Коррозия — это процесс разрушения бетона под влиянием физико-химического воздействия внешней среды. На долговечность конструкций влияют и механические нагрузки, которые часто вызывают в бетоне появление трещин и изнашивание поверхностного слоя, способствуя тем самым разрушению изделий и конструкций.

Коррозия бетона и железобетона зависит главным образом от коррозионной устойчивости цементного камня и арматуры.

Обеспечить долговечность изделий и конструкций можно, тщательно изучив условия, в которых они будут находиться в течение всего срока службы. Как правило, внешние условия не остаются постоянными, а подвергаются изменениям, обусловленным деятельностью человека. Этот фактор следует учитывать при разработке и применении мер защиты бетона и железобетона от коррозии.

Коррозия бетона может происходить в результате взаимодействия заполнителей со щелочами, содержащимися в цементе, или солями щелочных металлов, вводимыми при затворении бетонов. Коррозия этого вида, названная щелочной, наблюдается на дорожных и аэродромных покрытиях, опорах мостов, подвергающихся периодическому увлажнению. Такие разрушения возникают в бетонах, приготовленных из горных пород, содержащих аморфный кремнезем, опал, халцедон, кремний и вулканическое стекло. Разрушение характеризуется увеличением объема бетона в результате взаимодействия щелочей и вышеуказанных минералов. Щелочная коррозия интенсивно идет только во влажной воздушной среде и в условиях переменной влажности. Конструкции, находящиеся постоянно в сухом воздухе или под водой, данному виду коррозии не подвергаются. Введение воздухововлекающих и газообразующих добавок также способствует повышению коррозионной стойкости бетона.

При проектировании бетонных и железобетонных сооружений следует одновременно предусматривать и меры защиты от коррозии. При этом необходимо стремиться к тому, чтобы конструкция была простой формы (очертания), без внутренних и внешних углов, острых ребер, способствующих задерживанию в них влаги. Особое внимание следует уделять конструированию плотных стыков между элементами конструкций. Многие конструкции транспортных сооружений (водопропускные дорожные трубы, балки пролетных строений мостов, обделка тоннелей из обычных сборных железобетонных элементов и т. д.) подвергаются коррозии именно в местах их стыковки.

Действенным методом защиты от коррозии являются мероприятия по удалению агрессивных вод от сооружения: устройство дренажа, водопонижение, водоотвод. Например, в тоннелях со сборной железобетонной обделкой пространство между поверхностью конструкции и грунтом цементируют. Это также препятствует проникновению воды в тоннель.

Для получения устойчивых к коррозии бетонов, прежде всего, необходимо применять соответствующие агрессивности среды цементы (сульфатостойкий, шлаковый, глиноземистый и пуццолановый портландцементы). Значительно повышает стойкость бетонов к коррозии введение в их состав активных минеральных добавок, в качестве которых могут быть использованы доменные гранулированные шлаки, трепел, туф, опока, диатомит и др.

При отсутствии нужных цементов и добавок коррозионную устойчивость бетонных и железобетонных изделий можно повысить путем увеличения их плотности (уменьшением пористости цементного камня и количества контактных пор на границе раздела цементный камень — заполнитель). Увеличение количества замкнутых пор существенно изменяет структуру цементного камня и способствует увеличению стойкости бетона к коррозии от действия попеременного замораживания и оттаивания. Бетон высокой плотности можно получить, использовав чистые фракционированные заполнители, тщательно отдозированные и перемешанные в смесителях принудительного действия и последующим его виброуплотнением в конструкциях и сооружениях.

Кроме того, для защиты поверхностей бетонных и железобетонных изделий от действия агрессивных компонентов внешней среды и проникновения их внутрь тела изделий их обрабатывают смесью жидкого стекла и кремнефтористого натрия, битумом или дегтем, полимерными пленкообразующими материалами и эмульсиями из этих материалов, а также, если позволяет конструкция, оклеивают гидроизоляционными рулонными материалами и покрывают масляными лаками и красками. Хорошие результаты даст оштукатуривание бетонных поверхностей плотными цементными растворами и облицовка керамической плиткой, выложенной на кислотоупорном цементе.

Разрушение железобетонных изделий часто связано с коррозией арматуры, которая особенно усиливается при содержании в воздухе кислых газов или хлористых солей, вводимых в бетонную смесь для ускорения ее твердения или для других целей.

Легкие бетоны

Легкие бетоны с применением в них пористых заполнителей находят в строительстве все большее применение. Конструкции из легких бетонов позволяют улучшить теплотехнические и акустические свойства зданий, значительно снизить их массу, успешно решить проблему объемного и многоэтажного строительства, а также строительства в сейсмических районах страны. Применение легких бетонов позволяет уменьшить стоимость строительства на 10…20%, снизить трудовые затраты на стройках до 50%, увеличить производительность труда на 20%. Развитие производства бетонов с применением пористых заполнителей характерно как для нашей страны, так и зарубежного строительства. В нашей стране наиболее широко испо­льзуемым заполнителем являются керамзит, а также аглопорит, перлит и др. Керамзитовый гравий составляет до 80% общего объема современного производства искусственных пористых заполнителей. За рубежом более типичным легким заполнителем является термозит (шлаковая пемза).

Бетоны называются легкими, если в сухом состоянии их средняя плотность не выше 2000 кг/м³. Снижения их массы достигают в основном за счет облегчения заполнителя, иногда путем поризации вяжущей части.

По пределу прочности при сжатии конструкционное легкие бетоны разделяют на классы В2; В2,5; В3,5;...; В40 или на марки (МПа): М20; М35 и т. д. до М500. Теплоизоляционные легкие бетоны разделяют на классы В0,35; В0,75; В1. По средней плотности в сухом состоянии существуют следующие марки легких бетонов: D200; D300; D400;...; D2000. При испытаниях на морозостойкость легкие бетоны выдерживают от 25 до 500 циклов попеременного за­мораживания и оттаивания. По водонепроницаемости конструкционные легкие бетоны имеют те же марки, что и тяжелые бетоны.

В зависимости от назначения и технических свойств легкие бетоны разделяют на конструкционные, применяемые для изготовления несущих конструкций (стены, перекрытия и др.); теплоизоляционные, используемые в ограждающих слоистых конструкциях как утеплитель и для теплоизоляции, звукопоглощения; конструкционно-теплоизоляционные с прочностью 2,5…10 МПа — для ограждений.

Конструкционные легкие бетоны марок 150…400 получают на основе портландцемента марок 300…600 с применением керамзитового гравия (керамзитобетоны), аглопоритового щебня (аглопоритобетоны) или шлаковой пемзы (шлакобетоны). В качестве мелкого заполнителя применяют природный песок, но может быть использован и дробленый песок. Средняя плотность этих бетонов с применением кварцевого песка составляет 1600…1800 кг/м³, что значительно меньше, чем при применении плотного заполнителя для получения тяжелого бетона той же прочности. Эффективность легких бетонов в данном случае особенно наглядна при сравнении их по коэффициентам конструктивного качества. Этот коэффициент, обозначенный ККК, равен отношению предела прочности бетона при сжатии к его средней плотности. При равной прочности у легкого конструктивного бетона в среднем он выше в 2400/1700 = 1,4 раза, поэтому легкие бетоны целесообразнее применять, чем тяжелые одинаковой прочности, в междуэтажных перекрытиях отапливаемых зданий, в проезжей части мостов, в железобетонных конструкциях с обычной и предварительно напряженной арматурой (балки, прогоны, лестничные марши и площадки и т. п.). Широкому применению конструктивных легких бетонов в наружных конструкциях способствует высокая морозостойкость (Мрз35 и выше), а при использовании для гидротехнических сооружений их морозостойкость увеличивают до 300 и выше, что достигается введением некоторых добавочных веществ (ПАВ). Теплопроводность этих бетонов в сухом состоянии равна 0,35—0,60, а в стене 0,6—0,8 Вт/(мК), тогда как у тяжелых она равна 1,25—1,55 Вт/(м-К).

Теплоизоляционные легкие бетоны имеют невысокую среднюю плотность — ниже 500 кг/м³ и обладают также хорошими теплозащитными свойствами, так как в сухом состоянии их теплопроводность находится ниже 0,20 Вт/(мК). Положительные свойства теплоизоляционных легких бетонов позволяют использовать их в конструкциях как достаточно надежную теплоизоляцию.

Бетоны средних марок (по прочности) обладают средней плотностью в пределах 500—1400 кг/м³ и теплопроводностью до 0,5…0,6 Вт/(мК) и поэтому с большим успехом совмещают функции конструктивного и теплоизоляционного материала (конструкционно-теплоизоляционного бетона). Величину средней плотности и прочность легкого бетона регулируют в основном подбором соответствующего заполнителя — природного или искусственного. Так как цементный камень значительно утяжеляет бетон, то его содержание стремятся довести до минимума, а макроструктуру приблизить к контактной при данной технологии его формирования. Наиболее часто в легких бетонах применяют заполнители в виде щебня, гравия и песка из природных материалов — пемзы, вулканического туфа, ракушечника, известкового туфа и др. и из искусственных — шлаковой пемзы, термозита), керамзита, аглопорита, вакулита, шунтизита (вспученные при нагревании шунгитовые сланцы), вспученных перлитов и вермикулитов и др. По средней плотности они находятся в широком диапазоне марок — от 100 до 1200 и более. Прочность этих зернистых заполнителей обычно оценивают по величине напряжения при раздавливании их в металлических цилиндрах, и она колеблется от 0,4 до 20 МПа.

В легком бетоне может быть использован не только минеральный, но и органический заполнитель — древесная дробленка, одубина, костра, гранулированный пенополистирол и т. п. Размер зерен заполнителя равен 1,25…40 мм. Получаемую разновидность легкого бетона (арболит) используют как стеновой материал в жилищном строительстве.

Вяжущим веществом в легких бетонах служат обычный или бы-стротвердеющий портландцемент, а в отдельных случаях шлакопор-тландцементы. Арболит иногда изготовляют и на основе высокопрочного гипса, но чаще — портландцемента.

Подбор состава, приготовление, укладка и уплотнение бетонной смеси, уход за бетоном, например в покрытиях, не отличается от тех же операций, принятых в технологии тяжелых бетонов.

По мере прибавления воды прочность бетона увеличивается, и максимум прочности достигается при оптимальной добавке воды. Пройдя через максимум, при дальнейшем увеличении содержания воды прочность бетона снижается под влиянием снижения его плотности. Установлено, что наибольшая прочность и оптимальная подвижность получаются при добавлении воды в количестве, при котором коэффициент выхода уплотненной смеси становится наименьшим. Показано, что на эту зависимость влияют технологические факторы. Как отмечалось выше, наибольшее применение у нас в стране получили легкие бетоны с керамзитом, т. е. керамзитобетон, реже — аглопоритобетон, шунгизитобетон и др. Нередко вводят в бетон еще более легкие заполнители; например перлит в виде песка. Известное распространение получил поризованный керамзитобетон с вспученным перлитовым песком. Последний вносят в ограниченном количестве (до 0,2 м³ на 1 м³ бетона), что обеспечивает получение необходимой плотности бетона. Новой разновидностью служит и азеритобетон (азерий—новая разновидность вспученного заполнителя).

Независимо от разновидности заполняющей части на легкие бетоны полностью распространяются общие закономерности оптимальных структур. Среди разновидностей легких бетонов следует выделить крупнопористый и поризованный бетоны.

Крупнопористый беспесчаный бетон, относится к экономичным и эффективным. Для его производства требуются сравнительно небольшие капиталовложения, небольшой расход цемента и в основном местные заполнители. Этот легкий бетон малотеплопроводен, что снижает расход топлива на отопление помещений в зданиях. Он не содержит песка, что обусловливает его крупнопористое строение.

В качестве заполнителя в крупнопористых бетонах используют щебень или гравий размером от 5 до 40 мм, которые могут быть плотными и пористыми, например керамзит, кирпичный бой и др. Как отмечено, в этом бетоне ограниченное содержание портландцемента (120…150 кг/м³), что приводит к получению бетона сравнительно невысоких марок — 15, 25, 35, 50, 75 и 100. При введении пластифицирующих добавок можно еще больше снизить расход Цемента, до 80…100 кг/м³.

Крупнопористый бетон используют как стеновой материал в зданиях высотой до четырех этажей, которые оштукатуривают, чтобы избежать продуваемости ограждающих конструкций.

Поризованные бетоны отличаются тем, что содержат не только легкий заполнитель, но и специально поризованный матричный материал (цементный камень). Для этого в состав бетона вводят поризующие вещества с образованием пены, причем замкнутые поры заполняются воздухом. Поризрванный бетон изготовляют из цемента, минерального порошка (природного, тонкомолотого гранулированного шлака, горелых пород и др.) путем смешения их с предварительно подготовленной вспененной массой из воды и пенообразователя, например смолосапонинового, получаемого из мыльного корня. Проектный состав такой массы устанавливают в лаборатории в соответствии с общим методом проектирования состава ИСК по качеству или с применением ЭВМ.

Эти разновидности легких бетонов обладают улучшенными теплотехническими свойствами и поэтому применяются как теплоизоляционный или конструктивно-теплоизоляционный материал в стеновых ограждающих конструкциях. Следует, однако, отметить, что поризованный бетон при его изготовлении требует дополнительных трудозатрат и применяется реже.

 Строительные растворы

Классификация

Строительный раствор представляет собой затвердевшую рационально подобранную смесь вяжущего вещества, мелкого заполнителя и воды, а в необходимых случаях и добавок. До затвердевания эту смесь называют растворной смесью. Раствор отличается от бетона отсутствием крупного заполнителя — щебня или гравия, хотя имеет много общих с бетонами свойств.

В зависимости от плотности в сухом затвердевшем состоянии строительные растворы подразделяют на тяжелые (обыкновенные) с плотностью 1500 кг/м³ и выше и легкие — менее 1500 кг/м³.

Для получения тяжелых растворов используют природные пески и искусственные, полученные из плотных горных пород, а для приготовления легких применяют пористые легкие пески из пемзы, туфа, аглопорита, керамзита, шлаков и других пористых материалов.

По виду вяжущего вещества, которое выбирают в зависимости от назначения раствора и условий эксплуатации, строительные растворы подразделяют на: цементные, приготовленные на портландцементе и его разновидностях; известковые, вяжущими в которых являются воздушная или гидравлическая известь; гипсовые — с применением гипсовых вяжущих веществ; смешанные, к которым относятся известково-цементные, известково-гипсовые, цементно-глиняные и др. По условиям твердения растворы разделяют на: гидравлические, приготовленные на гидравлических вяжущих, и воздушные, приготовленные с использованием воздушной извести, гипсовых и магнезиальных вяжущих и растворимого стекла.

Для придания растворам необходимых технологических и физико-механических свойств при их приготовлении вводят различные добавки: красящие (пигменты), наполняющие, пластифицирующие, гидрофобизирующие и др. В качестве таких добавок могут быть использованы сульфитно-спиртовая бражка, мылонафт, гидролизная кровь, молотые минеральные материалы и т. д. В зависимости от назначения растворы делятся на: кладочные; отделочные или штукатурные; растворы для изготовления блоков, панелей, плит и других строительных деталей, а также для устройства полов; специальные с ярко выраженными особыми свойствами.