Бетон, подверженный воздействию морской воды – последствия и меры предосторожности

Введение

Бетонные конструкции, построенные в морских условиях, всегда подвергаются прямому или косвенному воздействию морской воды. Прибрежные и морские сооружения всегда находятся в контакте с морской водой, и в них происходит ряд физических и химических процессов разрушения. Таким образом, бетонные конструкции, подверженные воздействию морской воды, требуют особого внимания.

Состав морской воды

71% поверхности Земли покрыто водоемами, из которых почти 96,5% покрыто только морской водой. Таким образом, большое количество бетонных конструкций подвергается воздействию бетона либо при прямом контакте, либо косвенно под воздействием ветра, несущего брызги морской воды.

Мост, построенный на морской стороне

Обычно морская вода содержит 3,5 процента растворимых шлаков по весу. Ионная концентрация Na+ и Cl- максимальна в морской воде, обычно 11,000 и 20,000 мг/литр соответственно. Морская вода также содержит Mg2+ и SO42- около 1400 и 2700 мг/ли соответственно. pH морской воды колеблется между 7,5 и 8,4. Среднее значение pH принимается около 8,2. Морская вода также содержит некоторое количество CO2. Если в морской воде растворена большая концентрация CO2, то рН может упасть ниже 7,5. В следующей таблице приведена концентрация основных ионов в некоторых известных мировых морях.
Мировые моря/основные ионы
Концентрация ионов (мг/литр)
Натрий
Магний
Хлорид
Сульфат
TDS
Соотношение TDS
Черное море
4900
640
9500
1362
17085
3.90
Мраморное море
8100
1035
14390
2034
26409
2.52
Средиземное море
12400
1500
21270
2596
38795
1.72
Северное море
12200
1110
16550
2220
33060
2.02
Атлантическое море
11100
1210
20000
2180
35370
1.88
Балтийское море
2190
260
3960
580
7110
9.37
Арабский залив
20700
2300
36900
5120
66650
1.00
БРЕ** Экспозиция
9740
1200
18200
2600
32540
2.05
Красное море
11350
1867
22660
3050
40960
1.63
Таблица 1: Концентрация основных ионов в некоторых известных мировых морях

Влияние морской воды на бетонные конструкции

Компоненты морской воды вступают в химическую реакцию с компонентами цементного бетона, что приводит к повреждению бетонной конструкции несколькими способами. Сульфат магния, присутствующий в морской воде, реагирует с гидроксидом кальция цемента и образует сульфат кальция, а также осадок гидроксида магния.
Сульфат магния также реагирует с гидратированным алюминатом кальция и образует сульфоалюминат кальция. Эти конечные образования являются основными причинами химического воздействия на бетонные конструкции.
Ухудшение бетонных конструкций под воздействием морской воды в большей степени связано с выщелачиванием, а не с расширением бетона. Выщелачивание больше влияет на небольшие бетонные конструкции, чем расширение, в то время как крупные бетонные конструкции подвержены как выщелачиванию, так и расширению.
Сульфаты воздействуют на бетон и вызывают его расширение, но из-за присутствия хлоридов в морской воде набухание бетона замедляется. Следовательно, эрозия и потеря бетона происходит без значительного расширения.

Разрушение бетона в морской воде

Содержание извести в бетоне также теряется из-за выщелачивания. И гидроксид кальция, и сульфат кальция растворимы в морской воде, что приводит к усилению выщелачивающего действия. Температура также является фактором химического воздействия, при более высокой температуре воздействие усиливается.
Бетон не является на 100% непроницаемым. Когда морская вода проникает в поры бетона и достигает арматуры, возникает коррозия. Это повлияет на долговечность конструкции.

Коррозия арматуры под воздействием соленой воды

Другой случай – повреждение бетона в результате абразивного износа. Морская вода может нести песок и ил, особенно в мелкой части моря. При сильном контакте с бетонной поверхностью происходит абразивный износ. Абразивное истирание также происходит из-за механического воздействия волн.

Теоретические аспекты

Если бетонная конструкция построена в морской воде, то наиболее подверженная абразивному воздействию область конструкции находится намного выше отметки высокой воды. Область между низким и высоким уровнем воды подвержена меньшему воздействию, а область, которая постоянно погружена под морскую воду, подвержена наименьшему воздействию.
Причина этого заключается в том, что когда морская вода под действием волн с силой соприкасается с участком выше отметки высокого уровня воды, часть соленой воды оседает в порах бетона. Когда эта область высыхает, вода кристаллизуется в частицы соли и происходит разрушение бетона. Аналогично, если в холодном климате позволить воде в порах бетона замерзнуть, бетон расширится и потеряет свою прочность.

Диаграммное изображение бетона, подвергшегося воздействию морской воды

Как повысить долговечность бетона в морской воде?

Для повышения долговечности бетонной конструкции, которая подвергается воздействию морских условий,

Столкновение морских волн с бетонной конструкцией

• Коррозия стальной арматуры в бетоне – причины и защита.
• Ухудшение состояния бетона в результате катионообменных реакций.
• Влияние примесей в воде на прочность, долговечность и другие свойства бетона.
• Как предотвратить коррозию арматуры на стройплощадке?.
• Роль хлорида кальция в бетоне.
• Виды химического воздействия на бетонные конструкции.
• Условия воздействия, влияющие на долговечность бетона.