1. Агрессивное воздествие внешней среды

2. Агрессивное воздействие сульфатов

3. Агрессивное воздействие хлоридов

4. Взаимодействие щелочей цемента с заполнителями бетона

1. Агрессивное воздействие внешней среды.

Агрессивное воздействие двуокиси углерода С02 в зависимости от условий окружающей среды может проявляться двояко. В конструкциях, подвергающихся атмосферному влиянию, углекислота вызывает формирование карбоната кальция. В гидравлических сооружениях наблюдается такое явление, как выщелачивание. Ему подвержены вяжущие материалы. Образование карбоната кальция происходит вследствие проникновения в бетон двуокиси углерода. Этот процесс заключается в трансформации извести с образованием карбоната кальция. Процесс протекает в присутствии воды и двуокиси углерода. Его концентрация зависит от окружающих сооружение условий (например, от уровня промышленного загрязнения в районе). 

В качественном бетоне уровень рН превышает 13, в этих условиях на стержнях арматуры возникает пассивирующая пленка оксида железа, изолирующая их от кислорода и влаги. Если в сооружении под действием углекислоты наблюдается образование карбонатов, уровень рН в бетоне снижается до 9, т. е. щелочность среды, окружающей стержни арматуры понижается.

 Когда уровень рН менее 11, пассивирующая пленка нейтрализуется, и стальная арматура подвергается агрессивному воздействию находящихся в атмосфере кислорода и влаги. В подобных условиях начинается коррозия арматурных стержней, а объем новообразований может возрастать до 6 раз. Бетон, окружающий арматурные стержни, отслаивается и может полностью отвалиться (см. фото 3).Как только начнется разрушение бетона, разрушение арматурных стержней интенсифицируется, поскольку появляются новые пути доступа для кислорода и влаги. Углекислота проникает внутрь бетона, причем скорость ее проникновения в значительной степени зависит от влажности: она особенно велика, когда двуокись углерода находится в газообразном состоянии, т. е. в порах, заполненных воздухом. В местах сильного скопления влаги она значительно ниже.

Таким образом, в порах, полностью заполненных водой, скорость проникновения может быть около нуля. Однако не следует забывать, что для образования карбонатов под действием углекислоты влага абсолютно необходима. На следующем графике изображена зависимость скорости проникновения двуокиси углерода от уровня относительной влажности бетона.

Наиболее опасный уровень влажности между 50 % и 80 %. Вне этого диапазона, т. е. в условиях как полной сухости, так и полного влагонасыщения, скорость снижается до нуля. 

В завершение можно с полным на то основанием утверждать, что по вышеперечисленным причинам карбонизация наносит бетонным сооружениям исключительный вред. Однако это не может стать определяющим фактором для строительства из неармированного бетона. Если бетонное сооружение выглядит, как показанное на фото4, можно сформулировать предварительную гипотезу о причинах подобного разрушения. Явление выщелачивания представляет собой удаление цементного камня вследствие механического воздействия воды на бетон, см. фото 5. Процесс усиливается, если вода отличается слабокислой реакцией. Это может быть вызвано содержащейся в ней агрессивной углекислотой, которой особенно много в чистой воде из горных источников, чему способствуют промышленные выбросы, или серной кислотой органического происхождения, которая образуется в сточных водах канализационных систем.

2. Агрессивное воздействие сульфатов.

Наиболее распространенными растворимыми сульфатами, встречающимися в грунте, воде и промышленных стоках являются соли кальция и натрия. Можно также упомянуть и сульфаты магния, но они менее распространены, хотя и наиболее разрушительны. Сульфат-ионы присутствуют в воде и грунте, кроме того, их можно встретить непосредственно в заполнителях, где они рассматриваются в качестве загрязняющих примесей. Сульфаты, находящиеся в грунте или воде, контактируют с сооружением, их ионы проникают вместе с влагой в цементный камень бетона (основной механизм переноса), реагируют с гидроокисью кальция, в результате чего образуется гипс. Он впоследствии реагирует с гидроалюминатами кальция (С-А-Н), из-за чего формируется вторичный эттрингит, что приводит к увеличению объема, расслоению, набуханию, растрескиванию и разрушению. В отличие от вторичного эттрингита, первичный не вредит бетону, поскольку формируется в результате соединения алюминатов и гипса, добавляемого в цемент в качестве регулятора сроков схватывания. Этот тип эттрингита не только безвреден, но и полезен, поскольку создает барьер вокруг алюминатов и замедляет процесс гидратации, Еще одно отличие двух типов эттрингита состоит в том, что первичный возникает практически мгновенно и распределен равномерно по всему объему. Эти два фактора, наряду с тем, что бетон все еще находится в пластичной фазе, приводят к небольшим напряжениям расширения, которые не представляют опасности. С другой стороны, вторичный эттрингит формируется по истечении довольно длительного срока после укладки бетона, в основном в бетонной корке, и, вследствие жесткости бетона, создает большие напряжения растяжения.

Другой тип воздействия сульфатов наблюдается в присутствии карбоната кальция при небольших температурах (ниже +10 °С) и относительной влажности свыше 95 %.  В этих условиях формируется таумасит, который способствует декальцификации и размягчению бетона. Сульфаты могут также поступать изнутри бетона в форме естественных примесей к заполнителям, таких как гипс и ангидрит. Размеры частиц гипса в заполнителях больше, чем у гипса, добавляемого в цемент для ускорения схватывания, и поэтому он в меньшей степени растворим в воде. Это означает, что он в меньшей степени пригоден для формирования первичного эттрингита, зато впоследствии, когда бетон становится выдержанным, участвует в образовании вторичного эттрингита, что приводит к растрескиванию.

3. Агрессивное воздействие хлоридов. 

Воздействие хлоридов наблюдается в условиях контакта со средой, отличающейся высоким их содержанием, такой как морская вода или соли, используемые против обледенения, а также когда при изготовлении бетона используются загрязненные сырьевые материалы. Если хлор проник в бетон и достиг арматурных стержней, он снимает с них пассивирующую пленку оксидов железа, в результате арматура подвергается процессам коррозии. Проникновение начинается с поверхности и продолжается внутри бетона. Время проникновения завитит от след. факторов: 

- концентрация хлоридов, контактирующих с бетонной поверхностью;

- проницаемость бетона;

- наблюдаемая относительная влажность. 

Коррозия протекает при сочетании двух факторов, причем они оба необходимы для этого процесса. Это: хлориды, хлориды, которые снимают с арматурных стержней пассивирующую пленку оксидов железа, и влага, содержащая кислород. Например,  в сооружении, полностью погруженном в морскую воду, содержание хлора будет выше. Однако поры бетона будут полностью насыщены водой, препятствующей проникновению кислорода.

 Коррозия арматурных стержней может либо вообще не протекать, либо наблюдаться в пренебрежительно малой степени. 

Если рассмотреть другое сооружение, погруженное в морскую воду, то участком, который в наибольшей степени подвержен разрушению в результате воздействия хлоридов, является зона оседания брызг. Под действием набегающих волн, а также приливов, происходит попеременное увлажнение-высыхание бетона. Соли, используемые зимой на дорогах в качестве противообледенительных реагентов, проникают во время таяния и дождей в бетонную конструкцию, вызывая коррозию и разрушение. Как только этот процесс начнется, где бы сооружение не находилось, коррозия будет продолжаться с увеличенной скоростью, поскольку образуются легкодоступные пути для проникновения агрессивных веществ. Концентрация хлоридов, требуемая для поддержания коррозии арматурных стержней, прямо пропорциональна рН бетона. Чем выше щелочность, тем больше концентрация хлоридов, которая требуется для начала процесса коррозии. С учетом этого соображения можно связать разрушение из-за образования карбонатов и разрушение, вызванное хлоридами. При формировании солей угольной кислоты рН бетона снижается, что делает его уязвимым даже в тех частях сооружения, где концентрация хлоридов сравнительно невелика. 

4. Воздействие щелочей цемента с заполнителями бетона. 

Взаимодействие щелочей цемента с заполнителями бетона может приобретать существенные масштабы и приводить к серьезному разрушению бетонных сооружений. Некоторые типы заполнителей, например, содержащие реакционноспособный кремнезем, взаимодействуют с двумя щелочами, которые находятся в цементе, - калия и натрия, или, какговорилось в предыдущем параграфе, солями этих металлов, которые поступают извне в форме хлорида натрия (NaCI) (противообледенительные реагенты; морская вода). В результате реакции образуется гель, который сильно расширяется в присутствии влаги и создает силы, разламывающие бетон вокруг этих соединений.

Взаимодействие щелочей цемента с заполнителями бетона представляет собой медленно протекающий гетерогенный процесс, поскольку он связан с составом заполнителей, которые содержат аморфный кремнезем. В результате реакции в подобных условиях образуются силикаты натрия и гидратированный калий, отличающиеся чрезвычайной объемистостью.

 Реакции взаимодействия щелочей цемента с заполнителями бетона проявляются в защитном слое бетона. При этом на поверхности появляются микро- и макротрещины, или даже начинается подрыв небольших участков бетона над областями, где в заполнителях имеется реакционноспособный кремнезем (явление вспучивания). Этот феномен, в частности, наблюдается на полах промышленных зданий. На фото 11 показано сооружение с серьезным разветвленным растрескиванием. Это характерный пример разрушений, вызванных взаимодействием щелочей цемента с заполнителями бетона. Как только начинается разрушение бетона, ускорить реакцию способна дополнительная влажность. Дополнительный источник риска - циклы замерзания и оттаивания.

Предоставлено компанией МАПЕИ