Файл: Пахомов, В. А. Бетон и железобетон в гидротехническом строительстве.pdf

высокой кавитационной и абразивной стойкостью, чем пористые бетоны с низкими величинами коэффициентов Пуассона на инертных слабых заполнителях.

Кавитационная и абразивная стойкость бетонов увеличивает­ ся при уходе за бетоном в процессе его твердения по мере уве-

Рис. 20. Зависимости интенсив­ ности кавитационного разруше­ ния цементного бетона от его предела прочности при сжатии 1, 2 и растяжении 1', 2':

I, 1 '— ло данным МИСИ; 2, 2 '— по данным НИС Гидропроекта.

личения степени гидратации вяжущего с преобразованием .суб­ микрокристаллических новообразований в микрокристалличе­

ские.

Попеременное замораживание — оттаивание бетонов увеличи­ вает в их поверхностном слое количество очагов концентрации напряжений в виде микротрещин, тем самым значительно уменьшая кавитационную и абразивную стойкость материала.

Повышенной кавитационной стойкостью обладают мелкозер­ нистые бетоны, а абразивной — бетоны на крупном заполнителе.

Абразивная стойкость бетона тесно связана с их стойкостью при истирании и ударостойкостью. Она повышается по мере увеличения названных параметров.

ЗАЩИТА КОНСТРУКЦИЙ ОТ КОРРОЗИИ

Меры по защите сооружений от коррозии могут быть условно разделены на следующие группы:

1) повышение стойкости бетона и железобетона элементов конструкций;

2)придание конструкциям оптимальной формы, обеспечива­ ющей расчетно-допустимое напряженно-деформированное со­ стояние;

3)нанесение защитных изоляционных слоев на поверхность

конструкций;

4)защита арматуры металлическими и неметаллическими покрытиями;

5)уменьшение проницаемости защитного слоя бетона для де­ поляризаторов, увеличение оммического сопротивления бетона;

6)использование катодной и протекторной защиты. Разработка мер защиты основывается на технико-экономиче­

ском анализе эффективности различных способов защиты с учетом местных условий, доступности и осуществимости их.

52

Повышение стойкости бетона и железобетона

Плотность цементного бетона определяется свойствами при­ меняемого вяжущего, характером процессов, происходящих при твердении, и структурой цементного камня или раствора. Высо­ кая плотность бетона обеспечивается назначением рациональ­ ной величины В/Ц (см. табл. 13 и 24) при условии плотной ук-

Таблица 24. Предельные В/Ц для бетонов сборных конструкций гидротехнических сооружений [4]

ладки бетонной смеси и соответствующем режиме твердения, при котором капиллярная пористость будет минимальной. Оп­ ределение характеристик пористости бетона производится исхо­ дя из требуемой марки по морозостойкости с учетом качества применяемого цемента и условий твердения. Так, например, для портландцемента характеристики пористости, рекомендуе­ мые для бетонов разной степени морозостойкости, приведены в табл. 25. Наряду с ограничением капиллярной пористости же­ лательно, чтобы у бетонов марок Мрз 200 и Мрз 300 отноше-

Таблица 25. Характеристика пористости бетона [4]

Капиллярная iюристость бетона (к началу; заморажива-

53

нне контракционной пористости к капиллярной составляло не менее 0,25—0,3.

Для повышения морозостойкости бетона и железобетона важ­ ное значение имеет выбор вяжущего, его способность сопротив­ ляться агрессивным воздействиям.

Для пропариваемых бетонов с заданной морозостойкостью рекомендуется портландцемент, содержащий около 56% трех­ кальциевого силиката и 5% трехкальциевого алюмината, размо­ лотый до удельной поверхности 3 500 см2/г. Для сборных желе­ зобетонных конструкций речных гидротехнических сооружений можно применять быстротвердеющий портландцемент, содержа­ щий до 8,5% трехкальциевого алюмината и имеющий высокую начальную прочность при нормальном твердении при условии введения ПАВ. Цементы должны применяться не позднее чем через месяц после их изготовления. Лежалые цементы, с поте­ рей при прокаливании свыше 3%, разрешается применять толь­ ко для конструкций надводной и подводной зон после проведе­ ния соответствующих испытаний. Для получения плотного бе­ тона с наименьшими усадочными деформациями нужно стре­ миться к снижению расхода цемента, который не должен пре­ вышать 350 кг/м3. С этой целью необходим тщательный подбор зернового состава заполнителей, удовлетворяющих требовани­ ям ГОСТов на гидротехнический бетон. Важную роль играет выбор режима пропаривания конструкций, так как недостаточ­ ная влажность в пропарочных камерах, а также резкий подъем и быстрый спуск температуры могут значительно понизить дол­ говечность бетона. Максимальная температура при пропарива­ нии гидротехнических бетонов не должна превышать 70°С. Бе­ тоны из малопластичных смесей на портландцементе с содержа­ нием трехкальциевого алюмината до 5% пропаривают при ско­ рости подъема температуры 10—15СС в час. Бетоны на гидро­ фобном и пластифицированном портландцементе желательно пропаривать при более медленном подъеме температуры 7—8°С в час. После гидротермальной обработки конструкций необхо­ дим влажностный уход за бетоном в течение не менее 7 дней. Он предотвращает образование температурных и усадочных трещин, а также способствует «самозалечиванию» микротре­ щин и закупориванию капиллярных пор, возникающих при теп­ ловой обработке. С этой целью, например в Италии, сборные железобетонные элементы на этот период помещают в специаль­ ные бассейны под воду.

В дополнение к ранее известному способу* В. П. Батюк, И. Я- Бялер и В. В. Гончаров разработали метод безвлажностного ухода за бетоном сборных конструкций: прошедшие гидро­

* Ю. А. С п и ц а, М. Г. Л е в ч е н к о , В. П. Б а т ю к . Способ защиты свежеотформованных бетонных изделий от преждевременного испарения влаги. Авторское свидетельство № 256589. «Бюллетень изобретений», 1969, № 34.

54

термальную обработку изделия, охлажденные до температуры 35—40°С, окунают в 10%-ный водный раствор мочевиноформальдегидной смолы такой же температуры. Часть воды раство­ ра дифундирует в бетон, пополняя испарившуюся при остыва­ нии изделия влагу, а часть испаряется. На поверхности бетона изделия остается пленка мочевинофсрмальдегидной смолы, предотвращающая дальнейшее испарение влаги из бетона. До­ пускается также нанесение водного раствора мочевиноформальдегидной смолы на поверхность бетона кистью или пульвериза­ тором (распылителем).

Сохраняющаяся в бетоне влага способствует углублению про­ цессов гидратации непрореагировавших зерен цемента, сниже­ нию концентрации напряжений в структуре бетона, возникаю­ щей при тепловой обработке.

Ф о р м ы конструкций

При конструировании бетонных и железобетонных конструк­ ций следует стремиться к наиболее простой форме (очертанию) и минимальной поверхности, избегать внешних и внутренних углов, острых ребер, выступов и полок, резких переходов сече­ ний; все ребра должны иметь закругления, поверхности — соот­ ветствующий уклон, исключающий застой жидкости на них. При конструировании сооружений для агрессивных условий главным является максимальное обеспечение трещиностойкости кон­ струкций — первое условие их долговечности.

Бетонная поверхность должна быть гладкой, в зоне кавита­ ционного воздействия недопустимы выпуски арматуры и торча­ щие из бетона зерна заполнителя.

Защитные покрытия

Если применение специальных цементов, заполнителей, доба­ вок и другие меры не обеспечивают нужной стойкости бетон­ ным и железобетонным конструкциям, находящимся в опреде­ ленной агрессивной среде, применяют изоляцию, предохраняю­ щую бетон от контакта с агрессивной средой. В зависимости от вида конструкций и внешней среды гидроизоляция может со­ стоять из изолирующих прослоек различной толщины. Простей­ ший вид изоляции — лакокрасочные покрытия, наносимые тон­ кими пленками на поверхность бетона. Если защищаемая по­ верхность в процессе строительства или эксплуатации сооруже­ ния может подвергаться механическим воздействиям, толщина защитного слоя должна быть увеличена и прочность его повыше­ на. В таких случаях применяют мастики или растворы, в кото­ рых к вяжущему материалу добавлены пылевидные наполните­ ли или мелкозернистый заполнитель (песок).

55

Высокоэффективны защитные покрытия, в которых слой ма­ стики армирован стеклосеткой или стеклотканью. В условиях, когда бетонные или железобетонные конструкции не трещино­ стойки и к ним предъявляются высокие требования по водоне­ проницаемости при сильной агрессивности внешней среды, при­ меняются оклеенные изоляции в виде нескольких слоев рулон­ ных материалов с проклейкой их мастикой.

Условия работы защитного покрытия на бетонах отличаются от условий работы покрытий, например, на металле. Для эф­ фективности защитного действия покрытия важны его сплош­ ность и сцепление с защищаемой поверхностью. При выборе ла­ кокрасочного покрытия необходимо учитывать следующие осо­ бенности бетона:

шероховатость за счет пористости цементного камня и раст­ вора;

включение химических активных и водорастворимых соедине­ ний (известь и др.), имеющих щелочной характер;

возможное изменение в процессе эксплуатации влажности по­ верхности за счет поступления к поверхностному слою влаги (подсос) из других частей конструкций;

изменение физического состояния поверхности при заморажи­ вании;

появление микротрещин на поверхности в результате усадки, температурных напряжений или напряжений от нагрузок.

Все эти особенности значительно затрудняют выбор защит­ ных покрытий для бетона. При подборе составов и вида покры­ тий для бетонных поверхностей покрытие должно быть:

эластичным, плавно следующим за деформациями конструк­ ций, не нарушая сплошности при появлении трещин;

стойким к действию слабых щелочей, а материал покрытия не должен подвергаться омылению;

плотным, прочным и стойким во времени в данных агрессив­ ных условиях службы;

обладать свойством перекрывать поры, трещины в один или несколько слоев.

Для успешного решения поставленной задачи необходимо, в первую очередь, определить требования к пленкообразующим системам. В связи с этим возникла необходимость рассматри­ вать условия совместной работы покрытия из полимерной плен­ ки и защищаемой конструкции, которые можно записать в ви-

де [5, 6]:

56

гхп, еул, sxk, syft, szn и ezh — то же, относительные деформации; ozn— нормальное напряжение в полимер­

ной пленке покрытия; р — распределенная нагрузка.

Выражения (40) и (41) для балочных систем упрощаются, в

пленки и материала конструкции; [ап] — допустимое напряжение пленки.

Для увеличения несущей способности полимерного покрытия и выравнивания с ним коэффициента линейного температурного расширения бетона в смесь добавляют наполнитель со значи­ тельно большим модулем упругости, по сравнению с модулем упругости полимерной пленки (без нарушения их молекулярной структуры). Это можно проиллюстрировать решением задачи о пластинке с рядом подкрепленных отверстий, граничные усло­ вия которой следующие:

На основании решения задачи теории упругости получена рас­ четная формула для определения усилий в полосе, Ширина ко­ торой равна 1, имеющая вид

где Nn — усилие в полимерной пленке покрытия, которое опре­ деляется по формуле

57