Сохранность защитных свойств бетона по отношению к арматуре

Как уже отмечалось, основным фактором сохранности арматуры в бетоне и отсутствия токов утечки является образование в нем щелочной среды. Одной из основных характеристик бетона, определяющей его за­щитные свойства, является величина рН капиллярной и поровой влаги бетона. Эта величина, представляющая собой логарифм значения кон­центрации ионов водорода с обратным знаком, при пассивном состоя­нии арматуры колеблется в пределах от 12,2 до 12,7. Однако эта величина водородного показателя не остается постоянной в процессе эксплуата­ции, а постепенно уменьшается под действием углекислого газа окру­жающей среды. Явление это получило название карбонизации бетона. Процесс карбонизации начинается на поверхности конструкций и по­степенно распространяется внутрь бетона. Скорость распространения карбонизации зависит от плотности бетона и условий доступа воздуха. Для центрифугированного бетона при хорошем доступе воздуха скорость карбонизации вследствие высокой плотности бетона в целом достаточно низкая. Непосредственные измерения глубины карбонизации бетона с помощью пробы фенолфталеина, проведенные на ряде дорог при отсут­ствии промышленных выбросов, показали, что после 20 лет эксплуата­ции центрифугированных опор глубина карбонизации бетона составила 1,5 — 2 мм. На участках со значительными промышленными выбросами эта глубина составила 3 — 4мм также после эксплуатации опор в тече­ние 20 лет. Для опор, выполненных из вибробетона, при аналогичном сроке эксплуатации глубина карбонизации бетона оказалась значитель­но больше и составила величину порядка 12мм. При этом необходимо отметить, что данные по глубине карбонизации центрифугированного бетона относятся к опорам, не имеющим внешних повреждений кон­струкции. Однако при наличии повреждений в форме микротрещин, а также при уменьшенной плотности бетона над арматурными стержнями глубина карбонизации бетона и ее скорость резко возрастают. В частно­сти, на ряде опор с отмеченными повреждениями и несовершенствами после 5 лет эксплуатации она составила 3 — 4мм, а после 16 лет эксплуа­тации глубина фронта карбонизации достигла примерно 8 мм. Поэтому для обеспечения сохранности арматуры и достижения требуемых сро­ков эксплуатации в пределах 50 — 70 лет толщина защитного слоя бетона должна быть не менее 18 — 20 мм.

Особое значение для сохранности арматуры в бетоне имеет нерав­номерное распределение пористости и влажности бетона по объему конструкций. Ранее отмечалось, что в силу специфического метода уплотнения бетона центрифугированных опор и особенностей их тепловлажностного режима по толщине стенки опор бетон имеет не-

 

 

102

 

 

Глава 3. Эксплуатационные воздействия и работоспособность опор

равномерное распределение пористости и влажности. В наружных слоях пористость и влажность бетона значительно меньше, чем во внутренних.

Рис. 3.35. Механизм коррозии   арматуры фундамента в зоне перехода в грунт

Влажность бетона имеет ключевое значение с нескольких точек зрения. Во-первых, влажность бетона при его изготовлении влияет на вели­чину и степень гидратации цемента, а также на пористость бетона. Избы­точная влажность приводит к форми-рованию в бетоне крупнопористой структуры, и, наоборот, при правильно подобранном составе и оптималь­ной влажности бетон приобретает высокую плотность, обеспечивает на­дежную защиту арматуры от коррозии и создает физический барьер для
защиты ее от агрессивных сред. Во-вторых, влажность бетона является решающим фактором в части насыщения пор водой, которое, в свою оче­редь, определяет удельное электрическое сопротивление бетона и, следовательно, перемещение электронов между катодом и анодом арматуры. Кроме того, анодная и катодная реакции возникают в местах образова­ния влажной пленки на стальной поверхности, и по этой причине более
высокая степень насыщения пор водой создает более благоприятные условия для протекания электрохимических процессов. Одновременно сте-пень насыщения пор является
одним из факторов, контроли-рую­щих скорость поступления кисло­рода к поверхности арма-туры. По­ступление кислорода к ней в воде происходит значительно медлен нее, чем в газообразном состоянии, всле-дствие того, что кислород рас­
пространяется в воде путем диф­фузии. Однако необходимо учесть, что, хотя в газообраз-ном состоя­нии кислород и более интенсивно поступает к поверхности стальной армату-ры, это способствует ускоре-нию коррозии арматуры толь-ко при степени насыщения водой пор бетона, превышающей

 35 — 50%.При меньшей степени

насыщения даже при интенсивном

поступле­нии кислорода к арматуре

 коррозия последней практически

при­ останавливается. Прекращается

также коррозия арматуры при по­вышении

уровня насыщения пор водой до 90 — 100%.        

 

103

 

 

Глава 3. Эксплуатационные воздействия и работоспособность опор

Таким образом, в пористом влажном бетоне создаются условия для возникновения и протекания коррозионных процессов на арматуре. Это, собственно, подтверждает и опыт эксплуатации центрифугирован­ных опор. Так, в опорах, установленных на ряде участков дорог, корро­зионный износ стержней арматуры, располагавшейся в недостаточно плотных внутренних слоях бетона, достигал 50% и являлся причиной разрушения этих опор. В то же самое время при расположении армату­ры в плотных маловлажных слоях бетона, создающих физический ба­рьер для интенсивного поступления кислорода к стальной поверхности, вероятность появления и развития коррозионных процессов чрезвы­чайно мала. Особо следует отметить случай, когда арматура вдоль опо­ры располагается последовательно в различных плотно-влажностных участках бетона. В этом случае вследствие непрерывности арматурного каркаса и соединения через арматуру участков различной плотности и влажности бетона коррозионные процессы начинаются на поверхности арматуры в более пористых участках. В этих участках поведение арма­туры приобретает анодный характер, а в более плотных участках бето­на—катодный. Однако по мере истощения содержания кислорода у се поверхности в плотном бетоне на поверхности стали образуются анод­ные зоны (рис. 3.35), и арматура в отмеченном бетоне начинает корро­дировать более интенсивно, чем та часть, которая находится в менее плотном бетоне. Таким механизмом протекания коррозии арматуры, находящейся в бетоне различной плотности и влажности, в значитель­ной мере объясняется факт появления в ряде случаев в наружных слоях опор трещин и отслоений бетона, вызванных воздействием давления продуктов коррозии арматуры. При этом в опорах в отмеченных случа­ях толщина защитного слоя бетона, как правило, находилась в пределах допустимых величин, а глубина нейтрализации бетона не превышала 1 — 1,5 мм. В связи с этим одним из важнейших условий обеспечения длительной сохранности арматуры в бетоне опор является размещение ее по всей длине в плотных слоях бетона.