книги из ГПНТБ / Слободяник И.Я. Строительные материалы и изделия учебник

§ 64. Коррозия бетона и арматуры в бетоне

Коррозией бетона называют его разрушение, происходящее вслед­ ствие воздействия на него атмосферных, химических и биологи­ ческих факторов. Коррозия бетона происходит главным образом от разрушения в нем цементного камня. Коррозии содействует трещинообразование, вызываемое различными причинами: расшире­ нием цемента при экзотермии, нагреванием солнечными лучами, попеременным увлажением и замораживанием, ударным воздей­ ствием, перенапряжением и пр.

Наиболее распространенный вид коррозии бетона — растворе­ ние выделившегося гидрата окиси кальция. Несмотря на малую относительную растворимость Са(ОН)2 (1,3 мг на 1000 г воды), он постепенно вымывается при фильтрации из бетона водой, в осо­ бенности пресной (дождевой, снеговой и пр.).

Бетоны очень подвержены коррозии под влиянием кислот. Рас­ творяется не только гидрат окиси кальция, но и образовавшийся СаСОз и другие известковые соединения. В результате новые об­ разования либо вымываются водой, либо увеличиваются в объеме и разрушают бетон.

Разрушение гидрата окиси кальция кислотами и некоторыми растворами солей происходит по следующим реакциям:

Са (ОН)2 + H2S04 = CaS04 + 2Н20; Са (ОН), + 2HCI = СаС12 + 2Н20; Са (ОН), + MgCl, = СаС12 + Mg (ОН),.

Образовавшийся по первой реакции в порах цементного камня двуводный гипс расширяется и разрушает его. По второй и тре­ тьей реакциям выделяются легкорастворимые соли хлористого кальция, вымываемые из цементного камня.

Из растворимых солей наиболее разрушительно действуют сернокислые, находящиеся в природных и промышленных водах.

Вредное действие водных растворов сернокислых солей на цементный камень заключается в образовании с трехкальциевым алюминатом гидросульфоалюмината кальция, называемого «це­ ментной бациллой». Гидросульфоалюминат кальция увеличивается в объеме в 2—3 раза и разрушает цементный камень.

Вредное влияние оказывают на цемент воды, содержащие из­ быток свободной углекислоты, так как при действии их на карбо­ нат кальция образуется легкорастворимый бикарбонат кальция:

СаСОз + С 02 + Н 20 = Са (ЫС0 3)2.

К числу вредных добавок для цементного камня относятся те, которые способствуют образованию легкорастворимых веществ (например, сахар, образующий легкорастворимый кальциевый сахарат и др.). Морская вода вредно влияет на бетон из обычного

цемента ввиду возможности обменного образования кальциевых соединений с растворами солей (MgSC>4 и MgCb) легкораствори­ мых соединений. Биологические факторы также вредно влияют на цементный камень. Находящиеся в пресной и соленой водах живые организмы могут разрушать бетон.

Безвредными для бетона можно считать растворы слабых ще­ лочей, аммиака, если они не кристаллизуются при высыхании. Однако бетоны с высоким содержанием алюминатов разрушаются под влиянием сильных оснований и щелочей.

Нефтяные нейтральные продукты на бетон не влияют, и их можно сохранять в бассейнах из цементного бетона. Сернистая нефть является слабоагрессивной средой по отношению к бетонам на портландцементе. Плотный цементный бетон предохраняет сталь от коррозии. Цинк и алюминий разрушаются цементом.

Под влиянием кислой среды в бетоне могут разрушаться за­ полнители из осадочных пород (известняки, доломиты). Под влия­ нием пресной воды могут также выщелачиваться известняковые заполнители.

В условиях воздействия агрессивной среды при выборе цемен­ та для бетона следует руководствоваться следующими положе­ ниями:

для бетона, находящегося в зоне переменного уровня грунто­

стойким пуццолановым портландцементом; хорошую стойкость в сульфатных водах имеют глиноземистые

сульфатированные и глиноземистые шлаковые цементы. Агрессивность водной среды, в которой находятся гидротехни­

альная.

Так как цементный камень обладает основными свойствами, то все кислые воды действуют на бетон агрессивно.

Вода с временной жесткостью менее 6° агрессивна к бетону, приготовленному на портландцементе. Для бетона на шлакопортландском и пуццолановом цементах агрессивной будет вода с временной жесткостью менее 1,5°. Вода, содержащая S04 более

250 мг/л, также агрессивна, если она не содержит значительных концентраций хлоридов. При этом чем больше содержится в воде сульфатов, тем меньше может быть допущено ионов Mg".

Для защиты бетона от коррозии применяют следующие меры в совокупности или раздельно в-зависимости от степени агрессивно­ сти среды:

выбирают для бетона цементы, химически стойкие для задан­ ных условий и к действию многократного замораживания;

подбирают наиболее плотный бетон; вводят в состав бетона небольшие количества одного из уплот­

няющих веществ: алюмината натрия, бентонита, хлористого нат­ рия, хлористого железа, растворимого стекла, кремнийорганических добавок;

выдерживают длительное время на воздухе бетон до частичной карбонизации выделившегося гидрата окиси кальция;

уплотняют поверхность бетона торкретированием, железнением, покрывают битумами, парафином, серным цементом, полимерными

облицовывают бетонную поверхность кислотоупорными плит­ ками, резиной, пластмассами;

гидрофобизируют поверхность бетона (например, раствором ГКЖ-94).

Арматура и бетон не всегда подвергаются коррозии под влия­ нием одних и тех же причин. Часто условия, влияющие на корро­ зию бетона, приводящие к понижению его плотности, содействуют коррозии арматуры. Арматура в бетоне подвергается коррозии в местах с высокой относительной влажностью, при наличии в воз­ духе сернистых газов, хлора, сероводорода и др.

Одной из основных причин коррозии металла в бетоне являют­ ся электрохимические процессы, возникающие из-за неоднород­ ности условий работы металла при неравномерном смачивании поверхности и неравномерной аэрации. Вследствие этого участки металла с более низкими значениями потенциала являются анода­ ми, а с более высокими — катодами. Ионы металла на анодных участках будут переходить в раствор, а на катодных ионы водоро­ да будут восстанавливаться в молекулы. При этом скорость кор­ розии зависит от воздухопроницаемости защитного слоя бетона и наличия в нем трещин.

При высокой влажности, когда все капилляры в бетоне запол­ нены влагой, бетон становится воздухонепроницаемым и арматура коррозии не подвергается. Наличие в воде электролитов усиливает коррозию арматуры по мере повышения их концентрации. Карбо­ низация бетона углекислотой воздуха повышает стойкость бетона против коррозии, но способствует развитию коррозии арматуры. В бетонах, изготовленных с добавкой хлористого кальция в коли­ честве более 2 % от веса цемента, стальная арматура подвергается коррозии. Большие добавки хлористых солей (СаСЬ, NaCl) в

«холодном» бетоне вызывают коррозию арматуры как в водной, так и в воздушной средах.

Арматуру предохраняют от коррозии плотным защитным слоем бетона толщиной 1—2 см для обычных сооружений и 4—5 см для гидротехнических.

Одним из надежных способов защиты арматуры от коррозии является пассивирование поверхности арматуры, образование окисных пленок на металле в водной щелочной среде бетона. Этот эф­ фект может быть усилен введением в состав бетонной смеси специ­ альных пассивизаторов, например, нитрита натрия в количестве 2 —3% от веса цемента.

X____________________________—

БЕТОННЫЕ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ИЗДЕЛИЯ

ИЭЛЕМЕНТЫ НА ОСНОВЕ ЦЕМЕНТОВ

§65. Общие сведения

псновным материалом для строительства жилых, общественных ^ и промышленных зданий и сооружений являются крупногабарит­ ные сборные бетонные и железобетонные изделия из бетонных сме­ сей на цементном вяжущем.

Общий выпуск сборных железобетонных изделий в СССР намно­ го превышает их общий выпуск в США, Англии и Франции.

Панели стен, перекрытий, покрытий, санитарные кабины, ком­ наты и целые квартиры, стойки опор линий электропередач, шпа­

(рис. 57).

Массовое крупнопанельное строительство в СССР стало воз­ можным благодаря коренному перевооружению предприятий, вы­ пускающих сборные железобетонные изделия, а также рациональ­ но организованной специализации производства. Развивающееся в стране производство легких заполнителей (керамзита, шлаковой пемзы, аглопорита, зольного гравия, вспученного перлита, верми­ кулита и др.) дает возможность изготовлять легкие конструктив­ ные и теплоизоляционные сборные железобетонные изделия.

Сборные железобетонные и бетонные изделия изготовляют на механизированных предприятиях: домостроительных и заводо­ строительных комбинатах. При этом изделия массового

Рис. 57. Здание, монтируемое из крупнопанельных элементов.

производства унифицированы и имеют высокую степень заводской готовности.

Степень механизации и автоматизации производства сборных бетонных и железобетонных изделий на большинстве предприятий высокая. На ряде комбинатов используют системы автоматическо­ го диспетчерского управления производством и монтажом зданий.

Сборные железобетонные конструкции и изделия бывают с предварительно напряженной арматурой, с обычным и комбини­ рованным армированием.

Сборные бетонные и железобетонные изделия изготовляют так­ же с особыми свойствами для специального назначения (жаростой­ кие, стойкие к агрессивной среде, непроницаемые для ядерных излучений и др.).

По конструктивному решению железобетонные изделия могут быть одно-, двух- и многослойными.

Размеры изделий устанавливаются ГОСТами, нормалями в со­ ответствии с требованиями единой модульной системы в строи­ тельстве, исходя из условий получения наименьшего количества монтажных элементов, оптимального веса изделий, отвечающих возможностям технологического и подъемно-транспортного обо­ рудования, габаритам существующих транспортных устройств и др.

При проектировании в зависимости от размеров изделий и клас­ са точности для сборных железобетонных изделий устанавливают допуски их линейных размеров, шероховатость поверхности и дру­ гие особенности. Обеспечение требуемых допусков в изделиях во многом зависит от точности размеров форм.

Сборные бетонные и железобетонные изделия изготовляют из тяжелых цементных бетонов с маркой по прочности при сжатии не менее 150, а из легких бетонов-— не менее 50.

Требования к сборным бетонным и железобетонным изделиям сводятся в основном к следующему:

изделия должны выпускаться с высокой степенью заводской готовности;

составные изделия должны быть полностью укомплектованы деталями;

изделия с проемами должны выпускаться с оконными и двер­ ными блоками и при возможности окрашенными и остеклен­ ными;

изделия, подверженные действию химически агрессивной среды, высоких и низких температур и другим воздействиям, следует изготовлять соответственно из кислотостойких, жаростойких, моро­ зостойких бетонов;

арматура должна отвечать проектным требованиям, заклад­ ные детали должны быть покрыты антикоррозионными составами;

изделия должны иметь приспособления для строповки. Сборные бетонные и железобетонные изделия и элементы по

назначению делят на изделия для зданий, для сооружений, эле­ менты и изделия специального назначения.

§66. Сборные бетонные

ижелезобетонные изделия и элементы

На основе цементных бетонов изготовляют неармированные и ар­ мированные изделия большой номенклатуры и различного назна­ чения. Большое значение имеет производство армированных изде­ лий с предварительно напряженной и комбинированной арма­ турой.

Бетонные и железобетонные изделия для зданий. К этой группе изделий относят изделия для фундаментов и подземных частей зданий; изделия для каркасов зданий, стен, перекрытий, покры­ тий, лестниц и др. (рис. 58).

Для фундаментов и подземных частей зданий изготовляют фундаментные блоки, панели и блоки стен подвалов, цокольные элементы. Их выполняют из бетона марки не ниже 150—200. Блоки фундаментные и блоки стен подвалов выпускают сплошными или с пустотами.

Для конструкций каркасов зданий применяют бетоны марок 200—300.

Панели наружных стен зданий изготовляют из бетона марки не менее 2 0 0 с утеплительным слоем из легкого бетона на порис­ тых заполнителях или из крупнопористого бетона марки не ме­ нее 50.

Панели наружных стен являются основными элементами зда­ ний. Они должны иметь соответствующие прочность, размеры, вес, тепло- и звукоизоляцию, строительную готовность, офактуренную

Рис. 58. Основные типы сборных бетонных и железобетонных изделии для жилых зданий:

а — н а р у ж н ы е с т е н о в ы е п а н е л и ; 6 — в н у т р е н н и е с т е н о в ы е п а н е л и ; в — п а н е л и п е р е к р ы ­

т и я ; г — б а л к о н н а я п л и т а ; д — п а н е л и п о к р ы т и я ; е — л е с т н и ч н ы й м а р ш ; ж — л е с т н и ч н а я

или облицованную плитками наружную поверхность и гладкую внутреннюю.

Панели наружных стен отапливаемых зданий изготовляют в основном однослойными из бетона с легкими заполнителями. При этом большое значение имеет характер растворной части бетонной массы. Исследованиями установлено, что при введении в состав легкобетонной смеси воздухововлекающих и пенообразующих до­ бавок (СНВ, ЦНИПС-1 и др.) растворная часть поризируется и увеличивается в объеме. Таким образом обеспечивается плотная однородная структура легкого бетона с пониженной о'бъемной массой.

В зависимости от вида легкого бетона толщина однослойных панелей наружных стен отапливаемых зданий может быть 2 0 0 —

350 мм.

Для панелей внутренних несущих стен марка тяжелого бетона должна быть не менее 150, легкого на пористых заполнителях или крупнозернистого — не менее 50.

Для междуэтажных перекрытий изготовляют панели размером на комнату, панели и плиты-настилы, панели и плиты раздельных перекрытий, балки. Они могут быть плоские сплошные, ребристые, пустотелые с круглыми и овальными пустотами. Панели и плиты перекрытий изготовляют из тяжелого и легкого бетонов.

Панели перекрытий могут быть составными, т. е. из несущих панелей перекрытий и панелей подготовки под полы. Марки бето­ нов панелей и плит перекрытий по прочности на сжатие должны быть не менее 200. Панели и плиты покрытий могут быть одно­ слойными из тяжелого бетона с утеплением и из легкого бетона на пористых заполнителях марки не менее 150.

Элементы лестниц (лестничные марши, площадки, марши с по­ луплощадками, косоуры, ступени и проступи)* балконные плиты, рамы фонарей, оконные коробки, переплеты, перемычки, подокон­ ники изготовляют из тяжелых бетонов марки не менее 2 0 0 .

Лестничные марши и площадки можно изготовлять из легких цементных бетонов на пористых заполнителях марки не менее 150.

Полы на лестничных площадках могут быть мозаичными из керамических или пластмассовых плиток.

Бетонные и железобетонные изделия для сооружений промыш­ ленного и специального назначения. К этой группе изделий отно­ сят: изделия для мостов, дорог, покрытий, аэродромов, изделия для строительства метрополитенов и туннелей, для подземных горных выработок, гидротехнических сооружений, линий электропередачи и связи, сельскохозяйственных сооружений, труб и т. д. (рис. 59). Изготовляют такие изделия из бетонов марки 150—500, а иногда

ивыше.

Кизделиям для сооружений водоснабжения и канализации предъявляют повышенные требования по морозостойкости (не менее 150), а также по водонепроницаемости (не менее В-4). Морозостойкость бетона изделий для мостов, труб, шпал, стоек линий электропередачи, опор и других изделий ответственного на­

значения— 1 0 0 — 2 0 0 циклов.

При изготовлении стоек линий электропередачи не допускается применять химические добавки к бетону, ускоряющие твердение.

Изделия для сельскохозяйственных сооружений (теплиц, пар­ ников, силосных траншей, ям и башен) изготовляют из бетонов марок не менее 200. Изделия для силосных траншей, ям и башен должны быть стойкими в агрессивной среде.

Объемно-блочные элементы. В нашей стране развивается новый

Рис. 59. Основные типы сборных железобетонных изделий для промышленных зданий;

а — п л и т ы п о к р ы т и й ; б — п л и т ы п е р е к р ы т и й ; в «— с т е н о в ы е п а н е л и ; г — р и г е л и ; д — к а р ­ н и з н а я п а н е л ь ; е — к о л о н н ы ; ж — ф е р м а ; з — б а л к и ; и — о п о р ы д л я л и н и й э л е к т р о п е р е ­

кабины и др. Объемные элементы по конструкциям и способу изго­ товления делятся на три группы: сборные, сборно-монолитные и цельноформованные (монолитные). В зависимости от роли в кон­ структивной схеме здания их делят на несущие и ненесущие.

Объемные сборные элементы монтируются в кондукторах из плоских панелей или несущих стержневых элементов в сочетании с панелями перекрытий и несущих стен. Закладные детали отдель­ ных элементов свариваются.

Объемные сборно-монолитные элементы монтируются из плос­ ких элементов, имеющих по контуру выпуски арматуры. В. стыках выпуски арматуры свариваются и замоноличиваются. Стены и по­ толки сборно-монолитных блоков могут быть выполнены из армо-

цемента с торкретирован­ ными поверхностями.

Объемные цельноформованные элементы изго­ товляют в специальных установках. Закладные детали плит пола, потол­ ка, стен соединяются сваркой.

В практике строитель­ ства широко применяются цельноформованные бло­ ки типа «колпак», «ста­ кан» без наружной торце­ вой стенки. Объемный блок типа «колпак» пред­ ставляет собой монолит­ ный пространственный элемент, состоящий из че­ тырех стен и плиты пере­ крытия. К стенам крепит­ ся заранее изготовленная панель пола. В «стакане» панель пола монолитно связана со стенами, а па­ нель перекрытия изготов­ ляется отдельно и кре­ пится к стенам с помощью закладных деталей.

К объемно-блочным элементам относятся трансформаторные подстанции коммуналь­

ного назначения, транспортные павильоны; секции проходных и полупроходных коллекторов и другие изделия, изготовленные из ребристых панелей; вентиляционные шахты; совмещенные бесчердачиые крыши; комплексные междуэтажные перекрытия и др.

Объемные элементы изготовляют кассетным способом и спосо­ бом непрерывного формования, вакуумирования.

При кассетном способе стены объемного элемента формуют на всю высоту. Этот способ имеет преимущество перед другими: уменьшается металлоемкость оборудования, энергозатраты и тру­ доемкость.

Сущность способа непрерывного формования состоит в непре­ рывной укладке бетонной смеси при неподвижной опалубке и пере­ мещающемся сердечнике. Такой способ дает возможность при­ менять жесткие бетонные смеси и меняя сердечники формовать