О причинах раннего повреждения бетонных и железобетонных

О причинах раннего повреждения бетонных и железобетонных конструкций
http://www.gidromon.ru/statya.php?id=4
Н.К. Розенталь, канд. техн. наук
Г.В. Чехний, канд. техн. наук
Г.В. Любарская, инж.
При кажущейся простоте технологии изготовления бетонных и железобетонных конструкций небольшие отклонения от правил производства работ могут сильно
изменить качество бетона и железобетона. В результате этого имеет место раннее повреждение конструкций, а иногда они полностью выходят из строя задолго до
окончания проектного срока службы. Такие случаи наблюдаются в промышленном, транспортном, гидротехническом, жилищном и других видах строительства.
Затраты на ремонт, а подчас и замену конструкций соизмеримы со стоимостью нового строительства. Лаборатория коррозии и долговечности бетонных и
железобетонных конструкций НИИЖБа рассматривает подобные случаи и выявляет причины раннего повреждения бетона и железобетона, рекомендует способы их
устранения.
Повреждение от действия воды и мороза - одно из наиболее распространенных. Довольно часто этому подвержены фундаментные блоки при строительстве
зданий и сооружений различного назначения. Отсутствие требований к высокой морозостойкости бетона приводит к тому, что строители в заказах на фундаментные
блоки не указывают марки по морозостойкости, в результате получают конструкции с ненормированной или минимальной морозостойкостью. Конструкции
фундаментов нередко остаются на зиму не защищенными грунтом. Насыщенный водой бетон зимой подвергается замораживанию с периодическим оттаиванием
осенью и весной. Для центральных районов России число переходов температуры воздуха через 0 °С может достигать 40-70 за год. На поверхностях конструкций,
нагреваемых солнцем, число таких переходов будет еще больше. В результате морозной деструкции бетона весной фундаментные блоки приходят в негодность. Это
весьма распространено на практике. Известны аналогичные повреждения и свайных фундаментов.
Рассмотрим эту ситуацию с точки зрения действующих норм. В СНиП 2.03.01-84 для районов с расчетной зимней температурой наружного воздуха ниже -50 °С до 20 °С для водонасыщенных конструкций, находящихся в грунте, указана минимальная марка бетона по морозостойкости F50. Предполагается, что бетон
подвергается эпизодическому воздействию температуры ниже 0 °С (малое число циклов замораживания и оттаивания бетона в грунте в течение года). Если водонасыщенный бетон фундаментного блока остается в зимний период не защищенным грунтом, то требования по морозостойкости должны быть повышены. В этом
случае необходим бетон марки по морозостойкости F 100- F 150.
Иногда фундаментные блоки, установленные в котлован в глинистом грунте, сверху укрывают полиэтиленовой пленкой. Осенью котлован может быть залит водой.
Укрытие пленкой уменьшает испарение влаги из бетона, увеличивает его влажность и усиливает морозное повреждение. Насыщенный водой бетон блоков
разрушается за один холодный период года.
В незавершенном строительством зданиях, если не выполнена консервация, основные строительные конструкции подвергаются длительному воздействию
атмосферных осадков и мороза, что обычно не предусмотрено проектом здания. В результате происходит морозное разрушение бетона.
Известен ряд случаев повреждения бетона дорожных и аэродромных плит за один зимний сезон. Причина этого - недостаточная морозостойкость бетона. В
некоторых проектах не предусмотрено воздействие на бетон противогололедных реагентов, что многократно усиливает морозную деструкцию бетона. Например,
если в обычных условиях достаточна марка бетона по морозостойкости F200 (испытание в водо-насыщенном состоянии), то при воздействии солей требуется та же
марка F200, но полученная при испытаниях с насыщением бетона раствором соли, что эквивалентно марке F800 согласно первому методу ГОСТ 10060.0-95.
Раннее разрушение подпорных бетонных стенок наблюдается в случаях, если отсутствует гидроизоляция стороны стенки, обращенной к грунту, и бетон
систематически насыщается водой из грунта.
На юге России обнаружены после 1-3 лет эксплуатации массовые повреждения опор линий электропередачи, поставляемых одним из заводов. Разрушение
происходило вследствие капиллярного подъема воды из грунта в осенний и весенний периоды года и замораживания бетона в водо-насыщенном состоянии. В
данном случае необходимо было назначить повышенные требования к бетону по морозостойкости в условиях водонасыщения.
После возведения конструкций способы повышения морозостойкости бетона весьма ограничены. Иногда его пропитывают гидрофобизирующими составами. Однако
при наличии напора воды и под водой увеличить морозостойкость гидрофобизацией бетона не удается. Другой способ защиты состоит в снижении морозного
воздействия на конструкцию с помощью теплоизоляции. В некоторых случаях достаточно нанести на поверхность конструкции слой морозостойкого бетона,
воспринимающего основные температурные колебания внешней среды. Сокращение числа циклов замораживания и оттаивания в защищаемом бетоне уменьшает
морозное повреждение. Если удается устранить источник насыщения бетона водой, то улучшаются условия службы конструкции.
Для повышения морозостойкости бетона при изготовлении или возведении новых конструкций имеются проверенные на практике надежные методы. В первую
очередь это применение модификаторов бетона, содержащих в своем составе водо-редуцирующие, воздухововлекающие и микрогазообразующие добавки. Все
основные характеристики бетона, влияющие на долговечность конструкций, улучшаются: увеличивается водонепроницаемость, уменьшается капиллярный перенос
влаги, повышается морозостойкость и однородность указанных свойств. Таким путем, например, решен вопрос о морозостойкости фундаментов с высоким
ростверком в жилых домах с продуваемым подпольем при строительстве на вечной мерзлоте в Якутске.
В нормативную базу следует внести определенные изменения. Существующие нормы испытаний бетона (1 раз в квартал или полгода) недостаточны. Необходим
активный оперативный контроль морозостойкости бетона, в том числе в изготовленных или возведенных конструкциях. Следует уточнить требования по
назначению марки бетона по морозостойкости, изложенные в СНиП 2.03.01-84. Например, пояснение: "конструкции, расположенные в сезоннооттаивающем слое
грунта в районе вечной мерзлоты" (п. 1 табл. 9) строители Центрального региона России не воспринимают. В действительности речь должна идти обо всех
конструкциях, замерзающих в водо-насыщенном состоянии, в том числе о фундаментах в затапливаемых котлованах, о чем сказано выше.
Нормативные документы практически не рассматривают вопрос о дозревании бетона высоких марок по морозостойкости в сборных железобетонных конструкциях,
выпускаемых заводами в зимний период времени. Попадая сразу после тепловлажностной обработки на открытый склад готовой продукции, такие конструкции в
дальнейшем быстро разрушаются.
ГОСТ 10060 не определяет действительную морозостойкость бетона. Испытания выполняются до числа циклов, соответствующих проектной марке бетона по
морозостойкости, бетон не испытывают до разрушения. Отсутствие сведений о действительных марках бетона по морозостойкости не позволяет накопить данные о
необходимых его марках для тех или иных конкретных условий эксплуатации.
Разрушаются в первую очередь изделия и конструкции, изготовленные и возведенные с различными нарушениями технологии (некачественные исходные
материалы, не точная дозировка компонентов бетона, дефекты уплотнения бетонной смеси, неудовлетворительные условия твердения, в том числе высушивание
бетона в процессе твердения, раннее замораживание бетона и т. п.).
Велика роль качества исходных материалов. Применение загрязненного щебня, когда на поверхности зерен имеется не удаляемая при перемешивании бетонной
смеси оболочка из увлажненной каменной пыли (характерно для карбонатных заполнителей пониженной прочности), резко снижает морозостойкость бетона.
Сильно понижается эта характеристика бетона при использовании цементов с высоким (более 1 %) содержанием щелочей. Строгое следование технологическим
правилам - гарантия высокой долговечности бетонных и железобетонных конструкций.
Разрушение вследствие попадания в бетон различных технических продуктов. В последнее время на нескольких заводах железобетонных изделий
Москвы почти одновременно произошло множественное повреждение железобетонных конструкций в процессе тепловлажностной обработки. Дефекты в виде
выкалывания конических кусков бетона были обнаружены при распалубке изделий. Химический анализ материала показал, что это обожженный доломит,
прогидратировавший в бетоне.
Попадание в бетон гидратирующихся с увеличением объема материалов неоднократно случалось и прежде (негашеная известь, кусочки силикат- глыбы). Иногда в
бетоне встречались зерна поваренной соли. Имело место обрушение конструкций из-за нахождения в бетоне соли, коррозии и обрыва стальной арматуры.
Коррозия бетона, вызванная взаимодействием заполнителя реакционноспособного кремнезема со щелочами цемента, известна во всех
промышленно развитых странах мира. В этой связи международная организация испытательных лабораторий RILEM разрабатывает методы испытаний
заполнителей, содержащих реакционно-способный кремнезем. Для подобных испытаний в России разработан ГОСТ 8269. Процесс коррозии состоит в том, что
аморфные и скрытокристаллические формы кремнезема могут химически взаимодействовать со щелочами цемента и образовывать силикаты натрия и калия,
которые в присутствии кальция поглощают воду, увеличиваются в объеме и вызывают его повреждения. Процесс развивается медленно, разрушение бетона может
наступить через 10 лет и более.
Выполненные в последнее время НИИЖБом исследования показали, что ряд предприятий нерудной промышленности поставляет заполнители, содержащие
реакционно-способный кремнезем в количестве, многократно превышающем нормированное 50 моль/л.
Способы защиты бетона от начавшегося процесса коррозии ограничены, в основном это высушивание бетона и сохранение его в этом состоянии. Для
предупреждения коррозии данного вида следует исключать одновременное применение в бетоне заполнителей с повышенным количеством реакционно-способного
кремнезема и цементов с высоким содержанием щелочей (см. п. 2.14 СНиП 2.03.11-85).
Повреждение железобетонных конструкций от воздействия солей хлоридов. Соли хлоридов способны легко проникать в бетоны и вызывать коррозию
стальной арматуры. Попадающие через грунт противогололедные реагенты (в основном соли хлоридов) вызывают разрушение железобетонных конструкций в
коммуникационных коллекторах. По той же причине сильно повреждаются железобетонные конструкции мостов при неудовлетворительном отводе талых вод,
конструкции многоэтажных гаражей. При разбрызгивании растворов солей колесами автомобилей повреждаются железобетонные опоры освещения.
Основные меры защиты сводятся к замедлению и исключению попадания солей через защитный слой к поверхности стальной арматуры:
применение малопроницаемого бетона, различные малопроницаемые покрытия.
Коррозия железобетонных труб в коллекторах сточных вод. В сероводородной газовой среде самотечных коллекторов сточных вод тионовые бактерии,
поселяющиеся на стенках труб, выделяют серную кислоту. По нашим данным, показатель рН конденсата на поверхности бетона в этих условиях может понижаться
до 1-2, что эквивалентно концентрации серной кислоты 5 г/л. В этих условиях развивается коррозия цементных бетонов со скоростью до 1-2 см в год. Это приводит
к быстрому разрушению труб с обвалами их сводовой части, провалами в грунте. Аварии такого рода широко распространены.
Для предупреждения развития повреждений необходимо использовать комплекс мероприятий, включающий разработку проектов, в которых предусмотрено
исключение напорных участков, турбулентности потоков в самотечных коллекторах, аэрация сточных вод, применение коррозионно-стойких, главным образом
полимерных материалов для защиты железобетонных труб.
Грибки, выделяющие в процессе своей жизнедеятельности минеральные и органические кислоты, приводят к разрушению цементного камня, превращая его в
сухую сыпучую массу. Существует более 40 видов грибков, способных разрушать растворы и бетоны. Наиболее часто встречаются виды Aspergillus niger, Penicillium,
Cladosporium. Сильное поражение строительных конструкций наблюдается во многих жилых и промышленных помещениях, например в зданиях целлюлознобумажных комбинатов, на многих предприятиях пищевой промышленности, в старых жилых зданиях, особенно в подвалах, животноводческих помещениях и др.
Строительные конструкции от поражения грибками защищают, обрабатывая поверхность препаратами- биоцидами (фунгицидами) или вводя их в состав растворов и
бетонов. На основе разработок НИИЖБа выполнена защита значительного числа помещений различного назначения.
Высолы на поверхности строительных конструкций - один из видов их повреждений. Наиболее часто высолы образуются на кирпичной кладке при
производстве работ в зимнее время, когда в состав кладочных растворов вводят противоморозные добавки: нитрит натрия, формиат натрия, нитрат кальция, поташ,
другие соли. Однако нередко высолы появляются и при выполнении кладки в летнее время в отсутствие противоморозных добавок, т. е. в результате выноса на
поверхность растворимых соединений кладочного раствора и кирпича, в том числе карбонатов и сульфатов натрия, калия и кальция. Наличие солей на поверхности
строительных конструкций вызывает солевую форму коррозии. Сначала появляется шелушение, а затем разрушаются поверхностные слои материалов, повышается
сорбционная влажность, ухудшается внешний вид зданий и сооружений.
Основная мера защиты от образования высолов - гидрофобизация наружных слоев материала строительных конструкций. Соответствующие разработки выполнены
в НИИЖБе.