Карбонизация бетона: что это такое и как влияет на конструкцию

Карбонизация бетона: влияние на долговечность конструкции

Прочностные характеристики бетона позволяют использовать его при строительстве несущих конструкций, которые подвержены высоким нагрузкам. Он прочен, долговечен и устойчив к перепадам температур, но, несмотря на это, бетон имеет один важный недостаток — карбонизацию.

Что такое карбонизация бетона

Это одна из самых распространенных причин разрушения бетонных и железобетонных сооружений. Этот процесс приводит к деформации поверхности и создает условия для возникновения коррозии металлической арматуры, используемой при строительстве.

Карбонизация — это процесс нейтрализации бетона под воздействием углекислого газа и влаги, поглощенных из окружающей среды. В течение этого процесса происходит постепенное изменение изначальных свойств материала — понижение щелочного баланса и образование карбоната кальция.

Общие сведения

Бетон — пористый материал, из-за чего он с легкостью впитываетСО2, который при взаимодействии с цементным камнем и клинкерными добавками, снижает щелочность жидкой фазы материала, что приводит к негативным последствиям.

Конструкции, имеющие в основании металлическую арматуру,в ходе карбонизации начинают корродировать, в результате чего появляется ржавчина, которая в свою очередь, приводит к нарушению целостности сооружения и снижению несущей способности.

Химические процессы

Процесс карбонизации начинается с момента изготовления материала и длится в течение всей эксплуатации. Происходит он следующим образом — в бетоне при контакте с воздушной средой, а именно кислотообразующими газами (углекислый газ), происходит сложная химическая реакция по превращению гидроксида кальция в карбонат кальция.

Углекислый газ проникает в поры бетонного основания и при воздействии влаги нейтрализует щелочную среду. В процессе реакции показатели рН снижаются с 12-12,5 до 9, в результате чего защитные свойства материала ослабляются, и появляется комфортная среда для развития коррозии.

Основные этапы образования ржавчины:

  • Диффузия СO2 через поры бетона.
  • Реакция и растворение СO2 в щелочной поровой жидкости.
  • Нейтрализация Ca(OH)2 полученной кислотой.

Насколько активным будет процесс карбонизации зависит от качества бетона и характеристик окружающей среды. Особое значение имеют следующие показатели:

  • Влажность воздуха.
  • Концентрация углекислого газа.
  • Пористость и проницаемость бетона.
  • Давление.
  • Температура окружающего пространства.

В результате реакции остаются продукты гидратного образования с побочными веществами — глинозем, гидратированный кремнезем, оксид железа.

Даже малый процент углекислого газа в воздухе запускает реакцию нейтрализации бетона.

Интенсивность течения

Скорость течения процесса напрямую зависит от показателей влажности воздуха:

  • В пределах 25% и около 100% — минимальная скорость;
  • от 50% до 60% — максимальные значения.

Недостаток влаги или ее избыток практически нейтрализуют процесс карбонизации. При минимальных значениях влаги не достаточно для начала запуска реакции, а при максимальных — снижается способность диффузной проницаемости.

Глубина карбонизации бетона

При проведении оценки надежности бетонной конструкции проводится определение глубины карбонизации. Подданным определением понимается расстояние от поверхности конструкции до границы перехода рН с кислого на щелочной.

При нормальных условиях коррозия может продвигаться вглубь на4-5 мм ежегодно или оставаться в пассивном состоянии. При наличии разрушенных участков или оголенной арматуры процесс ускоряется и может достигать 20 — 30 мм в год.

Как определить степень карбонизации бетона

Степень и глубина может определяться разными методами, например:

  • Рентгенодифрактометрией.
  • Инфракрасной спектроскопией.
  • Микроскопией.
  • Дифференциально-термическим анализом.
  • Химическим анализом.
  • Электрохимическим методом.
  • Определение с помощью индикаторов.

Чаще всего применяют тесты индикаторного типа в сочетании с карбометрическими физико-химическими способами.

Для выявления поврежденного участка вычисляется степень перехода бетона в форму карбоната, а для определения глубины процесса проводятся обследования объекта, в ходе которых используют колориметрический метод — нанесение 0,1% спиртового раствора фенолфталеина.

Средства для оценки

Лабораторные исследования по измерению степени карбонизации проводят в несколько этапов:

  • Образцы бетона покрывают изолирующими материалами, например, эпоксидной или акриловой смолой, затем помещают в эксикаторы под раствор хлорида натрия.
  • Спустя два дня образцы вынимают и измеряют диаметр, результаты заносятся в специальный журнал, где отмечают площадь каждого образца.
  • Далее образцы раскалывают и проводят оценку глубины проникновения раствора, именно она показывает способность конкретного материала подвергаться карбонизации.

Применение фенолфталеина

Раствор фенолфталеина используется в качестве индикаторного теста для выявления поврежденных участков и глубины проникновения коррозии.

Поверхность смачивается бесцветным 0,1% раствором фенолфталеина и по изменению его оттенка измеряется степень проникновения. Пробы снимаются только на свежем сколе.

При наличии щелочной среды (рН>8,3) бесцветный раствор меняет цвет на малиновый,в кислотной среде (рН).

Способы восстановления бетона

Есть два основных способа защиты и восстановления бетонной поверхности — это снижение способности бетона к окислению и влагопоглощению и укрепление конструкции путем физико-химической обработки.

Замедлить процесс можно при применении специальных защитных покрытий, которые имеют хорошие показатели водопроницаемости и отличаются высокими коэффициентами сопротивления к диффузии углекислого газа — полиуретановые, акриловые и эпоксидные смолы, силиконы, силоксаны и т.п.

Для замедления процесса используется подщелачивание бетона, выполняется оно двумя способами:

  • Электрохимическое воздействие при помощи проводников с катодами. Позволяет восстановить щелочной баланс материала и обеспечить пассивное состояние металлической арматуры.
  • Восстановление щелочности в процессе ионной диффузии. На бетонное основание наносится высокощелочной раствор, который стимулирует оптимальный химический баланс для поддержания прочности материала.

Эти методы замедления процесса карбонизации являются профилактическими. В качестве же капитальной меры производится полное удаление и замена дефектной части — поврежденные слои снимаются, тщательно зачищаются, затем поверхность обрабатывается изолирующим покрытием.

Прогнозирование карбонизации

Для предупреждения возникновения разрушения будущей постройки проводится комплексное обследование конструкции.

Первоначальное прогнозирование происходит на этапе проектирования.

Прогнозирование опирается на следующие данные:

  • Условия внешней среды — температура, влажность, давление, концентрация кислотных газов.
  • Изначальные свойства материала— показатели прочности, влагостойкости и паропроницаемости.
  • Степень гидратации цемента.
  • Динамика изменений свойств материала— измеряется в ходе эксплуатации.

На основе полученных данных проводится обследование конструкции и последующее прогнозирование, которое позволяет определить текущее состояние бетона и его антикоррозийные свойства.

Преимущества карбонизации

Процесс приводит к изменению изначальных свойств бетона, и несмотря на то, что он создает условия для коррозии арматурных конструкций, у него есть несколько преимуществ:

  • Повышение плотности бетона за счет образования карбоната кальция.
  • Увеличение водостойкости и газонепроницаемости за счет снижения объема пор.
  • Повышение прочности материала на 20 — 50%(в зависимости от марки бетона).

Карбонизация не влияет на прочность и долговечность бетонных сооружений, она оказывает пагубное влияние только на арматуру.

Карбонизация — частая причина разрушения построек из бетона, она снижает технические свойства материала, приводит к деформации поверхности, а самое главное — создает условия для возникновения коррозии стальных элементов конструкции.

Важно проводить прогнозирование и своевременную диагностику поверхности, чтобы в случае возникновения опасности принять меры по укреплению сооружения и замедлению процесса окисления бетона.

Карбонизация бетона — что это такое и как определить его глубину, а так же восстановить бетон

Ухудшение эксплуатационных свойств конструкций из бетона может объясняться массой факторов. В большинстве случаев они связаны с негативным воздействием окружающей среды, из-за которых происходит карбонизация бетона. Подобный процесс способствует деформации защитных поверхностей объекта и запускает его глубинное разрушение.

Общие сведения о карбонизации

Характер разрушительных явлений и время их появления зависят от внешних условий. Так, иногда следы деформации видны уже через пару недель с момента заливки бетонной смеси. Чтобы избежать их, нужно вовремя задействовать все меры по защите объекта.

Химические процессы

Любые конструкции из бетона или железобетона подвергаются воздействию кислых газов. При этом углекислая среда характеризуется большей концентрацией, поэтому она приводит к более разрушительным последствиям.

Под карбонизацией бетона рассматривается нейтрализация пористой структуры путем поглощения следующих веществ:

  1. Кислород.
  2. Влага.
  3. Углекислый газ.

При наличии армированных элементов в конструкции они подвергаются коррозийным процессам и образованию ржавчины. Чистая бетонная смесь тоже карбонизируется, поскольку воздействие углекислого газа распространяется на цементный песок и клинкерные добавки.

При минимальном содержании CO2 в атмосфере происходят процессы нейтрализации, а их степень определяется влажностью воздуха, давлением и температурой.

Интенсивность течения

Самая высокая степень карбонизации замечается при повышении влажности воздуха до 50-60%. В порах бетонных конструкций содержится пленочный конденсат, который способствует протеканию негативных процессов. При этом, если влажностной режим держится на уровне 25%, вероятность развития карбонизации становится минимальной.

Понятие глубины карбонизации

Глубина карбонизации считается главным показателем, описывающим характер протекания этого процесса.

Под воздействием воздуха подобная реакция замедляется, т.к. бетон меньше подвергается насыщению влагой. Так, если содержание цемента в конструкции достигает 250 г/м³, а концентрация воды с цементной смесью равна 0/60, то за 1 год использования процесс будет продвигаться на 5-6 мм.

В поврежденных изделиях с армированными стержнями показатель возрастает до 30 мм/год.

Еще существует явление локальной карбонизации, которая связана с величиной зерен наполнителя. Если она неравномерная из-за отклонений от технологии производства, разрушительные процессы будут протекать быстрее.

Определение глубины

Существует ряд технологий и методов оценки глубины карбонизации бетона. В большинстве случаев строители задействуют специальные индикаторы. Роль единицы измерения выполняет интенсивность обретения камнем цемента карбонатной формы. Подобное явление не зависит от глубины карбонизации, но позволяет составить точную характеристику процесса.

Средства для оценки

Чтобы определить, что такое карбонизация, как ее измерить, потребуется подготовить специальные емкости, напоминающие эксикаторы. В качестве заготовок применяются бетонные образцы в форме цилиндра с толщиной 5 см. Поверхность конструкции обрабатывают эпоксидной смолой для получения изоляционного слоя, а потом помещают в эксикатор, где она выдерживается под воздействием хлорида натрия в течение 2 суток.

Дальше с помощью штангенциркуля выполняется повторное снятие показателей, а результаты измерений вносятся в журнал с указанием площади обрабатываемой поверхности.

Потом образец погружается в сосуд для оценки кинетического влияния при процессе карбонизации. Испытанный бетонный материал быстрее деформируется, поэтому, если расколоть его, можно получить точные сведения о глубине проникновения смеси. Подобными методами выполняется определение значений CO2.

Применение фенолфталеина

Если нужно оценить изделие из бетона на предмет наличия дефектов, понадобится задействовать маркирующие приспособления. В большинстве случаев применяется фенолфталеиновый раствор. Оказываясь под воздействием кислотной среды, материал получает лактоновую структуру и лишается оттенка.

Однако после перехода в щелочную группу происходит появление контрастного фиолетового или красного цвета. Карбонизация фенолфталеином происходит после опрыскивания образца смесью из 1000 мл рабочего вещества и 2 промывалок по 250 г.

Методы восстановления бетона

Для восстановления деформированных под воздействием карбонизации конструкций потребуется выполнить комплексную профилактику или капитальную реконструкцию с заменой поврежденных элементов. Независимо от выбранной технологии, важно руководствоваться принципом восстановления и сохранения пассивного состояния материала.

Все технологии защиты направлены на сокращение влагопоглощения и окисления бетона для дальнейшего укрепления его целевой структуры.

Существует несколько методов, которые дают положительные результаты в сжатые сроки:

  1. Наращивание толщины слоя защиты с помощью особых составов грунтовки.
  2. Удаление слоя карбонизации путем механической обработки.
  3. Работа со щелочностью бетона с помощью электрохимического воздействия.

Прогнозирование

Своевременное определение карбонизации позволит избежать разрушительных процессов и защитить бетонную конструкцию от деформации. В большинстве случаев прогнозирование назначается для инженерных сооружений из железобетона, которые подвергаются интенсивным нагрузкам извне.

В их числе:

  1. Опоры и колонны.
  2. Гидротехнические сооружения.
  3. Элементы перекрытий.

Надежность перечисленных конструкций зависит от массы внутренних и наружных факторов. Процесс оценки материала заключается в проверке гидратации цемента и динамики изменений свойств материала.

Несмотря на повышенные показатели прочности, бетон является достаточно нестабильным строительным материалом, который остается уязвимым к негативным воздействиям окружающей среды. Чтобы избежать карбонизации, способствующей деформации бетонной структуры, важно правильно замешивать смесь из исходного сырья и вовремя обслуживать конструкцию при появлении первых признаков негативного процесса.

Влияние карбонизации бетона на долговечность строительных конструкций Текст научной статьи по специальности « Строительство и архитектура»

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Лесная В. И., Гуляев В. Т.

Текст научной работы на тему «Влияние карбонизации бетона на долговечность строительных конструкций»

теплоты населению и производству в зонах неустойчивого теплоснабжения; высокий рост цен на топливо и снижение вредных выбросов в окружающую среду от работы энергетических установок. В настоящее время потребляется в мире примерно 30 тысяч миллиардов киловатт-часов. Уровень материальной, а в конечном счете и духовной культуры людей находится в прямой зависимости от количества энергии, имеющейся в их распоряжении.

Актуальным становится применение установок на базе солнечных коллекторов с совместной работой тепловых насосов для условий города Владивостока и Приморского края. В этом регионе наблюдается большое количество солнечных дней и использование их, значительно сократит потребление энергоносителей, и выбросов в окружающую среду вредных веществ. В условиях постоянно растущих цен на энергоносители и электроэнергию, экономическая эффективность этих решений должна стать предпосылкой для массового внедрения во все отрасли народного хозяйства установок при совместной работе солнечных коллекторов и теплового насоса.

В строительном институте установлена и введена, частично, в работу научно-исследовательская установка при совместной работе солнечных коллекторов и теплового насоса. Каждый день, в любую погоду, производятся снятия показаний теплоносителя и температуры в баке аккумуляторе независимо от погоды.

Для научно-исследовательской установки было выделено помещение в подвале Строительного института ДВГТУ, для расположения всего оборудования кроме солнечных коллекторов. На крыше ночного клуба В8В были установлены на специальном металлическом каркасе солнечные коллектора, направленные на южную сторону. Всего четыре солнечных коллектора с максимальной мощностью каждого 2,5 кВт.

Читайте также:  Как принудительно остановить стирку в стиральной машине

Научно-исследовательская установка была достаточно проработана и на её основе можно проводить исследования как работы одельно тепловых насосов, так и солнечных коллекторов, а также их совместную работу, изучать как качественные так и количественные характеристики.

В Приморском крае постепенно проектируют и вводят в эксплуатацию такие установоки, но пока для небольших объектов – это дома коттеджного типа. Основной задачей для правильной и эффективной работы солнечных коллекторов является грамотный расчёт и монтаж. На данный момент все установки таких типов работают и каких-то неполадок пока не наблюдалось, но также надо учитывать то, что прошло ещё мало времени, чтобы делать более точную оценку работы установок. Хотя на западе данные виды установок себя показали с наилучшей стороны.

В.И. Лесная, В.Т. Гуляев

ВЛИЯНИЕ КАРБОНИЗАЦИИ БЕТОНА НА ДОЛГОВЕЧНОСТЬ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Все железобетонные конструкции, эксплуатирующиеся в воздушной среде, подвержены влиянию кислых газов. Поскольку концентрация углекислого газа в воздухе в 10 – Ю4 раз выше концентрации других кислых газов, основным процессом нейтрализации бетона является карбонизация. Количество углекислого г аза в атмосфере сельской местности составляет обычно 0,03% по объему или 600 мг/мЗ, в атмосфере городов и промышленных районов его концентрация может быть значительно более высокой и достигать 0,3% или 6000 мг/мЗ, а в воздухе цехов – до 1%. Будучи пористым, бетон хорошо поглощает углекислый газ, кислород и влагу, присутствующие в атмосфере. Способность бетона поглощать оказывает пагубное воздействие на арматуру, которая при повреждении бетона попадает в кислотную среду и начинает корродировать. Ржавчина, формирующаяся при окислении арматуры, увеличивает ее объем, повышает внутреннее напряжение и приводит к разломам бетона и оголению корродирующей арматуры. Оголенная арматура разрушается еще стремительнее, что приводит к быстрому изнашиванию железобетонной конструкции.

Углекислый газ С02, имеющийся в атмосфере, в присутствии влаги вступает во взаимодействие как с продуктами гидратации клинкерных минералов, так и с минералами цементного камня. Эго*взаимодействие происходит даже при малых концентрациях СО2 в атмосфере,

где парциальное давление С02 около Зх10

5МПа, в непроветриваемом помещении парциальное давление может составлять до 12х10°МПа.

В присутствии С02 карбонизуется Са(ОН)2 (гидрооксид кальция) бетона до СаСОз (карбонат кальция), в такие же реакции вступают и некоторые другие продукты гидратации цемента. Эти реакции могут протекать при низких концентрациях С02 в атмосфере, однако глубина карбонизации незначительна и медленно увеличивается во времени. Степень карбонизации увеличивается с увеличением концентрации С02 в воздухе. Карбонизация бетона и цементного камня зависит от множества внешних и внутренних факторов: относительная влажность атмосферного воздуха, проницаемость и пористость материала, температура, давление, условия гидратации и влажность цементного камня.

Взаимодействие гидрооксида кальция с углекислым газом описывается следующей реакцией: Са(ОН)2 + С02 = СаСОз + Н20

Гидратные новообразования цементного камня также могут подвергаться карбонизации, причем конечными продуктами реакции является целый спектр различных веществ: карбонат кальция, гидратированный кремнезем, глинозем, оксид железа. Полная реакция карбонизации ! С3$2Н3(тоберморита) выглядит следующим образом:

( ЗСаО- 2ВЮ2- ЗН20 + ЗС02-ЗСаС03+28Ю2+ЗН20

! Следует отметить, что карбонизация бетона положительно влияет на его прочность, так как

растворимость СаС03 почти в 100 раз ниже, чем Са(ОН)2. Процесс выщелачивания в таком бетоне протекает значительно медленнее. Карбонат кальция плохо растворяется в воде и, образуясь, стремится герметически закрыть поры на поверхности бетона. Карбонизация играет положительную роль, пока не дошла до глубоких слоев бетона, контактирующих с поверхностью стальной арматуры. Отрицательные последствия глубоко проникшей карбонизации связаны с понижением его щелочности и потерей бетоном химических свойств, предотвращающих коррозию стальной арматуры.

Известь, образующаяся при гидратации цемента, создает в бетоне щелочную среду с высоким показателем РЬ (водородный показатель поровой влаги цементного камня) =12-14. Обычно значение поровой воды в бетоне находится в пределах от 10,5 до 11,5. Известь нейтрализуется путем образования карбоната кальция, который снижает показатель РЬ с 12,6 до 10 (для углекислого кальция) и падает ниже 10 для смеси углекислого кальция с бикарбонатом кальция Са(НС03). Многие исследователи условно считают, что как только РЬ бетона падает ниже 10, он теряет способность надежно защищать арматуру от коррозии, минимальным критическим значением РЬ для бетона считают величину 11,8. I Значения толщины слоя бетона, в которой он потерял защитные свойства по отношению к

1 арматуре, определяют индикаторным тестом и физико-химическим методом (методами РЬ и карбометрии). Так как показатель РЬ является основной количественной характеристикой перерождения цементного камня в карбонаты под воздействием внешней среды, он является универсальной характеристикой состояния бетона и его защитных свойств по отношению к арматуре. Используя 1% раствор фенолфталеина, растворенного в этане (основной кислотный индикатор), можно обнаружить глубину карбонизации, наблюдая за изменениями цвета от бесцветного до фиолетового. Это происходит из-за изменений содержания кислоты от 8,5 – 9 (карбонизация бетона) до более низкой величины РЬ. О карбонизации бетона при действии фенолфталеина свидетельствует появление розового цвета, тогда как бетон не подвергшийся карбонизации, сохраняет свою первоначальную окраску.

Исследования железобетонных конструкций показывают, что карбонизация бетона продолжается во все время их эксплуатации, однако процесс карбонизации не распространяется на значительную глубину. Исключение составляют конструкции, в которых был применен бетон не обладающей нужной плотностью, или когда концентрация С02 в сотни раз превышала его содержание в атмосферном воздухе.

Результаты натурных обследований эксплуатируемых объектов свидетельствуют о значительном увеличении в последние годы числа аварийных ситуаций вследствие карбонизации бетона и необходимости проведения масштабных работ по ремонту конструкций. В целом это ‘обусловлено приближением сроков эксплуатации зданий и сооружений к нормативным значениям для большей части объектов, построенных в 50-60-е годы — периода начала массового применения железобетона в России. Однако, имеются также многочисленные случаи раннего (через 10. 15 лет)

повреждения железобетона как из-за нарушения технологий изготовления конструкций, так и недооценки агрессивности среды.

В современных условиях возросла доля реконструируемых объектов, в которых новые условия эксплуатации могут существенно отличаться от параметров первоначального проекта, что также влияет на долговечность железобетона.

Необходимое условие обеспечения качества бетона – это контроль качества составляющих бетон ингредиентов и соблюдение рецептуры и технологии при приготовлении бетона. К сожалению, эти требования выполняются не всегда, и строители получают некачественный бетон, быстро разрушающийся под действием нагрузок и атмосферных воздействий.

Анализ повреждения железобетонных конструкций включает определение глубины карбонизации, степень воздействия среды, толщину стальной арматуры, обнаружение внутренних трещин и воздушных карманов. Цели восстановления конструкции можно сформулировать следующим образом: препятствовать разрастанию коррозии, восстановить химически пассивную среду для арматуры, устранить полости и пористость поверхности, препятствовать проникновению воды в бетон, создать антикарбонизационный барьер и. в конечном счете, восстановить нормальный внешний вид поверхности.

Для достижения этих целей рекомендуются следующая последовательность выполнения ремонтных работ:

– удалить старую штукатурку, следы масел, грязь и пыль до бетонной поверхности;

– если присутствует арматура, то ее следует зачистить до блеска металла, удаляя все следы ржавчины;

– сразу же после очистки арматуру следует защитить от дальнейшего окисления, покрывая ее в два слоя с помощью кисти жидким раствором, который состоит из 1 части СТРАТО 4900 и 1 части цемента;

– восстановление бетона производиться с помощью РЕЗИСТО ТИКСО – безусадочного модифицированного цементного состава, отличающегося высокой тиксотропностью (наносится слоем до 4 см за один проход по вертикали без опалубки) и армированного синтетическим волокном. Перед нанесением поверхность рекомендуется увлажнить до насыщения;

– при необходимости сформировать толстые слои бетона установить опалубку и использовать безусадочный сверхтекучий состав, армированный синтетическим волокном, РЕЗИСТО ФЛЮИД;

– отремонтированные поверхности следует выровнять, используя двухкомпонентный состав РЕЗИСЮ БИФИНИШИНГ, который содержит отборные инертные и гидравлические связующие компоненты и добавки с синтетическими полимерами, растворимыми в воде. Это гарантирует превосходную адгезию к поверхности, непроницаемость к воде и агрессивным газам атмосферы;

– сооружение должно быть защищено от карбонизации специальной защищающей и декоративной краской, содержащей акриловые смолы на основе растворителя – ИНДЕКОЛОР. Она непроницаема к воде и к двуокиси углерода, но позволяет воде испаряться.

Н.Н.Михайлова, В.А.Антропова, Е.П. Холошин

НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ БАЗА В СТРОИТЕЛЬСТВЕ.

СЕРТИФИКАЦИЯ В СТРОИТЕЛЬНОЙ ИНДУСТРИИ.

Нормативно-техническая база в строительстве создавалась годами на основании анализа и обобщения теоретических и практических знаний в области строительства. Эта база разрабатывалась усилиями множества разнопрофильных научно-исследовательских коллективов под руководством заслуженных деятелей науки и техники. Основная задача – обеспечение должной несущей способности и безопасности зданий и сооружений.

Существующая нормативная база в целом удовлетворяет потребности строительной практики, несмотря на то, что многие СНиПы и стандарты не обновлялись уже много лет и даже десятков лет.

Ремонт и защита от карбонизации железобетонных конструкций

РЕМОНТ И ЗАЩИТА ОТ КАРБОНИЗАЦИИ

ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Бетон, вне всякого сомнения, самый широко используемый строительный материал. Экономичность простота и быстрота нанесения, а также способность принимать любую форму, позволяет использовать бетон в наиболее сложных условиях. Армирование бетона стальной арматурой, увеличивает прочность и сопротивление конструкции к изгибам. Бетон всегда считался долговечным материалом, но воздействие агрессивных веществ, количество которых растет год от года, приводит к быстрому разрушению конструкций.

Европейский стандарт ENV 206, итальянский UNI 9858 и британский 8110 BS рекомендуют методы обеспечения долговечности бетона. Необходимое условие обеспечения качества бетона – это контроль качества составляющих бетон ингредиентов и соблюдение рецептуры и технологии при приготовлении бетона. К сожалению, эти требования выполняются не всегда, и строители получают некачественный бетон, быстроразрушающийся под действием нагрузок и атмосферных воздействий.

Повысить качество бетона можно непосредственно на стройплощадке путем введения модифицирующих добавок, а обеспечить долговечность конструкции, применив защитные покрытия.

ПРИЧИНЫ РАЗРУШЕНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА

К основным причинам разрушения бетонных конструкций следует отнести следующие факторы:

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ – начиная с 50-х годов непрерывно уменьшается толщина бетонных конструкций, в то время как качество бетона в ряде случаев оставляет желать лучшего, что выражается в высокой пористости и водопроницаемости.

ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ– ошибки в проектировании, конструкции, деталировке, приготовление смеси и применении.

АТМОСФЕРНО – ХИМИЧЕСКИЙ – воздействие агрессивных компонентов атмосферы (карбонаты, сульфаты, хлориды) и частые циклы мороз-оттепель.

В результате химических реакций внутри пор бетона образуются кристаллы, рост которых приводит к появлению трещин и разрушению бетона. Коррозия арматуры в свою очередь, особенно в условиях повышенной вибрации, приводит к выкрашиванию бетона. Пористый бетон впитывает влагу, которая при низких температурах замерзает, увеличиваясь в объеме приблизительно на 9 процентов, что приводит к образованию трещин. Частично, эта проблема решается аэрацией бетона (увеличение количества воздушных пузырьков в растворе) с помощью специальных добавок (AERFLUX).

РАЗРУШЕНИЕ БЕТОНА ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ АТМОСФЕРНО-ХИМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

Наиболее общая причина разрушения бетона – карбонизация. Будучи пористым, бетон хорошо впитывает углекислый газ (СО2), кислород и влагу, присутствующее в атмосфере. Способность бетона впитывать не влияет на прочность самой бетонной структуры, но оказывает пагубное воздействие на арматуру, которая при повреждении бетона попадают в кислотную среду.

Известь, образующаяся при гидратации цемента, создает в бетоне щелочную среду, с высоким показателем Рh (12-14). Стальная арматура выпускается химически пассивной и защищенной от щелочей нереактивной пленкой (пассивационным слоем) оксидированного железа, что в некоторой степени защищает арматуру от окисления. В пассивационный слой, покрывающий стальную арматуру в бетоне, проникает углекислый газ. Известь нейтрализуется путем образования карбоната кальция, который снижает показатель Рh, что приводит к коррозии стали.

Ржавчина, формирующаяся при окислении стальной арматуры, увеличивает ее объем, повышает «внутреннее» давление и приводит к разломам бетона и оголению арматуры. Оголенные стальные прутья разрушаются еще стремительнее, что приводит к быстрому изнашиванию бетона.

Воздействие сульфатов

Воздействие солей серной кислоты может также привести к разрушению бетонных конструкций.

Сульфаты вступают в реакцию с другими химическими компонентами, образующими мел, эттрингиды и таумаситы, в соответствии со следующими химическими реакциями:

CаCO3*CaSO4*CaSiO3*15H2O (таумаситы)

Образование этих продуктов внутри структуры бетона приводит к увеличению объема, что влечет за собой образование трещин в бетоне и последующего разлома конструкции. Конструкция становится нестабильной.

Воздействие хлоридов

Другой важной причиной разрушения бетона являются ионы хлоридов, которые соединяются с солями морской воды и солями, использующимися для борьбы с наледью на дорогах. Хлориды могут находиться и в самом бетоне, попадая туда с загрязненными материалами, которые использовались в создании конструкции.

Хлориды коррозируют на прутьях арматуры, разрушая пассивационный слой оксидированного железа, что приводит к дальнейшему окислению.

Поваренная соль приводит к вступлению щелочей в реакцию с аморфным кварцем с последующим образованием щелочного силиката, который увеличивается в объеме под воздействием атмосферной влаги, являясь причиной образования трещин, в которых будут заметны типичные белые подтеки.

Соль, разрушает как стальную арматуру, так и сам бетон, который содержит такие реактивные компоненты, как аморфный кварц. Разрушения, вызванные хлоридом кальция, способствуют ускорению коррозии арматуры. Соли, вступая в реакцию с гидратом кальция, находящимся в бетоне, образуют оксидированный гидрат кальция с последующим увеличением объема.

Читайте также:  Как красиво оформить окно в спальной комнате

Циклы мороз-оттепель

Вода является катализатором для всех агрессивных компонентов и описанных химических реакций. Поэтому очень важно понимать всю важность гидроизоляции бетона. Влага может стать причиной серьезных повреждений, проникая сквозь поры бетона. Изменения состояния молекул воды, происходящие во время оттепелей и заморозков с образованием льда способны увеличить объем приблизительно на 9%. Возникающее давление приводит к образованию трещин и разломов в бетоне. Эффективным способом помогающим контролировать процесс расширения (образование льда или оксидированного кальция) могут быть микроскопические пузырьки воздуха, которые обеспечат проветривание и уменьшают воздействие кристаллов льда на структуру бетона изнутри.

Р ЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОВЕДЕНИЮ РЕМОНТА БЕТОНА

Как правило, наибольшее внимание уделяется непосредственно поверхностному слою бетонной структуры, ее внешнему виду, не задумываясь насколько глубоки физико – химические процессы происходящие в самом бетоне. Помимо внешнего визуального осмотра, перед проведением любой реставрационной работы необходимо тщательно исследовать причины деградации, и степень разрушения бетона.

Ремонт отдельных участков поврежденного бетона создает необходимый эстетический эффект, но не останавливает процесс разрушения, а в некоторых случаях может стимулировать ускоренное разрушение бетона.

Цель ремонта следующая:

– предотвращение распространения коррозии;

– восстановление химически пассивных условий для арматуры;

– устранение углублений на поверхности и поверхностной пористости бетона;

– предотвращение проникновения влаги в бетон и создания антикарбонизационного барьера;

– придание поверхности эстетического вида.

Анализ повреждения включает определение глубины карбонизации, степень воздействия среды, толщину стальной арматуры, обнаружение внутренних трещин и воздушных карманов. Для определения толщины бетонного покрытия над стальным армированием, необходимо удалить небольшой участок бетона там, где еще нет очевидных следов повреждения.

Используя 1% раствор фенолфталеина, растворенного в этане (основной кислотный индикатор), можно обнаружить глубину карбонизации, наблюдая за изменениями цвета от бесцветного до фиолетового. Это происходит из-за изменений содержания кислоты от 8,5 – 9 (карбонизация бетона) до более низкой величины Рh.

Любые впадины и пористые места необходимо открыть, используя молоток или пескоструйный инструмент. Удалить поверхностный слой цементной штукатурки, скрывающий трещины и поры.

Все крошащиеся части удаляются механическим абразивом. Следы масла, жира, ржавчины и грязи удаляются жесткой щеткой или струей воды под большим давлением. Карбонизационный бетонный слой необходимо полностью удалить в тех участках, где находятся прутья арматуры. Окисленные прутья зачищаются до чистого металла. Необходимо удалить все следы ржавчины. Следующий этап обработки – это сделать прутья арматуры химически неактивными. Для этого их необходимо сразу же после зачистки обработать их пассиватором, чтобы избежать нового окисления под воздействием сырости и влаги. Прутья арматуры покрываются антикоррозийным праймером в два слоя. STRATO 4900 – раствор стирен-бутадиенового сополимера в воде, содержащий ингибиторы коррозии. Применяется для антикоррозионной защиты арматуры и повышения адгезии ремонтного состава к арматуре.Праймер представляет собой жидкий раствор, состоящий из равных частей STRATO 4900, цемента и наносится на арматуру кистью. После того, как праймер высохнет, поверхность бетона тщательно смачивается водой до насыщения, но без образования капель воды. Затем проводится восстановление структуры с использованием безусадочных растворов RESISTO. Материалы этого ряда легко наносятся, имеют высокую адгезию, наделены хорошим модулем эластичности и их коэффициент термического расширения такой же, как у бетона.

RESISTO TIXO – безусадочный тиксотропный раствор, армированный синтетической фиброй, рекомендуется для восстановления бетона без применения опалубки.

RESISTO UNIFIX – безусадочный раствор, с минимальным размером гранул 0,5 мм, рекомендуется для выравнивания поверхности бетона.

RESISTO FLUID – безусадочный раствор жидкой консистенции после затворения, армированный синтетической фиброй. Раствор не требует вибрирования и рекомендуется для восстановления бетона с применением опалубки.

Отремонтированную поверхность бетона выравнивают двухкомпонентной высокоадгезионной шпаклевкой – RESISTO BIFINISHING, непроницаемой для воды и агрессивных газов.

В завершение бетон должен быть защищен от карбонизации декоративной краской на акриловой основе – INDECOLOR, которая не пропускает воду и углекислый газ, но позволяющая поверхности «дышать».

Последовательность выполнения ремонта бетона:

· Удалить старую штукатурку до бетонного основания

· Удалить осколки и слабо закрепленные частицы бетона механическим способом. Остатки раствора, грязь, масла и пыль удаляются пескоструйным методом

· Оголенную арматуру очистить от ржавчины до чистого металла

Карбонизация и ремонт бетона

Ремонт железобетонных конструкций

РЕМОНТ И ЗАЩИТА ОТ КАРБОНИЗАЦИИ

ПРОБЛЕМА

Бетон, вне всякого сомнения, самый широко используемый строительный материал. Экономичность простота и быстрота нанесения, а также способность принимать любую форму, позволяет использовать бетон в наиболее сложных условиях. Армирование бетона стальной арматурой, увеличивает прочность и сопротивление конструкции к изгибам. Бетон всегда считался долговечным материалом, но воздействие агрессивных веществ, количество которых растет год от года, приводит к быстрому разрушению конструкций.

Повысить качество бетона можно непосредственно на стройплощадке путем введения модифицирующих добавок, а обеспечить долговечность конструкции, применив защитные покрытия.

ПРИЧИНЫ РАЗРУШЕНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА

К основным причинам разрушения бетонных конструкций следует отнести следующие факторы:

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ – начиная с 50х годов непрерывно уменьшается толщина бетонных конструкций, в то время как качество бетона в ряде случаев оставляет желать лучшего, что выражается в высокой пористости и водопроницаемости.

ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ – ошибки в проектировании, конструкции, деталировке, приготовление смеси и применении.

АТМОСФЕРНО – ХИМИЧЕСКИЙ – воздействие агрессивных компонентов атмосферы (карбонаты, сульфаты, хлориды) и частые циклы мороз-оттепель.

В результате химических реакций внутри пор бетона образуются кристаллы, рост которых приводит к появлению трещин и разрушению бетона. Коррозия арматуры в свою очередь, особенно в условиях повышенной вибрации, приводит к выкрашиванию бетона. Пористый бетон впитывает влагу, которая при низких температурах замерзает, увеличиваясь в объеме приблизительно на 9 процентов, что приводит к образованию трещин.

РАЗРУШЕНИЕ БЕТОНА ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ АТМОСФЕРНО-ХИМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

Наиболее общая причина разрушения бетона – карбонизация. Будучи пористым, бетон хорошо впитывает углекислый газ (СО2), кислород и влагу, присутствующее в атмосфере. Способность бетона впитывать не влияет на прочность самой бетонной структуры, но оказывает пагубное воздействие на арматуру, которая при повреждении бетона попадают в кислотную среду.

Известь, образующаяся при гидратации цемента, создает в бетоне щелочную среду, с высоким показателем Рh (12-14). Стальная арматура выпускается химически пассивной и защищенной от щелочей нереактивной пленкой (пассивационным слоем) оксидированного железа, что в некоторой степени защищает арматуру от окисления. В пассивационный слой, покрывающий стальную арматуру в бетоне, проникает углекислый газ. Известь нейтрализуется путем образования карбоната кальция, который снижает показатель Рh, что приводит к коррозии стали.

Ржавчина, формирующаяся при окислении стальной арматуры, увеличивает ее объем, повышает «внутреннее» давление и приводит к разломам бетона и оголению арматуры.

Оголенные стальные прутья разрушаются еще стремительнее, что приводит к быстрому изнашиванию бетона.

Воздействие сульфатов

Воздействие солей серной кислоты может также привести к разрушению бетонных конструкций.

Сульфаты вступают в реакцию с другими химическими компонентами, образующими мел, эттрингиды и таумаситы, в соответствии со следующими химическими реакциями:

Образование этих продуктов внутри структуры бетона приводит к увеличению объема, что влечет за собой образование трещин в бетоне и последующего разлома конструкции. Конструкция становится нестабильной.

Воздействие хлоридов

Другой важной причиной разрушения бетона являются ионы хлоридов, которые соединяются с солями морской воды и солями, использующимися для борьбы с наледью на дорогах. Хлориды могут находиться и в самом бетоне, попадая туда с загрязненными материалами, которые использовались в создании конструкции.

Хлориды коррозируют на прутьях арматуры, разрушая пассивационный слой оксидированного железа, что приводит к дальнейшему окислению.

Поваренная соль (NaCl) приводит к вступлению щелочей в реакцию с аморфным кварцем с последующим образованием щелочного силиката, который увеличивается в объеме под воздействием атмосферной влаги, являясь причиной образования трещин, в которых будут заметны типичные белые подтеки.

Соль, разрушает как стальную арматуру, так и сам бетон, который содержит такие реактивные компоненты, как аморфный кварц. Разрушения, вызванные хлоридом кальция, способствуют ускорению коррозии арматуры. Соли, вступая в реакцию с гидратом кальция, находящимся в бетоне, образуют оксидированный гидрат кальция с последующим увеличением объема.

Циклы мороз-оттепель

Вода является катализатором для всех агрессивных компонентов и описанных химических реакций. Поэтому очень важно понимать всю важность гидроизоляции бетона. Влага может стать причиной серьезных повреждений, проникая сквозь поры бетона. Изменения состояния молекул воды, происходящие во время оттепелей и заморозков с образованием льда способны увеличить объем приблизительно на 9%. Возникающее давление приводит к образованию трещин и разломов в бетоне.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОВЕДЕНИЮ РЕМОНТА БЕТОНА

Как правило, наибольшее внимание уделяется непосредственно поверхностному слою бетонной структуры, ее внешнему виду, не задумываясь насколько глубоки физико – химические процессы происходящие в самом бетоне. Помимо внешнего визуального осмотра, перед проведением любой реставрационной работы необходимо тщательно исследовать причины деградации, и степень разрушения бетона.

Ремонт отдельных участков поврежденного бетона создает необходимый эстетический эффект, но не останавливает процесс разрушения, а в некоторых случаях может стимулировать ускоренное разрушение бетона.

Цель ремонта следующая:

– предотвращение распространения коррозии;

– восстановление химически пассивных условий для арматуры;

– устранение углублений на поверхности и поверхностной пористости бетона;

– предотвращение проникновения влаги в бетон и создания антикарбонизационного барьера;

– придание поверхности эстетического вида.

Анализ повреждения включает определение глубины карбонизации, степень воздействия среды, толщину стальной арматуры, обнаружение внутренних трещин и воздушных карманов. Для определения толщины бетонного покрытия над стальным армированием, необходимо удалить небольшой участок бетона там, где еще нет очевидных следов повреждения.

Используя 1% раствор фенолфталеина, можно обнаружить глубину карбонизации, наблюдая за изменениями цвета от бесцветного до фиолетового. Это происходит из-за изменений содержания кислоты от 8,5 – 9 (карбонизация бетона) до более низкой величины Рh.

Любые впадины и пористые места необходимо открыть, используя молоток или пескоструйный инструмент. Удалить поверхностный слой цементной штукатурки, скрывающий трещины и поры.

Все крошащиеся части удаляются механическим абразивом. Следы масла, жира, ржавчины и грязи удаляются жесткой щеткой или струей воды под большим давлением. Карбонизационный бетонный слой необходимо полностью удалить в тех участках, где находятся прутья арматуры. Окисленные прутья зачищаются от ржавчины. Следующий этап обработки – это сделать прутья арматуры химически неактивными. Для этого их необходимо сразу же после зачистки обработать их пассиватором, чтобы избежать нового окисления под воздействием сырости и влаги. Прутья арматуры и зачищенный бетон покрываются кистью раствором ВИМАФЕР-СИ, содержащий ингибиторы коррозии. Применяется для антикоррозионной защиты арматуры и повышения адгезии ремонтного состава к арматуре. После того, как ВИМАФЕР-СИ высохнет, поверхность бетона смачивается водой до насыщения, но без образования глянца на поверхности бетона. Затем проводится восстановление структуры с использованием безусадочного, армированного полимерной фиброй раствора ВИМАКРЕТ ПОВЕР ТШ или ВИМАКРИТ. Материал легко наносится без предварительной грунтовки поверхности . Коэффициент термического расширения ВИМАКРЕТ ПОВЕР ТШ и ВИМАКРИТ такой же, как у бетона.

ВИМАКРЕТ ПОВЕР ТШ – безусадочный тиксотропный раствор, армированный синтетической фиброй, рекомендуется для восстановления бетона без применения опалубки. Наносится за раз слоем до 40 мм.

ВИМАКРИТ – безусадочный тиксотропный раствор, армированный синтетической фиброй, рекомендуется для восстановления бетона без применения опалубки. Наносится за раз слоем до 10 мм.

Отремонтированную поверхность бетона защищают 2-компонентным полимерцементным составом ВАТЕРБЛОК ФЛЕКС, приготовленный согласно рекомендациям, непроницаемой для воды и агрессивных газов, но позволяющий бетону дышать или полиуретановым алифатическим цветным покрытием ГИПЕРДЕСМО АДИ-Е.

Последовательность выполнения ремонта бетона:

• Удалить старую штукатурку до бетонного основания

• Удалить осколки и слабо закрепленные частицы бетона механическим способом. Остатки раствора, грязь, масла и пыль удаляются пескоструйным методом

• Оголенную арматуру очистить от ржавчины

• Немедленно после зачистки обмазать арматуру раствором ВИМАФЕР С.

• Восстановить бетонную поверхность безусадочным раствором ВИМАКРЕТ ПОВЕР ТШ или ВИМАКРЕТ. Перед применением ремонтного раствора поверхность бетона увлажнить водой до насыщения.

• При необходимости нанесения очень толстого слоя ремонтного состава (при сильном объемном разрушении ремонтный состав ВИМАКРЕТ ПОВЕР ТШ следует наносить несколькими слоями не более 40мм каждый.)

• Восстановленные поверхности обрабатываются защитным покрытием ВАТЕРБЛОК ФЛЕКС или ГИПЕРДЕСМО АДИ-Е, непроницаемым для воды и агрессивных газов.

• Окончательная отделка производится декоративными покрытиями (только для ВАТЕРБЛОК ФЛЕКС)

Карбонизация бетона — что это такое и как определить его глубину, а так же восстановить бетон

Ухудшение эксплуатационных свойств конструкций из бетона может объясняться массой факторов. В большинстве случаев они связаны с негативным воздействием окружающей среды, из-за которых происходит карбонизация бетона. Подобный процесс способствует деформации защитных поверхностей объекта и запускает его глубинное разрушение.

Читайте также: про строительство и ремонт.

Общие сведения о карбонизации

Характер разрушительных явлений и время их появления зависят от внешних условий. Так, иногда следы деформации видны уже через пару недель с момента заливки бетонной смеси. Чтобы избежать их, нужно вовремя задействовать все меры по защите объекта.

Подобная сфера регламентируется стандартом ГОСТ в документе 31384-2008, где указаны все особенности антикоррозийной защиты.

Однако есть ряд факторов, усложняющих диагностику. Среди них:

    Проведения оценки режима температуры и влажности.
    Расчет концентрации CO2 в воздухе.

Химические процессы

Любые конструкции из бетона или железобетона подвергаются воздействию кислых газов. При этом углекислая среда характеризуется большей концентрацией, поэтому она приводит к более разрушительным последствиям.

Читайте также:  Ламинированное ДСП: преимущества и недостатки

Под карбонизацией бетона рассматривается нейтрализация пористой структуры путем поглощения следующих веществ:

    Кислород.
    Влага.
    Углекислый газ.

При наличии армированных элементов в конструкции они подвергаются коррозийным процессам и образованию ржавчины. Чистая бетонная смесь тоже карбонизируется, поскольку воздействие углекислого газа распространяется на цементный песок и клинкерные добавки.

При минимальном содержании CO2 в атмосфере происходят процессы нейтрализации, а их степень определяется влажностью воздуха, давлением и температурой.

Интенсивность течения

Самая высокая степень карбонизации замечается при повышении влажности воздуха до 50-60%. В порах бетонных конструкций содержится пленочный конденсат, который способствует протеканию негативных процессов. При этом, если влажностной режим держится на уровне 25%, вероятность развития карбонизации становится минимальной.

Понятие глубины карбонизации

Глубина карбонизации считается главным показателем, описывающим характер протекания этого процесса.

Под воздействием воздуха подобная реакция замедляется, т.к. бетон меньше подвергается насыщению влагой. Так, если содержание цемента в конструкции достигает 250 г/м³, а концентрация воды с цементной смесью равна 0/60, то за 1 год использования процесс будет продвигаться на 5-6 мм.

В поврежденных изделиях с армированными стержнями показатель возрастает до 30 мм/год.

Еще существует явление локальной карбонизации, которая связана с величиной зерен наполнителя. Если она неравномерная из-за отклонений от технологии производства, разрушительные процессы будут протекать быстрее.

Определение глубины

Существует ряд технологий и методов оценки глубины карбонизации бетона. В большинстве случаев строители задействуют специальные индикаторы. Роль единицы измерения выполняет интенсивность обретения камнем цемента карбонатной формы. Подобное явление не зависит от глубины карбонизации, но позволяет составить точную характеристику процесса.

Для получения значений глубины потребуется провести ряд натурных анализов конструкции, которые входят в комплекс диагностических мероприятий.

Средства для оценки

Чтобы определить, что такое карбонизация, как ее измерить, потребуется подготовить специальные емкости, напоминающие эксикаторы. В качестве заготовок применяются бетонные образцы в форме цилиндра с толщиной 5 см. Поверхность конструкции обрабатывают эпоксидной смолой для получения изоляционного слоя, а потом помещают в эксикатор, где она выдерживается под воздействием хлорида натрия в течение 2 суток.

Дальше с помощью штангенциркуля выполняется повторное снятие показателей, а результаты измерений вносятся в журнал с указанием площади обрабатываемой поверхности.

Потом образец погружается в сосуд для оценки кинетического влияния при процессе карбонизации. Испытанный бетонный материал быстрее деформируется, поэтому, если расколоть его, можно получить точные сведения о глубине проникновения смеси. Подобными методами выполняется определение значений CO2.

Применение фенолфталеина

Если нужно оценить изделие из бетона на предмет наличия дефектов, понадобится задействовать маркирующие приспособления. В большинстве случаев применяется фенолфталеиновый раствор. Оказываясь под воздействием кислотной среды, материал получает лактоновую структуру и лишается оттенка.

Однако после перехода в щелочную группу происходит появление контрастного фиолетового или красного цвета. Карбонизация фенолфталеином происходит после опрыскивания образца смесью из 1000 мл рабочего вещества и 2 промывалок по 250 г.

Выполняя обследование, необходимо составить подробный план анализа. Если производится серийное испытание на карбонизацию, пробы фенолфталеина нужно снять на свежих изгибах.

Методы восстановления бетона

Для восстановления деформированных под воздействием карбонизации конструкций потребуется выполнить комплексную профилактику или капитальную реконструкцию с заменой поврежденных элементов. Независимо от выбранной технологии, важно руководствоваться принципом восстановления и сохранения пассивного состояния материала.

Все технологии защиты направлены на сокращение влагопоглощения и окисления бетона для дальнейшего укрепления его целевой структуры.

Существует несколько методов, которые дают положительные результаты в сжатые сроки:

    Наращивание толщины слоя защиты с помощью особых составов грунтовки.
    Удаление слоя карбонизации путем механической обработки.
    Работа со щелочностью бетона с помощью электрохимического воздействия.

Прогнозирование

Своевременное определение карбонизации позволит избежать разрушительных процессов и защитить бетонную конструкцию от деформации. В большинстве случаев прогнозирование назначается для инженерных сооружений из железобетона, которые подвергаются интенсивным нагрузкам извне.

    Опоры и колонны.
    Гидротехнические сооружения.
    Элементы перекрытий.

Надежность перечисленных конструкций зависит от массы внутренних и наружных факторов. Процесс оценки материала заключается в проверке гидратации цемента и динамики изменений свойств материала.

Так, если задействовать технологию неразрушающего контроля, можно ознакомиться с состоянием цементного камня и его антикоррозийными свойствами.

Несмотря на повышенные показатели прочности, бетон является достаточно нестабильным строительным материалом, который остается уязвимым к негативным воздействиям окружающей среды. Чтобы избежать карбонизации, способствующей деформации бетонной структуры, важно правильно замешивать смесь из исходного сырья и вовремя обслуживать конструкцию при появлении первых признаков негативного процесса.

Причины разрушения бетона

Бетонные и железобетонные конструкции в процессе эксплуатации постоянно подвергаются разрушению. Причины бывают разные: химическое и физическое воздействие окружающей среды, высокие эксплуатационные нагрузки, низкое качество используемого бетона, неточности при проектировании, ошибки при укладке бетонной смеси и т.д.

В целом, причины разрушения бетона можно разделить на 4 больших группы:

1. ХИМИЧЕСКИЕ
Являются следствием взаимодействия Компонентов бетонной смеси между собой или с окружающей средой

  • Карбонизация
  • Выщелачивание
  • Агрессивное воздействие сульфатов
  • Агрессивное воздействие хлоридов
  • Взаимодействие щелочей цемента с заполнителем

2. ФИЗИЧЕСКИЕ
Являются следствием воздействия температуры или условий твердения бетона.

  • Циклы замораживание/оттаивание
  • Воздействие высоких температур
  • Усадка и растрескивание

3. МЕХАНИЧЕСКИЕ
Являются следствием внешнего воздействия

  • Истирание
  • Ударное воздействие
  • Эрозия или кавитация.

4. ДЕФЕКТЫ ПРИ НОВОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Связаны с ошибками в процессе производства работ

  • Приготовление бетонной смеси
  • Устройство арматурного каркаса
  • Укладка и уход за поверхностью и т.д

Далее мы подробно разберем причины разрушения бетона, приведем типовые примеры и решения.

ХИМИЧЕСКИЕ ПРИЧИНЫ РАЗРУШЕНИЯ БЕТОНА

Карбонизация

Процесс карбонизации бетона возникает вследствие проникновения углекислого газа (СО2) в тело бетонной конструкции с образованием карбоната кальция (CaCO3), который в свою очередь снижает защитные свойства бетона.

Защитные свойства бетона измеряются с помощью показателя кислотности pH. pH здорового бетона превышает 13 единиц.

В этих условиях на стержнях арматуры возникает пассивирующая защитная пленка оксида железа (FeO), изолирующая их от негативного воздействия извне, препятствуя образованию коррозии. В результате процесса карбонизации pH бетона снижается.

Когда уровень pH бетона становится ниже 11 единиц, пассивирующая защитная пленка вокруг арматуры нейтрализуется и стальная арматура становится подверженной воздействию кислорода и влаги.

В дальнейшем коррозия арматуры начинает прогрессировать, и бетон, окружающий арматуру, отслаивается, что в свою очередь открывает новые пути доступа для разрушающего воздействия кислорода и влаги

Следствием карбонизации является прогрессирующее разрушение бетонной конструкции, сопровождающееся процессами коррозии арматурных стержней.

Чтобы убедиться в том, что разрушение бетона вызвано образованием карбонатов, применяется методика, основанная на изменении цвета бетонного образца после специальной обработки. Бетонный образец обрабатывается 1% раствором фенолфталеина в этиловом спирте (стандарт UNI EN 13295:2005). Поверхность здорового бетона, обработанная таким образом, краснеет. Поверхность карбонизированного бетона после обработки цвет не меняет.

Выщелачивание

Бетон также подвержен такому явлению как выщелачивание. Выщелачивание представляет собой процесс размывания цементного камня под воздействием воды.

Процесс усиливается, если вода отличается слабокислой реакцией (pH

ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИЧИНЫ РАЗРУШЕНИЯ БЕТОНА

Циклы замораживание/оттаивание

Негативное воздействие льда проявляется только тогда, когда вода в жидкой фазе проникает внутрь бетона. Это вовсе не означает, что бетон должен быть абсолютно сухим, просто уровень влажности не должен превышать определенную величину, называемую «критическим насыщением». Речь идет о том, что количество воды в порах должно быть меньше этой величины. Расширившись при превращении в лед, она должна оставаться в пределах полостей и не создавать напряжения. Однако если вода заполняет или почти заполняет весь объем пор, а затем замерзает, лед начнет ломать бетон, создавая внутреннее давление.

Чтобы ограничить негативные последствия влияния низких температур, необходимо принять меры к сокращению капиллярной микропористости и стимулировать макропористость (чтобы размеры полостей были 100-300 мкм). Для этого при приготовлении бетона используют воздухововлекающие добавки, которые поддерживают соотношение между водой и цементом на низком уровне, используют морозостойкие заполнители.

Воздействие высоких температур

Влияние на бетон высоких температур носит деструктивный характер. Арматурные стержни выдерживают температуры до 500°С, а бетон — до 650°С. Роль бетона, окружающего арматурные стержни, в этом случае носит фундаментальный характер — он замедляет распространение тепла. Чем толще бетон, тем дольше протекает разогрев до температуры 500°С, при которой арматурные стержни теряют прочность.

Огонь способен привести ко многим видам повреждения бетона, причем в очень серьезных масштабах.

  • Даже если арматурные стержни защищены бетоном, они, разогреваясь, увеличиваются в объеме, создают в бетоне очаги напряжения, что может привести к частичному его разрушению.
  • Арматурные стержни, нагреваясь, расширяются значительно быстрее бетона, при этом теряется сцепление арматуры с бетоном.
  • Даже если температура, при которой теряется несущая способность, не достигнута, бетон может утратить свои эксплуатационные качества при внезапном охлаждении, что обычно наблюдается при пожаротушении. В этой ситуации оксид, образовывающийся при нагреве, трансформируется в известь, которая разрушает бетон.
  • На поверхности, обращенной к огню, наблюдается растрескивание, вызванное быстрым расширением. Некоторые заполнители разрываются и могут отделиться от окружающего бетона. При этом происходит то же явление, что и при быстрой конденсации водяного пара, сопровождающейся небольшими взрывами.
  • Если воздействие огня носит длительный характер, арматурные стержни достигают температуры, при которой теряют прочность на растяжение, в результате разрушается все сооружение.

Усадка и растрескивание

В этом разделе обсуждается два типа усадки — пластическая и гигрометрическая. Пластическая усадка наблюдается, когда бетон находится в пластичной фазе и выделяет часть влаги, содержащейся внутри него, в окружающее пространство, что приводит к сжатию. Растрескивание в этом случае зависит от условий в среде, окружающей уложенный бетон.

При укладке бетона в опалубку по очевидным причинам испарение не наблюдается. Если же бетон непосредственно контактирует с окружающей средой, происходит испарение, вызванное сравнительно высокой температурой и очень низкой влажностью снаружи либо сильным ветром. При пластической усадке свежего бетона на его поверхности могут возникать микротрещины. Гигрометрическая усадка вызвана выделением влаги в окружающую среду с низким уровнем относительной влажности в течение всего срока эксплуатации сооружения.

Чтобы избежать проблем, создаваемых пластической усадкой, следует принять меры для остановки слишком быстрого испарения имеющейся воды. Это можно реализовать несколькими способами:

  1. Укрыть уложенный бетон водонепроницаемым материалом, который препятствует испарению.
  2. Орошать всю поверхность бетона водой в течение первых нескольких дней после укладки.
  3. На свежий бетон нанести материал, создающий защитную пленку, которая препятствует испарению.

Поскольку по большей части гигрометрическая усадка протекает в течение первых шести месяцев после укладки, поддерживать влажность все это время не представляется возможным. В связи с этим прибегают к таким мерам, как снижение водоцементного отношения и увеличение соотношения между инертными материалами и цементом.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПРИЧИНЫ РАЗРУШЕНИЯ БЕТОНА

Истирание

Истирание наблюдается, когда материал подвергается повторяющимся ударам более твердых частиц. Это вызвано трением между порошком из более твердых пород о поверхность материала. Отсюда следует, что истирание напрямую зависит от характеристик материалов, из которых состоит бетон. Таким образом, стойкость к истиранию можно повысить за счет уменьшения пропорции между водой и цементом или путем нанесения на поверхность бетона смеси цемента с твердыми добавками и заполнителями.

К числу сооружений, которые в наибольшей степени подвержены этому явлению, относятся полы промышленных объектов, чье состояние постоянно ухудшается вследствие непрерывного движения транспортных средств.

Ударное воздействие

Другой формой разрушения механической природы являются ударные воздействия. В этом случае приходится учитывать множество факторов, поскольку бетон является хрупким материалом, который в результате достаточно интенсивных ударов разрушается, а прочность его снижается. Ущерб, наносимый в результате ударов, визуально проявляется не сразу.

В некоторых случаях должно пройти множество циклов подобного воздействия, например, в стыках бетонного покрытия при движении механических транспортных средств. В этой ситуации единственный способ избежать разрушения — изготовить как можно более прочный бетон.

Чтобы повысить ударостойкость, можно прибегнуть к армированию стальными волокнами, что способствует более равномерному распределению энергии ударного воздействия по всей конструкции.

Эрозия

Эрозия — это частный случай износа, вызываемый ветром, водой или льдом, который сопровождается уносом материала с поверхности. Характер процесса определяется скоростью движения, концентрацией твердых частиц пыли и качеством бетона. В этом случае единственным средством защиты являются специальные меры при изготовлении бетона. Следует воспользоваться теми же рекомендациями, что и при истирании.

Кавитация

Кавитация наблюдается там, где присутствует поток воды (при скорости свыше 12 м/с). Быстрое движение воды и неровная поверхность канала, по которому она протекает, способствуют возникновению турбулентного течения и образованию зон пониженного давления, где формируются вихри, вызывающие эрозию стенок. Воздушные пузырьки, которые образуются в потоке воды ниже по ходу течения, попадая в зоны повышенного давления, лопаются, оказывая сильное ударное воздействие, приводящее к эрозии. При очень большой скорости течения воды масштабы кавитации могут быть довольно серьезными. Кавитации можно избежать, создавая гладкие поверхности без каких-либо препятствий для течения воды.

Оцените статью
Добавить комментарий