В современную эпоху одним из основных материалов используемых для строительства является бетон. Сравнительно дешев и прост в изготовлении. Представляет собой смесь воды, цемента, заполнителей и добавок (пластификаторов). Кажется что этому материалу нет равных по долговечности и прочности, но это верно лишь от части. Бетон как и все другие материалы подвержен разрушению от воздействия динамических нагрузок, внешних факторов и условий эксплуатации.

Как правило, ремонт и защиту бетона начинают производить еще на стадии строительства с целью восстановления исходной формы, когда приходится устранять дефекты допущенные при возведении конструкции, лечении трещин и т.д.. В дальнейшем в процессе эксплуатации производят различные виды ремонта, такие как, восстановление внешнего вида, усиление несущей способности отдельных элементов и конструкции в целом , защиту от внешних факторов разрушения. Любой ремонт должен проводиться качественно и гарантировать долговечность, Но часто эти требования не выполняются. И основными причинами являются не корректное установление причины разрушения, как следствие неправильный выбор материалов и методов проведения работ.

Рассмотрим причины разрушения бетона и способы их решения или восстановления.

Причины можно разделить на несколько групп:

• Химические
• Физические
• Механические
• Дефекты и трещины

ХИМИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

Основные разрушения бетона происходят от воздействия внешней среды и воздействия сульфатов, хлоридов и щелочей возникающих в процессе химических реакций наполнителей и вяжущих составов.

В конструкциях подвергающихся атмосферному влиянию, углекислота вызывает формирование карбоната кальция, в гидравлических сооружениях под его воздействием в составе воды наблюдается выщелачивание, ему подвержены вяжущие материалы.

Образование карбоната кальция происходит в процессе трансформации извести под воздействием углекислоты. Его концентрация зависит от окружающих внешних условий, эксплуатации сооружения и уровня промышленного загрязнения. При воздействии карбонатов на бетон в нем понижается уровень щелочной среды, что в свою очередь ведет к разрушению защитной пленки арматурных стержней и агрессивному воздействию на них влаги и кислорода, это приводит к агрессивной коррозии метала и новообразований вокруг арматурных стержней. Бетон в этих местах начинает вспучиваться, отслаиваться и даже полностью отваливаться. Появляются новые пути доступа кислорода и влаги, в глубь бетонной конструкции, что в свою очередь увеличивает и площадь, и глубину повреждений. Карбонизация наносит бетонным сооружениям исключительный вред.

Диагностика разрушений бетона карбонатами основана на цветовом тесте фенолфталеином. После нанесения 1% раствора фенолфталеина, не карбонизированный бетон краснеет, карбонизированный не меняет цвет.

Выщелачивание бетона такой же процесс, но проходит в присутствии влаги и представляет собой удаление цементного камня, разрушение усиливается под воздействием воды содержащей в себе углекислоту, серную кислоту органического происхождения.

Диагностика выщелачивания бетона состоит в визуальном обследовании, иных методов нет. При обследовании будут видны заполнители без цементного камня.

Разрушения сульфатами происходит от естественных примесей, таких как гипс и ангидриды. Из-за разницы размеров частиц в заполнителях и ускорителях, что в последствии приводит к образованию эттригита и растрескиванию поверхностного слоя бетона.

Диагностика разрушений от воздействия сульфатов проводится в лабораторных условиях и состоит в получении дифрактограммы в рентгеновском спектре.

Разрушение хлоридами наблюдается при воздействии на бетон морской воды, солей и антиобледенителей. При проникновении хлора в бетон до арматурных стержней происходит растворение пассивирующей пленки оксидов железа и начинается процесс коррозии. Скорость проникновения хлоридов в тело бетона зависит от концентрации хлоридов, проницаемости бетона и влажности. Как только начинается процесс коррозии, начинается разрушение бетона по нарастающей, из-за отслоений будут образовываться новые пути проникновения агрессивных веществ. Концентрация хлоридов поддерживающая коррозию, прямо пропорциональна рН бетона, в связи с чем можно связать разрушение из-за образования карбонатов и разрушения хлоридов в единый аспект и протекают часто параллельно.

Диагностика разрушения хлоридами проводится несколькими методами, химический анализ выявляет весовую концентрацию хлоридов в цементе и цветовой тест с использованием флуоресценция и нитрата серебра и дифракционный анализ в рентгеновском спектре.

Более доступный метод, цветовой тест. Проводится обработкой бетона раствором флуорецеина и нитрата серебра. После обработки раствором, происходит окрашивание бетона, подверженного разрушению сульфатами в светло-розовый цвет, а не подверженного в темный.

Взаимодействие щелочей цемента с заполнителями, еще одно из химических разрушений бетона , выражается во взаимодействие цемента с заполнителями, которое приводит к серьезным разрушениям. Некоторые заполнители содержат реакционноспособный кремнезем, который взаимодействует со щелочами калия и натрия находящихся в цементе или их солями, которые поступают из вне в форме хлоридов. В результате реакции образуется гель, который расширяется в присутствии воды или влаги и разламывает бетон вокруг этих образований. В результате реакции образуются силикаты натрия и гидратированного калия, обладающих большой объемистостью. При этом на поверхности бетона появляются трещины, подрыв участков бетона, вспучивание. Ускорить реакцию способна дополнительная влажность, а так же циклы замерзания и оттаивания.

Признаки взаимодействия щелочей цемента с заполнителями бетона можно определить визуально и с помощью цветового теста.

Визуально характерно упорядоченное растрескивание напоминающее паутину, набухание. Цветовой тест проводится с помощью кобальтинитрита натрия и позволяет выявить гель, возникающий в ходе реакции щелочей цемента и кремнеземом, в результате чего гель окрашивается в желтый цвет.

ФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

Замерзание и оттаивание, это когда вода проникает внутрь бетона и впоследствии замерзания создает напряжение взламывая бетон. Чтобы ограничить такие последствия необходимо сократить капиллярную микропористость на стадии изготовления бетона добавлением морозостойких заполнителей и воздухововлекающих добавок, которые поддерживают соотношение между водой и цементом.

Высокие температуры так же приводят к разрушительному эффекту на бетон. Разрушение возникают в результате разного расширения бетона и арматуры, разрыва заполнителя с вяжущим, при быстром остывании в результате воздействия воды при пожаре или иных обстоятельствах образование извести, быстрой конденсации пара, что приводит к разрывам и растрескиванию.

Усадка бетона бывает двух типов, пластическая и гигрометрическая.

Пластическая усадка происходит в пластичной стадии бетона ( в момент укладки бетона или первых дней после нее), причина, быстрое выделение влаги в окружающую среду. При пластической усадке на его поверхности образуются микротрещины, трещины, провалы.

Избежать пластическую усадку довольно просто, укрыть свежеуложенный бетон водонепроницаемой пленкой, при отсутствии возможности укрытия орошение в течении нескольких дней водой или нанесение материалов создающего защитную пленку.

Гигрометрическая усадка происходит уже после схватывания бетона в первые несколько месяцев. Избежать гигрометрическую усадку помогают добавки снижающие водоцементное соотношение между инертными материалами и цементом, одним словом, чем меньше воды в свежеприготовленном бетоне, тем меньше в последующем усадка.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

Истирание, когда бетон подвергается постоянным нагрузкам твердых частиц, механических и пешеходных нагрузок и зависит от характеристик материалов из которых состоит бетон. В основном истиранию подвержены бетонные полы.

Стойкость к истиранию можно повысить пропорцией между водой и цементом или путем внесения в верхний слой бетона специальных цементов с твердыми добавками путем втирания, или специальных полимеров.

Ударное воздействие, разрушение в результате интенсивных ударных нагрузок, движения механических транспортных средств, ударов. Так как бетон хрупкий материал, кромки на швах и стыках надламываются.

Чтобы повысить ударостойкость применяется более прочный бетон армированный стальными волокнами, что способствует равномерному распределению ударного воздействия и правильный подбор шовного герметика.

Эрозия или выветривание, вызывается ветром, водой, обледенением и сопровождается сносом материала с поверхности бетона и оголением заполнителя. Определяется визуально и единственным средством борьбы, своевременная защита поверхности бетона.

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ДЕФЕКТОВ

• Выступы на поверхности бетона (причина: недостаточно жесткая или неправильно установленная опалубка)
• Наплывы бетона (причина: недостаточная герметичность опалубки, не квалифицированная укладка, проливы)
• Раковины на поверхности бетона (причина: скопление воздуха, воды, недостаток раствора, недостаточно уплотнения бетона, щебеночность – жесткость смеси)
• Полости в бетоне (причина: зависание смеси на арматуре и опалубке, в местах технологических швов, при преждевременном схватывании ранее уложенных слоев)

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ТРЕЩИН

• Усадочные трещины (причина: недостаточный уход за свежеуложенным бетоном)
• Трещины конструктивного и технологического происхождения (повреждения полученные в результате транспортировки, в процессе строительства, в результате защемления, эксплуатационных нагрузок и т.д.)

ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОВРЕЖДЕНИЙ

Повреждения делятся на группы от степени влияния на несущие способности, рассмотрим коротко все по отдельности.

• Повреждения не снижающие прочность конструкции (поверхностные раковины, пустоты, трещины, выбоины, разрушение поверхностного слоя), Не требуют срочных мер, устраняются при текущем ремонте, для предотвращения развития мелких трещин, образования новых с последующей защитой от внешних разрушающих факторов.
• Повреждения снижающие долговечность конструкции (пустоты, раковины и сколы с оголением арматуры, поверхностная и глубинная коррозия бетона) Требуют безотлагательных мер. Устранение трещин, трещин вдоль арматуры, заделка пустот, удаление рыхлого и коррозированного бетона с последующей заделкой специальными материалами
• Повреждения снижающие несущую способность конструкции (горизонтальные и наклонные трещины в стенках несущих конструкций, трещины в сопряжениях плит, пустоты в сжатых зонах и т.д.) Требуют срочных мер. Как правило под ликвидацию таких повреждений обычно разрабатывают индивидуальные проекты. При восстановлении несущей способности конструкций должны использоваться специальные материалы и технологии.