От чего разрушается бетон?

Самые распространенные причины разрушения бетона и железобетона приведены на фото 1.

Прежде всего, хотелось бы отметить, что в основном, интенсивному разрушения поддается бетон с низкими характеристиками, такими как:

• прочность бетона и его заполнителей;
• плотность;
• пористость;
• удельный вес;
• водопроницаемость.

Бетоны с высокой прочностью обладают высокой долговечностью, при условии его эксплуатации согласно назначению. Поэтому, при расчете состава бетона следует закладывать максимальные характеристики и соблюдать все правила и предписания технологических операций приготовления и укладки бетонной смеси.

Таким образом, бетон низкого качества, а именно низкой прочности, высокой пористости и водопроницаемости будет очень быстро разрушаться.

Но все-таки при длительном воздействии некоторых факторов на бетон со временем приводят к постепенному разрушению бетона. Рассмотрим кратко основные причины разрушения бетона. Все факторы разрушения можно разделить на 4 группы:

• механические;
• химические;
• физические;
• воздействие высоких температур (пожара).

Механические факторы разрушения бетона:

1. Статическая нагрузка превышающая расчетную допустимую;
2. Динамическая нагрузка превышающая расчетную допустимую;
3. Износ.
4. Осадка конструкции.

Физические факторы разрушения бетона

1. Морозное разрушение – замораживание и оттаивание. Разрушение бетона происходит за счет превращения воды в лед, которая находится в капиллярах бетона, вследствие чего она увеличивается в объеме на 7…10% и создает растягивающие напряжения внутри структуры, разрушая ее. Более плотные и прочные бетоны могут выдерживать большое количество циклов замораживания и оттаивания, что повышает их долговечность.
2. Воздействие воды. Фильтрация воды. Вода проходящая сквозь бетон (фильтрация) и по поверхности бетона (особенно мягкая вода) приводит к растворению и выносу портландита Са(ОН)₂ и его катионов Са²⁺, что существенно снижает прочность и долговечность бетонных конструкций.
3. Воздействие горюче-смазочных материалов. Также понижают прочность бетона такие вещества, как:

• машинное масло;
• эмульсии (в т.ч. бензин);
• все различные смазки.

Данные молекулы масла обволакивают частицы цементного камня тонкой пленкой, которая приводит к разрыву связей между всеми компонентами цементного камня. Таким образом, если взять шпатель и попробовать прочность бетона в зоне масляного пятна можно убедиться что бетон превращается просто в песок или бетонную стружку.

4. Усадка бетона. Происходит с образованием большого количества мелких трещин. Причина усадки – не правильно подобран состав бетона, неоднородность бетонной смеси (плохое перемешивание), плохой уход за бетоном в первые дни после бетонирования.
5. Резкие температурные перепады. Повышение или понижение температуры приводит к расширению или сжатию бетона, это способствует накоплению внутренних напряжений и трещин в структуре бетона. Для предотвращения возникновения внутренних напряжений и трещин устраивают деформационные и температурные швы.

Химические факторы разрушения бетона

Химические факторы разрушения бетона подразумевают воздействия различных агрессивных веществ, которые вступают с компонентами бетона в химическую реакцию и приводят к трем видам разрушения:

• снижения прочности за счет растворения в водных растворах цементного камня;
• снижение прочности бетона за счет выноса химических соединений, которые образовались вследствие взаимодействия химических веществ и продуктов гидратации цементного камня;
• образования внутренних напряжений и трещин за счет образования и роста в объеме новообразований внутри структуры бетона.

Воздействие карбонатов, сульфатов и хлоридов приводит к образованию и росту кристаллов, и в дальнейшем к возникновению внутренних напряжений и трещин, фото 2.

1. Карбонизация. Воздействие углекислого газа на бетон. Углекислый газ, который находится в воздухе может вступать в реакцию с портландитом (гидроксидом кальция Са(ОН)₂) с образованием слаборастворимого кальцита – карбоната кальция, но при длительном воздействии углекислого газа кальцит растворяется с образованием растворимого гидрокарбонат кальция Ca(HCO₃)₂. При этом в железобетоне до воздействия углекислого газа СО₂ бетонная среда является щелочной с рН показателем 12…14, что является идеально средой для стальной арматуры. Но при воздействии углекислого газа СО₂ на внутреннюю структуру бетона через капилляры щелочность среды уменьшается и арматура начинает корродировать, фото 3.

Приведем формулу реакции химического воздействия углекислого газа СО₂ с портландитом:

СО₂+Са(ОН)₂ ® СаСО₃+Н₂О

Растворение кальцита от воздействия СО₂:

CaCO₃ + CO₂+ H₂O → Ca(HCO₃)₂

Продукты коррозии стали увеличиваются в объеме, что приводит к возникновению внутренних напряжений и трещин (в бетоне трещины возникают и развиваются вдоль арматурных стержней).

2. Воздействие сульфатов на компоненты бетона (сульфатна коррозия или коррозия 3 вида). Воздействие кислотных дождей и сточных вод, содержащих растворы солей серной кислоты. Растворы солей серной кислоты, проникая внутрь бетона, вступают в химическую реакцию с компонентами бетона (с алюминатами и портландитом) с образованием разрушающих соединений, таких как:

• эттрингит;
• таумасит;
• двухводный гипс.

Образование эттрингита, происходит после взаимодействии с SО₄ и образование природного гипса:

Са(ОН)₂+SО₄ = +2Н₂О·СаSО₄·2Н₂О+2OH

CaO·Al₂O₃·6H₂O + 3 (CaSO₄·2H₂O) + 26H₂O·3СаО·Al₂O₃·CaSO₄·32H₂O

Образование таумасита:

CaO·SiO₂·H₂O + Ca(OH)₂ + CO₂ + 11H₂O + CaSO₄·2H₂O·

CаCO₃·CaSO₄·CaSiO₃·15H₂O

Для повышения стойкости бетона к воздействию сульфатов применяют специальные цементы:

• пуццолановый портландцемент;
• сульфатостойкий портландцемент.

3. Воздействие хлоридов на бетон. Ионы хлоридов, которые содержатся в морской соленой воде, растворе поваренной (кухонной соли) и солевые смеси для борьбы с гололедицей пагубно влияют на долговечность бетона.

Воздействие хлоридов на компоненты бетона и железобетона приводят к:

• образование трещин вследствие возникновения щелочного силиката, который постепенно увеличивается в объеме;
• понижению щелочной среды в бетоне, которая защищает арматуру от коррозии;
• коррозии арматурной стали;
• в следствие взаимодействием хлоридов с гидроксидом кальция образуются оксидированный гидратом кальция, который со временем увеличивается в объеме:

СаCl₂ + Ca(OH)₂ + H₂O·СаО·CaCl₂·2Н₂О

4. Воздействие воды на бетон с водородным показателем меньше рН=6 или более рН=9. Воздействие кислот. Вода с водородным показателем меньше рН=6 или более рН=9 приводит к разрушению бетона, а именно:

• портландита;
• алюмосодержащих компонентов.

Воздействие кислот на бетон приводит к разрушению последнего:

Ca(OH)₂+ 2HCl = CaCl₂+ 2H₂O

Биологическая коррозия

Биологическая коррозия (разрушение) бетона в основном происходит в канализационных коллекторах, в зонах, где протекает сточная вода, обогащенная кислородом и сероводородом. В такой среде активно развиваются бактерии, которые выделяют вредную для бетона серную кислоту.

Перечислим самые распространенные живые микроорганизмы, которые могут разрушать бетон:

• нитрификаторы;
• сероокисляющие бактерии;
• тионовые бактерии;
• бесцветные серобактерии.

Также в последние годы, актуальной проблемой для долговечности конструкций из бетона, которые эксплуатируются в обводненных условиях является электрокоррозия, особенно воздействие постоянного пульсирующего электрического тока от мощных источников, которые вызывают интенсивное разрушение бетона и арматуры. Для предотвращения воздействия токов утечки и блуждающих токов, конструкции следует изолировать и отводить ток от бетонных и железобетонных конструкций с помощью заземления и шунтирования.

 Разрушение бетона при воздействии высоких температур

 При пожарах, когда бетон очень сильно нагревается до высокой температуры, происходит «обезвоживание» бетона – испарения химически связанной воды, находящиеся между частицами гидросиликатного геля цементного камня. Вследствие «обезвоживание» бетон теряет свою прочность.

Автор публикации – эксперт GIDproekt

Конев Александр Анатольевич