Что делать, если бетон крошится

Бетон как строительный материал, прежде всего, ценен своей прочностью, которая, фактически, считается синонимом его надежности и долговечности. Однако эти характеристики не взаимозаменяемы. Надежность бетона зависит не только от прочности, но и от множества других факторов.

Благодаря своей прочности, бетон применяется для изготовления самых ответственных конструкций, рассчитанных на длительные сроки эксплуатации.

Основными документами, регулирующими требования к бетонам, являются СТО НОСТРОЙ 2.6.54-2011 «Конструкции монолитные бетонные и железобетонные. Технические требования к производству работ, правила и методы контроля» и СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003».

Каким требованиям должны отвечать конструкции из бетона и железобетона, и как это обеспечивается

Возведение строительных конструкций — это длительный, многоэтапный и дорогостоящий процесс, результатом которого должно стать прочное и надежное в эксплуатации изделие.

Проектирование и изготовление железобетонных и бетонных монолитных конструкций всех типов должно осуществляться так, чтобы исключить:

1. деформации;
2. разрушение всей конструкции или ее отдельных частей;
3. возникновение повреждений сетей и систем инженерно-технического обеспечения недопустимой величины вследствие деформаций перемещения либо нарушения устойчивости несущих строительных конструкций.

Согласно СТО НОСТРОЙ 2.6.54-2011, конструкции зданий и сооружений из бетона и железобетона должны удовлетворять следующим группам требований:

1. Требования по безопасности. Чтобы конструкция им удовлетворяла, она изначально должна иметь характеристики, исключающие разрушение или нарушение эксплуатационной пригодности при различных расчетных воздействиях, которые она будет испытывать в процессе строительства и эксплуатации. Должны быть исключены разрушения, которые могут причинить вред жизни и здоровью людей, животных, растений, а также окружающей среде и имуществу.
2. Требования по эксплуатационной пригодности. Чтобы конструкция удовлетворяла таковым, ее начальные характеристики должны при воздействии расчетных нагрузок обеспечивать исключение образования либо чрезмерного раскрытия трещин, чрезмерных колебаний, перемещений и других повреждений, затрудняющих нормальную эксплуатацию или нарушающих требования к внешнему виду сооружения, технологические требования по работе с оборудованием и другие требования, установленные проектом.
3. Требования по долговечности. Начальные характеристики конструкции должны обеспечивать удовлетворение требованиям по безопасности и эксплуатационной пригодности в течение установленного срока с учетом влияния расчетных воздействий, включая неблагоприятные температурно-влажностные, технологические, климатические воздействия, длительные нагрузки, агрессивные воздействия среды и пр.
4. Дополнительные требования, которые могут быть указаны в проекте.

Все начальные характеристики бетона рассчитываются по предельным состояниям. Выделяют предельные состояния первой и второй группы.

Предельные состояния первой группы приводят сооружение к непригодности к эксплуатации; второй группы — затрудняют нормальную эксплуатацию конструкции либо уменьшают ее долговечность, по сравнению с таковой, предусмотренной проектом.

Все расчеты производятся таким образом, чтобы при воздействии любых расчетных нагрузок не возникали предельные состояния в течение всего срока эксплуатации, заложенного проектом.

Таким образом, перед началом строительства определяются все негативные воздействия, которые будет воспринимать конструкция, производятся расчеты по предельным состояниям, и исходя из этих расчетов, а также из предыдущего опыта строительства аналогичных конструкций в таких же условиях, производится выбор материалов и технологий, которые будут обеспечивать все необходимые начальные характеристики конструкции.

Прочность, надежность и долговечность бетона

Нормируемые показатели качества бетона изложены в ГОСТ 25192 и ГОСТ 4.212. Согласно этим документам, основными нормируемыми показателями бетона являются следующие:

1. Класс по прочности на сжатие. Обозначается литерой B и числовым коэффициентом, который соответствует предельному усилию в МПа, которое выдерживает без разрушения кубический бетонный образец с ребром 10 см (чем больше числовой показатель, тем выше прочность бетона).
2. Марка по средней плотности. Обозначается литерой D и коэффициентом, который соответствует массе одного кубометра бетона в кг.
3. Марка по водонепроницаемости обозначается буквой W и коэффициентом, характеризующим максимальное давление воды, при котором она не проникает в бетонный образец.
4. Класс по морозостойкости обозначается литерой F и числом, который показывает, сколько циклов замораживания и оттаивания выдерживает бетон без потери нормируемых показателей.

Нормируемые показатели бетона необходимо устанавливать для того, чтобы возможно было для каждого проекта выбрать соответствующий состав бетонной смеси, который при указанных в документации условиях твердения обеспечит получение бетона с заданными характеристиками.

Почему бетон крошится

Несмотря на то, что бетон — материал очень прочный, изделия из него также могут подвергаться разрушению под воздействием тех или иных факторов либо по другим причинам. Основные причины:

1. несоответствие характеристик бетона расчетным нагрузкам, воздействующим на конструкцию;
2. неправильный расчет нагрузок;
3. воздействие незапланированных нагрузок (к примеру, пожар, в случае, когда не было предусмотрено применение огнестойких материалов).

Все они сводятся к тому, что характеристики бетона по тем или иным причинам не соответствуют нагрузкам, которые воздействуют на конструкцию. Причины могут заключаться в неправильных расчетах, нарушении технологии, применении некачественных материалов, а результат один — бетон крошится.

Нештатные нагрузки

Прочность бетона на сжатие является основным нормируемым показателем бетона. Класс бетона по прочности на сжатие выбирается в зависимости от функционального назначения конструкции, для изготовления которой он применяется.

Так, например, фундамент многоэтажного дома требует применения бетона значительно более высокого класса по прочности, чем фундамент легкого деревянного дома, а бетонная автострада изготавливается из более прочного бетона, чем садовая дорожка.

Чем более выражено влияние негативных факторов, и чем большую нагрузку воспринимает конструкция, тем класс бетона по прочности на сжатие должен быть выше.

Необходимая прочность бетона достигается комплексом методов:

1. подбор состава и консистенции смеси;
2. подбор гранулометрии заполнителей;
3. оптимизация водосодержания смеси;
4. правильная укладка бетонной смеси и обработка уложенного бетона;
5. обеспечение оптимальных условий отверждения;
6. применение первичных и вторичных мер защиты бетона.

Прочность бетона должна быть достаточной для изготовления конкретной конструкции, но не более того. Чрезмерная для конструкции прочность бетона приводит к повышению финансовых затрат на его изготовление, поскольку она напрямую зависит от количества цемента в составе бетонной смеси, а цемент — это самый дорогостоящий ее компонент.

Прочность бетона фактически ассоциируется с его надежностью и долговечностью. Но для обеспечения долговечности конструкции бетон должен быть не только прочным, но и надежным. Прочность бетона не является чем-то статичным; это динамичный показатель, что связано с особенностями структуры бетона.

Механизм твердения бетона даже сегодня до конца еще не изучен, но принята общая официальная концепция.

Сразу после добавления воды к цементу запускаются химические реакции гидратации, в ходе которых на первом этапе образуется пересыщенный раствор гидроокиси кальция (продукта гидролиза алита). Далее вступают в реакции другие соединения клинкера, в результате чего практически сразу после затворения бетона обнаруживается высокая концентрация ионов кальция, а через несколько минут образуются первые гидратные фазы.

Через 2–6 часов начинается вторая стадия гидратации цемента, в ходе которой возрастает количество выделяемого тепла. В конце этой фазы бетонная смесь теряет пластичность и превращается в более хрупкий материал — бетон.

На третьей стадии начинается кристаллизация гидроокиси кальция из раствора, в результате чего происходит формирование основной структуры цементного теста. Образующиеся поры постепенно заполняются продуктами гидратации цемента, цементное тесто упрочняется и превращается в твердое камнеподобное вещество.

На практике этот процесс не выглядит таким плавным, как его изображают на обобщенных графиках. Как на начальной пластичной стадии, так и на поздних этапах отверждения процесс, если смотреть на изображающий его график, выглядит пилообразным: за периодом набора прочности наблюдается ее временный сброс.

Затвердевший бетонный камень, в отличие от имеющих стабильную структуру каменных материалов и керамики, имеет неоднородную структуру, которая включает кристаллические формирования, малоупорядоченные аморфные скопления, минеральные включения, не разложившиеся цементные зерна, межзерновые пустоты, капилляры, поры и воду в различных формах связанности.

Наличие поверхностно гидратированных частиц клинкера приводит к тому, что даже затвердевший бетон, в условиях сформировавшегося цементного камня, может испытывать дальнейшие гидратационные преобразования.

Говоря простыми словами, даже в бетоне изделия, изготовленного годы и десятки лет назад, находятся зерна цемента, которые гидратированы лишь в верхнем слое. Внутри они остаются в неизменном виде и при определенных условиях могут вступать в реакции гидратации.

Воздействие на бетон различных нагрузок, таких как повышенная температура, вибрация, электромагнитная обработка и др. может как снизить его прочность или разрушить, так и упрочнить, поскольку «набор» и «сброс» прочности характерен для бетона практически в любом возрасте.

В этом плане особенно опасны различные нештатные ситуации, например, пожар, при котором на бетон воздействуют повышенные температуры. Эти воздействия могут привести к разрушению бетона.

Применение специальных добавок для бетонов позволяет при незначительных расходах самих добавок значительно влиять на свойства бетонных смесей, динамику твердения и конечные характеристики бетона.

Согласно ГОСТ 24211-2008 Межгосударственный стандарт «Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия», добавками называются органические и неорганические вещества естественного и искусственного происхождения, применяемые как модификаторы свойств бетонных смесей на цементных и других вяжущих. Они подразделяются на группы, подгруппы и классы (перечислены в таблице ниже).

Неправильный выбор состава бетонной смеси

Частая причина того, что бетон крошится — неправильный подбор состава смеси.

Бетонная смесь состоит из цемента, воды, крупных и мелких заполнителей (либо только мелких заполнителей для мелкозернистых бетонов).

Чтобы получить бетон, имеющий определенные характеристики, эти компоненты должны быть смешаны в определенных пропорциях. Чем выше в бетоне количество цемента и выше марка по прочности цемента, тем более высокий класс по прочности имеет бетон.

Бетон более высоких классов по прочности на сжатие имеет более плотную структуру, в которой меньше пор и капилляров, и капилляры имеют меньший диаметр, благодаря чему бетон меньше впитывает воду.

Бетон с низким уровнем водопоглощения также более устойчив к отрицательным температурам. Если вода попадает в поры и капилляры бетона, при отрицательных температурах она замерзает, при замерзании увеличивается в объеме и разрушает структуру бетона. Это частая причина того, что бетон начинает крошиться после зимы.

Слишком большое количество воды в бетонной смеси

Вода необходима для формирования бетонного камня, поскольку он является продуктом реакций гидратации соединений цементного клинкера. Для химических реакций достаточно водоцементного соотношения 0,3, однако в этом случае бетонная смесь имеет высокую жесткость, и требует значительной виброобработки после укладки.

По удобоукладываемости бетонные смеси подразделяются на несколько классов, которые представлены в таблице ниже.

Как видим, они могут быть сверхжесткими, жесткими и подвижными.

Подвижные смеси подразделяются на классы по подвижности от П1 — смеси малой подвижности до П5 — литьевые (самоуплотняющиеся, самоукладывающиеся) смеси. В современном строительстве наибольшим спросом пользуются смеси средней и высокой подвижности, которые можно укладывать без виброобработки (а это экономия времени, электроэнергии и труда, отсутствие необходимости привлекать специализированную технику).

Получить такую смесь можно, если повысить водоцементное соотношение, то есть, добавить больше воды, однако в этом случае часть воды останется в не прореагировавшем состоянии, что приведет к ослаблению структуры бетона. Не связанная вода постепенно высохнет, а бетонная смесь к этому моменту уже потеряет пластичность, и в теле бетона останется слишком большое количество пор и капилляров.

Такой рыхлый по структуре бетон не только будет иметь сниженную прочность, но и более активно будет поглощать влагу при контакте с ней. Это особенно критично для конструкций с влажным режимом эксплуатации или при эксплуатации под открытым небом. При отсутствии защитных мер некачественный бетон вскоре начнет крошиться.

Что такое пластификаторы

Решить проблему повышения подвижности бетонной смеси без ущерба прочности бетона можно, применяя пластификаторы.

Применение пластификаторов — это способ повысить подвижность бетонной смеси, не добавляя лишней воды, а значит, не снижая прочность бетона.

Более того, пластификаторы и суперпластификаторы обеспечивают более высокую прочность бетона, снижают водопотребность бетонной смеси, предотвращают ее расслаивание, повышают ее жизнеспособность. Применение совсем небольших количеств пластификаторов для бетонных растворов позволяет не только получать более прочный и долговечный бетон, но и снижать количество цемента в смеси до 10 % без снижения прочности.

Компания CEMMIX производит несколько видов пластифицирующих и суперпластифицирующих добавок, повышающих подвижность бетонных растворов с П1 до П4–П5, предназначенных для разных видов бетонных конструкций:

1. Plastix,
2. Cem Base,
3. CemPlast,
4. Cem Stone,
5. CemThermo.

Воздействие агрессивных сред

Прочность и надежность бетона могут снижаться при воздействии агрессивных сред. Агрессивные для бетона среды классифицируются:

1. по физическому состоянию — на газообразные, жидкие и твердые;
2. по интенсивности воздействия — на неагрессивные, слабоагрессивные, среднеагрессивные и сильноагрессивные;
3. по характеру воздействия на бетон — на химические, биологические и механические.

При одновременном воздействии нескольких видов агрессивных сред, степень воздействия определяется по наиболее агрессивной. При комбинировании влияния агрессивных сред с механическим воздействием, степень агрессивного воздействия повышают на один уровень.

Под влиянием агрессивных сред могут возникать следующие виды коррозии бетона:

1. химическая;
2. биологическая;
3. физическая.

К видам химической коррозии относят кислотную, щелочную и солевую, в зависимости от того, какие среды воздействуют на бетон.

Постоянное воздействие воды на бетонные конструкции также является агрессивной средой, поскольку вода атмосферных осадков и грунтовая вода также может содержать растворенные кислоты, щелочи и соли.

Выщелачивание бетона происходит из-за содержания в нем гидроксида кальция. Он является водорастворимым соединением и легко вымывается из бетона при высокой влажности. Из-за этого на поверхности бетона появляются высолы, а его структура становится рыхлой, и со временем бетон начинает крошиться.

Кислотная коррозия бетона происходит под воздействием кислот, например, соляной, азотной, серной и прочих минеральных и органических кислот, которые могут содержаться в природных водах. Вступая в реакции с щелочными соединениями бетона, кислоты образуют легко растворимые соли, которые вымываются при воздействии воды.

Солевая коррозия бетона может появиться из-за использования хлористых солей в качестве противоморозных добавок. Чтобы избежать этого, рекомендуется при зимнем бетонировании применять специализированные противоморозные добавки, которые не только позволяют вести бетонные работы даже при отрицательных температурах до – 20° С, но и повышают прочность, плотность, водонепроницаемость и морозостойкость бетона.

Таковыми являются противоморозные добавки для бетона CEMMIX — CemFrio и HotIce, которые также имеют свойства пластификаторов бетонных смесей.

Биокоррозия бетона происходит под воздействием органических кислот, которые выделяют микроорганизмы — грибок, плесень, мхи, лишайники. Они могут развиваться на поверхности бетона при воздействии высокой влажности.

Физическая коррозия бетона вызывается истиранием и вибрацией, а также циклами замораживания и оттаивания.

Разрушение бетона из-за механических нагрузок

К механическим нагрузкам, разрушающим бетон, относятся истирание, а также ударные и раскалывающие нагрузки.

Бетон, при своей прочности на сжатие, имеет достаточно высокую хрупкость и малую прочность на растяжение при изгибе. Чтобы повысить ударную вязкость бетона и его устойчивость к раскалывающим нагрузкам, применяют армирование фиброй. Это добавление в бетонную смесь при замесе коротких волокон, которые распределяются в смеси и образуют трехмерный каркас. Бетон становится более стойким к ударным нагрузкам и к истиранию. Повышаются также его прочность и долговечность.

Полипропиленовая и базальтовая фибра CEMMIX — это материалы, которые имеют малый вес, они не утяжеляют бетон и обеспечивают повышение его прочности и долговечности, а базальтовая фибра еще и повышает огнестойкость бетона.

Защита бетона от коррозии

Методы защиты бетона от коррозии определяются СП 28.13330.2017 «Защита строительных конструкций от коррозии», который распространяется на конструкции и сооружения из бетона и железобетона, эксплуатирующиеся при воздействии агрессивных сред, при температурах от – 70 до + 50° С.

В соответствии с нормативом, применяются первичные, вторичные и специальные методы защиты бетона от коррозии.

В условиях слабоагрессивной среды применяются меры первичной защиты, иногда — вторичной. При влиянии средне- и сильноагрессивных сред применяется вторичная, первичная и иногда специальная защита.

К методам первичной защиты бетона относится выбор материалов и технологий, которые позволяют получить изделие, устойчивое к расчетным воздействиям. В частности, все виды химической, биологической и некоторые виды физической коррозии бетона связаны с тем, что он впитывает влагу. Это может происходить в том случае, если изделие эксплуатируется под открытым небом, в прямом контакте с грунтом или в помещениях с влажным режимом эксплуатации. В этих случаях важно использовать бетоны, которые имеют высокую плотность и низкий уровень водопоглощения.

С этой целью в состав бетонных смесей вводят добавки-гидрофобизаторы, которые позволяют получить бетон, водонепроницаемый во всем объеме. Такой бетон также имеет более высокую морозостойкость.

Компания CEMMIX производит высокоэффективный гидрофобизатор для бетонных и растворных смесей CemAqua, который также имеет свойства пластификатора и не только позволяет получить водонепроницаемый бетон, но и повышает подвижность бетонной смеси и прочность готового изделия.

К мерам вторичной защиты относится изоляция поверхности бетона от воздействия неблагоприятных сред, что достигается применением пропиток, гидрофобизаторов, лакокрасочных материалов, обмазочной и оклеечной изоляции, оштукатуривания, облицовки штучными материалами и пр.

Комплексное влагоотталкивающее средство CemAquaStop — это один из способов защитить поверхность бетона от воздействия влажности. При нанесении на поверхность бетонного изделия или других пористых материалов (керамика, известняк), средство образует тонкую водоотталкивающую полимерную пленку, устраняет намокание, водопоглощение, предотвращает появление грибка, плесени, высолов.

Таким образом, причины того, что бетон крошится — это неправильно выбранные материалы и технологии, не учитывающие нагрузки, которые будет испытывать изделие в процессе эксплуатации.

Поэтому основная мера профилактики преждевременного разрушения бетонной конструкции — правильный выбор материалов и технологий, а также применение современных добавок для бетонов.

Что делать, если бетон крошится

В случае, если на бетоне появились трещины, или он начинает разрушаться, необходимо оценить степень его разрушения.

При обследовании выясняют, как повреждение бетона влияет на его эксплуатационные характеристики. Различают три степени повреждения:

1. не оказывающие влияния на прочность конструкции;
2. уменьшающие прочность конструкции на 5–50 %;
3. снижающие прочность конструкции более, чем на 50 %, то есть, разрушающие ее.

При обследовании выясняют, удовлетворяет ли состояние конструкции требованиям поверочных расчетов по несущей способности и эксплуатационной пригодности. Если оно этим требованиям не удовлетворяет, необходимо усилить конструкцию либо снизить нагрузку на нее. Решение должно быть принято индивидуально, в зависимости от состояния конструкции.

Если разрушение зашло слишком далеко, обнажился крупный заполнитель, в некоторых случаях конструкцию придется демонтировать и заменить.

Так, например, заменяют разрушенный фундамент дома, который потерял несущую способность. Его могут удалять и изготавливать заново, частями.

Если такому разрушению подверглась дорожка или бетонная площадка, ее можно использовать как основание под тротуарную плитку или как подбетонку под новое покрытие из бетона. В этом случае основание шлифуют, грунтуют, трещины ремонтируют, а затем укладывают новый слой бетона либо тротуарную плитку.

Сколы и трещины, которые портят внешний вид конструкции или препятствует ее нормальной эксплуатации, но при этом не разрушают ее, ремонтируют с применением специальных цементных растворов, которые имеют высокую подвижность и быстро твердеют без усадки. Ремонт должен обеспечивать равнопрочность участков, которые подверглись усилению, с основным бетоном. Такие растворы приготавливают с применением модифицирующих добавок:

1. Высокоэластичные безусадочные ремонтные растворы с повышенной адгезией к бетонному основанию и высокой тиксотропностью, благодаря чему можно ремонтировать даже вертикальные и потолочные поверхности, получают с применением клея Elast Сemmix. В состав раствора входят одна объемная часть цемента, 3 части песка и по 0,7 части воды и клея Elast Сemmix. Раствор не сползает, быстро схватывается, имеет повышенную на 20 % прочность на сжатие и на 50 % — на изгиб. Пригоден для срочного ремонта.
2. Раствор на основе жидкого стекла Liqui — это безусадочный быстротвердеющий материал, который обладает водонепроницаемостью и антисептическими свойствами. Для приготовления смешивают одну объемную часть цемента, 3 части песка и 3 части жидкого стекла Liqui. Вода в состав раствора не входит, жидкое стекло ее полностью заменяет.

Перед началом ремонта трещины расшивают при помощи молотка и зубила либо болгарки. Крупные трещины расшивают по типу «ласточкин хвост» со сторонами 20 мм. Удаляют рыхлый крошащийся материал на сколах и трещинах. Если обнажилась арматура, ее очищают от ржавчины жесткой щеткой и покрывают антикоррозионной грунтовкой.

Удаляют образовавшуюся пыль пылесосом или промывают водой и высушивают. Поверхности грунтуют клеем Elast Сemmix либо другими грунтовками по бетону. После установки армирующих скоб наносят кельмой раствор. Его необходимо плотно уложить и разровнять так, чтобы отремонтированный участок был чуть выше основной поверхности, с расчетом на незначительную усадку и последующую шлифовку.

Бетон, несмотря на свою прочность, может крошиться. Но в некоторых случаях этот дефект можно отремонтировать. Добавки и фибра CEMMIX позволяют получать качественные и долговечные бетонные изделия и надежно ремонтировать возникшие дефекты. Купить продукцию CEMMIX можно в строительных сетях и на маркетплейсах. Также предлагаем закупать продукцию оптом по выгодным ценам и становиться нашими региональными представителями. Обеспечим информационной поддержкой, гарантируем своевременную отгрузку и рассрочку платежей.