Бетонные конструкции представляют значительную часть строительных сооружений, надежность которых зависит от совокупности прочностных качеств материала. Долговечность бетона характеризует его способность сохранять свою механическую прочность в течение всего периода эксплуатации. Объективная оценка факторов надежности бетона позволяет исключить негативные критерии, установить причины разрушения и определить срок службы одного из основных строительных материалов.
Внешние факторы
Долговечность бетона зависит от воздействия на его поверхность целого ряда внешних факторов, в числе которых влажность и атмосферные осадки, контакт с агрессивными органическими и минеральными средами, морскими и грунтовыми водами, воздействие солнечного света и перепада температур, наличие и величина испытываемых динамических и статических нагрузок. Уровень оказываемого разрушающего воздействия зависит от химического состава агрессивных сред, амплитуды температурного воздействия, величины физических сил, оказывающих механическое воздействие. В зависимости от природы возникновения коррозия бетона, приводящая к его разрушению, может носить электрохимический, химический, физический, микробиологический или физико-химический характер. В большинстве случаев имеет место комплексное воздействие внешних разрушающих факторов, определяющих степень долговечности материала.
Нагрев и охлаждение
Одним из основных деструктивных факторов является температурное воздействие, которое в результате охлаждения и нагрева приводит к сужению и расширению материала. Несмотря на минимальный коэффициент расширения бетона, капиллярно-пористая структура строительного материала создает предпосылки для коррозионных процессов, которые возникают в результате циклов замораживания и оттаивания. Фазовая кристаллизация воды и солей приводит к механическим повреждениям и объемным изменениям структуры. Тепловое воздействие служит катализатором для движения внутри материала потоков тепла, влаги, пара или газов. В конечном счете, уровень воздействия, который оказывает нагрев и охлаждение зависит от вида бетона, соотношения и рецептуры смеси, качества примененных при изготовлении заполнителей. Важнейшим критерием качества и долговечности бетона является его морозостойкость, определяющая число допустимых циклов заморозки и оттаивания без потери прочности. С целью повышения морозостойкости бетона находят применение специальные воздухововлекающие добавки.
Обычные бетоны, выполненные на основе портандцементов, предназначены для использования при температуре не более 200° С. В случае превышения этого значения материал теряет свои прочностные качества из-за выпаривания кристаллизационной влаги, приводящего к нарушению структуры. При формировании жароупорных бетонов используются микронаполнители в виде туфа, трепела, шамота и прочих добавок.
Механические воздействия
При проектировании бетонных изделий, несущих и прочих конструкций их массивность и объем зависят от нагрузки, которую будет испытывать материал в течение всего срока эксплуатации. Механические нагрузки разделяют на статические, характер которых подразумевает постоянное воздействие и динамические, возникающие в виде кратковременно воздействующих сил изменяющейся амплитуды. Наличие динамических ударов является причиной усадочных деформаций, которые проявляются со временем при наличии значительных нагрузок. Характеристика твердости бетона непосредственно зависит от марки использованного цемента.
С течением времени истирание и износ являются причиной разрушения целостности бетонных поверхностей. Перегрузки способствуют появлению внутреннего напряжения конструкций, снижающего их долговечность.
Контакт с водой
В течение длительного периода многие бетонные изделия и конструкции эксплуатируются в контакте с водной средой. При этом влага может представлять собой грунтовые, сточные, речные, морские воды. Сезонные осадки в виде дождей и снега также представляют собой один из факторов воздействия на бетон. Для железобетонных изделий, прочность которых усилена за счет арматурного каркаса, контакт с водой может повлечь за собой коррозию металлических стержней. Водонепроницаемость материала зависит от числа доступных макропор в открытом состоянии, которые появляются в процессе испарения избыточной жидкости, а также наличия технологических трещин. Для снижения уровня воздействия бетонов используют специальные присадки, применяют технологию вибролитья, которая позволяет максимально снизить пористость материала и его проницаемость.
Химические факторы
Химическая коррозия бетона наблюдается в результате действия органических соединений, растворов солей, щелочей, кислот и их оксидов в жидком и газообразном состоянии. Динамика деструктивных процессов зависит от степени агрессивности воздействующей среды, минералогического состава строительного материала. Скорость разрушения является функцией от уровня растворимости бетонной поверхности, а именно: ее составных частей, в процессе реакции с раствором. Эффективной методикой для продления срока службы бетона при опасности химической коррозии, является гидроизоляция, которая формируется в виде внешнего покрытия на основе специальных материалов, не вступающих в реакцию с агрессивной средой.
Срок службы
При соблюдении всех правил эксплуатации бетон и изделия, выполненные на его основе, имеют срок службы 50-70 лет. При наличие ошибок в проектировании в части расчета массивности и нагрузочной способности, выбора марки цемента, его параметров, а также при изменении характеристик внешней среды, долговечность бетона может быть снижена, составляя 10-15 лет.
