Долговечность бетона
Долговечность бетона при определенных условиях эксплуатации — одна из его наиболее важных характеристик. Разрушение бетона может произойти при действии мороза, щелочной коррозии заполнителя, карбонизационной усадке, при химическом воздействии агрессивных сред и т. д. Развитие этих процессов можно изменить с помощью добавок.
Щелочная коррозия заполнителя. Этот вид коррозии особенно опасен при повышенном содержании щелочей в цементе (что становится весьма типичным, поскольку такие способы производства цементов самые экономичные), большом расходе цемента (что требуется для получения высокопрочных бетонов) и использовании реакционноспособных заполнителей.
Для этого вида коррозии (как и для некоторых других) характерно разрушение в результате расширения бетона при эксплуатации.
Существуют несколько методов определения склонности бетона и его составляющих к щелочной коррозии: петрографический, согласно ASTM C295, необходим для характеристики заполнителя; метод ASTM C586, с помощью которого определяют реакционную способность (к воздействию щелочей) карбонатного сырья, используемого в качестве заполнителя; методы ASTM C227 и ASTM С289 (химические, с целью определения потенциальной реакционной способности, вызванной кремнеземистым заполнителем), а также метод испытания бетонных призм, отражающий поведение бетона.
Щелочи могут содержаться в портландцементе в водорастворимой и нерастворимой формах. Водорастворимые щелочи определяют, согласно методу ASTM С114-77. Их содержание находится в пределах 10—60 % общего количества щелочей; они часто попадают в цемент в виде сульфатов, а также с топливом при его производстве.
Нерастворимые формы щелочей могут оказаться в цементе с глинами и некоторыми силикатами. В целом общее количество КгО и Na20 в цементе (в пересчете на Na20) не превышает 1 %. При содержании щелочей до 0,6 % (в расчете на Na20) цемент считается низкощелочным.
Возможны три типа реакций, приводящих к щелочной корр&зии заполнителя: кремнеземно-щелочная, карбонатно-щелочная и силикатно-щелочная.
Способы предотвращения щелочной коррозии заключаются в том, что в цемент вводят 20—30 % пуццолана или заменяют часть цемента шлаком. Механизм действия пуццолана недостаточно ясен: предположительно, он связывает щелочи и, возможно, образует нерасширяющиеся известково-щелочно-кремнеземистые комплексы. Однако введение пуццолана неэффективно при карбонатно-щелочных реакциях. Есть данные о том, что объемные расширения удается снизить с помощью литийсодержащих добавок (1 %). Полезны также фосфаты и некоторые другие вещества, включая соли бария. Кроме того, для снижения опасности этого вида коррозии используют смешанные цементы (уменьшение содержания щелочей) и смешанные заполнители (уменьшение реакционноспособных фаз) и т. д.
Морозостойкость. Повышение морозостойкости бетона, особенно с помощью воздухо-вовлекающих добавок, справедливо считается одним из самых эффективных способов решения этой актуальной проблемы.
При рассмотрении разных аспектов морозостойкости бетона важную роль играют структура цементного камня и его контактная зона, на которые удается влиять с помощью добавок.
Коррозия бетона в морской воде. В морской воде скорость коррозии бетона нелегко прогнозировать: во-первых, в этой среде может протекать сразу несколько реакций, идущих как параллельно, так и последовательно; во-вторых, некоторые из этих реакций приводят к деструктивным, а другие — к конструктивным процессам.
Опасность для бетона представляют и сульфаты, и хлориды, и магний-ионы, содержащиеся в морской воде.
Следует, однако, учитывать, что их концентрация сравнительно невелика. Кроме того, реакция алюминатных фаз цементного камня с сульфатами с образованием эттрингита может снизить скорость взаимодействия этих фаз с хлоридами, а несвязанные хлориды, в свою очередь, способны стимулировать коррозию арматуры в бетоне.