Стойкость бетона

[Filippcha]

Под стойкостью бетона понимают способность его длительное время сохранять свою прочность и работать в неблагоприятных для него условиях среды без разрушения. Важнейшие характеристики стойкости бетона(пескобетона): воздухо- и морозостойкость, стойкость против воздействия химически агрессивных сред, жаро- и огнестойкость.
Воздухостойкость. Под воздухостойкостью понимают способность бетона, пескобетона противостоять разрушающему действию чрезмерной усадки вследствие карбонизации и попеременному увлажнению и высушиванию.
Карбонизация бетона, т. е. присоединение С02 свободной известью, выделяющейся при гидролизе фаз элита и белита, приводит к сильной поверхностной усадке цементного камня, которой препятствуют крупный заполнитель и внутренние слои самого бетона. В результате в нем могут появиться поверхностные трещины, которые могут послужить каналами для распространения коррозии в глубь бетона. Кроме того, карбонизация разрушает некоторые из новообразований портландцемента.
Переменное увлажнение и высушивание приводят к возникновению на поверхности знакопеременных напряжений, которые также способствуют образованию трещин. Опыты показывают, что бетоны на портландцементе практически воздухостойки. Несколько меньше воздухостойкость у бетонов на пуццолановых портландцементах и совсем невоздухостойки бетоны на бесклинкерных вяжущих /известково-пуццолановые, из-вестково-зольные и др./.
Морозостойкость. Морозостойкость — это сопротивляемость бетона, насыщенного водой, многократному попеременному замораживанию и оттаиванию. Основной причиной разрушения насыщенного водой бетона при замораживании является расширение воды, находящейся в его порах, при переходе ее в лед. Это расширение создает внутреннее давление на стенки пор, которое может привести к их разрыву. Для того чтобы давление достигло величины, превосходящей временное сопротивление материала растяжению, необходимо заполнение пор не менее чем на 85—90% их объема.
В естественных условиях полное водонасыщение обычно не наблюдается, вследствие чего бетон и выдерживает большое число циклов перехода температуры через нуль. Бетон, даже тяжелый, имеет ограниченную теплопроводность; амерзание его, начинаясь с поверхности конструкции, лишь постью распространяется вглубь. Поэтому разрушение бетона совгным действием воды и мороза, особенно в гидротехнических зоружениях в зоне переменного уровня воды, происходит только на поверхности.
Большое влияние на морозостойкость бетона оказывает характер пористости, а также величина пор. В микрокапиллярах вода не замерзает даже при температурах минус 40—50°. Опасны макропоры, особенно сообщающиеся между собой, так как по ним перемещается влага при насыщении. Мелкие воздушные поры — сфероиды, образующиеся при введении в бетон воздухововлекаю-щих добавок, наоборот, полезны, так как они служат запасными резервуарами для образующегося льда. Практика подтверждает положительное влияние на морозостойкость бетона этих добавок.
Морозостойкость бетона определяется прежде всего морозостойкостью цементного камня. Наиболее морозоетойки цементы с малым содержанием СзА /не более 5%/. Мало морозостойки пуццолановые портландцементы. Морозостойкость бетона несколько повышается за счет введения поверхностно-активных добавок гидрофилизующего /ССБ и др./ и гидрофобизующего /мылонафт, абиетиновая, смола и др./ действия. Эти добавки, пластифицируя бетонные смеси, уменьшают количество воды затворения, а следовательно, число открытых пор в затвердевшем бетоне и способствуют образованию в нем закрытых пор. Шлакопортландцемент по морозостойкости занимает промежуточное положение между портландцементом и пуццолановым портландцементом.
На морозостойкость бетона влияет в некоторой степени морозостойкость заполнителя. Практика показывает, что для того чтобы бетон начал разрушаться от неморозостойкости крупного заполнителя, надо чтобы вначале разрушился и отслоился слой цементного раствора, обнажив зерна заполнителя.
Степень морозостойкости бетона оценивается его маркой по морозостойкости /Мрз/, которая может иметь марки; 50, 100, 150, 200 и 300 для тяжелого бетона и 10, 15, 25, 35, 50, 100 и 200 для легкого и ячеистого. Эти марки показывают количество циклов переменного замораживания до температуры не выше минус 15° и оттаивания в воде комнатной температуры, которые должны выдержать образцы без снижения прочности более чем на 25% и потери в весе более чем на 5%.
Стойкость бетона против химически агрессивных сред. Агрессивные среды подразделяются: по происхождению —на природные /минерализованные воды, засоленные грунты и т. п./; производственные /сточные воды, агрессивные газы и т. п./; по состоянию агрессивно действующих агентов — на газообразные /парообразные/, жидкие и твердые.
Степень агрессивного воздействия газов определяется их видом, концентрацией, температурой и относительной влажностью воздуха, а также скоростью обмена агрессивной среды. Активность газов изменяется в зависимости от степени растворимости их в воде, растворимости в ней новообразований и т. п. По степени агрессивного воздействия газов на цементные бетоны их можно разделить на три группы: газы со слабой степенью «оздействия /СО2, CS3, SiF4/, со средней /SO2, H2S/, с сильной /S03, HF, НС1, N02, С12/.
Степень агрессивного воздействия жидких сред зависит от их БНда, концентрации и температуры, а для растворов кислот, оснований и солей, кроме того, от степени их электролитической диссоциации, водородного показателя рН и активности ионов. По показателю рН растворы делятся на кислые /рН менее 7/, нейтральные /рН = 7/ и основные /рН более 7/.
Степень агрессивного воздействия твердых сред на бетон зависит от их вида, дисперсности, интенсивности обмена воздуха /для пыли и дыма/, растворимости, гигроскопичности и, главное, от содержания влаги в воздухе. Активность пыли /типа солей/ изменяется в зависимости от гидрофильности, растворимости солей в воде, степени электролитической диссоциации и активности ионов.
Отложение безводных солей из насыщенных растворов в порах бетона с последующим переходом их в кристаллогидраты может создать в нем напряжения, приводящие к потере прочности бетона. Степень агрессивного воздействия среды на бетон может быть слабой, средней и сильной; ориентировочная оценка ее после годичной эксплуатации бетона.

При определении агрессивного воздействия на бетон воздушной среды, содержащей агрессивные газы, в первую очередь необходимо учитывать ее влажность. По влажности воздушная среда делится на три группы: с относительной влажностью ниже 60% /среда обычно неагрессивна/, от 60 до 75% /среда может быть и агрессивной/ и выше 75% /среда всегда агрессивна/. Стойкость бетонов можно повысить изменением их состава и методов уплотнения, повышающих их плотность и снижающих фильтрующую способность материала,
Согласно «Указаниям по проектированию антикоррозионной защиты строительных конструкций» /СН 262—67/, различают бетоны нормально плотные, повышенной плотности и особо плотные. Повысить стойкость бетонов можно также путем выбора специальных вяжущих и заполнителей, введением специальных добавок, обработкой поверхностного слоя флюатированием, пропиткой высокомолекулярными соединениями и другими способами.
При коррозии I вида /от выщелачивающей агрессии/ следует применять пуццолановые портландцемента или портландцемент /желательно белитовый/ с активными минеральными добавками, связывающими свободную известь в гидросиликаты.
При коррозии III вида /от сульфатной агрессии/ необходимо применять малоалюминатные цементы, лучше всего сульфатостой-кие портландцементы, а также сульфатно-шлаковый цемент. При коррозии бетона под воздействием кристаллизации солей на испаряющей поверхности /например, при капиллярном подсосе сильно минерализованных грунтовых вод и испарении их на открытой поверхности цоколя выше отмостки на 30—50 см/ следует применять малоалюминатный портландцемент /С3А до 5%/ без активных минеральных добавок или добавок наполнителей, в сочетании с рядом конструктивных мероприятий /слой гидроизоляции у обреза фундамента и т. п./.
Добавки, вводимые в состав бетона для повышения его стойкости, в агрессивных химических средах изменяют структуру цементного камня и значительно понижают коэффициент фильтрации /жидкое стекло, хлорное железо, алюминат натрия и др./ Они пластифицируют бетонную смесь и, снижая ее водопотребность, способствуют более плотной укладке /ССБ и др./, гидрофобизиру-гот бетон и уменьшают капиллярный подсос /смола СНВ, абиетат натрия и др./, повышают его плотность, трещиностойкость и т. п.
Защита стальной арматуры в бетоне.
Стальная арматура в нормально плотном бетоне благодаря щелочной среде сохраняется очень долго, если толщина защитного слоя бетона достаточна — от 10 мм в тонкостенных конструкциях до 25 мм в обычных.
В легких крупнопористых и ячеистых бетонах арматура находится в менее благоприятных условиях, и возможна коррозия ее под действием влажного воздуха, проникающего через сообщаю подробное описание видов и механизма коррозии бетона дано в курсе «Технология минеральных вяжущих веществ».
Дополняя классификацию В. М. Москвина, этот вид коррозии следует называть коррозией IV вида, так как она не всегда сопровождается обменными реакциями. шиеся поры бетона. При неблагоприятной окружающей среде /агрессивные жидкости и газы/ под угрозой коррозии может оказаться арматура и в тяжелых бетонах.
Средства защиты арматуры в бетоне при действии агрессивных сред на железобетон могут быть следующие: снижение проницаемости бетона и повышение его плотности; увеличение толщины защитного слоя бетона; введение в бетон добавок — замедлителей коррозии арматуры в бетоне /нитрат натрия, хромат бария, бихромат калия и др./; применение коррозионностойкой арматуры /стек л он ластиковой/ или покрытие арматуры металлами, стойкими в данной агрессивной среде /цинк и др./;обмазка арматуры защитными составами /для ячеистых бетонов/; покрытие лакокрасочными или пленочными материалами. При этом обмазки следует выбирать такие, чтобы они не снижали сцепление бетона с гладкой арматурой.
Необходимо отметить, что в воздушной среде, содержащей сернистые газы и пары воды, цинковое покрытие неустойчиво. В таких случаях приходится заменять цинк алюминием, полимерами, силикатными эмалями и другими материалами. Огнестойкость и жаростойкость бетонов.
Под огнестойкостью бетонов понимают стойкость их против относительно кратковременного действия огня /например, при пожаре/, а под жаростойкостью— стойкость материала в условиях систематического воздействия высоких и повышенных температур при эксплуатации /например, в тепловых агрегатах/.
Бетон несгораем, и поэтому его следует отнести к категории огнестойких материалов. Благодаря невысокому коэффициенту теплопроводности кратковременное действие огня обычно не снижает прочность конструкции.
При длительном же воздействии высокой температуры в цементном камне могут произойти нежелательные процессы дегидратации кристаллогидратов.
Но наиболее пагубное влияние на бетон оказывают термические удары, получающиеся при тушении сильного пожара водой. Из-за различных коэффициентов температурного расширения компонентов бетона /крупного заполнителя, растворной части/, а также стальной арматуры может произойти расшатывание структуры бетона /или железобетона/ и снизиться несущая способность конструкции.
Обычный бетон пригоден для эксплуатации при систематическом нагреве его до температуры не выше 250°.Удаление адсорбционной, а затем кристаллогидратной воды вызывает в бетоне Дополнительные усадочные явления и снижает его прочность.
Более высокие температуры нарушают связь между разнородными компонентами бетона и разрушают материал. Однако надлежащим выбором вяжущего и заполнителей можно получить жаростойкие бетоны, которые длительное « время могут работать в условиях высоких температур.