Стойкость бетона в агрессивных средах. Агрессивность цемента


СТОЙКОСТЬ БЕТОНА В АГРЕССИВНЫХ СРЕДАХ

ВЫСОКОПРОЧНЫЙ БЕТОН

Самым нестойким компонентом бетона является цемент­ный камень, как наиболее химически активный и вслед­ствие этого подверженный опасности разрушения в резуль­тате химического действия агрессивной окружающей среды.

При соединении цемента с водой происходят процессы гидролиза и гидратации минералов цементного клинкера, в результате чего образуются сложные гидратированные соединения.

Согласно взглядам П. А. Ребиндера, процесс твердения цементного камня описывается следующей схемой. В пер­вый момент происходит смачивание частиц и растворение в воде наиболее растворимых соединений клинкера, таких как щелочные металлы натрия и калия, гидрат окиси каль­ция (известь) и гипс. По мере их растворения образуются перенасыщенные растворы. Далее происходит кристалли­зация новообразований и формирование кристаллов раз­личных размеров. Попутно часть новообразований вы­деляется в виде каллоидных частиц, обладающих свойства­ми геля. По мере кристаллизации образуются пленки, пре­пятствующие контакту воды с минералами цемента, в ре­зультате чего процесс гидратации начинает тормозиться.

Из работ [38, 107] следует, что и процессы гидратации, и, следовательно, образование структуры цементного кам­ня зависят не только от химического и минералогического

Составов цемента, скорости химических реакций, но также и от физических условий протекания этих процессов. Чем больше поверхность цемента, (например, быстротвер - деющих), тем больше компонентов переходит в раствор в единицу времени, т. е. тем быстрее идет схватывание и твер­дение цемента. В свою очередь, чем больше поверхность

Цемента, тем больше должно быть воды, удерживаемой мо­лекулярными силами на поверхности частиц цемента и но­вообразований и далее не участвующей в растворении ве­щества в процессе гидратации. Из-за слишком тонкого из­мельчения цемента быстро загустевает бетонная смесь, что ведет к потере эффекта увеличения прочности бетона по времени. Оптимальная тонкость помола применяемого цемента должна характеризоваться удельной его поверх­ностью около 3000—3200 см2!г.

При более грубом помоле процесс твердения замедляет­ся, а при более тонком помоле долговечность бетона сни­жается, так как в течение длительной эксплуатации соору­жения не будет происходить «самозалечивание» микротре­щин, возникающих в бетоне при появлении внутренних растягивающих напряжений.

Процессы твердения в бетоне сопровождаются корро­зией цементного камня. Эти процессы С. В. Шестоперов [107] описал в виде «кривой долговечности». Н. Плум, Ж. Джессинг и П. Бредсдорф рассматривали обобщенную кривую изменения прочности бетона конструкции во вре­мени. Данные их исследований представлены на рис. 71, где кривая 1 характеризует бетоны, не подвергавшиеся воз­действию агрессивной среды и хранящиеся во влажных ус­ловиях. Кривая 2 характеризует тот же бетон, но хранив­шийся в воздушно-сухих условиях. Как видно из рис. 71, у бетона в месячном возрасте прочность нарастает незна­чительно, но в то же время нет факторов, которые могли бы снизить ее. Кривые 3, 4 и 5 свидетельствуют об умень­шении прочности во времени в результате коррозионных процессов. Причем прочность снижается с различной ин­тенсивностью в зависимости от степени агрессивности среды.

Не останавливаясь подробно на влиянии каждого вида коррозионной среды на бетон, которое достаточно подробно описано в работах В. М. Москвина, Н. А. Мощанского, М. Г. Булгакова, Ф. М. Иванова и др., рассмотрим лишь характер их воздействия на бетон.

В период эксплуатации сооружений возможна так называемая коррозия выщелачивания. Степень опасности процессов выщелачивания определяется прежде всего ус­ловиями взаимодействия бетона и воды. Наиболее опасна фильтрация воды через тело бетона под напором. При этом известь и гипс выщелачиваются из бетона, а затем растворяются с разложением на гидросиликаты и гидро­алюминаты кальция.

В ряде случаев конструкции и сооружения находятся под воздействием природных[4] или промышленных вод с повышенной кислотностью.

Степень кислотности воды характеризуется водород­ным показателем рН. Считается, что кислотность раствора тем больше, чем больше кислоты диссоциирует на ионы. Кислотность раствора повышается и с увеличением кон­центр ации кислоты.

Показатель концентрации ионов водорода рН в воде, равный + 7, как это принято считать, указывает на то, что вода нейтральна. При слабой кислотности этот показатель равен + (4ч-6). В более концентрированных растворах сильных кислот значение рН равно + (1—2).

Общекислотную агрессивность воды (среды для железо­бетонных конструкций) при различной плотности бетона определяют по данным, приведенным в табл. 19 [38].

Для щелочных растворов рН > 7. Так, например, в щелочной среде при рН > 12 железо пассивируется в

Плотность бетона

РН для открытого водоема или сильно-и среднефильтрующих грунтов с коэффициен­том фильтрации более 0,1 м/сутки

РН для слабофиль - трующих грунтов с коэффициентом фильтрации менее 0, 1 м/сутки

При степени агрессивности

Слабой

Сред­ней

Силь­ной

Слабой

Сред­ней

Силь­ной

Нормальная ....................

6,5-6

6—5

5-4

4—3

Повышенная.....................

6—5

5—4

<4

5-4

4—3

<3

Особо высокая. . . .

5-4

4—2

<2

4—3

3—2

<2

Результате образования защитной пленки окислов и не подвергается коррозии во влажной среде.

Избыточное количество в воде свободной углекислоты и углекислых солей делает ее агрессивной по отношению к бетону. Принято считать, что вода нормальной плотности слабоагрессивна для бетонов, если она содержит не более 40 мг/л углекислоты. С повышением содержания С02 вода становится агрессивной. Опыты показывают, что вода, со­держащая агрессивную углекислоту, для бетонов высокой плотности безопасна.

Интенсивную коррозию в бетонных и железобетонных конструкциях может вызывать вода, содержащая серно­кислые соли. К наиболее распространенным в природных водах сернокислым солям, которые называются сульфата­ми, относятся сернокислый кальций (гипс), сернокислый натрий и сернокислый магний.

При обычной температуре водные растворы этих солей имеют различную растворимость, поэтому они по-разному взаимодействуют с компонентами цементного камня в бетоне. Продукты реакции каждой из этих солей получаются также различные.

Главным реагирующим компонентом рассматриваемой агрессивной сульфатной среды является общий для них анион SO4. Установлено, что скорость химического связы­вания гипса зависит от количества алюминатов, содер­жащихся в цементном клинкере. Количество гипса, ко­торое может быть химически связано с минералами цемента за определенное время, зависит от тонкости помола це­мента. Одновременное увеличение тонкости помола и ко­личества гипса значительно повышает стойкость цемент­ного камня к действию растворов сульфатов, при этом обя­зательным является совместный тонкий помол цемента и гипса.

В плотной структуре бетона при наличии в его цементном камне сульфатов увеличение твердой фазы и вследствие этого стремление бетона к расширению может наблюдаться только в поверхностных слоях элемента конструкции. В по­ристых структурах расширение бетона и образование тре­щин отмечаются уже во всем объеме элемента.

Таким образом, в случае действия сульфатов бетон раз­рушается тем интенсивнее, чем больше его пористость и проницаемость.

При наличии в воде солей магния возможна так назы­ваемая магнезиальная коррозия. В первое время при дей­ствии на бетон такого сульфата уже в поверхностном слое химически связывается поступающий магний-ион. Про­исходит временное уплотнение бетона и замедляется про­никание в него агрессивного вещества. Однако осадок гид­рата окиси магния не является непроницаемым. Постепенно раствор проникает в толщу бетону. Так как реакции между минералами, составляющими цементный камень, и солями магния в первую очередь происходят в зоне контактов с заполнителями (эти зоны являются также зонами наиболь­ших напряжений), то прочность бетона здесь снижается осо­бенно интенсивно.

Разрушение бетона возможно из-за накопления в его порах солей, кристаллизации их и дальнейшего перехода этих солей из безводной или маловодной формы в кристалло­гидраты с высоким содержанием воды. Наиболее часто такие явления наблюдаются в морских сооружениях, которые частично погружены в воду и имеют открытую для испа­рения поверхность. В таких сооружениях, если не принять необходимые меры, возможно накопление раствора солей за счет капиллярного подсоса и последующего испарения воды из наружных частей конструкции.

Образование кристаллогидратов сопровождается из­менением объема солей. В процессе превращения таких солей, как, например, хлористого натрия или сернокислого' натрия из безводной формы в кристаллогидраты, их объем увеличивается соответственно в 2,3 и 4,1 раза. Следователь­но, при достаточно высоком содержании в бетоне указанных солей изменение их объема может приводить к разрушению бетона.

Вода счиїгается агрессивной, если содержание раство­римых солей в ней превышает для бетона нормальной плот­ности 10 г/л, повышенной плотности — 20 г/л, особо плот­ного — 50 г/л.

Причиной разрушения бетона могут быть процессы, ко­торые проходят в зоне контакта поверхности кремнезема заполнителя некоторых пород и щелочей, содержащихся в цементе или вводимых в состав бетона при его затворении. В этом случае разрушение сопровождается увеличением объема бетона, появлением сетки трещин на нем, а также белых налетов у этих трещин. Процесс разрушения бетона от такого вида коррозии протекает только в воздушно - влажных условиях переменной влажности.

Жесткие режимы термовлажностной обработки бетона также отрицательно сказываются на структурообразо - вании и, следовательно, на его коррозионной стойкости. Повышает опасность коррозионного разрушения и напря­женное состояние бетона в растянутых зонах, а также при высоких напряжениях в сжатой зоне конструкций за счет образования в них микро - и макротрещин.

Арматура железобетонных конструкций, если она не­достаточно защищена бетоном, поддается коррозии при дей­ствии влаги и кислорода воздуха. В бетоне на обычном порт­ландцементе водный раствор, заполняющий поры цемент­ного камня, насыщен гидратом окиси кальция Са(ОН)2. Для арматуры создается благоприятная щелочная реак­ция. В такой среде величина рН = 12^-13 и сталь нахо­дится в пассивном состоянии. При рН < 5 возникают ус­ловия, при которых арматура подвергается значительной коррозии.

При недостаточной толщине защитного слоя и наличии в нем трещин в арматуре может возникать атмосферная коррозия, скорость которой в значительной степени зависит от климатических условий, а также от характера агрессив­ной среды. Существенную роль при этом играет повышенная влажность, в которой находится конструкция.

Коррозия арматуры может возникнуть в результате карбонизации извести в бетоне защитного слоя. Это проис­ходит в результате воздействия углекислоты, содержа­щейся в воздухе, которая нейтрализует известь цемент­ного камня и приводит к потере щелочности. Процесс кар­бонизации ускоряется при наличии в защитном слое трещин и недостаточной плотности бетона.

При наличии в бетоне хлористого натрия и кальция в весьма короткие сроки в железобетонных конструкциях может интенсивно развиваться коррозия арматуры. Ионы хлора, являясь деполяризаторами кислорода на аноде, создают условия для развития электрохимических про­цессов коррозии стали в щелочной среде [38].

В сооружениях из железобетона, работающих при на­личии блуждающих токов или токов утечки, может раз­виваться электрокоррозия. В таком случае арматура ста­новится анодом и происходит процесс ее окисления.

Таким образом, долговечность бетонных и железобетон­ных конструкций определяется условиями внешней среды, т. е. климатом местности, составом воздуха, воды и грунта, а также особенностями контакта между внешней средой и наружными поверхностями конструкции. Характеристика основных видов коррозий, которым могут подвергаться конструкции. из высокопрочных бетонов, приведена в табл. 20 [38].

Один из основных путей повышения долговечности бе­тонных конструкций при воздействии различных агрес­сивных сред — создание плотного бетона. Высокопроч­ные бетоны, имеющие, как правило, достаточно однород­ную структуру и повышенную плотность, более устойчивы при работе в таких условиях.

При этом очень важно обеспечить получение эффектив­ного защитного слоя (в конструкциях, предназначенных для - работы в агрессивных условиях, толщина защитного слоя должна быть не менее 20 мм) и повышение трещино - стойкости железобетонных конструкций. По данным НИИЖБ, ЦНИИПромзданий и Промстройпроекта, тре - щиностойкость конструкций, находящихся в сильноаг - рессйвной среде, в ряде случаев должна быть повышена за счет некоторого дополнительного расхода напрягаемой арматуры до 10—20%, а также за счет повышения марки бетона. При применении высокопрочных бетонов, изготов­ляемых, как правило, с низкими ВІЦ, возможно пониже­ние скорости карбонизации цементного раствора.

Одним из радикальных средств защиты конструкций от воздействия агрессивных сред является применение различного вида покрытий [68]. Покрытия, нанесенные после распалубки на поверхность конструкции, способ­ствуют нормальному процессу твердения бетона и в зна­чительной степени предупреждают появление и развитие усадочных трещин.

Агрессивный фактор

Коррозионные процессы

Выщелачи­вание (пер­вый вид)

Растворе­ние, уси­ленное хи­мическими реакциями (второй вид)

Образование в структуре бетона но­вых веществ с увеличе­нием объема (третий вид)

Электро­коррозия

Газовая коррозия

Растворяющая спо­собность воды

Содержание ионов водорода

Содержание солей

Содержание фатов

Содержание суль­фатов при одновре­менном содержании хлоридов

Высокое содержа­ние солей при нали­чии испаряющей по­верхности

Прохождение по­стоянного электри­ческого тока

Содержание в ат­мосфере кислых газов

Растворение гидрата окиси кальция и гидро­лиз гидросиликатов и других минералов це­ментного камня

Растворение минера­лов цементного камня, усиленное действием кислот

То же, сопровождаю­щееся обменными реак­циями с солями, в пер­вую очередь с солями магния

Образование гидро- сульфоалюмината каль­ция со значительным увеличением объема

Образование двувод- ного гипса с тем же эф­фектом

Накопление в порах бетона солей, способных переходить в другие кристаллогидратные фор­мы с изменением объема

Электролиз компонен­тов цементного камня с разрушением контактов

То же, что и при кор­розии второго вида

Кислород и повы­шенная влажность воздуха

Атмосфер­ная корро­зия

Электро­коррозия

Прохождение по­стоянного электри­ческого тока

Электрохимическое окисление и образование гидроокисей

Анодное растворение

В последнее время в бетонную смесь вводят воздухо - вовлекающие или газообразующие добавки, способствую­щие повышению стойкости бетона к внешним воздей­ствиям.

При условии, если конструкции эксплуатируются в среде с повышенной агрессивностью, применяют специа­льные способы защиты [38].

Кольца колодцев были и остаются очень востребованным строительным материалом. К слову, кольца колодцев приобретают не только те, чья деятельность связана с водоснабжением и канализацией, но и телефонисты, Интернет-провайдеры и, конечно …

Полученное выражение (V.15) дает возможность сфор­мулировать общее положение о характере зависимости меж - ду упругими и прочностными свойствами тяжелого бето­на. Особенность этой связи заключается в том, что оца не является …

Об усадке тяжелого бетона имеется не меньше экспе­риментальных данных, чем о его ползучести. Попытки- использовать эти данные для получения общих количест­венных закономерностей явления содержатся в ряде работ. При оценке возможной …

msd.com.ua

Стойкость бетона в агрессивных средах

14.03.2011

Самым нестойким компонентом бетона является цементный камень, как наиболее химически активный и вследствие этого подверженный опасности разрушения в результате химического действия агрессивной окружающей среды.

При соединении цемента с водой происходят процессы гидролиза и гидратации минералов цементного клинкера, в результате чего образуются сложные гидратированные соединения.

Согласно взглядам П. А. Ребиндера, процесс твердения цементного камня описывается следующей схемой. В первый момент происходит смачивание частиц и растворение в воде наиболее растворимых соединений клинкера, таких как щелочные металлы натрия и калия, гидрат окиси кальция (известь) и гипс. По мере их растворения образуются перенасыщенные растворы. Далее происходит кристаллизация новообразований и формирование кристаллов различных размеров. Попутно часть новообразований выделяется в виде каллоидных частиц, обладающих свойствами геля. По мере кристаллизации образуются пленки, препятствующие контакту воды с минералами цемента, в результате чего процесс гидратации начинает тормозиться.

Из работ [38, 107] следует, что и процессы гидратации, и, следовательно, образование структуры цементного камня зависят не только от химического и минералогического составов цемента, скорости химических реакций, но также и от физических условий протекания этих процессов. Чем больше поверхность цемента, (например, быстротвердеющих), тем больше компонентов переходит в раствор в единицу времени, т. е. тем быстрее идет схватывание и твердение цемента.  В свою очередь, чем больше поверхность цемента, тем больше должно быть воды, удерживаемой молекулярными силами на поверхности частиц цемента и новообразований и далее не участвующей в растворении вещества в процессе гидратации. Из-за слишком тонкого измельчения цемента быстро загустевает бетонная смесь, что ведет к потере эффекта увеличения прочности бетона по времени. Оптимальная тонкость помола применяемого цемента должна характеризоваться удельной его поверхностью около 3000—3200 см/1г.

При более грубом помоле процесс твердения замедляется, а при более тонком помоле долговечность бетона снижается, так как в течение длительной эксплуатации сооружения не будет происходить «самозалечивание» микротрещин, возникающих в бетоне при появлении внутренних растягивающих напряжений.

Процессы твердения в бетоне сопровождаются коррозией цементного камня. Эти процессы С. В. Шестоперов [107] описал в виде «кривой долговечности». Н. Плум, Ж. Джессинг и П. Бредсдорф рассматривали обобщенную кривую изменения прочности бетона конструкции во времени. Данные их исследований представлены на рис. 71, где кривая 1 характеризует бетоны, не подвергавшиеся воздействию агрессивной среды и хранящиеся во влажных условиях. Кривая 2 характеризует тот же бетон, но хранившийся в воздушно-сухих условиях. У бетона в месячном возрасте прочность нарастает незначительно, но в то же время нет факторов, которые могли бы снизить ее. Причем прочность снижается с различной интенсивностью в зависимости от степени агрессивности среды.

Не останавливаясь подробно на влиянии каждого вида коррозионной среды на бетон, которое достаточно подробно описано в работах В. М. Москвина, Н. А. Мощанского, М. Г. Булгакова, Ф. М. Иванова и др., рассмотрим лишь характер их воздействия на бетон.

В период эксплуатации сооружений возможна так называемая коррозия выщелачивания. Степень опасности процессов выщелачивания определяется прежде всего условиями взаимодействия бетона и воды. Наиболее опасна фильтрация воды через тело бетона под напором. При этом известь и гипс выщелачиваются из бетона, а затем растворяются с разложением на гидросиликаты и гидроалюминаты  кальция.

В ряде случаев конструкции и сооружения находятся под воздействием природных1 или промышленных вод с   повышенной   кислотностью.

Степень кислотности воды характеризуется водородным показателем рН. Считается, что кислотность раствора тем больше, чем больше кислоты диссоциирует на ионы. Кислотность раствора повышается и с увеличением концентрации   кислоты.

Показатель концентрации ионов водорода рН в воде, равный + 7, как это принято считать, указывает на то, что вода нейтральна. При слабой кислотности этот показатель равен -f- (4ч-6). В более концентрированных растворах сильных  кислот значение рН  равно + (1—2).

Общекислотную агрессивность воды (среды для железобетонных конструкций) при различной плотности бетона определяют по данным, приведенным в табл. 19 [38].

Для щелочных растворов рН > 7. Так, например, в щелочной   среде  при   рН > 12 железо   пассивируется в результате образования защитной пленки   окислов и не подвергается коррозии во влажной среде.

Избыточное количество в воде свободной углекислоты и углекислых солей делает ее агрессивной по отношению к бетону. Принято считать, что вода нормальной плотности слабоагрессивна для бетонов, если она содержит не более 40 мг/л углекислоты. С повышением содержания СО2 вода становится агрессивной. Опыты показывают, что вода, содержащая агрессивную углекислоту, для бетонов высокой плотности безопасна.

Интенсивную коррозию в бетонных и железобетонных конструкциях может вызывать вода, содержащая сернокислые соли. К наиболее распространенным в природных водах сернокислым солям, которые называются сульфатами, относятся сернокислый кальций (гипс), сернокислый натрий  и  сернокислый магний.

При обычной температуре водные растворы этих солей имеют различную растворимость, поэтому они по-разному взаимодействуют с компонентами цементного камня в бетоне. Продукты реакции каждой из этих солей получаются также различные.

Главным реагирующим компонентом рассматриваемой агрессивной сульфатной среды является общий для них анион SOi'. Установлено, что скорость химического связывания гипса зависит от количества алюминатов, содержащихся в цементном клинкере. Количество гипса, которое может быть химически связано с минералами цемента за определенное время, зависит от тонкости помола цемента. Одновременное увеличение тонкости помола и количества гипса значительно повышает стойкость цементного камня к действию растворов сульфатов, при этом обязательным является совместный тонкий помол цемента и гипса.

В плотной структуре бетона при наличии в его цементном камне сульфатов увеличение твердой фазы и вследствие этого стремление бетона к расширению может наблюдаться только в поверхностных слоях элемента конструкции. В пористых структурах расширение бетона и образование трещин отмечаются уже во всем объеме элемента.

Таким образом, в случае действия сульфатов бетон разрушается тем интенсивнее, чем больше его пористость и проницаемость.

При наличии в воде солей магния возможна так называемая магнезиальная коррозия. В первое время при действии на бетон такого сульфата уже в поверхностном слое химически связывается поступающий магний-ион. Происходит временное уплотнение бетона и замедляется проникание в него агрессивного вещества. Однако осадок гидрата окиси магния не является непроницаемым. Постепенно раствор проникает в толщу бетону. Так как реакции между минералами, составляющими цементный камень,и солями магния в первую очередь происходят в зоне контактов с заполнителями (эти зоны являются также зонами наибольших напряжений), то прочность бетона здесь снижается особенно интенсивно.

Разрушение бетона возможно из-за накопления в его порах солей, кристаллизации их и дальнейшего перехода этих солей из безводной или маловодной формы в кристаллогидраты с высоким содержанием воды. Наиболее часто такие явления наблюдаются в морских сооружениях, которые частично погружены в воду и имеют открытую для испарения поверхность. В таких сооружениях, если не принять необходимые меры, возможно накопление раствора солей за счет капиллярного подсоса и последующего испарения воды из наружных частей конструкции.

Образование кристаллогидратов сопровождается изменением объема солей. В процессе превращения таких солей, как, например, хлористого натрия или сернокислого" натрия из безводной формы в кристаллогидраты, их объем увеличивается соответственно в 2,3 и 4,1 раза. Следовательно, при достаточно высоком содержании в бетоне указанных солей изменение их объема может приводить к разрушению бетона.

Вода считается агрессивной, если содержание растворимых солей в ней превышает для бетона нормальной плотности 10 г/л, повышенной плотности — 20 г/л, особо плотного — 50 г/л.

Причиной разрушения бетона могут быть процессы, которые проходят в зоне контакта поверхности кремнезема заполнителя некоторых пород и щелочей, содержащихся в цементе или вводимых в состав бетона при его затворении. В этом случае разрушение сопровождается увеличением объема бетона, появлением сетки трещин на нем, а также белых налетов у этих трещин. Процесс разрушения бетона от такого вида коррозии протекает только в воздушно-влажных условиях переменной влажности.

Жесткие режимы термовлажностной обработки бетона также отрицательно сказываются на структурообразо-вании и, следовательно, на его коррозионной стойкости. Повышает опасность коррозионного разрушения и напряженное состояние бетона в растянутых зонах, а также при высоких напряжениях в сжатой зоне конструкций за счет образования в них микро- и макротрещин.

Арматура железобетонных конструкций, если она недостаточно защищена бетоном, поддается коррозии при действии влаги и кислорода воздуха. В бетоне на обычном портландцементе водный раствор, заполняющий поры цементного камня, насыщен гидратом окиси кальция Са(ОН)2. Для арматуры создается благоприятная щелочная реакция. В такой среде величина рН = 12-^-13 и сталь находится в пассивном состоянии. При рН <С 5 возникают условия, при которых арматура подвергается значительной коррозии.

При недостаточной толщине защитного слоя и наличии в нем трещин в арматуре может возникать атмосферная коррозия, скорость которой в значительной степени зависит от климатических условий, а также от характера агрессивной среды. Существенную роль при этом играет повышенная влажность, в которой находится конструкция.

Коррозия арматуры может возникнуть в результате карбонизации извести в бетоне защитного слоя. Это происходит в результате воздействия углекислоты, содержащейся в воздухе, которая нейтрализует известь цементного камня и приводит к потере щелочности. Процесс карбонизации ускоряется при наличии в защитном слое трещин и недостаточной плотности бетона.

При наличии в бетоне хлористого натрия и кальция в весьма короткие сроки в железобетонных конструкциях может интенсивно развиваться коррозия арматуры. Ионы хлора, являясь деполяризаторами кислорода на аноде, создают условия для развития электрохимических процессов коррозии стали в щелочной среде  [38].

В сооружениях из железобетона, работающих при наличии блуждающих токов или токов утечки, может развиваться электрокоррозия. В таком случае арматура становится анодом и происходит процесс ее окисления.

Таким образом, долговечность бетонных и железобетонных конструкций определяется условиями внешней среды, т. е. климатом местности, составом воздуха, воды и грунта, а также особенностями контакта между внешней средой и наружными поверхностями конструкции. Характеристика основных видов коррозии, которым могут подвергаться конструкции . из высокопрочных бетонов, приведена в  табл.   20   [38].

Один из основных путей повышения долговечности бетонных конструкций при воздействии различных агрессивных сред — создание плотного бетона. Высокопрочные бетоны, имеющие, как правило, достаточно однородную структуру и повышенную плотность, более устойчивы при работе в таких условиях.

При этом очень важно обеспечить получение эффективного защитного слоя (в конструкциях, предназначенных для работы в агрессивных условиях, толщина защитного слоя должна быть не менее 20 мм) и повышение трещино-стойкости железобетонных конструкций. По данным НИИЖБ, ЦНИИПромзданий и Промстройпроекта, тре-щиностойкость конструкций, находящихся в сильноагрессивной среде, в ряде случаев должна быть повышена за счет некоторого дополнительного расхода напрягаемой арматуры до 10—20%, а также за счет повышения марки бетона. При применении высокопрочных бетонов, изготовляемых, как правило, с низкими В/Ц, возможно понижение скорости карбонизации цементного раствора.

Одним из радикальных средстз защиты конструкций от воздействия агрессивных сред является применение различного вида покрытий [68]. Покрытия, нанесенные после распалубки на поверхность конструкции, способствуют нормальному процессу твердения бетона и в значительной степени предупреждают появление и развитие усадочных трещин.

В последнее время в бетонную смесь вводят воздухо-вовлекающие или газообразующие добавки, способствующие повышению стойкости бетона к внешним воздействиям.

При условии, если конструкции эксплуатируются в среде с повышенной агрессивностью, применяют специальные способы защиты [38].

 

"Высокопрочный бетон"

contros.ru

ГЛАВА 10. СТОЙКОСТЬ ЦЕМЕНТОВ И БЕТОНОВ ПРОТИВ ДЕЙСТВИЯ ХИМИЧЕСКИХ И ФИЗИЧЕСКИХ АГРЕССИВНЫХ ФАКТОРОВАгрессивное действие на цемент некоторых органических веществ и защита бетона

Из органических кислот очень агрессивно влияют на портландцементы и бетоны уксусная, молочная, масляная и винная, содержащиеся обычно наряду с другими в пищевых продуктах и отходах от их изготовления.В таких маслах и жирах,  как  льняное,   хлопковое, тунговое, рыбий жир и т. д., содержатся высокомолекулярные кислоты жирного ряда, насыщенные и ненасыщенные (олеиновая, стеариновая, пальмитиновая и др.), в виде сложных эфиров и отчасти в свободном виде. Они разрушают цементный камень, а следовательно, и бетон. Это объясняется тем, что при действии гидрокснда кальция на жиры и масла они омыляются с образованием соответствующих многоатомных спиртов и жирных кислот. Последние реагируют с Са(ОН)2, образуя соли. Например, из олеина образуются олеат кальция и глицерат кальция. Растворы глицерина также агрессивно действуют на цементные бетоны.Сырая нефть характеризуется среднеагрессивным воздействием на бетон, минеральные же масла, нефтяные дистилляты слабоагрессивны. Продукты разгонки каменноугольных смол, содержащие фенолы, могут агрессивно влиять на бетон.Мероприятия, обеспечивающие требуемую долговечность бетонов в условиях агрессивной среды, должны предусматривать применение плотных бетонов; использование специального цемента, который обеспечивал бы сохранность бетона в агрессивной среде, если обычный цемент в плотном бетоне не гарантирует этого; специальные меры по защите, если применение плотного бетона и специального цемента не обеспечивает его долговечности.При мягких водах, когда возможно выщелачивание из бетона гидроксида кальция, целесообразнее всего применять пуццолановые и шлаковые портландцементы, в которых, как уже отмечалось, активный кремнезем связывает оксид кальция в низкоосновныи малорастворпмый гидросиликат типа, по Р. Боггу, CSH (В) [или по Х.Тейлору, С—S—Н (I)]. При этом следует учитывать, что бетоны на этих цементах имеют часто пониженную морозостойкость. Вследствие этого пуццолановые портландцементы нельзя использовать в зонах с меняющимся уровнем воды, например в гидротехнических сооружениях.

При сульфатной агрессии целесообразно также применять пуццолановые и шлаковые портландцементы, но тогда, когда бетоны не будут подвергаться частым попеременным замерзаниям и оттаиваниям. В последнем случае следует применять сульфатостойкие портландцементы с пониженным содержанием С3А  (не более 5%) и умеренным содержанием C4AF. При больших же концентрациях сульфатов прибегают обычно к специальным защитным мероприятиям. Иногда в сульфатостойчие портландцементы вводят пуццолановые добавки 5—8%. В тяжелых климатических условиях целесообразно применять чистые высокоактивные цементы без добавок. Это позволяет получать бетоны высокой плотности. Следует отметить, что долговечность бетонов зависит в основном от их плотности.Сульфатостойкость бетонных изделий резко возрастает при их тепловлажпостной обработке в автоклавах под давлением пара 0,8—1,5 МПа (изб.). В этом случае гидроксид кальция, взаимодействуя с кремнеземистыми порошковидными добавками и компонентами бетонной смеси, дает малорастворимые гидросиликаты типа (CSH(B), а также гидрогранаты ЗСаО- (Al, Fe)203-•/zSiCV (6—2л)Н20, характеризующиеся высокой сульфатостойкостью. Высокая плотность и водонепроницаемость бетонов зависят не только от правильного проектирования их составов, использования высококачественных заполнителей, но и от введения в них поверхностно-активных добавок— пластифицирующих (типа ССБ), воздухововлекающих и гидрофобизирующих (омыленный древесный пек, абиетат натрия, ГКЖ и др.). а также некоторых полимеров в виде замазок, мастик и полимер-растворов. Если применение соответствующего цемента и придание бетону требуемой водонепроницаемости не позволяют получить бетон, долговечный в той или иной агрессивной среде, то его изолируют от окружающей среды. Для этого прибегают к двух-трехкратной окраске поверхностей битумной эмульсией, покрытию расплавленным битумом, оклейке рулонными материалами типа гидроизола, оштукатуриванию горячими асфальтовыми мастиками и т. п. (см. СНиП П-28-73*). При углекислой агрессивности воды вокруг бетонной конструкции устраивают засыпки из карбонатных пород, способствующие смягчению агрессивности воды при ее фильтрации через эти материалы.

stroiteli-spravochnik-72.odn.org.ua

Определение агрессивности воды

по отношению

к бетонным конструкциям

Теоретическая часть

Агрессивность природных вод,

её виды и значение

для объектов народного хозяйства

Состав воды принято представлять формулой Н2О. Но природные воды не встречаются в чистом виде, в их состав входят растворённые соли, газы, органические вещества и коллоиды. Фактически они представляют собой сложный раствор, т. к. могут содержать более 60 химических элементов.

Химический тип воды определяется преобладающими ионами. Более 90 процентов всех компонентов составляют Сl-, SO42-, СО3-, Nа+, Мg2+, Са2+, К+. Железа, нитритов, нитратов, брома, радиоактивных элементов и других - меньше, но они оказывают существенное влияние на оценку пригодности вод для различных целей.

Использование подземных вод в различных отраслях народного хозяйства требует тщательного изучения их химического состава. Такие сведения чрезвычайно важны для строителей, так как подземные воды определённого состава могут оказывать разрушительное воздействие на различные строительные материалы, в том числе на бетонные сооружения и металлические конструкции. Эта разрушительная способность воды получила название а г р е с с и в н о с т и.

Виды агрессивности различны в отношении воздействия на бетон, среди них выделяются: общекислотная, выщелачивающая, углекислая, сульфатная, магнезиальная. Гидрогеологическими исследованиями установлена закономерность, в соответствии с которой распределение агрессивных вод в земной коре зависит от климатических условий местности. Поэтому можно заранее прогнозировать наличие того или иного вида агрессивности.

  1. Грунтовые воды северных районов и заболоченных территорий России часто содержат продукты разложения торфа и других органических веществ. Входящий в их состав ион водорода Н+ может разъедать бетон, вытесняя содержащийся в нём кальций. Это - о б щ е к и с л о т н а я агрессивность (табл. 1).

  2. Во многих местностях, преимущественно в зонах леса и лесостепи, в составе грунтовых вод часто содержатся гидрокарбонатный ион НСО3- и свободная углекислота СО2, переводящие кальций из бетона в раствор. Такие воды обладают в ы щ е л а ч и в а ю щ е й (табл. 2) и у г л е к и с л о й (табл. 3 и 3а) агрессивностью по отношению к бетону.

  1. В зонах степи, полупустыни и пустыни, особенно в районах распространения солончаков, в составе грунтовых вод присутствуют сульфат-, хлор- и магний ионы.

Сульфат ион SО42- взаимодействует с бетоном, причем образуются новые соединения со значительно (в 2,5 раза) увеличивающимся объёмом - «цементная бацилла», что приводит к постепенному разрушению бетона. Это с у л ь ф а т н а я агрессивность (табл. 4, 5).

  1. Ион магния Мg2+, вытесняя из бетона кальций, тоже разъедает его - м а г н е з и а л ь н а я агрессивность (табл. 6).

Газы (особенно кислород), углекислота, сероводород, а так же различные твердые вещества, растворённые в воде, воздействуют на металлические части конструкций. Наиболее агрессивными по отношению к железным конструкциям являются воды, содержащие кислород и свободную углекислоту. Они обладают кислой реакцией (рН< 7). Разрушающее воздействие агрессивных вод на металлические части конструкций называют к о р р о з и е й. Наибольшую опасность она представляет для свинцовой оболочки кабелей, а также стальных подземных и подводных частей сооружений.

Коррозионную активность оценивают по СН 266-63 «Правила защиты подземных металлических сооружений от коррозии». Оценка качества воды по отношению к бетону проводится по нормам и техническим условиям: Н 114-54 «Бетон гидротехнический. Признаки и нормы агрессивности воды-среды», СН 249-63 «Признаки и нормы агрессивности воды-среды для железобетонных конструкций».

Воздействие агрессивных вод часто превращается в серьёзную технико-экономическую проблему. Например, при откачке из горных выработок (шахт, канав, скважин) вод, обладающих кислотными свойствами, стоимость водоотлива возрастает в 10-15 раз по сравнению с водоотливом в аналогичных горно-геологических условиях при нейтральных водах. Центробежный насос, работающий на нейтральных водах до 2000-3000 часов, при откачке кислотных вод (рН < 3) выходил из строя через 40 - 45 минут. Поэтому неизбежно возникает вопрос о мерах, смягчающих или полностью исключающих агрессивность действия воды.

Теоретически доказана возможность нейтрализации подземных вод кислого состава с помощью порошка известняка или другой карбонатной породы. При бурении скважин, содержащих агрессивные воды, в ряде случаев применяют асбоцементные обсадные трубы. На шахтах при наличии кислых вод применяют кислотоупорное оборудование. В ряде случаев для защиты строительных конструкций, зданий и сооружений от агрессивного воздействия воды применяют гидроизоляцию - устраивают водонепроницаемые покрытия (оболочки), наносимые непосредственно на поверхности или прокладки внутри конструкций. Широко развита в строительной и горнотехнической практике борьба с агрессивностью подземных вод путем устройства дренажей (системы подземных каналов, служащих для понижения уровня подземных вод и осушения территорий) и различных водопонизительных установок.

В бетонных конструкциях к числу эффективных мер защиты относится выбор специальных видов цемента, устойчивых против агрессивного воздействия воды: пуццолановый, шлакопортландцемент и др.

Практическая часть

studfiles.net


Смотрите также