Влияние напряженно- деформированного состояния (НДС) на водонепроницаемость бетона
Основные положения по расчету состава водонепроницаемого бетона
Для расчета водонепроницаемого бетона необходимо знать, что водонепроницаемость бетона зависит от цементно- водного отношения (формула) и имеет связь с прочностью и морозостойкостью бетона ( график):
В/Ц
W
F
R
W = aRц*(Ц/В- В)
Таким образом, можно сделать вывод, что пористость – это функция отношения воды к цементу. А прочность R, морозостойкость F, водонепроницаемость W – это функция от пористости.
Для обеспечения низкой проницаемости необходимо ограничивать В/Ц бетонной смеси не более 0,5, создать длительные благоприятные условия твердения, применить уплотняющие добавки и специальные цементы.
σt/Rt
Wσ/W0
σ/R
W0
~1,3W0
0,25-0,35
0,4- 0,5
где
σt / Rt – уровень растягивающих напряжений;
σ/R – уровень сжимающих напряжений;
σt – растягивающее напряжение;
Wσ – реальная водонепроницаемость;
W0 – водонепроницаемость испытываемых образцов;
R – прочность при сжатии
Согласно данному графику, можно сделать соответствующие выводы о том, какая из представленных на графике величин воздействует на состояние бетона.
Под коррозией подразумевается гидратация ( разрушение ) бетона во времени, обусловленное физическими, физико- химическими и химическими процессами, происходящими в структуре бетона, в результате его взаимодействия с окружающей средой без учета влияния механических напряжений от нагрузок.
Существует классификация коррозии по Москвину:
1.Коррозия 1 типа: есть результат разрушения бетона в результате воздействия на него « мягких» вод при омывании или фильтрации. Механизм коррозии сводится к следующему: в результате гидратации алита одним из продуктов является Ca(OH)2 – портландит, имеющий растворимость в воде до 1,2 г/л.
R
Существует зависимость между прочностью бетона и содержанием портландитом:
%, Ca(OH)2
Удаление примерно 30%Ca(OH)2 из цементного камня влечет за собой потерю всей прочности цементного камня.
Условно безопасная граница удаления Ca(OH)2 из цементного камня ≈ 10%.
Способ защиты против коррозии 1типа: плотнее необходимо изготавливать бетон, т.е. необходимо повышать марку по водонепроницаемости.
2.Коррозия 2 типа: обменные реакции между продуктами и поступающими из вне агентами, в результате которых образуются либо легко растворимые соединения, либо соединения, не обладающие вяжущими свойствами, либо соединения, вызывающие коррозию 3 типа.
При этом типе коррозии происходят следующие реакции:
Ca(OH)2 + Na2SO4 CaSO4 + 2Na+ + 2OH-
Малорастворимый осадок, не обладающий вяжущими свойствами
Идет в коррозию 3типа
Ca(OH)2 + MgSO4 CaSO4 +Mg(OH)2
Ca(OH)2 + MgCl Ca2+ + Cl- + Mg(OH)2
Ca(OH)2 + NaCl Ca2+ Cl- + Na+ + OH-
Эта коррозия характеризуется тем, что вода растворяет и уносит растворенные соединения. Следовательно, коррозия 2 типа идет только в воде.
H2O
Карбонизация происходит так:
Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O – образуется нерастворимое соединение
Таким образом, все виды коррозии 2 типа основаны за счет химического взаимодействия; в той или иной форме уходит Ca(OH)2.
Способ защиты против коррозии 2 типа: необходимо повышать марку бетона по водонепроницаемости.
3.Коррозия 3 типа: разрушение бетона в результате позднего образования гидросульфоалюминатов кальция (ГСАК) – вторичные продукт- при воздействии на бетон сульфатов ( так называемая сульфатная коррозия).
В составе цемента есть трехкальциевый алюминат , который взаимодействует с водой с образованием гидроалюминатов кальция. Далее к полученному образованию добавляют гипсовый камень для замедления сроков схватывания. В результате образуется эттрингит, который тормозит дальнейшую быструю гидратацию С3А за счет образования защитного слоя и замедляет схватывание цемента на 3…5ч:
Эттрингит для воды не проницаем ( его объем составляет в 2 раза больше, чем суммарный объем образующих его веществ, что приводит к растрескиванию бетона).
Активный эттрингит образуется при повышенном рH- среды, а пассивный эттрингит – при пониженном рH – среды.
Способ защиты против коррозии 3 типа: использование сульфатостойких цементов, которые отличаются повышенной устойчивостью к действию сульфатных вод, что обеспечивается пониженным содержанием С3А. Изготавливают этот цемент из клинкеров нормированного минералогического состава:
C3A≤ 5%
C3S≤50%
C3A+ C4AF˂22%
Механизм работы коррозии 3 типа: уменьшение гидросульфоалюминатов кальция ведет к уменьшению образования эттрингита. Чем меньше С3А , тем меньше гидроалюминатов кальция; и чем меньше трехкальциевого силиката С3S, тем меньше Ca(OH)2, следовательно, уменьшается pH – среды. А это значит в меньшей степени будет образовываться эттрингит.
Выделяют внутреннюю коррозию (щелочную): происходит в результате взаимодействия щелочей, содержащихся в цементе с аморфным микрокремнеземом ( опал, халцедон), содержащимся в некоторых заполнителях:
Аморфный кремнезем
Na2O + K2O = R2O + (SiO2)
Далее образуется гель кремнекислоты, объем которого больше объема своих компонентов. В результате происходит растрескивание бетона. Образуются нерегулярные и хаотичные трещины.
Способ защиты против внутренней коррозии: необходимо следить, чтобы в цементе содержание щелочи и реакционно- активного кремнезема в заполнителях было минимальным.
свая
соль
H2O + соль
H2O
Есть еще такой вид коррозии как солевая коррозия: по своему сути имеет хаотичный характер. Происходит в результате кристаллизационного давления выпадающих в порах бетона солей. Рассмотрим пример солевой коррозии:
Соли при кристаллизации образуют сильное давление на поверхности сваи и разрывают изделие.
