что такое выщелачивание бетона

Основные виды разрушения бетона

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:

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:

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

К механическим факторам относятся:

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:

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.

Источник

Что такое выщелачивание бетона

Рассмотрим причины разрушения бетона и способы их решения или восстановления.

Причины можно разделить на несколько групп:

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.

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

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ТРЕЩИН

ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОВРЕЖДЕНИЙ

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

Источник

Причины разрушения бетона

Бетонные и железобетонные конструкции в процессе эксплуатации постоянно подвергаются разрушению. Причины бывают разные: химическое и физическое воздействие окружающей среды, высокие эксплуатационные нагрузки, низкое качество используемого бетона, неточности при проектировании, ошибки при укладке бетонной смеси и т.д.

В целом, причины разрушения бетона можно разделить на 4 больших группы:

1. ХИМИЧЕСКИЕ
Являются следствием взаимодействия Компонентов бетонной смеси между собой или с окружающей средой

2. ФИЗИЧЕСКИЕ
Являются следствием воздействия температуры или условий твердения бетона.

3. МЕХАНИЧЕСКИЕ
Являются следствием внешнего воздействия

4. ДЕФЕКТЫ ПРИ НОВОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Связаны с ошибками в процессе производства работ

Далее мы подробно разберем причины разрушения бетона, приведем типовые примеры и решения.

ХИМИЧЕСКИЕ ПРИЧИНЫ РАЗРУШЕНИЯ БЕТОНА

Карбонизация

Процесс карбонизации бетона возникает вследствие проникновения углекислого газа (СО2) в тело бетонной конструкции с образованием карбоната кальция (CaCO3), который в свою очередь снижает защитные свойства бетона.

Защитные свойства бетона измеряются с помощью показателя кислотности pH. pH здорового бетона превышает 13 единиц.

В этих условиях на стержнях арматуры возникает пассивирующая защитная пленка оксида железа (FeO), изолирующая их от негативного воздействия извне, препятствуя образованию коррозии. В результате процесса карбонизации pH бетона снижается.

Когда уровень pH бетона становится ниже 11 единиц, пассивирующая защитная пленка вокруг арматуры нейтрализуется и стальная арматура становится подверженной воздействию кислорода и влаги.

В дальнейшем коррозия арматуры начинает прогрессировать, и бетон, окружающий арматуру, отслаивается, что в свою очередь открывает новые пути доступа для разрушающего воздействия кислорода и влаги

Следствием карбонизации является прогрессирующее разрушение бетонной конструкции, сопровождающееся процессами коррозии арматурных стержней.

Чтобы убедиться в том, что разрушение бетона вызвано образованием карбонатов, применяется методика, основанная на изменении цвета бетонного образца после специальной обработки. Бетонный образец обрабатывается 1% раствором фенолфталеина в этиловом спирте (стандарт UNI EN 13295:2005). Поверхность здорового бетона, обработанная таким образом, краснеет. Поверхность карбонизированного бетона после обработки цвет не меняет.

Выщелачивание

Бетон также подвержен такому явлению как выщелачивание. Выщелачивание представляет собой процесс размывания цементного камня под воздействием воды.

Процесс усиливается, если вода отличается слабокислой реакцией (pH

ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИЧИНЫ РАЗРУШЕНИЯ БЕТОНА

Циклы замораживание/оттаивание

Негативное воздействие льда проявляется только тогда, когда вода в жидкой фазе проникает внутрь бетона. Это вовсе не означает, что бетон должен быть абсолютно сухим, просто уровень влажности не должен превышать определенную величину, называемую «критическим насыщением». Речь идет о том, что количество воды в порах должно быть меньше этой величины. Расширившись при превращении в лед, она должна оставаться в пределах полостей и не создавать напряжения. Однако если вода заполняет или почти заполняет весь объем пор, а затем замерзает, лед начнет ломать бетон, создавая внутреннее давление.

Чтобы ограничить негативные последствия влияния низких температур, необходимо принять меры к сокращению капиллярной микропористости и стимулировать макропористость (чтобы размеры полостей были 100-300 мкм). Для этого при приготовлении бетона используют воздухововлекающие добавки, которые поддерживают соотношение между водой и цементом на низком уровне, используют морозостойкие заполнители.

Воздействие высоких температур

Влияние на бетон высоких температур носит деструктивный характер. Арматурные стержни выдерживают температуры до 500°С, а бетон — до 650°С. Роль бетона, окружающего арматурные стержни, в этом случае носит фундаментальный характер — он замедляет распространение тепла. Чем толще бетон, тем дольше протекает разогрев до температуры 500°С, при которой арматурные стержни теряют прочность.

Огонь способен привести ко многим видам повреждения бетона, причем в очень серьезных масштабах.

Усадка и растрескивание

В этом разделе обсуждается два типа усадки — пластическая и гигрометрическая. Пластическая усадка наблюдается, когда бетон находится в пластичной фазе и выделяет часть влаги, содержащейся внутри него, в окружающее пространство, что приводит к сжатию. Растрескивание в этом случае зависит от условий в среде, окружающей уложенный бетон.

При укладке бетона в опалубку по очевидным причинам испарение не наблюдается. Если же бетон непосредственно контактирует с окружающей средой, происходит испарение, вызванное сравнительно высокой температурой и очень низкой влажностью снаружи либо сильным ветром. При пластической усадке свежего бетона на его поверхности могут возникать микротрещины. Гигрометрическая усадка вызвана выделением влаги в окружающую среду с низким уровнем относительной влажности в течение всего срока эксплуатации сооружения.

Чтобы избежать проблем, создаваемых пластической усадкой, следует принять меры для остановки слишком быстрого испарения имеющейся воды. Это можно реализовать несколькими способами:

Поскольку по большей части гигрометрическая усадка протекает в течение первых шести месяцев после укладки, поддерживать влажность все это время не представляется возможным. В связи с этим прибегают к таким мерам, как снижение водоцементного отношения и увеличение соотношения между инертными материалами и цементом.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПРИЧИНЫ РАЗРУШЕНИЯ БЕТОНА

Истирание

Истирание наблюдается, когда материал подвергается повторяющимся ударам более твердых частиц. Это вызвано трением между порошком из более твердых пород о поверхность материала. Отсюда следует, что истирание напрямую зависит от характеристик материалов, из которых состоит бетон. Таким образом, стойкость к истиранию можно повысить за счет уменьшения пропорции между водой и цементом или путем нанесения на поверхность бетона смеси цемента с твердыми добавками и заполнителями.

К числу сооружений, которые в наибольшей степени подвержены этому явлению, относятся полы промышленных объектов, чье состояние постоянно ухудшается вследствие непрерывного движения транспортных средств.

Ударное воздействие

Другой формой разрушения механической природы являются ударные воздействия. В этом случае приходится учитывать множество факторов, поскольку бетон является хрупким материалом, который в результате достаточно интенсивных ударов разрушается, а прочность его снижается. Ущерб, наносимый в результате ударов, визуально проявляется не сразу.

В некоторых случаях должно пройти множество циклов подобного воздействия, например, в стыках бетонного покрытия при движении механических транспортных средств. В этой ситуации единственный способ избежать разрушения — изготовить как можно более прочный бетон.

Чтобы повысить ударостойкость, можно прибегнуть к армированию стальными волокнами, что способствует более равномерному распределению энергии ударного воздействия по всей конструкции.

Эрозия

Эрозия — это частный случай износа, вызываемый ветром, водой или льдом, который сопровождается уносом материала с поверхности. Характер процесса определяется скоростью движения, концентрацией твердых частиц пыли и качеством бетона. В этом случае единственным средством защиты являются специальные меры при изготовлении бетона. Следует воспользоваться теми же рекомендациями, что и при истирании.

Кавитация

Кавитация наблюдается там, где присутствует поток воды (при скорости свыше 12 м/с). Быстрое движение воды и неровная поверхность канала, по которому она протекает, способствуют возникновению турбулентного течения и образованию зон пониженного давления, где формируются вихри, вызывающие эрозию стенок. Воздушные пузырьки, которые образуются в потоке воды ниже по ходу течения, попадая в зоны повышенного давления, лопаются, оказывая сильное ударное воздействие, приводящее к эрозии. При очень большой скорости течения воды масштабы кавитации могут быть довольно серьезными. Кавитации можно избежать, создавая гладкие поверхности без каких-либо препятствий для течения воды.

Источник

• ← что такое контейнеры тко
• концовка масс эффект 3 что выбрать →