Бетон от воды подвергается разрушениям

Обновлено: 20.05.2024

В научных статьях конца XIX столетия можно встретить рекомендации, как предохранить бетонные сооружения от разрушительного действия грунтовых вод. В них сказано, что необходимо полностью предохранять поверхности бетонного сооружения от соприкосновения с грунтовыми водами путем: прикрытия слоем плотно утрамбованной глины, предохраняющей от размыва наружные поверхности сооружения ниже уровня грунтовых вод; подбора плотных водонепроницаемых бетонов с особо гладкими поверхностями, для чего их необходимо тщательно затирать сложным цементным раствором; покрытия, сооружений органическими материалами (гудроном, каменноугольной смолой и т. д.).

Даже к 1926 г. (периоду строительства Днепрогэса — крупнейшего гидротехнического объекта того времени) не существовало технических требований на водонепроницаемость, химическую стойкость, морозостойкость и ряд других важных свойств бетона.

Приведенные рекомендации, по сути дела, исключали возможность использования бетона в гидротехническом строительстве, так как к агрессивным относились грунтовые воды, хотя многие из них менее агрессивны, чем, например, воды, заполняющие водохранилища в горных местностях.

Рассмотрим причины, вызывающие разрушение бетона агрессивной водой и пути его защиты. Анализ разрушения бетона агрессивными водами позволяет разделить коррозию на три условных вида: коррозию I вида, возникающую при контакте с водой, имеющей малую временную жесткость, когда в бетоне растворяются составные части цементного камня (гидратированные минералы) и продукты реакции выносятся протекающей водой из бетона; коррозию II вида, связанную с действием на цементный камень кислых вод и растворов некоторых солей, в процессах участвуют составные части гидратированного цемента, при этом образуются соединения, не обладающие вяжущими свойствами, продукты обменных реакций растворимы в воде и легко вымываются из бетона; коррозию III вида, связанную с действием на цементный камень растворов солей (преимущественно сульфатных соединений), в результате образуются малорастворимые соли, рост кристаллов которых и вызывает разрушение бетона.

Действия агрессивной воды надо заранее учитывать и не допускать возникновения этих разрушительных по своим результатам процессов. Меры защиты носят комплексный характер и заключаются в выборе вида и марки цемента, заполнителей, подборе и приготовлении плотных бетонов, использовании в ряде случаев конструктивных мер защиты (в том числе гидроизоляции бетона). Для того чтобы рассмотреть механизм разрушения бетона при действии различных по составу агрессивных вод, надо учитывать, что бетон — щелочная среда, благодаря чему и возможно включение в него металла — стальной арматуры при изготовлении железобетона. Снижение щелочности бетона в результате постепенного выщелачивания— сложный процесс, на который решающее влияние оказывает жесткость воды-среды.

Разрушение бетона под воздействием воды, как любой химический процесс, в данном случае гидролитическая диссоциация клинкерных минералов и продуктов новообразования, составляющих цементный камень, зависит от количества этой воды и поверхности цементного камня, контактирующей с водой. Чем плотнее бетон, тем при прочих равных условиях меньше поверхность контакта, из-за которого возникает коррозия. Рассмотрим в общем виде каждый из указанных видов коррозии.

Коррозия I вида. Очень мягкая вода способна воздействовать на поверхность бетона, покрытую карбонатом кальция (СаС03), поэтому именно это обстоятельство приводит к кажущемуся различию в растворении ею больших количеств извести по сравнению с жесткой (более минерализованной) водой. При наличии в воде бикарбонатов систематически происходит карбонизация бетона и, следовательно, значительное повышение его водостойкости. Соединения, растворяющие образовавшиеся карбонатные слои (затвердевшие пленки СаСОз), будут вызывать выщелачивание — удаление из цементного камня извести. В плотном бетоне разрушение резко замедляется, так как уменьшается вынос извести из цементного камня.

Процесс разрушения бетона происходит еще быстрее очень мягкими водами, если применять вяжущие, в продуктах гидролиза и Гидратации которых не присутствует свободная известь (например, При использовании пуццолановых и шлакопортландцементов оптимальных составов, для твердения которых созданы необходимые условия). При одном и том же составе и способах уплотнения бетоны без органических добавок и электролитов по водонепроницаемости можно разместить в следующем порядке (по возрастанию этого показателя, если за эталон взят портландцемент): шлакопортландцемент, пуццолановый портландцемент с гидравлической добавкой — трепелом; пуццолановый портландцемент с гидравлической добавкой — сиштоффом. С течением времени указанный порядок в получении менее водопроницаемых бетонов становится еще более разительным, что связано с процессом твердения.

Процессы связывания извести, выделяющейся при гидролизе и гидратации минерала C3S, можно назвать вторичными. Следовательно, результат уплотнения и повышенная водостойкость цементного камня, а в целом водонепроницаемость бетона сказывается лишь с течением времени, большим, чем период, необходимый для первичных процессов между портландцементом и водой. Научные разработки этого вопроса в наше время значительно продвинулись и позволяют скорректировать указанный порядок распределения вяжущих материалов по эффективности получения бетонов высокой водонепроницаемости. Новые виды шлакопортландцемента позволяют получать бетон с высокой водонепроницаемостью и, в частности, благодаря возможности получать изопластичные смеси по сравнению со смесями на других цементах, но с меньшим содержанием воды.

По расчетам количество извести, выделяющейся при твердении портландцемента, в среднем составляет: на 28 сут. — около 10%, на 90 сут.—около 15% от массы цемента, содержащегося в бетоне. В случае выщелачивания извести и соответствии со степенью растворимости остальных компонентов цементного камня будет происходить их диссоциация, усиливающая коррозию цементного камня. В начале начнется диссоциация высокоосновных гидросиликатов кальция (с основностью от 1,5 до 2 молекул СаО на 1 молекулу Si02) с переходом их в более устойчивый, низкоосновный гидросиликат кальция. По окончании диссоциации гидросиликатов в порядке растворимости гидратированных соединений цемента, после того как концентрация Са(ОН)2 в бетоне (при ее дальнейшем выщелачивании) достигает предельного значения — четырехкальциевого гидроалюмината (1,08 г/л СаО), начнется диссоциация этого соединения и т. д.

Указанная схема лежит в основе процесса коррозии I вида. Она типична для любого вяжущего, однако в других вяжущих основой для возникновения разрушения и скорости этого процесса является иной состав воды и иная плотность бетона. Следует учитывать, что перенос продуктов коррозии в толще сооружений также приводит к уплотнению бетона. На основе большого числа экспериментов разработаны нормы, учитывающие сказанное о возможности уплотнения бетона продуктами коррозии цементного камня, размеры, конструкций, подвергающихся коррозии, и условия поступления мягкой воды в бетон.

Коррозия II вида. В противоположность мягкой воде общее содержание ионов в воде с высокой степенью минерализации достигает нескольких десятков тысяч миллиграммов в литре. Такие воды продвигались в породах, содержащих растворимые минералы. Хлориды, сульфаты и бикарбонаты кальция, магния и натрия (ионы Сl; SO4; HC03; Ca; Mg; Na) в разном количестве содержатся в грунтовых, подземных, речных, океанских и морских водах. Следует очень внимательно относиться к выбору цемента и составу бетона при строительстве в солончаковых почвах и заболоченных местах.

Воды кембрийской системы, имеющие высокую минерализацию (от 2000 до 5000 мг/л), содержат много хлористого натрия. В водах силурийской системы, находящихся в известняках, преобладают бикарбонаты кальция и магния при относительно небольшой минерализации (от 300 до 500 мг/л). Степень минерализации и состав воды девонской системы весьма различны. Вода морских отложений , пермской системы при высокой минерализации содержит значительное количество сульфатов и хлоридов. Степень минерализации указанных вод тем выше, чем они глубже расположены по отношению к поверхности.

Особое внимание следует обращать и на воды заболоченных мест, имеющие низкие значения рН; присутствие органических гуминовых кислот оказывает специфическое, тормозящее действие на твердение бетона. Содержание в воде-среде торфа может не только значительно затормозить процесс твердения бетона (раствора), но и вызвать его разрушение. Перечисленный ионный состав воды (кроме сульфата ионов) вызывает коррозию II вида.

Опыты с применением измельченного торфа в составе песка показали, что при его содержании до 1,3% прочность образцов падает примерно в 2 раза, а при содержании до 2,52% прочность снижается в 6 раз.

Учитывая возможность разрушения бетона (раствора), чрезвычайно важно точно дозировать гипс (CaS04-2H20). Возможны следующие два случая разрушения бетона при воздействии сульфатных вод: 1) чисто сульфоалюминатного, когда в воде-среде незначительна концентрация иона SO4; 2) комплексного воздействия, где кроме иона SO4, при его значительных концентрациях в воде-среде разрушение вызывается также кристаллизацией гипса. Результаты действия сульфатной коррозии на бетон неодинаковы и зависят не только от концентрации иона SO4, но и от солевого состава воды, что отражено в нормах.

Проф. В. В. Кинд показал различие в процессе сульфоалюминат-ной коррозии цементного камня, которое зависит от концентрации иона SO4 в воде-среде. Корродирующее действие солей серной кислоты диссоциированных в воде-среде, таких, как катионы всех металлов, основания (гидраты окислов) которых имеют меньшую по отношению к Са(ОН)2 растворимость в воде, связано с их растворимостью. Например, если катионы Mg, Al с аналогичной им па указанному признаку растворимостью, заполняя капилляры бетона при подсосе воды, соединятся с ней (с гидроксильным анионом извести ОН) в стабильные для этих условий соединения, то резка снизится в цементном камне ее содержание (этот случай типичен для коррозии бетона сточными промышленными водами).

В полностью затопленном страха нет, разве что при фильтрации воды, и вымывании кальция из бетонного камня. А вот переменный уровень обеспечивает доступ и кислорода и воды, что приводит к карбонизации бетона и коррозии арматуры.

По простецки. Если без замораживания/оттаивания то даже в плюс к свойствам бетона. Доступа кислорода нет - коррозии арматуры нет.

Еще смотря какой минералогический и биологический состав "воды" (соли, кислоты, биоактивные вещества и т.п.) + что писали выше

Спасибо огромнейшее всем откликнувшимся. Еще один вопрос. А если фундаментная плита находится в полузатопленном состоянии и зимой вода замерзает. По данным метеослужб минимальная температура за период наблюдений достигала -36 градусов. Этот фактор может иметь какие-то негативные последствия для плиты?
В любом случае еще раз спасибо всем откликнувшимся.

А если фундаментная плита находится в полузатопленном состоянии и зимой вода замерзает. По данным метеослужб минимальная температура за период наблюдений достигала -36 градусов.

Что бы помощь оказывать, может более детально всё опишите: про бетон и его марку/класс, про его заполнитель. А то температура и вода. Вон Волховская гидроэлектростанция уже скоро как 100 лет стоит в воде. А сколько в Петербурге ж/б зданий стоят в воде более 100 лет.

. устойчив, трещиностоек, никогда не ухожу с опоры в пролёт

Частное мнение отдельных индивидумов - это, конечно, интересно. Но что об этом "говорят" нормы?, в частности, смотрим СП 35.13330.2011, табл. 7.7. И не забываем про "марку бетона по морозостойкости (F)"

__________________
Строительный Развод Организованный:
Распилим-Откатим-Кинем-Отмажем-Конкретно Опустим

Это так называемый "коэффициент размягчения", и он лишь косвенно соотносится с эксплуатационной пригодностью конструкций.

. устойчив, трещиностоек, никогда не ухожу с опоры в пролёт

msv_mnv , а для силикатного кирпича(на фото), даже без заморозки/разморозки, водонасыщение вообще смертельно. Нельзя делать цоколя из силикатного кирпича

----- добавлено через ~9 мин. -----

В нормах нет такого термина ( "коэффициент размягчения"). Выдержка из СП 35.13330:
Расчетные сопротивления бетона, приведенные в 7.24 и в таблице 7.6, в соответствующих случаях следует принимать с коэффициентами условий работы согласно таблице 7.7
Offtop: Про "коэффициент размягчения мозга" слыхивал, про "коэффициент размягчения" бетона слышу впервые. Спасибо. буду знать. Только ссылку на норматив, где упоминается "коэф-нт размягчения" - в студию, пожалуйста Offtop: Размягчение мозга (malacia cerebri). см. Энцефаломаляция. 1. Малая медицинская энциклопедия.

----- добавлено через ~19 мин. -----
И ещё, кстати. Смотрим СНиП 3.03.01-87 "Несущие и ограждающие конструкции":
7.3. Кладку кирпичных цоколей зданий необходимо выполнять из полнотелого керамического кирпича. Применение для этих целей силикатного кирпича не допускается.
http://forum.dwg.ru/attachment.php?a. 9&d=1474745561 Offtop: (в Вашем цоколе силикатный кирпич аж позеленел от злости, не нравится ему это)
Аналогичное требование есть и в СП 15.13330.2012 "Каменные конструкции"(табл. 1, 3-я графа)

__________________
Строительный Развод Организованный:
Распилим-Откатим-Кинем-Отмажем-Конкретно Опустим

----- добавлено через ~9 мин. -----

Про кирпич тс и не спрашивал, итак очевидно.
Я помню еще с курса материаловедения, коэффициент размягчения есть отношение прочностей образца материала в водонасыщенном и сухом состояниях соответственно. Это первое. Второе: эта разница прочностей НЕ ПОКАЗЫВАЕТ,сколько можно этот материал (например бетонный камень) эксплуатировать в водонасыщенном состоянии, к тому же например в условиях попеременного замораживания/оттаивания.

Конструкции, выполненные из бетона – дорожки, места для стоянки автомобилей, отмостка – под воздействием осадков и температурных колебаний уже через 2 – 3 года начинают разрушаться, причем основательно.

Сначала крошится крайняя часть, а впоследствии и все сооружение. Причина кроется в выборе марки бетонной смеси и способах ее создания. Но готовые конструкции можно защитить от преждевременного разрушения – будем разбираться, как именно.

Основной причиной разрушения бетона является влага , которая в нем накапливается. При понижении температуры вода в структуре бетона замерзает и расширяется, что приводит к разрушению.

Данный материал классифицируют по морозостойкости ( F ) и количеству влаги, присутствие которой допускается ( W ). Но количество влаги в определенной марке бетона может быть разным.

Например, бетон с показателем морозостойкости F 100 не может иметь показатель водонепроницаемости ниже W 6.

При выборе марки бетона важно обращать внимание не только на показатель морозостойкости F и водонепроницаемости W , но также на уровень прочности – B .

Качественным и долговечным будет материал, имеющий следующие характеристики: для примера, М300 F 150 W 6 В22.5.

Важно понимать, что качественную бетонную смесь подготовить в корыте (вручную) не удастся. Поэтому работы рекомендуется проводить с помощью бетономешалки. Но и это еще не все.

Залогом успеха является правильно выверенная пропорциональность всех компонентов смеси. Особенно это касается соотношения цемента и воды, которое должно быть не более 0.4 – 0.6.

Чтобы на выходе получить качественный материал, при замесе вместо воды лучше добавлять пластификаторы. В «сухом остатке» мы получаем не более 50 литров качественной смеси из первоначальной массы в 100 литров, а сам замес происходит очень долго.

Дозировать воду крайне важно и вот почему

Если «переборщить» с водой, бетон не будет обладать высокой прочностью. Переизбыток жидкости делает бетон слишком подвижным , а после заливки и высыхания в его структуре образуются микроскопические полости.

Именно в этих полостях накапливается влага, которая приводит к разрушению бетонных конструкций . Чтобы предупредить образование полостей в бетоне при его укладке целесообразно использовать вибраторы.

Как защитить бетон от влаги?

Существуют разные способы защиты бетона от воздействия влаги. Если говорить о стадии приготовления, то здесь важно соблюдать соотношение цемента и воды. Если говорить о защите уже готовых конструкций, то для этого стоит использовать специальные гидрофобизаторы , которые:

Образуют на поверхности бетона влагозащитную пленку;
Впитываются в бетон и надежно закупоривают поры, образуя надежный гидробарьер.

Опытные мастера больше склоняются ко второму виду гидрофобизаторов . Объясняется это тем, что защитная пленка со временем тоже разрушается.

А что вы думаете по этому поводу? Пишите свое мнение в комментариях.

Не забывайте ставить лайки, делиться материалом в соцсетях и подписываться на канал.

Бетон – один из наиболее востребованных строительных материалов. Он обладает высокой прочностью и отличными эксплуатационными характеристиками. Бетон, как и любой другой строительный материал, подвержен влиянию множества разрушительных факторов. При выборе строительного материала необходимо учитывать его характеристики, в соответствии с условиями эксплуатации.

Но, иногда необходимо разрушить бетонные сооружения, а для этого нужно знать, как это сделать. Многие думают, что разрушить бетонные сооружения можно только с помощью взрыва, но это не так. Сейчас даже существует специальная техника, которая предназначена для разрушения бетона.

В каких случаях разрушают бетонные сооружения?

Бетонные сооружения могут разрушаться по многим причинам, например, конструкцию больше нельзя использовать. Иногда строители разрушают старый фундамент дома для того, чтобы возвести более прочный.

Часто, на строительстве есть ненужные бетонные блоки, которые подлежат утилизации. Но, для того, чтобы их выбросить, их необходимо разрушить. Это можно сделать с помощью разных способов.

Разрушить бетонные блоки и сооружения можно с помощью взрыва, такой механический способ отлично подходит. Но, помимо него есть ещё несколько способов, они используются того, когда взрыв невозможен.

Методы разрушения бетона

Бетонные конструкции обладают высокой прочностью, поэтому их демонтаж представляет собой комплекс непростых работ. Сейчас существует несколько методов, каждый из которых используется в определённых случаях. Например, есть способ, который помогает разрушать бетон с помощью ультразвука.

К методам разрушения бетона относятся химические, механические и термические способы.

Механические способы

Механические способы разрушения бетона используются часто, с помощью таких способов любой строитель сможет ликвидировать бетонную конструкцию. Работнику понадобится кувалда, с ее помощью бетон разлетится на куски. Скорость разрушения будет зависеть от физической силы, которую будут прикладывать рабочие. Если необходимо разрушить большую бетонную конструкцию, то вам может понадобиться много времени. Для упрощения задачи, необходимо перфоратором сделать несколько дыр в конструкции, это позволит снизить прочность конструкции. Так рабочие смогут быстрее ликвидировать сооружение. Данный метод считается очень сложным, но его можно применять тогда, когда на строительстве нельзя применять специальную технику или электроинструменты.

Механическое разрушение бетона может быть вызвано тремя причинами:

— избыточной проницаемостью. В агрессивной воде необходимо применять очень плотный бетон (300—400 кг/м3);

— наличием полостей и трещин из-за нарушения технологии изготовления бетона, качество которого может быть улучшено поддержанием В/Ц

— эрозией, вызываемой движением воды при скорости более 4 м/с по трубам или большими температурными градиентами.

Химическое разрушение бетона

Причины химического разрушения бетона обусловлены составом цемента и коррозионными свойствами воды. Основные компоненты цемента: оксид кремния, известь, глинозем (содержащий железо), оксид магния и щелочи. Цемент обычно образует щелочную среду, содержащую большое количество солей, подверженных сольватации.

При схватывании цемента, и особенно портландцемента, выделяется значительное количество связанной извести в виде Са(ОН)2 и образуется алюминат кальция «С3А».

В зависимости от состава цемента и химических свойств воды происходит сольватация свободной извести, а иногда и глинозема. Количество основных компонентов в различных цементах приведено в таблице:

Химическое разрушение может быть вызвано несколькими причинами: агрессивностью СО2, действием сильных кислот, аммиака, сульфатов, сильных щелочей, а также бактериальной коррозией с образованием H2S.

Агрессивное действие С02. Бетонные конструкции подвергаются воздействию диоксида углерода в мягкой воде или при содержании в воде избыточного С02 более 15 мг/л. Однако высокая щелочность в порах бетона вызывает образование отложений карбоната кальция и других солей, которые временно замедляют разрушение бетона такой водой.

Действие диоксида углерода не приводит к существенному разрушению бетона, если щелочность, обусловленная бикарбонатом кальция, превышает 1—1,2 мг*экв/л и pH выше 6,5, что соответствует условиям, близким к углекислотному равновесию.

Разрушение бетона сильными кислотами. Коррозия бетона резко усиливается с повышением растворимости образующихся солей кальция. Скорость коррозии бетона возрастает в присутствии фосфорной, серной, азотной, соляной и других кислот. Органические кислоты также вызывают коррозию бетона.

Если кислотность среды не очень высокая, коррозионную стойкость бетона можно увеличить снижением водоцементного отношения и (или) применением глиноземистого цемента, использование которого вызывает определенные трудности. Он применяется при значениях pH >2 и требует соблюдения некоторых предосторожностей.

Бетонные конструкции часто подвержены образованию трещин и полностью могут быть защищены путем нанесения соответствующих покрытий.

Некоторые правила по сбросу сточных вод рекомендуют, чтобы pH воды, находящейся в контакте с бетонными конструкциями, был в диапазоне 4,5 (или 5,5) —9.

Действие аммиака, содержащегося в сточных водах, может вызвать разрушение бетона вследствие развития реакций нитрификации, которые приводят к образованию кислоты, но могут идти только в аэробной среде (например, в открытых градирнях), и в результате выделения аммиака, замещенного известью, который ускоряет сольватацию последней и вызывает быстрое разрушение цемента. Тот же процесс может начаться под действием солей магния или других оснований, более слабых, чем известь. Поэтому следует избегать избыточных концентраций NH₄ + и Mg 2+ , особенно при наличии в воде сульфатов.

Действие сульфатов очень сложно. Оно основано на превращении сульфата кальция в расширяющуюся соль, известную под названием эттрингита. При этом происходит:

сульфатирование свободной извести в цементе сульфатами, растворенными в воде:

Са (ОН)2 + Na2SO4 + 2Н2O -> CaS)4 • 2Н2O + 2NaOH;

превращение алюминатов в цементе в эттрингит, который сильно расширяется (в 2—2,5 раза):

ЗСаО • А1203 • 12НаО + 3CaS04 • 2Н20 + 13Н20 -> ЗСаО • А1203 • 3CaS04 • 31Н20.

В присутствии магния эти два основных процесса могут сопровождаться разложением содержащихся в цементе щелочных силикатов.

Немецкий стандарт DIN 4030 устанавливает пределы оценки агрессивности соленой воды по отношению к бетонам стандартных марок.

Читайте также: