготовлених, як правило, з низьким В/Ц, можливо зниження швидкості карбонізації цементного розчину.

Одним з радикальних средстз захисту конструкцій від впливу агресивних середовищ є застосування різного виду покриттів [68]. Покриття, нанесені після розпалубки на поверхню конструкції, сприяють нормальному процесу твердіння бетону і значною мірою попереджають появу і розвиток усадочних тріщин.

Останнім часом в бетонну суміш вводять повітро-утягують або газоутворюючі добавки, що сприяють підвищенню стійкості бетону до зовнішніх впливів.

За умови, якщо конструкції експлуатуються в середовищі з підвищеною агресивністю, застосовують спеціальні способи захисту [38].

    

 «Високоміцний бетон» Наступна сторінка >>>

 

Дивіться також: Бетон і будівельні розчини Вихідні матеріали 1.1. Мінеральні в'яжучі речовини 1.2. Заповнювачі 1.3. Вода 1.4. Визначення необхідної кількості матеріалів Будівельні розчини 2.1. Властивості будівельних розчинів 2.2. Види будівельних розчинів 2.3. Приготування будівельних розчинів 2.4. Склади Бетони 3.1. Види бетону 3.2. Властивості бетону 3.3. Приготування бетонного розчину 3.4. Склади 3.5. Шлакобетон 3.6. Опілкобетон