Т.П.МАМАЕВ, канд.техн. наук, Е.А.ГУЗЕЕВ, д-р техн. наук, проф., К.А.ПИРАДОВ, д-р техн. наук (НИИЖБ), Трещиностойкость бетона в условиях развития процессов сульфатной коррозии
Долговечность железобетонных конструкций в техногенных условиях эксплуатации при воздействии коррозионно-активных веществ оказывается невысокой и определяется в основном длительностью процессов накопления повреждений в структуре бетона.
Принципы прогнозирования долговечности бетона при тепловых, влажностных, коррозионных и силовых воздействиях по энергетическим и силовым критериям механики разрушения (МР) разработаны в НИИЖБе и изложены в [1]. В качестве расчетных параметров в МР используются структурные характеристики Кю и Кис, отображающие напряженное состояние в вершине трещин, что позволяет достоверно оценить долговечность бетона.
Для оценки влияния процессов сульфатной коррозии на параметры трещиностойкости бетона проведены экспериментальные исследования на мелкозернистом бетоне из среднеалюминатного цемента. Состав бетона 1:2 при В/Ц=0,6. Размеры образцов 10x40x160 и 20x100x100 мм. В возрасте 28 сут образцы испытывали в течение 120-1000 сут при полном погружении их в раствор сульфата натрия с концентрацией сульфат-ионов 33,8 г/л. Значения определяли по методикам, аналогичным [2, 3]( Результаты испытаний приведены в таблице.
Исследования показали, что в начальные сроки испытаний наблюдается увеличение трещиностойкости бетона. Значения К|С и Кис повысились на 18-19% вследствие уплотнения структуры бетона в результате образования в порах и капиллярах кристаллов солей — гидросульфоалюминаттов кальция и гипса.
При дальнейшем развитии процессов коррозии возникают значительные внутренние напряжения в пустотах, капиллярах, порах, что приводит к развитию существующих и зарождению новых микротрещин. Следствием этого является понижение трещиностойкости бетона. Количество микротрещин в единице объема бетона определяется степенью заполнения пустот, пор и капилляров продуктами взаимодействия силикатов кальция с сульфатами, характеризуемыми количеством связанных цементным камнем сульфат-ионов (QS03).
Анализом установлено, что сопротивление развитию магистральных трещин, вызывающих фрагментацию образца, зависит от размеров и количества микротрещин в объеме, вызванных процессом коррозии. К 300 сут воздействия среды (QS03 до 7,5%) поверхность образцов испещряли микротрещины.
Это состояние структуры характеризуется незначительным влиянием локальных микротрещин на общую сопротивляемость бетона развитию макротрещин при последующем силовом нагружении. В опытах наблюдается незначительное снижение HL- и К||С (до 2%) по отношению к водонасыщенному образцу- близнецу.
При содержании в бетоне связанных цементным камнем сульфат-ионов более 8,6% длина микротрещин значительно увеличивается, расстояние между ними соизмеримо с их длиной. Взаимное влияние соседних микротрещин на интенсивность напряжений в их вершинах увеличивается, в результате чего происходит слияние отдельных микротрещин. На данном этапе развития коррозионного процесса происходит интенсивное снижение трещиностойкости бетона. Так, к 600 сут воздействия среды наблюдается существенное снижение Кю и К|1С. С развитием коррозионных дефектов в структуре бетона более снижается трещиностойкость при нормальном отрыве (44%), чем при поперечном сдвиге (36 %).
Критическое содержание сульфат-ионов в структуре бетона (QS03=15%) приводит к полной деструкции и разрушению образца.
В опытах получены данные, позволяющие установить зависимости между значениями К|с и Кмс бетона в нормальных условиях и их снижением в результате длительного воздействия растворов сульфатов.
Эти зависимости выражаются в виде
Используя полученные зависимости, можно рассчитать долговечность железобетонных конструкций, эксплуатирующихся в сульфатных средах, по методике [1].
Бетон и железобетон, 1999 №2