Ремонт и защита от карбонизации железобетонных конструкций

Бетон, вне всякого сомнения, самый широко используемый строительный материал. Экономичность простота и быстрота нанесения, а также способность принимать любую форму, позволяет использовать бетон в наиболее сложных условиях. Армирование бетона стальной арматурой, увеличивает прочность и сопротивление конструкции к изгибам. Бетон всегда считался долговечным материалом, но воздействие агрессивных веществ, количество которых растет год от года, приводит к быстрому разрушению конструкций.

Европейский стандарт ENV 206, итальянский UNI 9858 и британский 8110 BS рекомендуют методы обеспечения долговечности бетона. Необходимое условие обеспечения качества бетона - это контроль качества составляющих бетон ингредиентов и соблюдение рецептуры и технологии при приготовлении бетона. К сожалению, эти требования выполняются не всегда, и строители получают некачественный бетон, быстроразрушающийся под действием нагрузок и атмосферных воздействий.

Повысить качество бетона можно непосредственно на стройплощадке путем введения модифицирующих добавок, а обеспечить долговечность конструкции, применив защитные покрытия. 

ПРИЧИНЫ РАЗРУШЕНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА

К основным причинам разрушения бетонных конструкций следует отнести следующие факторы:

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ - начиная с 50-х годов непрерывно уменьшается толщина бетонных конструкций, в то время как качество бетона в ряде случаев оставляет желать лучшего, что выражается в высокой пористости и водопроницаемости.

ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ- ошибки в проектировании, конструкции, деталировке, приготовление смеси и применении.

АТМОСФЕРНО - ХИМИЧЕСКИЙ - воздействие агрессивных компонентов атмосферы (карбонаты, сульфаты, хлориды) и частые циклы мороз-оттепель.

В результате химических реакций внутри пор бетона образуются кристаллы, рост которых приводит к появлению трещин и разрушению бетона. Коррозия арматуры в свою очередь, особенно в условиях повышенной вибрации, приводит к выкрашиванию бетона. Пористый бетон впитывает влагу, которая при низких температурах замерзает, увеличиваясь в объеме приблизительно на 9 процентов, что приводит к образованию трещин. Частично, эта проблема решается аэрацией бетона (увеличение количества воздушных пузырьков в растворе) с помощью специальных добавок (AERFLUX).

  РАЗРУШЕНИЕ БЕТОНА ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ АТМОСФЕРНО-ХИМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

Наиболее общая причина разрушения бетона - карбонизация. Будучи пористым, бетон хорошо впитывает углекислый газ (СО₂), кислород и влагу, присутствующее в атмосфере. Способность бетона впитывать не влияет на прочность самой бетонной структуры, но оказывает пагубное воздействие на арматуру, которая при повреждении бетона попадают в кислотную среду.

Известь, образующаяся при гидратации цемента, создает в бетоне щелочную среду, с высоким показателем Рh (12-14). Стальная арматура выпускается химически пассивной и защищенной от щелочей нереактивной пленкой (пассивационным слоем) оксидированного железа, что в некоторой степени защищает арматуру от окисления. В пассивационный слой, покрывающий стальную арматуру в бетоне, проникает углекислый газ. Известь нейтрализуется путем образования карбоната кальция, который снижает показатель Рh, что приводит к коррозии стали.

СО₂+Са(ОН)₂ ® СаСО₃+Н₂О

Ржавчина, формирующаяся при окислении стальной арматуры, увеличивает ее объем, повышает «внутреннее» давление и приводит к разломам бетона и оголению арматуры. Оголенные стальные прутья разрушаются еще стремительнее, что приводит к быстрому изнашиванию бетона.

Воздействие сульфатов

 Воздействие солей серной кислоты может также привести к разрушению бетонных конструкций.

Сульфаты вступают в реакцию с другими химическими компонентами, образующими мел, эттрингиды и таумаситы, в соответствии со следующими химическими реакциями:

 Са(ОН)₂+SО₄ = +2Н₂О®СаSО₄*2Н₂О+2OH

CaO*Al₂O₃*6H₂O + 3 (CaSO₄*2H₂O) + 26H₂O®3СаО*Al₂O₃*CaSO₄*32H₂O (эттрингиды)

CaO*SiO₂*H₂O + Ca(OH)₂ + CO₂ + 11H₂O + CaSO₄*2H₂O®

CаCO₃*CaSO₄*CaSiO₃*15H₂O (таумаситы)

 Образование этих продуктов внутри структуры бетона приводит к увеличению объема, что влечет за собой образование трещин в бетоне и последующего разлома конструкции. Конструкция становится нестабильной.

 Воздействие хлоридов

 Другой важной причиной разрушения бетона являются ионы хлоридов, которые соединяются с солями морской воды и солями, использующимися для борьбы с наледью на дорогах. Хлориды могут находиться и в самом бетоне, попадая туда с загрязненными материалами, которые использовались в создании конструкции.

Хлориды коррозируют на прутьях арматуры, разрушая пассивационный слой оксидированного железа, что приводит к дальнейшему окислению.

Поваренная соль приводит к вступлению щелочей в реакцию с аморфным кварцем с последующим образованием щелочного силиката, который увеличивается в объеме под воздействием атмосферной влаги, являясь причиной образования трещин, в которых будут заметны типичные белые подтеки.

Соль, разрушает как стальную арматуру, так и сам бетон, который содержит такие реактивные компоненты, как аморфный кварц. Разрушения, вызванные хлоридом кальция, способствуют ускорению коррозии арматуры. Соли, вступая в реакцию с гидратом кальция, находящимся в бетоне, образуют оксидированный гидрат кальция с последующим увеличением объема.

СаCl2 + Ca(OH)₂ + H₂O®СаО*CaCl₂*2Н₂О

 Циклы мороз-оттепель

 Вода является катализатором для всех агрессивных компонентов и описанных химических реакций. Поэтому очень важно понимать всю важность гидроизоляции бетона. Влага может стать причиной серьезных повреждений, проникая сквозь поры бетона. Изменения состояния молекул воды, происходящие во время оттепелей и заморозков с образованием льда способны увеличить объем приблизительно на 9%. Возникающее давление приводит к образованию трещин и разломов в бетоне. Эффективным способом помогающим контролировать процесс расширения (образование льда или оксидированного кальция) могут быть микроскопические пузырьки воздуха, которые обеспечат проветривание и уменьшают воздействие кристаллов льда на структуру бетона изнутри.        

 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОВЕДЕНИЮ РЕМОНТА БЕТОНА

 Как правило, наибольшее внимание уделяется непосредственно поверхностному слою бетонной структуры, ее внешнему виду, не задумываясь насколько глубоки физико – химические процессы происходящие в самом бетоне. Помимо внешнего визуального осмотра, перед проведением любой реставрационной работы необходимо тщательно исследовать причины деградации, и степень разрушения бетона.

Ремонт отдельных участков поврежденного бетона создает необходимый эстетический эффект, но не останавливает процесс разрушения, а в некоторых случаях может стимулировать ускоренное разрушение бетона.

 Цель ремонта следующая:

 -         предотвращение распространения коррозии;

-         восстановление химически пассивных условий для арматуры;

-         устранение углублений на поверхности и поверхностной пористости бетона;

-         предотвращение проникновения влаги в бетон и создания антикарбонизационного барьера;

-         придание поверхности эстетического вида.

 Анализ повреждения включает определение глубины карбонизации, степень воздействия среды, толщину стальной арматуры, обнаружение внутренних трещин и воздушных карманов. Для определения толщины бетонного покрытия над стальным армированием, необходимо удалить небольшой участок бетона там, где еще нет очевидных следов повреждения.

Используя 1% раствор фенолфталеина, растворенного в этане (основной кислотный индикатор), можно обнаружить глубину карбонизации, наблюдая за изменениями цвета от бесцветного до фиолетового. Это происходит из-за изменений содержания кислоты от 8,5 – 9 (карбонизация бетона) до более низкой величины Рh.

Любые впадины и пористые места необходимо открыть, используя молоток или пескоструйный инструмент. Удалить поверхностный слой цементной штукатурки, скрывающий трещины и поры.

Все крошащиеся части удаляются механическим абразивом. Следы масла, жира, ржавчины и грязи удаляются жесткой щеткой или струей воды под большим давлением. Карбонизационный бетонный слой необходимо полностью удалить в тех участках, где находятся прутья арматуры. Окисленные прутья зачищаются до чистого металла. Необходимо удалить все следы ржавчины. Следующий этап обработки – это сделать прутья арматуры химически неактивными. Для этого их необходимо сразу же после зачистки обработать их пассиватором, чтобы избежать нового окисления под воздействием сырости и влаги. Прутья арматуры покрываются антикоррозийным праймером в два слоя. STRATO 4900 – раствор стирен-бутадиенового сополимера в воде, содержащий ингибиторы коррозии. Применяется для антикоррозионной защиты арматуры и повышения адгезии ремонтного состава к арматуре.Праймер представляет собой жидкий раствор, состоящий из равных частей STRATO 4900, цемента и наносится на арматуру кистью. После того, как праймер высохнет, поверхность бетона тщательно смачивается водой до насыщения, но без образования капель воды. Затем проводится восстановление структуры с использованием безусадочных растворов RESISTO. Материалы этого ряда легко наносятся, имеют высокую адгезию, наделены хорошим модулем эластичности и их коэффициент термического расширения такой же, как у бетона.

RESISTO TIXO – безусадочный тиксотропный раствор, армированный синтетической фиброй, рекомендуется для восстановления бетона без применения опалубки.

RESISTO UNIFIX – безусадочный раствор, с минимальным размером гранул 0,5 мм, рекомендуется для выравнивания поверхности бетона.

RESISTO FLUID – безусадочный раствор жидкой консистенции после затворения, армированный синтетической фиброй. Раствор не требует вибрирования и рекомендуется для восстановления бетона с применением опалубки.

Отремонтированную поверхность бетона выравнивают двухкомпонентной высокоадгезионной шпаклевкой - RESISTO BIFINISHING, непроницаемой для воды и агрессивных газов.

В завершение бетон должен быть защищен от карбонизации декоративной краской на акриловой основе – INDECOLOR, которая не пропускает воду и углекислый газ, но позволяющая поверхности «дышать».

 Последовательность выполнения ремонта бетона:

·    Удалить старую штукатурку до бетонного основания

·    Удалить осколки и слабо закрепленные частицы бетона механическим способом. Остатки раствора, грязь, масла и пыль удаляются пескоструйным методом

·    Оголенную арматуру очистить от ржавчины до чистого металла