Ухудшение состояния бетонных конструкций — часто обсуждаемая тема. Это может быть результатом одного или комбинации факторов, таких как усадка при высыхании, термическое сжатие, ограничение (внешнее или внутреннее) укорочения, осадка земляного полотна и приложенные нагрузки. Бетон может разрушаться по целому ряду причин, и повреждение бетона часто является результатом сочетания факторов. Основными факторами являются деформация бетона, проницаемость бетона и агрессивные разрушающие вещества. В рамках этих трех основных категорий существуют различные типы причин, вызывающих износ, каждая из которых описана ниже. Физические и химические процессы могут влиять на долговечность и структурные характеристики бетона. Дефекты конструкции, материалов, изготовления, отверждения и технического обслуживания — все это может повлиять на срок службы, безопасность и надежность элемента. В этой статье мы рассмотрим некоторые из наиболее распространенных типов механизмов разрушения бетона.
Различные типы износа бетонных конструкций
Коррозия встроенных металлов в бетон
При коррозии стали образующаяся ржавчина занимает больший объем, чем сталь. Это расширение создает растягивающие напряжения в бетоне, которые в конечном итоге могут вызвать растрескивание, расслоение и отслоение. Сталь подвергается коррозии, поскольку она не является природным материалом. Скорее, железная руда плавится и перерабатывается для получения стали. Производственные этапы, на которых железная руда превращается в сталь, придают металлу энергию. Коррозия конструкционной стали — это электрохимический процесс, требующий одновременного присутствия влаги и кислорода. По сути, железо в стали окисляется с образованием ржавчины, которая занимает больший объем, чем сталь.
Разрушение бетона при замерзании оттаивании
Повреждение от замерзания — это потенциально серьезный процесс разрушения, который происходит в бетонных конструкциях в холодном климате. Преждевременное повреждение бетонных плит во время циклов замораживания и оттаивания представляет собой серьезную проблему для долговечности и упругости дорожного покрытия. При замерзании вода расширяется примерно на 9%. Когда вода во влажном бетоне замерзает, она создает давление в капиллярах и порах бетона. Если давление превышает предел прочности бетона на растяжение, полость расширяется и разрывается. Накопительный эффект последовательных циклов замораживания-оттаивания и разрушения пасты и заполнителя может в конечном итоге привести к значительному расширению и растрескиванию, образованию накипи и крошению бетона Повреждение бетона при замораживании / оттаивании происходит, когда молекулы воды в бетоне замерзают и расширяются за пределы объема, ограниченного бетоном.
Химическое воздействие на бетон
Химическое воздействие является одной из наиболее распространенных причин порчи бетона в современной промышленности. Животные жиры, натуральные и искусственные масла, кислоты, щелочи и различные промышленные соли — все это наносит бетону вред. Химическое воздействие происходит из-за продуктов загрязнения и последующей активности выбросов на поверхности изолятора. Исследование изоляторов, выдержанных в полевых условиях, выявило образование на поверхности однородных тонких слоев загрязнения. Химическое воздействие включает растворение веществ или химические реакции между веществами и компонентами бетона. Продукты реакции могут вызвать проблемы из-за растворения или расширения.
Реакционная способность бетона к щелочам-заполнителям
Реакции щелочи и заполнителя могут быть либо щелочно-карбонатными реакциями (ACR), либо щелочно-кремнеземными реакциями (ASR). В ACR происходит реакция между щелочами (натрием и калием) и некоторыми карбонатными породами, в частности кальцитовым доломитом и доломитовыми известняками, присутствующими в некоторых заполнителях. Это вредная реакция набухания, которая со временем возникает в бетоне между высокощелочной цементной массой и реакционноспособным аморфным (т.е. некристаллическим) кремнеземом, содержащимся во многих распространенных заполнителях, при условии достаточной влажности. Эта вредная химическая реакция вызывает расширение измененного заполнителя за счет образования растворимого и вязкого геля силиката натрия. Этот гигроскопичный гель набухает и увеличивается в объеме при поглощении воды: он оказывает огромное давление внутри кремнистого заполнителя, вызывая откалывание и потерю прочности бетона, что в конечном итоге приводит к его разрушению.
Абразивная эрозия в бетоне
Повреждения от истирания, вызванные измельчением ила, песка и камней. В некоторых случаях при измельчении удаляется бетонная поверхность и обнажаются заполнители. Гидравлические бетонные конструкции часто подвергаются длительной абразивной эрозии под действием переносимого водой песка, что приводит к повреждению поверхности, что в конечном итоге ограничивает срок их службы. Абразивные повреждения возникают, когда поверхность бетона не в состоянии противостоять износу, вызванному трением. По мере изнашивания внешнего слоя бетона подвергается воздействию мелкого и крупного заполнителя, а истирание и удары вызывают дополнительное разрушение, связанное с прочностью сцепления заполнителя с пастой и твердостью заполнителя.
Пластическая усадка бетона
Потеря воды из свежего бетона, которая приводит к пластической усадке, может происходить несколькими способами. Однако преобладающим способом является испарение с открытой поверхности. Бетон также может терять воду из-за всасывания основанием или, в зависимости от типа материала, используемого при его изготовлении, опалубкой. Такая потеря воды может усугубить эффект поверхностного испарения. Общепризнано, что потеря воды из пастообразной фракции бетона из-за внешних факторов создает отрицательное капиллярное давление, которое приводит к сокращению объема пастообразной фракции и, следовательно, к усадке. Скорость испарения воды обычно усугубляется сочетанием высокой скорости ветра, низкой относительной влажности и высоких температур окружающей среды и бетона.
Усадка бетона при высыхании
Потеря влаги из бетона после его затвердевания и, следовательно, усадка при высыхании неизбежны, если бетон полностью не погружен в воду или не находится в среде со 100-процентной относительной влажностью. Таким образом, усадка при высыхании является явлением, которое встречается регулярно и заслуживает тщательного рассмотрения при проектировании и возведении бетонных конструкций. Фактические механизмы, с помощью которых происходит усадка при высыхании, сложны, но общепризнано, что они связаны с потерей адсорбированной воды из гидратированного цементного теста.Когда бетон первоначально подвергается воздействию условий высыхания, при которых существует разница между относительной влажностью окружающей среды и бетона, он сначала теряет свободную воду. В более крупных капиллярных порах это приводит к незначительной усадке или вообще к ее отсутствию. В более мелких заполненных водой капиллярных порах (размером от 2,5 до 50 нм) из-за потери влаги образуются изогнутые мениски, а поверхностное натяжение воды натягивает стенки пор
Воздействие перегрузки на бетон
Повреждение от перегрузки может произойти во время строительства, когда бетон еще не достиг расчетной прочности. Преждевременный демонтаж опалубки, хранение тяжелых материалов или эксплуатация оборудования на конструкции и вокруг нее могут привести к перегрузке определенных бетонных элементов. Распространенная ошибка возникает, когда сборные элементы не поддерживаются должным образом во время транспортировки и монтажа. Ошибки в конструкции с последующим натяжением, такие как неправильное время или последовательность высвобождения прядей, также могут вызвать растрескивание при перегрузке.
Исправление ускоренной коррозии бетона
Обычно называмая “кольцевой анодной коррозией» или “эффектом ореола”, точечная ускоренная коррозия — явление, характерное для проектов реставрации бетона. После завершения ремонта поврежденных коррозией конструкций возникают резкие изменения в бетоне, окружающем арматурную сталь. Типичные процедуры ремонта бетона требуют удаления бетона по всей окружности арматурной стали в зоне ремонта, очистки стали от побочных продуктов коррозии и повторного заполнения полости новым бетоном с высоким рН, не содержащим хлоридов. В результате этой процедуры арматурная сталь, внедренная в прилегающую среду, подвергается резко отличающемуся потенциалу коррозии. Эта разница в потенциале коррозии (напряжении) является движущей силой для образования новых очагов коррозии в окружающем загрязненном бетоне. Свидетельством этой деятельности является наличие новых отколов бетона рядом с ранее завершенными участками ремонта.
Заключение
Износ бетонных конструкций может стать проблемой для владельцев конструкций. Важно вовремя выявить эти дефекты и спланировать соответствующие стратегии ремонта