Не только специалисту, но и любому человеку известно, что даже жизнь металлов – этих наиболее прочных материалов – не вечна. Каждый видел ржавчину и знает, что металлы разрушаются от коррозии. Но то, что коррозии подвержен и бетон, известно немногим.
Главная составная часть бетона – вяжущее вещество: портландцемент. Этот материал, без которого немыслимо современное строительство, начали использовать всего лишь 100 лет назад. Казалось, наконец-то найдено универсальное вяжущее – дешевое, прочное, устойчивое и на суше, и в реке, и в море. Но прошло некоторое время, и постройки, в которых был применен новый материал, начали разрушаться.
Первыми такая участь постигла морские сооружения- молы, дамбы. На глазах у всех гибли миллионы, а вместе с ними – репутация портландцемента. Его производство резко сократилось, а готовый цемент не находил покупателя. В чем же была причина непрочности бетона, в состав которого входило новое вяжущее вещество?
Основной материал, входящий в состав портландцемента – трехкальциевый силикат CCaO-Si02). Чем больше в материале этого минерала, тем быстрее твердеет бетон и тем выше его прочность. Значит, такой бетон лучше? Лучше, если он не подвергается действию воды. Когда бетон затвердевает, часть окиси кальция превращается в известь. Если бетонная смесь недостаточно плотная, то вода, проникая внутрь ее, растворяет известь. Это ослабляет связь между частицами цемента, между цементом и заполнителем бетона. Прочность его уменьшается. Чем тоньше стенка и чем больше напор воды, тем скорее происходит разрушение.
Признаки губительного действия воды можно увидеть даже невооруженным глазом. Раствор извести, вытекающий из внутренних слоев бетонного блока, оседает на его поверхности, образуя белые пятна. Наступает, как иногда говорят, “белая смерть” бетона.
Разрушения бетонного камня еще больше, когда вода засорена различными промышленными отходами или в ней растворены какие-нибудь соли. А соли в воде не редкость: в 1 тонне речной воды, которую мы называем пресной, растворено до 1,5 кг солей. Еще больше солей C5 кг/т) растворено в морской воде. Из катионов наиболее серьезный враг бетона – катион магния. Гидрат окиси магния менее растворим в воде, чем Са(ОН). Поэтому катионы Mg2+ вступают с растворенной известью в необратимую реакцию, значительно уменьшая концентрацию иона Са2н в растворе. Чтобы концентрация восстановилась, необходимы новые порции извести. Когда же весь Са(ОН) растворится, то магний начинает извлекать окись кальция из сложных соединений, входящих в состав бетона – гидросиликатов и гидроалюминатов, вызывая их разрушение. Такова сущность магнезиальной коррозии бетона.
Среди анионов тоже скрывается опасный враг бетонного камня – анион S042. С известью этот анион образует гипс (CaS04-2H20). Гипс вступает в реакцию с минералами, входящими в состав бетона, образуя новые вещества, объем которых почти в три раза больше объема исходных. Внутри цементного камня прорастают разветвленные кристаллы этих соединений и разрывают уже сросшиеся частицы бетона. Внешне они очень похожи на некоторые виды болезнетворных бацилл, поэтому их именуют цементными бациллами. В бетоне образуются трещины – результат так называемой сульфатной коррозии. Главная причина появления и “белой смерти”, и “цементной бациллы” – вода. Поэтому, казалось бы, проще всего отделить бетон от воды, исключить возможность проникновения ее в глубь монолита и тем самым предотвратить все процессы разрушения.
Для этого бетон покрывают различными водонепроницаемыми покрытиями: битумом, пластмассами, керамическими плитками и т. п. Это метод гидроизоляции. Он действительно самый простой, но, к сожалению, не самый дешевый. К тому же он не гарантирует длительной защиты. Как только покрытие отстает от бетонного массива или в нем появляются трещины, разрушение бетона становится неизбежным.
Есть еще один способ, основанный на том соображении, что чем плотнее бетон, тем тяжелее воде проникнуть в него и, соответственно, меньше ее разрушающее действие. Бетонную массу уплотняют специальными вибраторами. Однако и этот метод не решает проблему полностью. Еще А. Р. Шуляченко писал: “Мало уплотнить бетон, надо изменить самую природу цемента, сделать его менее подверженным разрушительному действию воды”.
Сейчас есть более совершенный метод повышения водостойкости бетона – химический. Он основан на введении в цемент специальных добавок, повышающих устойчивость бетона в воде. Чаще всего такие добавки – пуццолановые вещества, содержащие активную двуокись кремния: трепел, трасс, опока. Подобные пуццолановые добавки дали и название этому методу защиты бетона – пуццоланизация. Si02 взаимодействует с выделяющейся известью, образуя новые вещества – гидросиликаты, которые уже не растворяются в воде и не взаимодействуют с анионом SO42. Особенно ценно, что известь связывается не только на поверхности, но и внутри всей массы бетона. Эти добавки дешевы, их достаточно и в природных условиях, встречаются они и среди отходов промышленности. Поэтому с введением их бетон становится не только водостойким, но и более дешевым. Такие водостойкие бетоны применяют сейчас для строительства самых разнообразных сооружений, соприкасающихся с морской водой.
