Стойкость бетона

Стойкость бетона.

Стойкость бетона — это способность материала долго сохранять свои свойства: огнестойкость и жаростойкость, морозостойкость, стойкость бетона в химически агрессивной водной и газовой среде, сохранять свои эксплуатационные качества при работе в неблагоприятных условиях внешней среды без значительных повреждений и разрушений.

Особенно высокое расширение твердеющего бетона (цементного камня ) происходит в процессе образовании гидросульфоалюмината кальция (3CaSO4* 3СаО * Al2O3 *30Н2О). Также коррозия бетона может наблюдаться при наличии в воздухе влаги и различных кислых газов. Так, например, сернистый газ. выходящий из топок котлов. паровозов или из некоторых химических аппаратов, соединяясь с влагой воздуха и парами воды, образует сернистую кислоту. которая разрушает бетон так же, как и свободная кислота в водной среде. Процессы химической коррозии бетона нельзя рассматривать вне связи с физическими и физико-химическими процессами, происходящими в бетоне под воздействием внешней водной или газовой среды. Большое влияние, в частности, оказывают объёмные деформации. возникающие в результате влагообмена (поглощения воды и её испарения), процессы замораживания и оттаивания, просачивания и фильтрации воды, диффузионные процессы перемещения влаги в бетоне и т. д.

Повышение стойкости бетона независимо от вида коррозии достигается обеспечением необходимой плотности и однородности строения бетона. Наличие раковин и различного рода неплотностей в виде открытых или сообщающихся между собой щелей, трещин, образующихся в результате температурных или усадочных деформаций, наиболее благоприятствует возникновению и развитию процессов коррозии.

Для повышения стойкости бетона по отношению к чисто химическим процессам коррозии необходимо не только обеспечивать достаточную плотность бетона, но и производить отбор вяжущих и заполнителей, наиболее стойких в условиях данного вида коррозии.

Вопрос сохранности арматуры в бетоне неразрывно связан с вопросом стойкости бетона, поэтому его уместно будет рассмотреть здесь же.

Сохранность арматуры в бетоне.

Как правило, стальная арматура. заключённая в бетоне, не разрушается (но ржавеет) и может сохраняться в хорошем состоянии в течение весьма продолжительного времени. Сохранность арматуры объясняется наличием щелочной среды в бетоне. Это справедливо лишь для бетонов достаточно плотных, где исключена возможность доступа воздуха непосредственно к стержням стальной арматуры. Поэтому арматура в конструкции должна быть покрыта защитным слоем бетона, минимальная толщина которого колеблется от 10 (для тонкостенных и пустотелых плит, настилов) до 120 мм (для крупных гидротехнических сооружений). При неблагоприятной окружающей среде (высокая влажность, вредные газы и т. п.) толщину защитного слоя следует увеличивать. Защитный слой должен быть плотным, без каких-либо трещин или изъянов, в противном случае назначение его не оправдывается. Трещины в защитном слое открывают доступ воздуха непосредственно к арматуре, что вызывает образование плёнки ржавчины, сопровождающееся увеличением её объёма. Последнее вызывает растягивающие усилия в бетоне, растрескивание и разрушение защитного слоя, со всеми отрицательными последствиями для долговечности железобетонной конструкции.

Огнестойкость и жаростойкость бетона.

Под огнестойкостью понимают сопротивляемость бетона кратковременному действию огня при пожаре. Под жаростойкостью понимают стойкость бетона при длительном и постоянном действии высоких температур в условиях эксплуатации тепловых агрегатов (жароупорный бетон). Бетон относится к числу огнестойких материалов. Вследствие сравнительно малой теплопроводности бетона кратковременное воздействие высоких температур не успевает вызвать значительного нагревания бетона и находящейся под защитным слоем арматуры. Значительно опаснее поливка сильно разогретого бетона холодной водой (при тушении пожара), она неизбежно вызывает образование трещин, разрушение защитного слоя и обнажение арматуры при продолжающемся действии высоких температур. В условиях длительного воздействия высоких температур обычный бетон на портландцементе не пригоден к эксплуатации при температуре выше 250°. Установлено, что при нагреве обычного бетона выше 250—300° происходит снижение прочности с разложением гидрата окиси кальция и разрушением структуры цементного камня. При температуре выше 550° зёрна кварца в песке и гранитном щебне начинают растрескиваться вследствие перехода кварца при этих температурах в другую модификацию (тридимит), что связано со значительным увеличением объёма зёрен кварца и образованием микротрещин в местах соприкосновения зёрен заполнителя и цементного камня. При дальнейшем повышении температуры разрушаются и другие структурные элементы обычного бетона. Научными работами, а также практикой установлена возможность получения на основе портландцемента жароупорного бетона, стойкого до температуры 1100—1200° и более.

Для этого в бетон необходимо вводить тонкомолотые кремнезёмистые или алюмокремнезёмистые добавки, связывающие свободный гидроксид кальция, выделяющийся при гидратации цемента. В качестве же заполнителей применяют материалы, обладающие достаточной степенью огнеупорности и термостойкости, например хромистый железняк, шамот, базальт, андезит, отвальный доменный шлак, туфы и кирпичный щебень. Максимальная температура, выдерживаемая конструкциями, зависит, от огнеупорности и термостойкости заполнителей и тонкомолотых добавок. Так, при применении шамота и молотых добавок максимальная эксплуатационная температура жароупорных бетонов на портландцементе достигает 1100—1200°. При максимальной эксплуатационной температуре 700° можно в качестве заполнителей бетона применять базальт, диабаз, андезит, отвальный доменный шлак, артикский туф, бой глиняного кирпича, а в качестве тонкомолотых добавок — пемзу, золу-унос, гранулированный доменный шлак, цемянку. Для таких же температур (до 700°) допускается замена портландцемента в бетоне шлако-портландцементом без введения в этом случае тонкомолотых добавок. Для приготовления жароупорного бетона с эксплуатационной температурой до 1300—1400° следует применять глинозёмистый цемент с мелким и крупным заполнителями из шамота или хромистого железняка. Тонкомолотые добавки для связывания гидроксида кальция в этом случае не требуются. В качестве вяжущего для жароупорного бетона с максимальной температурой до 900—1000° можно применять также жидкое стекло с кремнефтористым натрием.

Стойкость бетона в химически агрессивной водной и газовой среде.

Цементный камень в бетоне как компонент обычно менее стойкий, нежели каменные заполнители, при воздействии на бетон химически агрессивных агентов разрушается в первую очередь. Все причины коррозии бетона на портландцементе могут быть сведены в следующие основные группы.

физическое растворение и вынос фильтрующей сквозь бетон мягкой, пресной водой гидрата окиси кальция .и других растворимых соединений, входящих в состав цементного камня (явление выщелачивания). Коррозия этого вида связана с прогрессирующим уменьшением плотности бетона.

взаимодействие компонентов цементного камня, прежде всего гидрата окиси кальция, со свободными кислотами, которые могут содержаться в воде. В результате этого взаимодействия образуются относительно легко растворимые соли этих кислот (CaSO4, СаСl2, Са(НСОз)2 и др.), легко вымываемые водой из бетона.

взаимодействие содержащихся в минерализованных водах солей, в частности сульфатных или магнезиальных, с составными частями цементного камня, например Са(ОН)2, ЗСаО * А12О3 * 6Н2О; в результате могут происходить обменные реакции с образованием в цементном камне новых соединений, легче растворимых в воде, нежели исходные компоненты цементного камня, например образование под действием сульфатных солей вместо Са(ОН)2 легко растворимого гипса. Гипс при кристаллизации увеличивается в объёме, что может привести к внутренним напряжениям и образованию трещин, усиливающих процессы коррозии бетона и арматуры.

Райхель В. Конрад Д. Бетон, часть 1. Свойства. Проектирование. Испытание. Пер. с нем./Под ред. В. Б. Ратинова. - М. Стройиздат, 1979. - 111с.

Райхель В. Глатте Р. Бетон. Часть 2: Изготовление, производство работ, твердение. Под ред. В. Б. Ратинова. - М. Стройиздат, 1981. - 112 с.

Невилль А.М. Свойства бетона. Пер. с англ. В.Д. Парфенова и Т.Ю. Якуб. - М. Стройиздат, 1972. - 344с.

Дворкин Л.И. Дворкин О.Л. Проектирование составов бетона с заданными свойствами - М. Стройиздат, 1980.

Акимова Т.Н. Минеральные вяжущие средства: Учебное пособие / МАДИ (ГТУ). - М. 2007. - 98 с.

Акимова Т.Н. Курденкова И.Б. Природные каменные материалы: Методическое пособие / МАДИ (ГТУ). - М. 2007. - 54 с.

Литманович А.А. Литманович О.Е. Аналитическая химия. Ч.1: Качественный химический анализ: Методическое пособие / МАДИ (ГТУ) - М. 2008. - 32 с.

Е. Шильд, Х.-Ф. Кассельман, Г. Дамен, Р. Строительная физика. Поленц Перевод с немецкого. - М. Стройиздат, 1982.

Семириков И.С. Физическая химия строительных материалов - М. Стройиздат, 2004.

Мурадов Э.Г. Материалы для приготовления бетонной смеси и строительного раствора. Учеб.пособие для СПТУ. - М. Высш. шк. 1987. - 111с.

Крылов Б.А. и др. . Руководство по прогреву бетона в монолитных конструкциях. - НИИЖБ. 2005.

Гамильтон К. Морган Дж. . в сб. Органические реакции, пер. с англ. Н. Э. Нифантъев. сб. 2, - М. 1950, с. 461-65.

Л.И. Дворкин, О.Л.Дворкин. Справочник по строительному материаловедению. - М.:Инфра-Инженерия. 2010. 472 с.