Основные принципы защиты арматуры в легких и силикатных бетонах —
Современное строительство предъявляет к материалам и изделиям все более высокие требования по качеству и надежности в эксплуатации. Большое значение приобретают вопросы за_ щиты арматуры от коррозии в крупноразмерных армированных изделиях и конструкциях из различных видов бетонов. Важность эффективных мер защиты определяется некоторыми особенностями технического прогресса. Так, одной из основных задач в строительстве в настоящее время является снижение веса зданий. Новые прогрессивные конструкции отличаются уменьшенным сечением, многие из них выполняются тонкостенными. Все больше выпускается армированных изделий из ячеистых бетонов и бетонов на пористых заполнителях.
Совершенствование технологии сопровождается в большинстве случаев интенсификацией режимов тепловлажностной обработки. Расширяется база сырья для получения армированных бетонов — все большее применение находят промышленные отходы: шлаки, золы ТЭС и др. В этих условиях требования к стойкости арматуры в бетонах становятся более жесткими.
В последнее время выполнено немало работ по изысканию надежных средств защиты. В публикуемых ниже статьях освещаются основные современные требования к защите арматуры в легких и ячеистых бетонах, рассказывается об эффективных мерах защиты в конкретных случаях, охватывающих наиболее прогрессивные виды производств.
Способностью длительно защищать стальную арматуру от коррозии обладают не все бетоны. Она, как показывает практика, зависит от вида вяжущего, толщины и проницаемости защитного слоя, а наиболее надежно арматуру защищает плотный бетон на портландцементе, изготовленный без добавок хлоридов и без пропаривания.
«Защита арматуры» — понятие комплексное. Оно включает использование собственных защитных свойств бетона и их улучшение различными способами использование конструкций в условиях, не вызывающих коррозии арматуры, если защитные свойства бетона недостаточны, уменьшение агрессивного воздействя среды на конструкцию путем изоляции ее поверхности, применение специальных защитных накрытий, наносимых на поверхность арматуры. Следовательно, при решении вопроса о сохранности и мерах защиты арматуры тех или иных конструкций необходимо учитывать как защитные свойства бетона, так и условия эксплуатации изделий.
На состояние арматуры в бетоне влияют совместно пассивирующая способность цементного камня, плотность структуры бетона и его влажностное состояние. Эти факторы должны оцениваться количественно и удовлетворять известным критериям. Так, способность цементного камня пассивировать сталь, т. е. делать ее коррозионноустойчивой, зависит от степени щелочности влаги в его порах. Обычно влага в бетоне на портландцементе и его производных — пуццолановом и шлакопортландцементе — насыщена гидратом окиси кальция, т. е. щелочность ее выражается показателем концентрации водородных ионов pH =12.5—12,6. Если при этом содержание хлорид-ионов в ней не выше 0,7 г[л, сталь в таком бетоне должна быть пассивной.
Хлориды попадают в бетон с водой затворения как добавки-ускорители твердения или проникают из внешней среды.
Степень же щелочности цементного камня может оказаться ниже критического значения pH = 11,8 либо в результате связывания гидроокиси кальция активным кремнеземом в процессе твердения вяжущего, либо за счет выщелачивания пли нейтрализации бетона во время службы конструкции. Наиболее характерным примером первого случая являются вяжущие автоклавного твердения, второго — карбонизация бетона углекислым газом. Для практики существенно важно, как скоро снижается pH у поверхности арматуры: в автоклаве это происходит очень быстро во всем объеме бетона, и арматура в свежеизготовленном изделии может остаться активной; карбонизация же протекает послойно от поверхности в глубь бетона и может многие годы не достигнуть арматуры, которая все это время будет пассивной.
Как показывают исследования добиться пассивации арматуры в силикатном бетоне можно лишь ценой увеличения содержания СаО в вяжущем до 11% ( Против нормальных 7%).
Пассивность арматуры в бетоне на клинкерном цементе сохраняется тем дольше, чем толще и плотнее защитный слон и чем больше цемента содержится в единице объема бетона. Продолжительность этого периода можно рассчитывать, используя формулу
Анализируя эту формулу, нетрудно заметить, что легче всего продлить защитное действие бетона, увеличивая его толщину X. Однако это ведет к утяжелению конструкций, затрудняет их типизацию и потому нежелательно. Повышение реакционной емкости требует дополнительного расхода цемента. Наиболее приемлемый, «о не простой ПУТЬ — это снижение диффузионной проницаемости, т. е. увеличение плотности бетона.
Опыт эксплуатации покрытии промышленнных зданий с влажным режимом показывает, что типовые ребристые ПЛИТЫ из тяжелого бетона выходят из строя через 10—15 лет вследствие коррозии арматуры. Это связано однозначно с карбонизацией тонкого и недостаточно плотного защитного слоя бетона. Если более тщательно фиксировать положение арматуры в формах, чтобы она те выходила на пределов -нормируемых допусков, можно увеличить срок службы этих -плит примерно вдвое. Дальнейшее увеличение долговечности можно получить повышением плотности бетона, которое достигается известными технологическими (приемами: улучшением гранулометрии заполнителей и удобоукладываемоети смеси, снижением (водоцементного отношения, благоприятными режимами твердения. Исследования, проводимые в НИИЖБе, свидетельствуют о том, что изложенное -полностью распространяется -на легкие бетоны на пористых заполнителях е той лишь разницей, что они могут быть как более, так и менее проницаемыми, чем тяжелые.
Проницаемость легких бетонов в основном связана с межзерновой пустотностыо и особенно велика у конструктивно-теплоизоляционных бетонов, где малая объемная масса часто достигается за счет неплотной структуры. Выразительным -примером такой структуры служит крупнопористый (беспесчапый) бетон. Не так уж сложно достигнуть проницаемости ,меньшей, чем у тяжелого бетона той же марки, в особенности для конструктивного легкого бетона. Этому способствует уплотнение цементного камня на контакте с поверхностью пористого заполнителя, который эноргично отсасывает воду из цементного тестя. Надо учитывать, однако, что крупные 3qxia пористого заполнителя увеличивают проницаемость бетона для углекислого газа, поскольку он проходит через них не поглощаясь. Поэтому, чтобы получить малую проницаемость защитного слоя, целесообразно изготавливать его из бетона с ограниченной крупностью пористого заполнителя.
Некоторые -пористые заполнители, в частности шлаковая пемза, содержат значительное количество соединений серы. Исследования показали, что эти соединения, главным образом сульфиды, могут способствовать развитию коррозии стали в бетоне с избыточной межзерновой пустотностью Если же она не превышает 3%, то даже высокосеристая пемза не -вызывает коррозии арматуры.
Употребляемые в (составе некоторых бесклинкерных и малоклинкерных вяжущих молотые шлаки и пылевидные золы могут сообщать цементному агрессивность по отношению к стали. Особенно коррозионноактивны -вяжущие со сланцевыми золами, содержащими кроме соединений серы хлористые соли. Носителями агрессивных свойств в золах являются также несгоревшие частицы угля. Агрессивность молотых шлаков и зол можно нейтрализовать при известном избытке в составе вяжущего клинкерного цемента или извести, обеспечивающем высокую щелочность жидкой фазы бетона
Сохранность арматуры в решающей мере зависит от влажностного (состояния конструкции, поскольку в сухом бетоне коррозия стали не (развивается. Нижним критическим значением влажности бетона является обычно равновесная влажность при относительной влажности воздуха 60%. Иными словами, если бетон находится в воздушно-сухом состоянии, то арматура не корродирует. Исходя из этого можно допустить для некоторых конструкций (например, самонесущих стеновых панелей) незначительную коррозию нерасчетной арматуры при условии, что коррозионный процесс связан лишь со строительной влажностью, которая в течение I—2 лет эксплуатации здания снижается до критической. По-видимому, целесообразно в таких случаях использовать добавки замедлители коррозии. Естественно, что при этом необходимы конструктивные меры, исключающие местное переувлажнение конструкций атмосферными осадками и производственными водами.
Ввиду отсутствия пассивирующего действия на сталь в автоклавных силикатных бетонах, средства защиты арматуры назначаются в зависимости от их плотности и влажности среды. Исследования показывают, что в плотных бетонах арматуру необходимо защищать специальными покрытиями, если относительная влажность (воздуха превышает 75%, либо если имеется периодическое увлажнение.
В ячеистых бетонах (в том числе и на цементе) вследствие их высокой проницаемости арматуру следует защищать специальными покрытиями, а применение конструкций ограничивается относительной влажностью воздуха — 75%. Очевидно, что наиболее удобно использовать в таких конструкциях арматуру с покрытиями, нанесенными при ее изготовлении. В частности, это может быть оцинкованная сталь как в виде отдельных стержней, так и сварных сеток 5. Однако пока такой арматурной стали метизная промышленность не выпускает. Поэтому защитные покрытия на каркасы -наносятся перед их закладкой в бетон и не всегда качественно, что связано обычно с примитивностью технологии, иногда с недооценкой роли этих покрытии и часто с плохим контролем.
Покрытия на основе цемента с органическими связующими должны удовлетворять следующим основным требованиям: выдерживать режим обработки изделий, в частности автоклавной, обеспечивать длительную защиту стали в пористой и влажной среде бетона, не снижать сцепления арматуры с бетоном. Кроме того, для получения качественных и однородных по свойствам (толщине, (ПЛОТНОСТИ, сплошности II пр.) покрытий смесь для их изготовления должна иметь жизнеспособность, позволящую достаточно -долго (в зависимости от технологии на,несения) использовать ее без снижения свойств покрытия, быть достаточно стабильной, т. е. длительно сохранять однородность без расслаивания (оседания наполнителя и всплывания растворителя), образовывать на арматуре сплошную и однородную пленку требуемой толщины, желательно за один прием нанесения.
В настоящее время существует несколько составов, отвечающих этим требованиям. Они приведены в приложении к Инструкции по технологии изготовления изделий из ячеистых бетонов СП 277-70. Новые перспективные составы разработаны в НИПИсиликатобетоне. Однако, в конечном итоге, качество покрытия определяется способом нанесения. Наиболее совершенна технология нанесения в электрическом поле, которая обеспечивает высокое качество покрытий при существенной экономии -рабочей силы и материалов.