Влияние сульфатной коррозии на трещиностойкость бетона

Влияние сульфатной коррозии на трещиностойкость бетона

Физико-математические и технические науки

Мамаев Т. Л.

Долговечность железобетонных конструкций в техногенных условиях эксплуатации при воздействии кор-розионно активных веществ оказывается невысокой и определяется в основном длительностью процессов накопления повреждений в структуре бетона. Принципы прогнозирования долговечности бетона при тепловых, влажностных, коррозионных и силовых воздействиях по энергетическим и силовым критериям механики разрушения (МР) разработаны в НИИЖБе и изложены в [1].

В качестве расчетных параметров в МР используются структурные характеристики К1с и К11с, отображающие напряженное состояние в вершине трещин, что позволяет достоверно оценить долговечность бетона. Для оценки влияния процессов сульфатной коррозии на параметры трещиностойкости бетона К1с и К11с, проведены экспериментальные исследования на мелкозернистом бетоне из среднеаллюминатного цемента. Состав бетона 1:2 при В/Ц=0,6. Размеры образцов 10х40х160 и 20-100-100 мм. в возрасте 28 сут образцы испытывали в течение 120-1000 сут при полном погружении их в раствор сульфата натрия с концентрацией сульфат-ионов 33,8 г/л. Значения К1с и К11с определяли по методикам, аналогичным [2,3]. Для определения К11с принят образец в виде плиты с двумя искусственными параллельными трещинами. Значения К11с вычисляется по формуле:

К11с=Рл/7 У(!,Ь)/(Ш),

где Р — разрушающая нагрузка; У(!,Ь) — поправочный коэффициент или К-тарировка; Ь, ? — размеры и толщина образца; Н, I — параметры трещин.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Таблица 1. Влияние сульфатной коррозии на характеристики трещиностойкости бетона

т, сутки а8оз. % К|с, МПа.м1/2 К||с, МПа.м1/2

0 0 0,55 4,1

120 3,0 0,60 4,47

200 вода 0,63 4,63

5,1 0,64 4,77

300 7.5 0,62 4,63

400 8,6 0,56 4,35

600 10,6 0,35 3,05

800 12,0 0,22 1,90

1000 13,5 0,11 1,02

Исследования показали, что в начальные сроки испытаний наблюдается увеличение трещиностойко-сти бетона. Значения К, и К„ повысились на 18-19%

1с 11с

вследствие уплотнения структуры бетона в результате образования в порах и капиллярах кристаллов солей — гидросульфоалюминатов кальция и гипса.

При дальнейшем развитии процессов коррозии возникают значительные внутренние напряжения в пустотах, капиллярах, порах, что приводит к развитию существующих и зарождению новых микротрещин. Следствием этого является понижение трещиностойкости бетона. Количество микротрещин в единице объема бетона определяется степенью заполнения пустот, пор и капилляров продуктами взаимодействия силикатов кальция с сульфатами, характеризуемыми количеством связанных цементным камнем сульфат-ионов (д803).

Анализом установлено, что сопротивление развитию магистральных трещин, вызывающих фрагментацию образца, зависит от размеров и количества микротрещин в объеме, вызванных процессом коррозии. к 300 сут воздействия среды (д803 до 7,5%) поверхность образцов испещряли микротрещины.

Это состояние структуры характеризуется незначительным влиянием локальных микротрещин на общую сопротивляемость бетона развитию макротрещин при последующем силовом нагружении. в опытах наблюдаются незначительное снижение К1с и К11с (до 2%) по отношению к водонасыщенному образцу-близнецу.

При содержании в бетоне связанных цементным камнем сульфат-ионов более 8,6% длина микротрещин значительно увеличивается, расстояние между ними соизмеримо с их длиной, Взаимное влияние соседних микротрещин на интенсивность напряжений в их вершинах увеличивается, в результате чего происходит слияние отдельных микротрещин. На данном этапе развития коррозионного процесса происходит интенсивное снижение трещиностойкости бетона. Так, к 600 сут воздействия среды наблюдается существенное снижение К1с и К11с. с развитием коррозионных дефектов в структуре бетона более снижается трещиностойкость при нормальном отрыве (44%), чем при поперечном сдвиге (36%). Критическое содержание сульфат-ионов в структуре бетона (д803 до 15%) приводит к полной деструкции и разрушению образца. В опытах получены данные, позволяющие установить зависимости между значениями К1с и К11с бетона в нормальных условиях и их снижением в результат длительного воздействия растворов сульфатов.

Эти зависимости выражаются в виде К1с(т)=у8ц К1с, КПс(х)=у8Д К11с, где у,д, у8Д — функции, учитывающие развитие коррозионный процессов в структуре бетона по величине содержания продуктов коррозии, выраженных через д^: у81=1+о,о49 д^а-0,17 д^), УзД=1+0,052 д803(1-0,15 д803) где д803 — количество связанных цементным камнем сульфат-ионов в пересчете на Б03 (в % по отношению к цементному камню).

Используя полученные зависимости, можно рассчитывать долговечность железобетонных конструкций, эксплуатирующихся в сульфатных средах, по методике [1].

Список использованных источников

1. Гузеев Е.А., Леонович С.Н., Милованов А.Ф., Пирадов К.А., Сейланов Л.А. Разрушение бетона и его долговечность. — Минск, 1997. — 170 с.

2. ГОСТ 29167-91. Бетоны. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении. — М.: Изд-во Стандартов, 1992. — 18 с.

3. Пирадов К.А., Гузеев Е.А., Мамаев Т.Л., Абдуллаев К.У. Определение критического коэффициента интенсивности напряжений бетона и железобетона при поперечном сдвиге // Бетон и железобетон. — №5. — 1995. — с.18-20.

Информация об авторе

• Мамаев Т.Л. // кандидат технических наук, РГП «Госэкспертиза», г. Астана

Всероссийский журнал научных публикаций, апрель 2011

9