Разрушение защитного слоя бетона

Обновлено: 18.05.2024

Разрушение защитного слоя бетона

Рассмотрим причины разрушения бетона и способы их решения или восстановления.

Причины можно разделить на несколько групп:

Химические
Физические
Механические
Дефекты и трещины

ХИМИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

Основные разрушения бетона происходят от воздействия внешней среды и воздействия сульфатов, хлоридов и щелочей возникающих в процессе химических реакций наполнителей и вяжущих составов.

В конструкциях подвергающихся атмосферному влиянию, углекислота вызывает формирование карбоната кальция, в гидравлических сооружениях под его воздействием в составе воды наблюдается выщелачивание, ему подвержены вяжущие материалы.

Образование карбоната кальция происходит в процессе трансформации извести под воздействием углекислоты. Его концентрация зависит от окружающих внешних условий, эксплуатации сооружения и уровня промышленного загрязнения. При воздействии карбонатов на бетон в нем понижается уровень щелочной среды, что в свою очередь ведет к разрушению защитной пленки арматурных стержней и агрессивному воздействию на них влаги и кислорода, это приводит к агрессивной коррозии метала и новообразований вокруг арматурных стержней. Бетон в этих местах начинает вспучиваться, отслаиваться и даже полностью отваливаться. Появляются новые пути доступа кислорода и влаги, в глубь бетонной конструкции, что в свою очередь увеличивает и площадь, и глубину повреждений. Карбонизация наносит бетонным сооружениям исключительный вред.

Диагностика разрушений бетона карбонатами основана на цветовом тесте фенолфталеином. После нанесения 1% раствора фенолфталеина, не карбонизированный бетон краснеет, карбонизированный не меняет цвет.

Выщелачивание бетона такой же процесс, но проходит в присутствии влаги и представляет собой удаление цементного камня, разрушение усиливается под воздействием воды содержащей в себе углекислоту, серную кислоту органического происхождения.

Диагностика выщелачивания бетона состоит в визуальном обследовании, иных методов нет. При обследовании будут видны заполнители без цементного камня.

Разрушения сульфатами происходит от естественных примесей, таких как гипс и ангидриды. Из-за разницы размеров частиц в заполнителях и ускорителях, что в последствии приводит к образованию эттригита и растрескиванию поверхностного слоя бетона.

Диагностика разрушений от воздействия сульфатов проводится в лабораторных условиях и состоит в получении дифрактограммы в рентгеновском спектре.

Разрушение хлоридами наблюдается при воздействии на бетон морской воды, солей и антиобледенителей. При проникновении хлора в бетон до арматурных стержней происходит растворение пассивирующей пленки оксидов железа и начинается процесс коррозии. Скорость проникновения хлоридов в тело бетона зависит от концентрации хлоридов, проницаемости бетона и влажности. Как только начинается процесс коррозии, начинается разрушение бетона по нарастающей, из-за отслоений будут образовываться новые пути проникновения агрессивных веществ. Концентрация хлоридов поддерживающая коррозию, прямо пропорциональна рН бетона, в связи с чем можно связать разрушение из-за образования карбонатов и разрушения хлоридов в единый аспект и протекают часто параллельно.

Диагностика разрушения хлоридами проводится несколькими методами, химический анализ выявляет весовую концентрацию хлоридов в цементе и цветовой тест с использованием флуоресценция и нитрата серебра и дифракционный анализ в рентгеновском спектре.

Более доступный метод, цветовой тест. Проводится обработкой бетона раствором флуорецеина и нитрата серебра. После обработки раствором, происходит окрашивание бетона, подверженного разрушению сульфатами в светло-розовый цвет, а не подверженного в темный.

Взаимодействие щелочей цемента с заполнителями, еще одно из химических разрушений бетона , выражается во взаимодействие цемента с заполнителями, которое приводит к серьезным разрушениям. Некоторые заполнители содержат реакционноспособный кремнезем, который взаимодействует со щелочами калия и натрия находящихся в цементе или их солями, которые поступают из вне в форме хлоридов. В результате реакции образуется гель, который расширяется в присутствии воды или влаги и разламывает бетон вокруг этих образований. В результате реакции образуются силикаты натрия и гидратированного калия, обладающих большой объемистостью. При этом на поверхности бетона появляются трещины, подрыв участков бетона, вспучивание. Ускорить реакцию способна дополнительная влажность, а так же циклы замерзания и оттаивания.

Признаки взаимодействия щелочей цемента с заполнителями бетона можно определить визуально и с помощью цветового теста.

Визуально характерно упорядоченное растрескивание напоминающее паутину, набухание. Цветовой тест проводится с помощью кобальтинитрита натрия и позволяет выявить гель, возникающий в ходе реакции щелочей цемента и кремнеземом, в результате чего гель окрашивается в желтый цвет.

ФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

Замерзание и оттаивание, это когда вода проникает внутрь бетона и впоследствии замерзания создает напряжение взламывая бетон. Чтобы ограничить такие последствия необходимо сократить капиллярную микропористость на стадии изготовления бетона добавлением морозостойких заполнителей и воздухововлекающих добавок, которые поддерживают соотношение между водой и цементом.

Высокие температуры так же приводят к разрушительному эффекту на бетон. Разрушение возникают в результате разного расширения бетона и арматуры, разрыва заполнителя с вяжущим, при быстром остывании в результате воздействия воды при пожаре или иных обстоятельствах образование извести, быстрой конденсации пара, что приводит к разрывам и растрескиванию.

Усадка бетона бывает двух типов, пластическая и гигрометрическая.

Пластическая усадка происходит в пластичной стадии бетона ( в момент укладки бетона или первых дней после нее), причина, быстрое выделение влаги в окружающую среду. При пластической усадке на его поверхности образуются микротрещины, трещины, провалы.

Избежать пластическую усадку довольно просто, укрыть свежеуложенный бетон водонепроницаемой пленкой, при отсутствии возможности укрытия орошение в течении нескольких дней водой или нанесение материалов создающего защитную пленку.

Гигрометрическая усадка происходит уже после схватывания бетона в первые несколько месяцев. Избежать гигрометрическую усадку помогают добавки снижающие водоцементное соотношение между инертными материалами и цементом, одним словом, чем меньше воды в свежеприготовленном бетоне, тем меньше в последующем усадка.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

Истирание, когда бетон подвергается постоянным нагрузкам твердых частиц, механических и пешеходных нагрузок и зависит от характеристик материалов из которых состоит бетон. В основном истиранию подвержены бетонные полы.

Стойкость к истиранию можно повысить пропорцией между водой и цементом или путем внесения в верхний слой бетона специальных цементов с твердыми добавками путем втирания, или специальных полимеров.

Ударное воздействие, разрушение в результате интенсивных ударных нагрузок, движения механических транспортных средств, ударов. Так как бетон хрупкий материал, кромки на швах и стыках надламываются.

Чтобы повысить ударостойкость применяется более прочный бетон армированный стальными волокнами, что способствует равномерному распределению ударного воздействия и правильный подбор шовного герметика.

Эрозия или выветривание, вызывается ветром, водой, обледенением и сопровождается сносом материала с поверхности бетона и оголением заполнителя. Определяется визуально и единственным средством борьбы, своевременная защита поверхности бетона.

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ДЕФЕКТОВ

Выступы на поверхности бетона (причина: недостаточно жесткая или неправильно установленная опалубка)
Наплывы бетона (причина: недостаточная герметичность опалубки, не квалифицированная укладка, проливы)
Раковины на поверхности бетона (причина: скопление воздуха, воды, недостаток раствора, недостаточно уплотнения бетона, щебеночность – жесткость смеси)
Полости в бетоне (причина: зависание смеси на арматуре и опалубке, в местах технологических швов, при преждевременном схватывании ранее уложенных слоев)

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ТРЕЩИН

Усадочные трещины (причина: недостаточный уход за свежеуложенным бетоном)
Трещины конструктивного и технологического происхождения (повреждения полученные в результате транспортировки, в процессе строительства, в результате защемления, эксплуатационных нагрузок и т.д.)

ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОВРЕЖДЕНИЙ

Повреждения делятся на группы от степени влияния на несущие способности, рассмотрим коротко все по отдельности.

Защитный слой бетона для арматуры ленточного фундамента: нормы и правила

В процессе создания ленточного фундамента очень важно соблюдать все нормы и правила каждого этапа — определение глубины и ширины траншеи, диаметра арматуры, схемы армокаркаса, а также защитного слоя бетона с учетом гидро и тепло изоляции основы.

Для чего нужен защитный слой?

Если внимательно посмотреть на правильно связанный армокаркас для будущего железобетонного фундамента, то можно заметить, что арматура никогда не касается стен опалубки. Бетон должен охватывать пруты со всех сторон и быть определенной толщины.

В своде правил СП 63.13330.2018 подробно описаны все требования к бетонным и железобетонным конструкциям.

Защитный слой бетона для арматуры выполняет несколько функций:

определяет правильное местонахождение металлокаркаса внутри фундамента ;
равномерно распределяет нагрузку на армокаркас;
предупреждает коррозию и разрушение армокаркаса внутри фундамента;
усиливает железобетонную конструкцию;
продлевает срок эксплуатации постройки.

Бетон и армирующий каркас — две главные составляющие фундамента, взаимодополняющие друг друга. Арматура работает на растяжение и излом, а бетон работает на сжатие. Поэтому от качества бетонного раствора и от правильно собранного армокаркаса зависит надежность и долговечность фундаментной основы дома.

Так ли страшна коррозия арматуры?

Все опытные строители в один голос скажут — «К сожалению, да» .

Коррозия армокаркаса внутри фундамента становится причиной появления пустот, которые, в свою очередь, снижают несущую способность основы и приводят к трещинам, а затем проседанию фундамента и разлому стен.

Поэтому, очень важно, на этапе проектирования ленточного фундамента производить правильные расчеты армирующего каркаса, с учетом требуемого защитного слоя бетона для арматуры.

Нормы защитного слоя бетона

Толщина защитного слоя определяется согласно нескольким характеристикам:

Диаметр арматуры (чем больше диаметр арматуры, тем толще должен быть защитный слой);
Характер нагрузки на фундамент и сила воздействия этой нагрузки;
Условия эксплуатации (климатический пояс объекта строительства, перепады температуры окружающей среды, наличие грунтовых вод, глубина промерзания грунта).

Информация о воздействии внешней агрессивной среды на ЖБИ подробно описана в СНиП 2.03.11 — 85 «Защита строительных конструкций от коррозии».

В зависимости от условий эксплуатации здания определяется толщина защитного слоя бетона, которая должна закрывать арматуру. Существует таблица значений.

Таблица толщины защитного слоя бетона Таблица толщины защитного слоя бетона

Документы, описывающие требования к толщине защитного слоя бетона для арматуры

Конкретные значения толщины защитного слоя описаны в нескольких документах - СНиП и, основанных на них, СП (своде правил):

1. СНиП 52—01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции», пункт 7.3 «Требования к армированию» гласит, что толщина защитного слоя бетона должна быть не меньше диаметра арматуры, но при этом и не меньше 10 мм;

2. Свод Правил СП 50—101-2004 «Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений» описывает данную информацию более подробно;

3. Свод Правил СП 52—101-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры»;

4. СНиП 3.03.01—87 «Несущие и ограждающие конструкции», который описывает возможные отклонения от заданных параметров толщины защитного бетонного слоя.

Совет! Обратите внимание на справочное пособие «Проектирование железобетонных конструкций» под редакцией доктора технических наук А. Б. Голышева 1985 года издания. Профессиональные строители высказывают только положительные отзывы об этой книге.

Как проследить, чтобы каркас не сдвинулся к опалубке во время заливки бетоном?

Установка связанного армирующего каркаса в траншею - это очень важный этап. Учитывая толщину защитного слоя бетона, становится понятно, что просто положить на землю связанную арматуру НЕЛЬЗЯ. Требуется приподнять конструкцию на необходимую высоту.

"Диванные эксперты" скажут " Поставим на кирпичи, да и нормально будет! ". Такой вариант допускают только строители из категории "самоделкиных".

Опытные бригады используют специальные пластиковые подставки с выемкой под арматуру. Такие "стаканчики" привязывают вязальной проволокой по всему дну армокаркаса. Таким образом, арматура приподнимается над землей, а полимерный материал стакана не позволяет контактировать пруту с внешней средой.

Для контроля толщины бокового защитного слоя бетона существуют специальные фиксаторы-звездочки. Элементы легко устанавливаются на пруты и упираются боковыми гранями в опалубку, обеспечивая нужный параметр.

Способы упрочнения верхнего слоя бетона (без трещин и сколов). Садовая дорожка, крыльцо, отмостка прослужит долго

Бетон один из прочных материалов для возведения фундамента, садовых дорожек, отмостки и пр. Но часто его структура со временем теряет свои лучшие характеристики, и бетон трескается, впитывает влагу. Под открытым небом бетон разрушается. Его портят снег, морозы, солнце.

Как надежно защитить бетонную конструкцию?

Многие используют жидкое стекло. Но этот вариант не самый лучший. Дело в том, что жидкое стекло (силикатный клей) вымывается.

Кто-то использует метод пропитки полимерными растворами. Полимеры наносят на влажный бетон и выравнивают поверхность. Плюс : можно работать даже при температуре минус 25 градусов. Полиуретановый состав уходит на глубину от 5 мм. и получается защитный слой на поверхности бетона. Можно использовать железнение и для старых бетонных покрытий. Перед работой очищают поверхность, обеспыливают. Потом грунтуют на несколько слоев и после просушки выполняют железнение.

Самый простой, дедовский способ

Готовим раствор. Бетонируем поверхность.

Ждем примерно 20-30 мин., чтобы немного схватился и вышел воздух. Затем берем цемент, обязательно сито с мелкими ячейками. Насыпаем в сито и распыляем равномерно цемент. Толстый слой не надо насыпать. Лучше нанести несколько тонких слоев толщиной до 2 мм.

После того как насыпали первый сой цемента, берем шпатель, мочим его в воде и начинаем железнить (втирать сухой цемент и разглаживать поверхность). Эту процедуру нужно повторить несколько раз. Достаточно около 3-5 слоев.

Важный совет: железнение боится прямых солнечных лучей. Работайте вечером или ранним утром.

Выше мы рассмотрели сухой способ . Есть еще и мокрый способ . Имеет преимущество перед первым способом в том, что раствор надо наносить на уже высохшую поверхность (через 26-29 дней после работ). Можно применять для ремонта старых поверхностей (старой бетонной дорожки и пр).

Делают так : обеспыливают поверхность, грунтуют. Потом разводят не густой раствор: песок с цементом (1:1) + известь (10% от основной смеси). Известь придает раствору пластичность и не дает образоваться трещинам. Можно добавить в раствор и другие добавки: фибру, жидкое стекло и др.

Что такое защитный слой бетона?

Для увеличения срока эксплуатации зданий и сооружений требуется защитный слой бетона – это нанесенная прослойка строительного раствора, отделяющая металлическую арматуру монолита от наружной среды. Его толщина утверждается строительными нормативами и зависит от режима эксплуатации, нагрузки, технологии заливки. Нарушение этих требований приводит к активизации коррозионных процессов, ускоренному разрушению конструкций.

Содержание

Функции

Главная функция защитного слоя бетона – изолирование металлических элементов конструкции от негативного внешнего влияния. Он обеспечивает и другие функциональные преимущества конструкций:

Повышение огнеупорности конструкций с железобетонными элементами;
Фиксация и укрепление металлического каркаса, как несущего элемента железобетонного монолита;
Надежное изолирование металла от атмосферной влаги, талых вод, перепадов температуры и других негативных факторов, ускоряющих коррозию;
Обеспечение совместной работы композита из бетона и металлического каркаса, придание материалу стабильных характеристик.

Защитный слой продлевает срок службы бетонного монолита, снижая затраты на обслуживание, восстановление поврежденных конструкций или сооружений.

От чего зависит толщина защитного покрытия?

От толщины защитного слоя бетона для металлической арматуры зависит его функционал. При этом избыточная толщина приводит к перерасходу материалов и увеличению массы конструкции, что негативно сказывается на качестве и рентабельности строительства. Защитный слой оптимальной толщины зависит от ряда факторов:

Вид сооружения, для которого устраивается защита – обычная стена, основа под бассейн, плиты перекрытий и т.д.;
Расположение арматурных элементов – продольное или поперечное;
Назначение металлокаркаса – он может быть рабочим или конструктивным;
Сечение применяемой арматуры;
Напряженный или ненапряженный тип нагрузки арматурных конструкций;
Степень контакта с внешними факторами, залегание конструкции в грунте, расположение на воздухе.

Правильно подобранная защита оберегает арматуру от коррозии. Улучшает взаимосвязь строительного раствора с металлическим каркасом и ограничивает негативные воздействия.

Нормативные показатели толщины

Чтобы подобрать защитный слой пользуются общепринятым правилом. Оно говорит, что минимальная толщина защитного слоя бетона для арматуры – на 5-7 мм больше ее диаметра. Такое покрытие подходит для монолитных построек, где используется тяжелый раствор.

Создавая защитный слой бетона для арматуры в фундаментах необходимо учитывать, что он не может быть меньше 10 мм. Если в строительную смесь входит щебень более крупной фракции, минимальная толщина равна его размеру.

Если применяемая арматура не имеет предварительного напряжения, то минимальная толщина, в зависимости от эксплуатационных условий составляет:

В помещениях под крышей от 20 мм;
На объектах с завышенным показателем влажности от 25 мм;
На улице от 30 мм, учитываются особенности климата;
На поверхности или в толще грунта от 40 мм.

Для монолитов из железобетона, изготавливаемых на заводе, размер покрытия может быть уменьшен на 5 мм, но не меньше диаметра применяемой арматуры.

При изготовлении ЖБИ действуют дополнительные положения для защитного слоя:

Для бетонов М250 и выше, наименьшая толщина на 5 мм тоньше диаметра прута металлического каркаса;
То же правило применимо для железобетонных конструкций, изготовленных на заводе;
В изделиях с предварительно напряженной арматурной конструкцией наибольший допустимый показатель не превышает 50 мм.

Размер защитного покрытия изменяется в зависимости от видов строительных конструкций из железобетона, согласно СП 63.13330.2012:

Стенки или плиты тоньше 100 мм – 10 мм, с большей толщиной – 15 мм;
Балочные конструкции, перекрывающие плиты или перемычки размером до 250 мм – 15 мм, с большим размером – 20;
Для колонн и других вертикальных конструкций – 20 мм;
Сборные конструкции фундаментов – 30 мм;
Монолитные фундаменты на подготовленной основе – 35 мм;
Фундаментные монолиты, заливаемые без предварительной подготовки – 70 мм.

Защитный слой бетона рассчитывается согласно СП путем применения методик, основанных на магнитной диагностики, не разрушая конструкции. Эти нормативы отражаются в таблице:

Чтобы при заливке точно выдерживать толщину защитного слоя, рекомендуется использовать специальные технологии:

Фиксаторы бетонного слоя. Они представляют пластиковые элементы в виде вертикальных «стульчиков» или круглых «звездочек». Первые применяются для крепления сетки из арматуры, приподнимая ее над опорой. Вторые надеваются на арматуру специальной защелкой, на верхние ряды арматурной конструкции, в результате металл не приближается к опалубке, оставляя место для бетона. Низкая цена фиксаторов и их стандартные размеры делают этот вариант устройства защитного слоя наиболее выгодным.
Сознательное удлинение отдельных стержней армирования, в которые упирается опалубка, в освободившееся пространство заливается бетон.
Закладные в бетоне (сухари) толщина которых равна защитному слою монолита. Эта методика оправдана, если нужно защищать нижнюю часть арматурной конструкции.

Восстановление защитного слоя бетона

Со временем на бетонных и железобетонных монолитах появляются дефекты, вызванные негативными воздействиями. Это приводит к появлению мелких трещин, сколов, расширяющихся со временем, в результате чего защитный слой не выполняет возложенные на него функции. Разрушения возникают под воздействием таких факторов:

Механические нагрузки, превышающие предельные величины, рассчитанные в проекте;
Неудачное применение спецтехники при строительстве;
Нарушения при строительстве фундамента, достройка этажей без перерасчета нагрузки и изменения основания;
Движение и повышенная влажность грунтов;
Плохая гидроизоляция бетонных монолитов.

Главной причиной разрушения являются нарушения технологий и самовольное изменение строительного проекта. Для полного восстановления защитного слоя поврежденного бетона требует выполнения комплекса определенных работ:

Усиление бетонных конструкций;
Монтаж дополнительных поперечных стоек;
Тщательная заделка образовавшихся сколов, трещин;
Реставрация поверхности поврежденного участка.

Для реставрации защитного покрытия бетона применяются цементные растворы высокого качества с использованием опалубки и дополнительного армирования путем установки стальных анкеров или стержней. Работы можно выполнять различными способами:

Штукатурка поврежденной поверхности. Она сначала очищается от грязи и отколовшихся остатков, после на нее относится цементный состав. Для повышения устойчивости к агрессивным воздействиям в раствор вводят морозостойкие и водоустойчивые присадки. Это позволяет избежать появления трещин при схватывании и усадке раствора.
Бетонирование. Удаляются разрушенные части защитного слоя, части арматуры, подвергшейся коррозии, устанавливается новая сетка. Очищенная поверхность покрывается бетоном, соответствующему материалу монолитна, он может быть общестроительного или полимерного типа для повышения водонепроницаемости. Подходит для реставрации плит и других горизонтальных поверхностей.
Оклейка. Заранее очищенная поверхность оклеивается полимерным материалом, с хорошими теплоизоляционными характеристиками. Он идеально защитит арматуру от атмосферной влаги, хорошо держится на поверхности. Применяется для восстановления бетонных покрытий на колоннах и других вертикальных конструкциях.
Торкретирование. Цементный раствор или бетон подается под давлением из пушки, после подготовки поверхности. Позволяет быстро восстанавливать большие поверхности, позволяет идеально заделывать любые трещины, сколы. К недостаткам этой методики относят перерасход раствора и сложности с нанесением слоя строго определенного толщины.

При ремонте рекомендуется увеличить толщину раствора на 5-10 мм, чтобы гарантировать, что он выдержит нагрузки и не начнет снова разрушаться. Особое внимание нужно обратить на смесь, изготавливаемый на цементе высоких марок, для обеспечения качественной адгезии с разрушенной поверхностью.

Защитный слой бетона несет важнейшую функцию по сохранению технических свойств арматуры и монолита, продлевая срок службы зданий и сооружений. При минимальных повреждениях нужно немедленно восстанавливать его, иначе ремонт бетонных элементов займет гораздо больше времени и потребует значительных материальных затрат.

Основные виды разрушения бетона

Рисунок 1. Вид трещин на бетонном фундаменте

Бетон является наиболее востребованным конструкционным материалом. Занимая первое место по объемам производства, он используется только для нужд строительства, что объясняется высокой прочностью и низкой пластичностью, а также комплексом наиболее подходящих для этой сферы эксплуатационных характеристик. Как и любой другой материал, бетон подвержен воздействию разрушающих факторов, что требует проведения специальных мероприятий по защите конструкций уже на этапе изготовления смеси и заливки ЖБК. При выборе марки материала, метода укладки и других особенностей технологического процесса необходимо учитывать те условия, в которых будет эксплуатироваться здание или сооружение, чтобы предотвратить его разрушение. Для этого важно понимать причины и механизмы возможного разрушения бетона.

При эксплуатации на ЖБИ и ЖБК действует множество факторов, которые условно можно разделить на следующие группы:

, возникающие в результате взаимодействия различных веществ (компонентов бетона, воды и растворенных в ней веществ, газов); (температурные перепады, циклическое замораживание и оттаивание бетонной массы и усадочные процессы, развивающиеся как в процессе заливки бетона, так и со временем); (удары, истирание, вибрационные и другие нагрузки); , возникающие как вследствие естественных процессов, так и в результате неправильного монтажа опалубки, несоответствия характеристик бетона нормативным показателям или ошибок при заливке ЖБК.

Часть из указанных групп факторов является объективной реальностью, поэтому должна учитываться при проектировании конструкций, разработке режимов их монтажа, эксплуатации, защиты и ремонта. Обычно мероприятия по их предотвращению, устранению и минимизации прописаны в СНиПах и другой нормативно-технической документации, например, морозостойкость бетона для изготовления ЖБИ и ЖБК изначально выбирается с учетом условий их эксплуатации.

Другая часть причин имеет случайный характер, например, проявляется вследствие несоблюдения технологии производства и доставки бетона, нарушений в процессе выполнения строительных работ, просчетов при проведении изысканий. В этом случае на первый план выходит оперативность и правильность диагностики разрушений, что позволяет вовремя выполнить ремонтные или защитные работы и продлить срок службы или повысить надежность эксплуатации конструкции.

Химические факторы

В процессе эксплуатации железобетонных конструкций в воздушной среде, на них значительное влияние оказывают все кислые газы. Поскольку основным содержащимся в воздухе веществом этого класса является углекислота (концентрация CO₂ на несколько порядков выше концентрации прочих кислых газов), то ее принято считать основным фактором воздействия. Диоксид углерода, взаимодействуя в присутствии влаги с компонентами бетона (продуктами гидратации извести, в частности, Ca(OH)₂), вызывает образование карбоната кальция (СaCO₃) и H₂O по следующей реакции:

Существуют и другие механизмы взаимодействия углекислоты с разными продуктами реакции. Но, в целом, этот процесс можно охарактеризовать, как интенсивный, из-за высокой способности бетона к поглощению влаги и углекислоты из атмосферы и диффузии и капиллярного их переноса в объем материала. Следует учесть, что на первом этапе процесс карбонизации можно рассматривать, как положительный, поскольку образующийся карбонат кальция имеет меньшую растворимость, чем гидроксид кальция, что приводит к повышению прочности бетона. Так как СaCO₃ стремится закупорить имеющиеся поры, то процесс проникновения газов вглубь конструкции замедляется.

С другой стороны, глубоко проникшая карбонизация приводит к нежелательным последствиям. При определенных условиях из-за интенсивного выщелачивания развиваются процессы коррозии арматуры, увеличивается ее объем, появляются избыточные напряжения, и, как следствие, трещины и сколы бетона. После этого процесс еще больше интенсифицируется и требует немедленных мер по ремонту конструкции. Диагностика разрушений бетона, вызванных воздействием карбонатов, осуществляется посредством цветового теста с использованием фенолфталеина. Некарбонизированный бетон в результате нанесения на поверхность 1% раствора фенолфталеина краснеет, а цвет карбонизированного не меняется.

Выщелачивание бетона происходит по аналогичному механизму, но требует присутствия влаги с растворенными в ней углекислотой и другими агрессивными компонентами. В результате цементный камень разрушается, и конструкция теряет прочностные свойства. Диагностика выщелачивания бетона производится визуальным методом, при котором контролируется разрушение цементного камня. При воздействии сульфатов происходит образование внутри структуры бетона продуктов реакции (гипса, таумаситов и эттригидов), которые, увеличиваясь в объеме, вызывают возникновение напряжений и разрушение матрицы. Диагностику таких явлений проводят в лабораторных условиях путем изучения дифрактограммы.

Рисунок 2. Процесс определения карбонизации бетона

Разрушение хлоридами происходит в условиях воздействия морской воды, антиобледенителей и солей. Хлор, проникая до уровня арматуры, растворяет пассивирующую пленку оксидов железа, запуская процесс коррозии. На скорость проникновения хлоридов влияет их концентрация, влажность и проницаемость бетона. После начала процесса коррозии, как и в предыдущих случаях, из-за появления новых путей проникновения агрессивных веществ происходит нарастающее разрушение бетона. Критическая концентрация хлоридов прямо пропорциональна показателю рН бетона, что позволяет связать механизм разрушения с воздействием карбонатов и обеспечить комплексную защиту конструкций.

Для диагностики разрушения хлоридами используются несколько методов. Путем химического анализа устанавливается их весовая концентрация в цементе. Также диагностика производится при помощи цветового теста или анализа дифрактограммы в рентгеновском спектре. Наиболее доступным методом является цветовой тест, состоящий в обработке бетона раствором нитрата серебра и флуоресцеина и последующем контроле изменения цвета. При разрушении сульфатами бетон приобретает светло-розовую окраску, а при отсутствии этого процесса — темную.

Еще одним химическим механизмом разрушения бетона является взаимодействие щелочей цемента и заполнителей. В состав некоторых заполнителей входит реакционноспособный кремнезем, реагирующий со щелочами и солями натрия и калия с образованием геля, который в присутствии влаги или воды расширяется, разламывая окружающий бетон. В результате образуются силикаты гидратированного калия и натрия с большим объемом, что приводит к появлению трещин на поверхности бетона, подрыву его участков и вспучиванию. На скорость реакции влияет уровень влажности, а так процесс замерзания и оттаивания бетона. Признаки реакции щелочей цемента и заполнителей бетона определяются при помощи цветового теста или визуально. В последнем случае диагностируется набухание и упорядоченное паутинообразное растрескивание. Цветовой тест проводится при помощи кобальтинитрита натрия, позволяя выявить гель по окрашиванию в желтый цвет.

Физические факторы

Из физических факторов, влияющих на прочность бетона, следует выделить усадку и негативные температурные условия.

Усадка делится на два вида:

пластическая — наблюдается в пластичной стадии, то есть во время или в первые дни после укладки бетона, и обусловлена быстрым выделением содержащейся в нем влаги. При этом на его поверхности материала образуются провалы, микротрещины или трещины;
гигрометрическая — происходит в первые месяцы после схватывания бетона.

Основным методом борьбы с пластической усадкой является укрывание свежеуложенного бетона слоем водонепроницаемой пленки, нанесение материалов, создающих защитную пленку, или орошение водой на протяжении нескольких суток. Избежать гигрометрической усадки позволяет использование добавок, снижающих водоцементное соотношение (В/Ц).

Цикл замерзания и оттаивания — процесс проникновения воды внутрь бетона, ее последующего замерзания с увеличением объема и создание напряжений в теле конструкции. Для предотвращения таких явлений требуется уменьшение капиллярной микропористости на стадии производства бетона за счет добавления воздухововлекающих добавок и морозостойких заполнителей, что позволяет обеспечить оптимальное соотношение В/Ц.

В результате высоких температур также возможно разрушение бетона. В частности, этот процесс может быть обусловлен разными коэффициентами термического расширения арматуры и бетона, разрывом заполнителя с вяжущим, быстрым остыванием материала при тушении пожара водой и другим факторами.

Механические факторы

Рисунок 4. Механическое воздействие на бетон

К механическим факторам относятся:

истирание за счет регулярного воздействия твердых абразивных частиц, пешеходных и механических нагрузок. Стойкость к истиранию увеличивается за счет повышения водоцементного соотношения или путем насыщения верхнего слоя бетона специальными полимерами или цементами с твердыми добавками;
ударное разрушение в результате интенсивных ударов, передвижения механических транспортных средств. Повышения ударостойкости можно добиться применением более прочного бетона, схемой армирования и правильным подбором шовного герметика;
выветривание или эрозия за счет воздействия ветра, воды или обледенения, вызывающего оголение поверхности бетона до заполнителя. Если в результате визуального контроля обнаружился процесс эрозии, необходимо обеспечить своевременный ремонт и защиту поверхности бетонной конструкции.

Истирание и ударное разрушение бетона можно предотвратить на этапе разрушения бетона путем правильного выбора состава и методов защиты. Борьба с эрозией состоит в своевременной диагностике и ремонте ЖБК и ЖБИ.

Основные виды дефектов

Из основных видов дефектов отметим следующие явления, связанные с технологическими факторами:

наплывы возникают из-за недостаточной подгонки опалубки, проливов или неквалифицированной укладки бетона;
выступы на поверхности образуются при использовании неправильной установленной или недостаточно жесткой опалубки;
полости в объеме бетона формируются при зависании смеси на опалубке или арматуре, на месте технологических швов или при преждевременном схватывании уложенных ранее слоев;
раковины появляются из-за скопления воздуха или воды у поверхности конструкции, при недостатке раствора, плохом уплотнении смеси или ее повышенной жесткости;
усадочные трещины возникают при недостаточном уходе за свежеуложенным бетоном;
конструктивные и технологические трещины проявляются из-за повреждения ЖБК в результате транспортировки, монтажа, защемления и воздействия эксплуатационных нагрузок.

Методы ремонта повреждений

По степени влияния на несущую способность конструкции выделяют несколько групп повреждений и, соответственно, мероприятий по их ремонту или компенсации. Наиболее «легкими» считаются дефекты, не влияющие на прочность конструкции (пустоты, поверхностные раковины, выбоины, трещины, разрушение поверхностного слоя). Они не требуют срочного ремонта, но должны быть устранены в плановые сроки для предотвращения дальнейшего развития или образования новых мелких трещин. В этом случае обязательно необходимо обеспечить защиту конструкции от воздействия внешних разрушающих факторов.

При диагностике повреждений, снижающих долговечность и надежность конструкции (пустот, сколов и раковин с оголением арматуры, глубинной или поверхностной коррозии бетона), необходимо в безотлагательном порядке провести мероприятия по их устранению. В частности, производится заделка пустот и трещин, удаление рыхлого и корродирующего слоев бетона и последующее нанесение специальных материалов.

При обнаружении повреждений, снижающих несущую способность конструкции (наклонных, горизонтальных трещин в объеме несущих конструкций, пустот в сжатых зонах, трещин в сопряжениях плит и др.), производится срочный ремонт. В большинстве случаев ликвидация таких дефектов требует разработки индивидуального проекта.

Читайте также: