Бетон обладает превосходной прочностью, поэтому он является наиболее широко используемым строительным материалом. Однако практика проектирования и строительства, ограничения по материалу и воздействие суровых погодных условий могут привести к повреждению бетона.
Это может повлиять на эстетические, структурные и функциональные аспекты конструкции.. Несколько факторов, таких как химические воздействия, перегрузки и удары, карбонизация, сухой и влажный циклический режим, а также пожар, могут вызвать значительное повреждение бетона.
Вот 6 основных причин повреждения бетона:
1. Карбонизация
Карбонизация происходит, когда углекислый газ проникает в бетон через микротрещины и поры, реагирует с гидроксидами, такими как гидроксид кальция, и образует карбонат кальция. Продукт реакции снижает pH в бетоне с 13 до 8. Снижение щелочности подвергает коррозии встроенные стальные стержни. Однако карбонизация не увеличивает скорость коррозии стальных прутьев.
Карбонизация бетона – медленный процесс. При хорошем качестве бетона скорость карбонизации оценивается в 1 мм/год. Тем не менее, скорость карбонизации увеличивается в бетоне с низким содержанием цемента, низкой прочностью, коротким периодом твердения, высоким водоцементным отношением и высокой проницаемостью.
Относительная влажность бетона является еще одним фактором, который контролирует скорость карбонизации. Она достигает максимума, когда относительная влажность бетона находится в пределах 50-75%. Поэтому карбонизацией при относительной влажности менее 25% можно пренебречь.
Наконец, карбонизация влияет на те части бетонного здания, которые непосредственно подвергаются воздействию осадков, затенены от солнечного света и имеют небольшие бетонные покрытия.
Коррозия, вызванная карбонизацией, часто возникает на фасадах зданий с неглубоким бетонным покрытием
Схематическая иллюстрация процесса карбонизации бетона
2. Коррозия арматуры
Коррозия арматуры является одной из основных причин повреждения бетона. Она возникает, когда pH бетона снижается до 10 или менее, и в него попадают хлорид-ионы, кислород и влага.
В результате объем продуктов коррозии (ржавчины) превышает объем стали, что приводит к напряжению окружающего бетона и заставляет его трескаться, расслаиваться или отслаиваться.
Коррозия арматуры, заделанной в бетон, может быть значительно снижена путем укладки бетона с низкой проницаемостью и отсутствием трещин, а также обеспечения достаточного бетонного покрытия над стальными стержнями.
Расширение корродирующей стали создает растягивающие напряжения в бетоне, что может вызвать растрескивание, расслаивание и откол.
3. Химическая атака
Сульфаты натрия, калия, кальция или магния, растворенные в почве, морской или грунтовой воде, могут проникать в бетон, реагировать с гидратированными соединениями и расширяться, вызывая повреждение бетона. Кроме того, внутренняя сульфатная атака (замедленное образование эттрингита) создает материал, который поглощает воду и вызывает значительное набухание и растрескивание.
Эта форма химического воздействия проявляется в большей степени в условиях влажного и сухого циклов. Использование низкого водоцементного отношения и цемента с ограниченным количеством трикальцийалюминатов является лучшей мерой для предотвращения сульфатной атаки.
Кислотное воздействие растворяет вяжущее с поверхности бетона, щелочно-агрегатная реакция создает экспансивный продукт, а воздействие мягкой воды разрушает цементную пасту в бетоне.
Защитная обработка поверхности бетона может помочь избежать кислотной атаки. Кроме того, адекватно затвердевший бетон с низкой проницаемостью может снизить скорость кислотной атаки.
Коррозия железобетонной конструкции в результате химического воздействия
4. Перегрузка и воздействие
Размещение тяжелых грузов на бетоне приводит к образованию микротрещин и трещин. Кроме того, перегрузка может возникнуть из-за изменений в эксплуатации здания без надлежащей модернизации конструкции, непреднамеренной перегрузки и необычных событий, таких как землетрясения.
Раннее снятие опалубки или складирование материалов или тяжелого оборудования может перегрузить некоторые аспекты конструкции. Например, ударное оборудование может привести к образованию обширных микротрещин. Распространенная форма ударной перегрузки возникает на краях швов плит на поверхностях для движения автотранспорта.
5. Огневое повреждение
Если бетон подвергается воздействию высокой температуры, он теряет большую часть своей прочности на сжатие, прочность на изгиб и эластичность. И наоборот, бетон с высоким соотношением заполнителя и цемента меньше снижает прочность на сжатие, а чем ниже водоцементное соотношение, тем меньше потеря модуля упругости. В результате, попавшая в бетон вода может вызвать откол.
6. Переувлажненный бетон
Высокое содержание воды в бетонной смеси вытесняет цемент на поверхность. В результате поверхность бетона высыхает до начала схватывания, что приводит к усадке, трещинам, отслоению и снижению прочности на сжатие.
Часто задаваемые вопросы
Каковы наиболее распространенные причины разрушения бетона?
Химическое воздействие, перегрузки и удары, карбонизация, сухая и влажная цикличность и пожар являются основными причинами разрушения бетона.
Каковы причины коррозии арматуры в бетонных конструкциях?
Коррозия арматуры происходит при снижении pH в бетоне до 10 или менее, а также при наличии хлорид-ионов, кислорода и влаги.
Что подразумевается под карбонизацией в бетоне?
Карбонизация происходит, когда углекислый газ проникает в бетон через микротрещины и поры, реагирует с гидроксидами, такими как гидроксид кальция, и образует карбонат кальция. Продукт реакции снижает pH в бетоне с 13 до 8.
Снижение щелочности подвергает коррозии встроенные стальные стержни. Карбонизация бетона – медленный процесс. Если качество бетона высокое, скорость карбонизации оценивается в 1 мм/год.
Как определить, что бетон карбонизирован?
Нанесите раствор индикатора фенолфталеина на свежую поверхность трещины бетона. Если раствор остается бесцветным, pH бетона меньше 8,6, что свидетельствует о карбонизации. Однако, если раствор становится фиолетовым, pH выше 8,6, и карбонизация бетона не вызывает опасений.
Шаги для ремонта повреждений бетона в железобетонной конструкции
Как заменить поврежденный бетонный элемент в конструкции
7 ошибок проектирования, вызывающих повреждение бетона
Читайте далее:- Коррозия стальной арматуры в бетоне – причины и защита.
- Виды трещин в свежем и затвердевшем бетоне, их причины и борьба с ними.
- Сульфатная атака на бетон – процесс и контроль сульфатной атаки.
- Виды химического воздействия на бетонные конструкции.
- Основные признаки ненадежного бетона, причины и методы полевых испытаний.
- Ухудшение состояния бетона в результате катионообменных реакций.
- Виды сульфатной атаки в бетоне – влияние и источники.