Стійкість бетону

Стійкість бетону- це здатність матеріалу довго зберігати свої властивості: вогнестійкість і жаростійкість, морозостійкість, стійкість бетону в хімічно агресивному водному та газовому середовищі, зберігати свої експлуатаційні якості при роботі в несприятливих умовах зовнішнього середовища без значних пошкоджень і руйнувань.

Особливо високе розширення бетону, що твердіє (цементного каменю) відбувається в процесі утворення гідросульфоалюмінату кальцію (3CaSO4 • 3СаО • Al2O3 • 3Н2О). Також корозія бетону може спостерігатися за наявності в повітрі вологи та різних кислих газів. Так, наприклад, сірчистий газ, що виходить з топок котлів, паровозів або деяких хімічних апаратів, з'єднуючись з вологою повітря і парами води, утворює сірчисту кислоту, яка руйнує бетон так само, як і вільна кислота у водному середовищі. Процеси хімічної корозії бетону не можна розглядати поза зв'язком з фізичними та фізико-хімічними процесами, що відбуваються в бетоні під впливом зовнішнього водного чи газового середовища. Великий вплив, зокрема, надають об'ємні деформації, що виникають внаслідок вологообміну (поглинання води та її випаровування), процеси заморожування та відтавання, просочування та фільтрації води, дифузійні процеси переміщення вологи в бетоні тощо.

Підвищення стійкості бетону незалежно від виду корозії досягається забезпеченням необхідної щільності та однорідності будови бетону. Наявність раковин і різного роду нещільностей у вигляді відкритих або сполучених між собою щілин, тріщин, що утворюються в результаті температурних або усадкових деформацій, найбільш сприяють виникненню та розвитку корозії.

Для підвищення стійкості бетону до чисто хімічних процесів корозії необхідно не тількизабезпечувати достатню щільність бетону, а й проводити відбір в'яжучих та заповнювачів, найбільш стійких в умовах даного виду корозії.

Питання безпеки арматури в бетоні нерозривно пов'язане з питанням стійкості бетону, тому його доречно буде розглянути тут же.

Зміст

Як правило, сталева арматура, укладена в бетоні, не руйнується (але іржавіє) і може зберігатися в хорошому стані протягом тривалого часу. Збереження арматури пояснюється наявністю лужного середовища у бетоні. Це справедливо лише для бетонів досить щільних, де виключена можливість доступу повітря безпосередньо до стрижні сталевої арматури. Тому арматура в конструкції повинна бути покрита захисним шаром бетону, мінімальна товщина якого коливається від 10 (для тонкостінних та порожнистих плит, настилів) до 120 мм (для великих гідротехнічних споруд). При несприятливому довкіллі (висока вологість, шкідливі гази тощо) товщину захисного шару слід збільшувати. Захисний шар повинен бути щільним, без будь-яких тріщин або вад, інакше призначення його не виправдовується. Тріщини в захисному шарі відкривають доступ повітря безпосередньо до арматури, що викликає утворення плівки іржі, що супроводжується збільшенням її обсягу. Останнє викликає зусилля, що розтягують, в бетоні, розтріскування і руйнування захисного шару, з усіма негативними наслідками для довговічності залізобетонної конструкції.

Під вогнестійкістю розуміють опір бетону короткочасному впливу вогню при пожежі. Під жаростійкістю розуміють стійкість бетону при тривалій та постійній дії високих температур в умовах експлуатації теплових агрегатів (жаростійкий бетон). Бетон належить до вогнестійких матеріалів.Внаслідок порівняно малої теплопровідності бетону короткочасна дія високих температур не встигає викликати значного нагрівання бетону і арматури, що знаходиться під захисним шаром. Значно небезпечніше поливання сильно розігрітого бетону холодною водою (при гасінні пожежі), вона неминуче викликає утворення тріщин, руйнування захисного шару і оголення арматури при дії високих температур, що триває.

В умовах тривалої дії високих температур звичайний бетон на портландцементі не придатний до експлуатації за температури вище 250°. Встановлено, що при нагріванні звичайного бетону вище 250-300 ° відбувається зниження міцності з розкладанням оксиду гідрату кальцію і руйнуванням структури цементного каменю. При температурі вище 550° зерна кварцу в піску та гранітному щебені починають розтріскуватися внаслідок переходу кварцу при цих температурах в іншу модифікацію (тридиміт), що пов'язано зі значним збільшенням обсягу зерен кварцу та утворенням мікротріщин у місцях зіткнення цементів зерен заповнювача. При подальшому підвищенні температури руйнуються інші структурні елементи звичайного бетону. Науковими роботами, а також практикою встановлена можливість отримання на основі портландцементу жарозривкого бетону, стійкого до температури 1100-1200 ° і більше.

Для цього в бетон необхідно вводити тонкомолоті кремнеземисті або алюмокремнеземисті добавки, що зв'язують вільний гідроксид кальцію, що виділяється при гідратації цементу. Як заповнювачів застосовують матеріали, що мають достатній ступінь вогнетривкості і термостійкості, наприклад хромистий залізняк, шамот, базальт, андезит, відвальний доменний шлак, туфи і цегляний щебінь. Максимальна температура, що витримується конструкціями, залежить від вогнетривкостіта термостійкості заповнювачів та тонкомолотих добавок. Так, при застосуванні шамоту та мелених добавок максимальна експлуатаційна температура жарозривких бетонів на портландцементі досягає 1100-1200 °. При максимальній експлуатаційній температурі 700 ° можна в якості заповнювачів бетону застосовувати базальт, діабаз, андезит, відвальний доменний шлак, артикський туф, бій глиняної цегли, а в якості тонкомолотих добавок - пемзу, золу-унос, гранульований доменний шлак. Для таких самих температур (до 700°) допускається заміна портландцементу в бетоні шлако-портландцементом без введення в цьому випадку тонкомолотих добавок. Для приготування жарозривкого бетону з експлуатаційною температурою до 1300-1400 ° слід застосовувати глиноземистий цемент з дрібним і великим заповнювачами з шамоту або хромистого залізняку. Тонкомолоті добавки для зв'язування гідроксиду кальцію в цьому випадку не потрібні. Як в'яжучий для жаротривкого бетону з максимальною температурою до 900-1000 ° можна застосовувати також рідке скло з кремнефтористим натрієм.

Цементний камінь у бетоні як компонент зазвичай менш стійкий, ніж кам'яні наповнювачі, при впливі на бетон хімічно агресивних агентів руйнується в першу чергу. Всі причини корозії бетону на портландцементі можуть бути зведені до таких основних груп:

фізичне розчинення та винесення фільтруючої крізь бетон м'якою, прісною водою гідрату окису кальцію та інших розчинних сполук, що входять до складу цементного каменю (явище вилуговування). Корозія цього виду пов'язана з прогресуючим зменшенням густини бетону;
взаємодія компонентів цементного каменю, насамперед гідрату окису кальцію, з вільними кислотами, які можуть утримуватися у воді. В результаті цьоговзаємодії утворюються відносно легко розчинні солі цих кислот (CaSO4, СаСl2, Са(НСО3)2 та ін.), що легко вимиваються водою з бетону;
взаємодія солей, що містяться в мінералізованих водах, зокрема сульфатних або магнезіальних, зі складовими частинами цементного каменю, наприклад Са(ОН)2, ЗСаО • Аl2О3 • 6Н2О; в результаті можуть відбуватися обмінні реакції з утворенням у цементному камені нових сполук, легше розчинних у воді, ніж вихідні компоненти цементного каменю, наприклад, утворення під дією сульфатних солей замість Са(ОН)2 легко розчинного гіпсу. Гіпс при кристалізації збільшується в обсязі, що може призвести до внутрішньої напруги та утворення тріщин, що підсилюють процеси корозії бетону та арматури.