Выщелачивание гидрата окиси кальция из бетона через трещины в крепи

Многолетние обследования крепи и армировки вертикальных стволов шахт показывают, что фильтрация в бетонной и железобетонной крепи происходит в основном по трещинам, швам и различным дефектным местам бетонной кладки. На участки монолитного бетона между сосредоточенными каналами фильтрации приходится незначительная доля общего расхода. Ряд стволов шахт имел сильное выщелачивание бетона вследствие неблагоприятного совпадения трех факторов: низкой гидрокарбонатной щелочности воды, наличия трещин и сквозных швов в крепи, высокой водопроницаемости бетона. Иногда можно наблюдать прогрессирующее выщелачивание извести из бетона в зоне трещин и швов. Снижение прочности можно наблюдать в случаях, когда бетон имеет сравнительно большую проницаемость и при фильтрации мягких вод.

При фильтрации воды средней и высокой гидрокарбонатной щелочности выщелачивание извести из бетона в зоне трещин и швов затухает вследствие самоуплотнения бетона и карбонизации поверхности всех путей фильтрации в нем.

Вынос извести обычно затухает прежде, чем произойдет существенное снижение прочности бетона. В случае фильтрации мягких вод при наличии участков водопроницаемого бетона вблизи трещин и швов деструктивные процессы приводят к существенным потерям прочности бетона. При плотном бетоне зона выщелачивания небольшая.

Для обоснования методов расчета железобетонных конструкций с допущением трещин по условию долговечности бетона необходимо установить количественные закономерности интенсивности выщелачивающей коррозии в зоне трещин в швов. В бетоне коэффициент диффузии изменяется во времени в значительных пределах. Кроме того, основная часть извести поступает в трещину не путем непосредственной диффузии, а с фильтрационным потоком воды в бетонном массиве. Такой приток извести в трещину также непостоянный, он уменьшается во времени вследствие снижения коэффициента эффективной диффузии и коэффициента фильтрации монолитного бетона. Имеют значения и другие факторы.

Фильтрационная проницаемость бетона играет решающую роль в развитии коррозионного процесса. При отсутствии гидравлического напора движущей силой проникания агрессивных ионов внутрь бетона будет разница концентрации.

Так, А.А. Байков писал, что все бетонные сооружения из портландцемента неизбежно должны подвергаться процессу выщелачивания извести и по истечении известного времени утрачивать всякую связность и разрушаться. В действительности так и есть: сооружения из портландцемента в природных водах обречены на разрушение. Это разрушение, обусловленное растворением извести, вытекает из природы самого портландцемента, должно начаться с первого момента погружения цементного изделия в воду. Существование многочисленных гидротехнических сооружений из портландцемента отнюдь не является опровержением такого положения, все эти сооружения находятся в стадии разрушения и окончательное их разрушение наступает по истечении довольно значительного времени вследствие того, что в естественных условиях всегда имеют место некоторые обстоятельства, которые чрезвычайно замедляют процесс выщелачивания извести.

Длительная служба бетонных сооружений в условиях постоянного действия растворителя (воды) показывает, что некоторые обстоятельства, замедляющие процесс выщелачивания извести, и определяют саму возможность применения бетона на портландцементе для сооружений, подвергающихся постоянному или периодическому действию воды.

Поверхность бетона, покрытая белыми отложениями, образовавшимися в результате карбонизации гидроксида кальция, вынесенного из толщ бетона, свидетельствует о процессах разрушения, идущих в глубине конструкций. Это признак растворимости компонентов цементного камня, но оценить степень опасности процесса разрушения можно только на основе тщательного анализа условий взаимодействия воды и бетона, интенсивности фильтрации воды, размеров (толщины) конструкции, изменения скорости фильтрации во времени и др.