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 = aR_ц*(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.

Влияние напряженно- деформированного состояния (НДС) на водонепроницаемость бетона

σt/Rt

Wσ/W0

σ/R

W0

~1,3W0

0,25-0,35

0,4- 0,5

где

σ_t / R_t – уровень растягивающих напряжений;

σ/R – уровень сжимающих напряжений;

σ_t – растягивающее напряжение;

W_σ – 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.

Коррозия 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:

гидроалюминаты Ca

эттрингит

C₃A + H₂O C_xAH_n + CaSO₄* 2H₂O 3CaO*Al₂O₃*3CaSO₄*(30-32) H₂O

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.