Betonas yra patvari medžiaga, tačiau iš prigimties yra nevienalytė porėta medžiaga. Druskos kristalizacija Kai betonas liečiasi su vandeniu, kuriame yra daug tirpių druskų junginių, šios druskos prasiskverbia į betoną. Kai vanduo išgaruoja, druskos nuolat koncentruojasi betone ir galiausiai kristalizuojasi. Šis kristalizacijos procesas dažnai lydi tūrio padidėjimą, todėl betonas įtrūksta ir blogėja. Tipiškas pavyzdys yra sulfatinė korozija. Naudojant betonines medžiagas, labiausiai paplitusi cheminės korozijos forma yra sulfatinė korozija. Sulfatai reaguoja su kalcio aliuminatais cemente, sudarydami ekspansyvų etringitą, dėl kurio betonas įtrūksta.
Žiedynas Kai drėgmė gali prasiskverbti iš betono paviršiaus, ant paviršiaus visada atsiranda žydėjimas. Šios druskos išsiskiria iš betono, išgaravus vandeniui kristalizuojasi arba reaguodamos su atmosferoje esančiu anglies dioksidu susidaro kristalai. Rūgščių ir šarmų korozija Betonas yra šarminė medžiaga ir paprastai neturi šarminės korozijos. Tačiau chemijos gamyklose ilgalaikis didelės koncentracijos šarminių medžiagų poveikis taip pat gali pažeisti betonines medžiagas. Betonas turi silpną atsparumą rūgštims. Pavyzdžiui, anglies rūgštis reaguoja su kalcio hidroksidu, sudarydama tirpų kalcio bikarbonatą.
Neorganinė cementinė medžiaga Betonas: Tai apima kalkių silikatinį cementinį betoną (pvz., silikatinį betoną), silikatinio cemento betoną (pvz., silikatinį cementą, paprastą cementą, šlako cementą, lakiųjų pelenų cementą, pucolaninį cementą, ankstyvo stiprumo cementinį betoną ir kt.), kalcio aliuminatą. Tariamasis tankis Betonas pagal tariamąjį tankį gali būti skirstomas į: sunkųjį betoną, paprastąjį betoną ir lengvąjį betoną. Sunkus betonas: Kurio tariamasis tankis didesnis nei 2500 kg/m³, pagamintas iš ypač tankių ir sunkių užpildų, tokių kaip barito betonas ir plieninis užpildas betoną. Paprastas betonas: Dažniausiai naudojamas statybose, 1950-2500 kg/m³ tariamasis tankis, pirmiausia paruoštas iš smėlio ir akmens užpildų. Akytoji betono (putų betono) dalis: Tariamas tankis 300-1000 kg/m³. Putų betonas gaminamas iš cemento pastos arba cemento skiedinio ir stabilių putų. Didelių porų betonas: Paprastame didelių porų betone ir lengvame stambiaporiame betone nėra smulkių užpildų. Paprasto didelių porų betono tariamasis tankis yra 1500-1900 kg/m³, jis gaminamas naudojant skaldą, minkštą akmenį arba sunkųjį šlaką kaip užpildus.
Pagal statybos techniką Betonas pagal statybos techniką taip pat gali būti skirstomas į išcentrinį betoną, vakuuminį betoną, injektuotą betoną, šlifuotą betoną, ritininiu būdu sutankintą betoną, ekstruzinį betoną, pumpuojamą betoną ir kt. Be to, betonas pagal stiprumą gniuždant gali būti skirstomas į mažo stiprumo betoną (gniuždymo stipris mažesnis nei 30 MPa), vidutinio stiprumo betoną (stiprumas gniuždymui 30-60 MPa) ir didelio stiprumo betoną (stiprumas gniuždymui didesnis nei 60 MPa).
Kaip ir visos statybinės medžiagos, gelžbetonis laikui bėgant sensta. Dėl išorinio poveikio agresijos jame gali prasidėti irimo procesai, todėl ilgainiui gelžbetonio konstrukcijų kokybė prastėja, t. y. Jau statybų metu padarytos projektuotojų ir statybininkų klaidos gali paskatinti greitesnę paviršinių betono sluoksnių eroziją (mechaninį ardymą) dėl vėjo ar kritulių poveikio. Dažnai betono erozija ir jo struktūriniai pokyčiai - korozija - vyksta vienu metu. Betone gali prasidėti mechaninė ir cheminė korozija. Filtruojantis vandeniui per betoną iš cementinio akmens gali būti išplaunamos kalkės (tuomet betono paviršiuje matyti baltos apnašos). Šių trumpai aptartų gelžbetonio senėjimo procesų kur kas intensyviau gali vykti nebaigtame statinyje, todėl stabdant statybas reikia imtis skubios apsaugos nuo žalingo aplinkos poveikio - konservuoti statinį ir jo konstrukcijas.
Sulfatinės korozijos mechanizmas ir cheminės lygtys
Betono korozija dažnai įgauna cheminį pobūdį, o sulfatai yra vienas iš svarbiausių agresorių. Kai sulfatai patenka į cementinį akmenį, jie reaguoja su trikalcio aliuminatais (C3A) cementuose ir formuoja etringitą, kurio plėtimosi tūris žymiai viršija pradinį. Ši ekspansija sukelia betono porų užpildymą, pradžioje gali įtakoti stiprumą, o vėliau įstrižus armatūroje atsirasti įtrūkimus ir aižėjimą. Kristalizacijos aditivų panaudojimas gali mažinti šio proceso intensyvumą, nes formuojama netirpi kristalinė struktūra, užpildanti kapiliarus ir mažinanti vandens bei sulfatų difuziją į betono pagrindą.
Cheminės reakcijos, lemiančios sulfatinę koroziją, trumpai įvardinamos taip: sulfatai reaguoja su kalcio aliuminatais cemento matricoje, sudarydami ekspansyvų ettringitą. Dėl to atsiranda vidinis slėgis, kuris gali plėsti poras ir sukelti aižėjimą. Kristalinė hidroizoliacija suaktyvina netirpių kristalų formavimąsi viduje, užkimšdama kapiliarus ir mažindama cheminio skverbimosi greitį. Eksperimentiniai duomenys rodo, kad tepalai, kuriuose yra kristalizacijos priemaišų, padidina atsparumą sulfatų poveikiui ir gali žymiai pailginti konstrukcijų tarnavimo laiką netXA3 aplinkoje.
Įvairūs korozijos mechanizmai ir jų įtaka konstrukcijoms
Kartu su sulfatais dažnai vyksta ir karbonizacija, kai anglies dioksidas iš oro reaguoja su kalcio hidroksidu betone. Susidaręs kalcio karbonatas tvirtina struktūrą, tačiau sulfatinė korozija, ypač esant drėgmei ir agresyvioms aplinkoms, gali nualinti betoną. Chloridų ataka yra svarbi šaltojo klimato ir jūrinių konstrukcijų problema: chloridų jonai prasiskverbia per kapiliarinius porų takus ir įtrūkimus, išprovokuodami plieno armatūros koroziją. Tyrimai su Xypex kristaline technlogija rodo, kad integruota dangos ar miltelinio mišinio apdorojimo sistema gali žymiai sumažinti chloridų difuziją ir pratęsti korozijos pradžios laiką.
Reikšminga dalis tyrimų rodo, kad kristalinės hidroizoliacijos naudojimas betone gali sukurti nuolatinį barjerą, kuris trukdo agresyvioms medžiagoms prasiskverbti į pagrindą. Tyrimai su įvairiais betonų tipais (C30/37 ir kt.) bei naudotomis priemaišomis (Xypex Admix C-1000 NF ir kt.) rodo, kad masės praradimas, dinaminis elastingumo koeficientas bei gniuždymo stipris gerokai išlieka aukštiems lygiams, palyginti su neapsaugotais pavyzdžiais. Laboratoriniai ir lauko tyrimai patvirtina, kad kristalinė hidroizoliacija gali pailginti betono konstrukcijų tarnavimo laiką iki 2 kartų ir daugiau priklausomai nuo aplinkos sąlygų.
Kristalinė hidroizoliacija kaip praktinė apsaugos priemonė
Kristalinė hidroizoliacija gaminama kaip sausas miltelių mišinys arba dengiamoji medžiaga, kuri reaguoja su šalutiniais cemento hidratacijos produktais, susidaro netirpi kristalinė struktūra kapiliaruose, mikroįtrūkimose ir makroįtrūkimose. Ši sistema gali būti įterpta į statomą konstrukciją arba į diegiamą statinį eksploatacijos metu kaip priežiūros medžiaga. Kristalinės technologijos pasiekti pranašumai apima:
- netirpios kristalinės struktūros formavimąsi viduje, užkertantį kapiliarium ir cheminių medžiagų difuzijai;
- galimybę naudoti kaip sausą miltelius arba dengiamąją dangą;
- ilgalaikį atsparumą agresyvioms aplinkoms be lygiagrečios plastifikacijos ar lakų.
Tyrimai rodo, kad kristalinė hidroizoliacija gali būti taikoma su pelenų ir šlako priedais, išlaikant tas pačias nelaidumo ir mechanines savybes. Be to, ji mažina CO2 išmetimą dėl ilgesnio eksploatavimo laikotarpio ir mažesnio cemento suvartojimo.
Įvertinimas ir praktiniai pavyzdžiai
Praktiniai tyrimai atskleidė, kad 10 kubelių su Xypex priedu, veikiamų 36 000 mg/l SO4 koncentracijos, masės praradimas po 60 dienų buvo ženkliai mažesnis negu kontrolės atveju. Vertinant gniuždymo stiprumą ir elastingumą, pažeidimai pasireiškė vėliau ir su mažiau intensyviais pokyčiais. Nurodomos specifinės studijos su tiltais ir vandens aplinkomis rodo, kad Xypex priedas gali pailginti korozijos pradžios laiką iki dvigubai ar daugiau, palyginti su neapdorotu betono mišiniu.
Kitas svarbus aspektas - tvarumas. Kristalinė hidroizoliacija nedaro įtakos paviršiaus išvaizdai kaip tradicinės membranos, nes ji tampa betono dalimi ir neleidžia kilti pratekėjimams. Be to, po statinio eksploatacijos laikotarpio betonas su kristaline hidroizoliacija gali būti perdirbamas, o portlandcemento gamyba, reikalaujanti didelių energijos ir išmetamo CO2 kiekių, yra efektyviau valdomas dėl mažesnio cemento poreikio ilgesniame laikotarpyje.
Rekomendacijos statybose ir konservavime
Jei antžeminės gelžbetonio konstrukcijos nėra tiesiogiai veikiamos kritulių, specialios konservacijos gali būti nereikalingos, bet prireikus svarbu užtikrinti:
- pakankamą apsauginio armatūros betono sluoksnį;
- aukštą betoną klasę (ne žemesnę kaip C30/37);
- kokybišką tankinimą ir siūlių bei jungčių įrengimą;
- prioritetinę pasiruošimą konservuoti numatytas gelžbetonio konstrukcijas;
- prieš dengiant antikorozinę dangą tinkamai paruošti paviršių (drėgmė, sausumas, grublėtumas).
Kristalinė hidroizoliacija tampa viena iš efektyviausių priemonių kovoti su sulfatų, chloridų ir rūgštinių medžiagų įsiskverbimu. Ji gali būti taikoma kaip sausas mišinys arba dengiamasis komponentas, yra suderinta su pelenų ir šlako priedais, ir palaiko tvarumo tikslus dėl mažesnio portlandcemento suvartojimo bei galimybės perdirbti betoną.
Santrauka apie mechanizmus ir lygčių pagrindus
Sulfatinė korozija vyksta tada, kai sulfatai reaguoja su kalcio aliuminatais cemento matricoje, formuojant ekspansyvų ettringitą. Kristalinė hidroizoliacija suaktyvina netirpių kristalų augimą viduje, užpildydama kapiliarus ir sumažindama vandens difuziją. Chloridų ataka pasireiškia kai chlorido jonai prasiskverbia į betono vidų ir pažeidžia plieno armatūros pasyvų apsauginį sluoksnį; kristalinės dangos arba milteliai žymiai sulėtina šį procesą, sumažindami difuziją ir pratęsdami korozijos pradžios laiką. Apskritai, kristalinė technologija gali sumažinti cheminę eroziją, pailginti konstrukcijų tarnavimo laiką ir sumažinti priežiūros kaštus, o tuo pačiu laikyti betoną tvaresniu pasirinkimu statybose.