От чего зависит долговечность бетонных сооружений?

Как трудно представить современное строительство без применения одного из наиболее долговечных строительных материалов, как цементный бетон. 

На первый взгляд, кажется, что здания и сооружения, которые выполнены из бетона, вообще не должны подвергаться разрушительным воздействиям со стороны окружающей среды. Но, к сожалению, это совершенно не так. На самом деле жизнь конструкций из бетона проходит в сложных и напряженных условиях, подвергаясь при этом разрушительным изменениям. Со временем прочный и стойкий бетон начинает покрываться трещинами, рассыпаться и в итоге полностью разрушается.

Так что же является основной причиной разрушения бетона?

Как не удивительно, но это вода. Не зря древняя латинская поговорка гласит, что «капля точит камень». Возле старых зданий с каменными тротуарами, в местах падения воды с крыш можно увидеть углубления в камне. Они появились из-за того, что частицы падающей воды отрывают молекулы вещества, составляющего камень, с его поверхности и уносят с собой. Даже кварцевый песок способен постепенно растворяться в больших количествах воды за длительный промежуток времени. Такой естественный каменный материал как известняк растворяется более интенсивнее, чем кварц. Для растворения 1 грамма известняка требуется 3000 литров воды. Если же вода содержит углекислоту, то растворимость естественных и искусственных каменных материалов может значительно увеличиться. Как известно, углекислый газ в очень небольшом количестве содержится в воздухе, порядка 0,03% и, соответственно, присутствует во всякой воде, которая соприкасается с воздухом. Потому присутствие углекислого газа в воде резко повышает растворимость известняка. Именно от этих процессов в природных залежах известняка в результате растворения его водой образуются огромные подземные пещеры.

Затвердевший бетон содержит известь, которая хорошо растворяется в воде, кроме того другие составляющие цементного камня могут постепенно растворяться в воде. Поэтому все бетонные сооружения из портландцемента неизбежно подвергаются процессу выщелачивания извести, и через определенное время происходит разрушение бетона. 

Кроме растворяющего действия, вода опасна в тех случаях, когда бетонное сооружение подвергается переменному намоканию в воде и последующему замораживанию или оттаиванию. Многократное повторение таких циклов приводит к быстрому износу бетона. 

Вода, как известно, при замерзании, то есть при переходе из жидкого состояния в твердое, расширяется весьма значительно, примерно на 10%. Если оставить на морозе закупоренные сосуды, заполненные водой, то вода замерзнет и сосуд лопнет. То же самое происходит и при замораживании бетона. Вода, попадая в поры бетона, замерзает в них и, расширяясь, вызывает напряжения, способные разрушить бетонное сооружение. Устойчивость бетона к разрушающему действию воды и мороза зависит от строения цементного камня. Поэтому учеными постоянно ведется разработка бетонов и цементов, которые гарантируют длительное существование зданий и сооружений из бетона, которые находятся в очень суровых климатических условиях и способны выдержать многократное попеременное замораживание и оттаивание в водонасыщенном состоянии. В подводных и подземных частях сооружений бетон надежно защищен от действия мороза, но здесь присутствует опасное для бетона растворяющее действие воды и химическое воздействие солей, растворенных в природных водах. Происходит фильтрация данных химически агрессивных вод через бетон, что ускоряет его разрушение. 

Для бетона особенно вредны сернокислые соли (сульфаты), потому что попадая в водном растворе внутрь бетона, они могут вступать в химическое взаимодействие с составными частями затвердевшего цементного камня, образуя новые соединения с уже другими свойствами. Когда в уже затвердевшем цементном камне начинаются реакции с образованием новых веществ, из-за этого нарушается сцепление частиц цементного камня и соответственно его прочность, поэтому прочность бетона падает.

Кроме этого, сульфаты образуют с составными частями цемента – известью и алюминатами кальция новое соединение – сульфоалюминат кальция, который занимает объем в 2,5 раза больший, чем исходные материалы, из которых он образовался. Именно из-за образования крупных кристаллов сульфоалюминатов кальция происходит разбухание и растрескивание цементного камня и конструкций из цементного бетона.

Подводя итог, выделим три основных вида разрушения бетона агрессивными водами:

1) Растворение-выщелачивание.

2) Растворение и химическое разрушение.

3) Химическое разрушение и кристаллизация солей.

Поэтому проектируя и строя здания и сооружения из бетона, инженеры обязаны учитывать условия, в которых бетонные конструкции будут работать и поэтому должны рассчитать службу сооружений на заранее заданные сроки.