Многочисленными исследованиями и наблюдениями за разрушающимся бетоном под действием морской воды и других агрессивных жидкостей, а также при совместном действии воды и мороза со всей очевидностью доказано, что структура и плотность затвердевшего бетона играют весьма большую роль в деструктивных процессах, протекающих в бетоне под влиянием внешней среды.

К сожалению, на практике мероприятиям по повышению плотности бетона не уделяется должного внимания. Единственное средство предотвратить разрушение раствора состоит в том, чтобы помешать проникновению воды в раствор. Физические свойства цемента и бетона скорее, чем их точный химический состав, определяют сопротивляемость, бетона разрушению в морской воде.

По вопросу о влиянии пористости, обусловленной гранулометрией мелкого заполнителя, и водоцементного отношения на долговечность бетона в морской воде, подчеркивалось, что в основном структура раствора определяет его долговечность в смысле сопротивляемости действию солей морской воды [1].

Многочисленными исследованиями доказано, что плотность бетона действительно имеет весьма большое значение для долговечности сооружений в морской воде, но при этом установлено также, что нельзя не считаться и с таким фактором, как минералогический состав цемента.

Малая плотность или соответственно большая пористость бетона уменьшает его долговечность потому, что реагирующая поверхность, а также количество и глубина проникновения воды резко возрастают при наличии пор в толще бетона.

Возьмем в качестве примера кубик, выполненный из бетона, с размером сторон 10 см и объемом V =1 000 см ³ . Внешняя поверхность такого кубика будет равна 600 см ² .

Если в данном примере пористость бетона (р), вызванная наличием капилляров, равна 6,0 %, а средний диаметр капилляров равен 0,01 мм, то число капилляров ( п ) при длине их 1 см будет равно,

а суммарная поверхность их будет равнаn·π·d·l или, подставляя значение для п , — соответственно:

см ²

То есть, при наличии мелкой пористости поверхность соприкасания выросла в 24000/600 = 400 раз для данного примера.

Столь большое увеличение поверхности бетона и агрессивной среды увеличит скорость коррозии.

Рассмотрим в качестве примера влияние диаметров капилляров и скорости движения воды на развитие коррозии I вида (связанной гидролизом и выщелачиванием составных частей цементного камня из бетона) при фильтрации воды сквозь толщу бетона.

Так как фильтрация обычно идет с малыми скоростями, то из бетона раствор является насыщенным по отношению к гидрату окиси кальция (ведем расчет на СаО). В этом случае скорость разрушения, которую принимаем пропорциональной скорости растворения и уноса гидрата окиси кальция (выражен единицу времени), будет равна:

Где СаО — количество СаО в мг, унесенное фильтрующейся водой из бетона;

t– время фильтрации;

Q — расход фильтрующейся воды в единицу времени с единицы площади;

F– площадь поперечного сечения фильтрующего бетона;

C — концентрация насыщенного раствора гидрата окиси кальция (в пересчете на СаО).

Подставляем в приведенную формулу скорость расхода воды в единицу времени с единицы площади (Q) из уравнения Дарси:

Q = k

Где k — коэффициент фильтрации;

Р — напор воды;

1 — толщина фильтрующего слоя.

Отношение р/1 является градиентом напора. Тогда выражение для скорости разрушения получает следующий вид:

Применяя закон о движении воды в капиллярах при ламинарном её течении, скорость расхода в единицу времени с единицы площади можно выразить следующим образом:

Q =

Где r — радиус капилляров;

η — вязкость жидкости;

αl — действительная длина капилляров (α > 1);

l — толщина фильтрующего слоя.

И, соответственно, скорость разрушения будет равна:

=

Ряд исследователей, изучивший вопрос о поведении бетона при фильтрации сквозь него воды, пришел к заключению, что потеря окиси кальция бетоном ведет к разрушению последнего.

Одни исследователи принимают, что потеря 40 % окиси кальция (т. е. снижение общего количества СаО до 60 % от первоначального) снижает одновременно прочность до 50 %.

Другие исследователи получили при выщелачивании 50 % окиси кальция почти полную потерю прочности.

Проведенные лабораторные исследования на кафедре АГТУ представленные в таблице.

Таблица 1

Влияние выщелачивания на механическую прочность образцов

Пользуясь приведенными ориентировочными данными о снижении прочности бетона в результате выщелачивания и формулами расчета скорости выщелачивания, можно было бы провести обратный расчет о величине допустимого коэффициента фильтрации при каком-то заданном времени фильтрация. Но ввиду малой точности принимаемых параметров и допущений (например, равномерное движение воды по всей толще бетона, допущение, что течение воды ламинарное и т. д.) подобные расчеты могут делаться весьма осмотрительно и преимущественно лишь для выяснения характера зависимостей, не переоценивая получаемых при расчете отдельных цифр.

Литература:

1. Ицкович С. М., Л. Д. Чумаков, Ю. М. Баженов Технология заполнителей бетона. -М.: Высш. шк., 1991 г.