Влияние солей на бетон

В случае дорожных покрытий мороз не только непосредственно влияет на долговечность бетона, но и обусловливает необходимость применения солей, понижающих температуру замерзания воды.

Для этой цели обычно применяют NaCl и СаС12; их периодическое воздействие при чередовании замораживания и оттаивания приводит к поверхностному шелушению бетона. Соли создают осмотическое давление и вызывают движение воды к верхней плоскости плиты, на которой она замерзает. Так как наибольшие разрушения наблюдаются при относительно низкой концентрации солей в бетоне (2—4%) Действительный механизм, в результате которого соли-антиобледенители вызывают шелушение бетона, еще не выяснен.
var begun_auto_pad = 54169719; var begun_block_id = 112320391;

Применение воздухововлекающих добавок делает бетон значительно более стойким к поверхностному разрушению, но причина этого влияния вовлеченного воздуха еще не установлена.

Многочисленные испытания показали, что степень разрушения меняется в зависимости от условий, в которых действует соль. Например, воздушное твердение бетона перед испытанием (после влажного твердения) повышает его стойкость к поверхностному разрушению. Высушиванию должно обязательно предшествовать влажное хранение, достаточно продолжительное, обеспечивающее гидратацию цемента. Для бетона с воздухововлекающими добавками период выдерживания, необходимый для обеспечения стойкости к действию солей, тот же, что и для обеспечения прочности бетона при действии нагрузки. Наибольшие разрушения бетона наблюдаются при попеременном замораживании и оттаивании в присутствии раствора-антиобледенителя на поверхности. Если солевой раствор удаляется с поверхности бетона перед повторным замораживанием, поверхностного шелушения не наблюдается даже у бетона без воздухововлекающих добавок.

Действие морской воды на бетон   Морская вода содержит сульфаты и механизм действия на бетон аналогичен рассмотренному выше. Кроме химического воздействия, кристаллизация солей в порах бетона может приводить к его разрушению вследствие давления кристаллов соли. Так как кристаллизация происходит там, где вода испаряется, этот вид воздействия наблюдается в надводной части бетона. Хотя раствор соли перемещается в бетоне в результате капиллярного подсоса, он действует на бетон только, если вода может проникнуть в глубь бетона, следовательно, и в этом случае непроницаемость бетона - наиболее надежное средство его защиты. Бетон в зоне переменного уровня воды, подвергающийся попеременному увлажнению и высушиванию, разрушается быстрее, поэтому необходим их осмотр и периодическое возобновление.   Выщелачивание, о котором говорилось ранее, может в определенных условиях привести к отложению солей на поверхности бетона, называемому высолами. Это наблюдается, например, при фильтрации воды через плохо уложенный бетон, сквозь трещины или плохо сделанные стыки, а также, когда происходит испарение с поверхности бетона. Карбонат кальция, образованный реакцией Са(ОН)2 с СО2, создает на поверхности белый налет. Отлагается также сульфат кальция. Высолы могут образовываться и при применении непромытых заполнителей. Слой соли на поверхности зерен заполнителя приводит к образованию белого налета на поверхности бетона. Аналогичный эффект вызывает присутствие в заполнителе щелочей и гипса. Высолы ухудшают внешний вид бетона.   МОРОЗНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА БЕТОН. Зимнее бетонирование.   Чтобы избежать действия мороза на свежий бетон, следует принимать различные предохранительные меры. Температура во время укладки может быть повышена подогревом компонентов бетонной смеси. Воду подогревать легко, но ее температура не должна превышать 60—80° С, так как иначе может произойти мгновенное схватывание цемента, при этом следует учитывать разность температур воды и цемента. Важно также предохранить цемент от контакта с горячей водой, поэтому должен соблюдаться порядок загрузки компонентов в бетономешалку. Если подогрев воды недостаточно повышает температуру бетона, можно подогреть заполнители. Подогрев заполнителей предпочтительнее осуществлять пропуском пара через змеевик, чем использовать острый пар, так как последний меняет влажность заполнителя. Подогрев заполнителей выше 50° С не рекомендуется. Температура компонентов бетонной смеси должна контролироваться. Температура бетона рассчитывается заранее, чтобы избежать схватывания при слишком высокой температуре, так как оно существенно влияет на рост прочности бетона. Кроме того, высокая температура бетонной смеси уменьшает ее удобоукладываемость и может вызвать значительную температурную усадку. Поэтому предпочтительнее, когда схватывание проходит при температуре 21° С, но нужно, чтобы температура была не ниже 10° С в течение следующих трех дней. Лучшие результаты получаются при температуре 21° С и большем периоде контролируемой температуры. var begun_auto_pad = 54169719; var begun_block_id = 112320391; Необходимое время выдерживания бетона перед замораживанием определяется процессом твердения и может быть определено расчетами. Поэтому следует помнить, что если схватывание произошло до замораживания и бетон обладает начальной прочностью, гидратация будет продолжаться (с низким тепловыделением) во всех незамерзших порах, возможно до температуры -4° С или даже ниже. Когда период замораживания прекращается, продолжается нормальный набор прочности в соответствии с законами твердения (с правилом «зрелость»). Температура бетона в ранние сроки укладки может быть обеспечена применением жирных смесей с низким В/Ц, а также использованием высокотермичного цемента с высоким содержанием C3S и СзА. Ускорители, как, например, хлористый кальций, ускоряют гидратацию цемента. Хлористый кальций снижает также температуру замерзания воды затворения на 1,1—1,7°. В действительности вода в бетонной смеси — это раствор соли, и ее точка замерзания на 2,8° ниже точки замерзания чистой воды.   Существует ряд предупредительных мероприятий, применяемых на практике. Например, бетон не следует охлаждать при транспортировании от смесителя к месту укладки и нельзя укладывать на замерзшую поверхность. Температура после укладки обеспечивается изоляцией бетона от атмосферных воздействий, созданием, в случае необходимости, укрытия вокруг бетона и подачей тепла под укрытие. Обогрев должен быть выбран так, чтобы не пересушить бетон, не перегревать отдельные его части и избежать высокой концентрации СО2 в атмосфере. Поэтому мятый пар, вероятно, лучший теплоноситель. Может применяться также электропрогрев бетона с установкой электродов внутрь бетона или с использованием в качестве электродов арматуры. Чем меньше конструкция, тем легче она промерзает и тем тщательнее должна быть защита ее от мороза. Действие мороза зависит также от перепада температур; опасность возрастает при резком понижении температуры, сопровождаемом ветром. Снег в то же время может служить естественной защитой бетона   Действие мороза на свежеуложенный бетон   Прежде чем перейти к действию замораживания и оттаивания на затвердевший бетон, т. е. касаться одной из основных проблем долговечности, остановимся на действии мороза на свежеуложенный бетон и связанном с этим вопросе зимнего бетонирования. При замораживании еще не схватившегося бетона действие мороза на него будет похоже на вспучивание водонасыщенного грунта: вода затворения при замораживании вызывает увеличение объема бетона, и, так как на химические реакции воды не остается, схватывание и твердение бетона замедляется. Наблюдения показали, что если бетон заморозить сразу после укладки, схватывания не происходит и цементного камня, который мог бы разрушиться от льдообразования, не образуется. Бетон, оставленный при низкой температуре, не схватывается. Сопротивление бетона попеременному замораживанию и оттаиванию также зависит от возраста бетона, при котором начинается первый цикл, но этот вид воздействия более опасен, чем продолжительное замораживание без оттаивания, и несколько циклов могут вызвать разрушение бетона, предварительно выдержанного в течение 24 ч при 20° С. Следует заметить, что нет прямой зависимости между стойкостью к замораживанию свежеуложенного бетона и долговечностью зрелого бетона, подвергаемого многократному попеременному замораживанию и оттаиванию.

Действие мороза на затвердевший бетон   Рассмотрим теперь затвердевший бетон, подвергаемый попеременному замораживанию и оттаиванию в интервале температур, наиболее часто встречающемся в природе. С понижением температуры насыщенного водой затвердевшего бетона вода, проникая в поры цементного камня, замерзает аналогично замерзанию в капиллярах горных пород и вызывает расширение бетона. При повторном замораживании происходит дальнейшее расширение, так что повторные циклы замораживания и оттаивания имеют куммулятивный эффект. Большие поры в бетоне, образуемые при недостаточном уплотнении, обычно заполнены воздухом и поэтому не оказывают существенного влияния на действие мороза. Замораживание — процесс постепенный вследствие небольшой скорости теплопереноса через бетон, увеличения концентрации щелочей в еще не замерзшей воде, а также вследствие изменения температуры замерзания в зависимости от размера пор. Хотя поверхностное натяжение кристаллов льда в капиллярах создает в них давление, тем большее, чем меньше кристалл, замораживание начинается в больших порах и постепенно распространяется на меньшие. Поры геля слишком малы для образования кристалликов льда при температуре выше -78°С, поэтому обычно лед в них не образуется. С понижением температуры вследствие разной энтропии воды геля и льда вода геля приобретает потенциальную энергию, позволяющую ей двигаться по капиллярам, содержащим лед. Диффузия воды геля приводит к росту кристаллов льда и к расширению цементного камня. Таким образом, мы имеем два источника давления расширения. Первый: замерзание воды вызывает увеличение объема приблизительно на 9% так, что избыток воды из пор удаляется. Скорость замораживания определяет скорость, с которой удаляется вода, вытесняемая фронтом льда. Величина гидравлического давления зависит от сопротивления фильтрации, т. е. от длины пути и проницаемости цементного камня между замерзшей порой и порой, в которую может переместиться избыток воды. Вторая расширяющая сила в бетоне возникает вследствие диффузии воды, приводящей к росту относительно небольшого количества кристаллов льда. Рядом исследований установлено, что последний механизм играет важную роль в разрушении бетона под действием мороза. Эта диффузия вызывается осмотическим давлением из-за местного увеличения концентрации раствора вследствие отделения замерзающей (чистой) воды от раствора. var begun_auto_pad = 54169719; var begun_block_id = 112320391; Например, плита, замораживаемая сверху, разрушается, если вода подходит к ее основанию и может проникать сквозь толщу плиты вследствие осмотического давления. Влажность бетона становится выше, чем до замораживания, и в ряде случаев наблюдаются разрушения вследствие расслоения бетона кристаллами льда. Об осмотическом давлении следует напомнить и в другой связи. Соли, применяемые для борьбы с обледенением дорог, поглощаются поверхностным слоем бетона. Это создает высокое осмотическое давление, сопровождающееся движением воды к наиболее холодной зоне, где происходит замораживание. Когда давление расширения в бетоне превышает предел его прочности при растяжении, происходит разрушение. Степень разрушения варьирует от шелушения поверхности до полного разрушения, так как линзы льда образуются, начиная с поверхности бетона и распространяясь в глубь его. Бордюрные камни (которые остаются влажными в течение долгого времени) наиболее подвержены действию замораживания по сравнению с другими бетонными конструкциями. При применении солей для борьбы с обледенением дорожные плиты также находятся в тяжелых условиях эксплуатации. В странах с суровым климатом наблюдаются значительные разрушения бетона от действия мороза, если не принимается специальных мер при его изготовлении. Морозостойкость бетона зависит от ряда его свойств: прочности цементного камня, растяжимости, ползучести, но главными среди них являются степень насыщения и структура порового пространства цементного камня. Пустоты, в которые может удаляться избыточная вода, должны быть расположены достаточно близко к порам, в которых образуется лед, на этом основано использование воздухововлечения: если цементный камень разделен на достаточно тонкие слои пузырьками воздуха, у него нет критического насыщения. Аналогично у зерна заполнителя нет критического размера, если оно имеет низкую пористость или если его капиллярная система нарушена достаточно большим количеством макропор. Зерно заполнителя в бетоне может рассматриваться как закрытая емкость, если низкая проницаемость окружающего его цементного камня не позволяет воде проникать в воздушные поры с достаточной скоростью. Таким образом, зерно заполнителя, насыщенное водой выше 91,7%, вызовет при замораживании разрушение окружающего бетона. Следует отметить, что, как правило, заполнители имеют пористость от 0 до 5%, заполнители с большей пористостью обычно не применяют. Но и использование последних не обязательно приводит к разрушению от действия мороза. Крупные поры, имеющиеся в ячеистом бетоне и в беспесчаном бетоне, повышают, очевидно, морозостойкость этих материалов. При применении обычных заполнителей также не удается установить определенной зависимости между пористостью заполнителя и морозостойкостью бетона. Можно отметить, что при применении насыщенного водой крупного заполнителя бетон может разрушиться независимо от содержания в нем вовлеченного воздуха. Если заполнители не насыщены к моменту приготовления бетонной смеси или если они частично обезвоживаются после укладки, а цементный камень имеет замкнутые поры, повторное насыщение происходит с трудом, за исключением длительного нахождения при пониженной температуре. При повторном увлажнении бетона цементный камень насыщается легче, чем заполнитель, так как вода может проникнуть к заполнителю только через цементный камень, а также потому, что мелкопористый цементный камень обладает большим капиллярным притяжением. Таким образом, цементный камень легче разрушается, но он может быть защищен вовлеченным воздухом.

Дата добавления: 2015-07-12