Введение: термодинамика против долговечности
Бетон часто называют «искусственным камнем», подразумевая его вечность. Однако с точки зрения термодинамики, железобетон — это метастабильная система, стремящаяся вернуться в исходное природное состояние под воздействием окружающей среды. Гидратная известь стремится стать карбонатом (мелом), стальная арматура — оксидом (ржавчиной), а сложные гидросиликаты разрушаются кислотами.
Согласно СП 28.13330.2017 «Защита строительных конструкций от коррозии», долговечность конструкции определяется способностью защитного слоя бетона сопротивляться проникновению агрессивных агентов. Любой ремонт должен начинаться с квалифицированной диагностики. Инженер обязан ответить на вопрос: «Какой именно механизм коррозии разрушает данную конструкцию?». Без этого ответа любые восстановительные работы будут временной мерой.
Глава 1. Классификация агрессивных сред по ГОСТ 31384
В российской нормативной базе агрессивные среды воздействия на бетон разделены на классы. Правильная идентификация класса среды — это первый шаг в диагностике.
Таблица 1. Классы среды эксплуатации и риски коррозии
| Класс среды |
Описание воздействия |
Механизм разрушения |
Типичные объекты |
| XC 1 – XC 4 |
Карбонизация (воздействие CO2 воздуха) |
Коррозия арматуры из-за падения pH бетона |
Фасады зданий, внутренние помещения, открытые навесы |
| XD 1 – XD 3 |
Хлориды (не из морской воды) |
Питтинговая коррозия арматуры |
Мосты, путепроводы, паркинги (антиобледенители), бассейны |
| XS 1 – XS 3 |
Морская вода (хлориды) |
Интенсивная электрохимическая коррозия |
Пирсы, волнорезы, причальные стенки |
| XF 1 – XF 4 |
Замораживание / Оттаивание |
Физическое разрушение структуры льдом |
Цоколи, дорожные покрытия, гидротехника |
| XA 1 – XA 3 |
Химическая агрессия (грунт, стоки) |
Сульфатная коррозия, выщелачивание |
Фундаменты, коллекторы, очистные сооружения |
Глава 2. Физико-химия разрушения: диагностика причин
Рассмотрим детально процессы, скрывающиеся за этими классами, и их визуальные признаки, которые инженер может идентифицировать при осмотре объекта.
2.1. Карбонизация: потеря щелочного иммунитета
Свежий бетон обладает высоким водородным показателем pH (12,5–13,0) благодаря наличию гидроксида кальция Ca(OH)2 в поровой жидкости. В такой сильнощелочной среде на поверхности стальной арматуры образуется плотная, нерастворимая пленка из оксидов железа (пассивирующая пленка). Пока она цела, металл не ржавеет.
Химизм процесса: Углекислый газ (CO2) из атмосферы диффундирует в капилляры бетона и реагирует с известью, превращая её в нейтральный карбонат кальция (мел). Уровень pH бетона падает ниже 9,0. Пассивная пленка на арматуре становится неустойчивой и растворяется. Запускается механизм электрохимической коррозии.
Механика разрушения: Продукты коррозии железа (ржавчина) имеют объем в 3–6 раз больше, чем исходный металл. Это создает в бетоне внутреннее напряжение распора, достигающее 20–30 МПа. Поскольку прочность бетона на растяжение редко превышает 3–5 МПа, защитный слой откалывается.
Диагностический признак: Продольные трещины строго над арматурными стержнями, отслоение лещадок бетона, оголенная ржавая арматура. Тест раствором фенолфталеина на свежем сколе показывает отсутствие малиновой окраски.
2.2. Хлоридная агрессия: невидимый враг
Хлориды — это «убийцы» арматуры. Они проникают в бетон с противогололедными реагентами или морской водой. Их опасность заключается в способности разрушать пассивную пленку локально даже в высокощелочном бетоне (при pH > 12).
Химизм процесса: Хлорид-ионы действуют как катализатор. Они вступают в реакцию с железом, образуя растворимые комплексы, которые затем гидролизуются с образованием ржавчины и высвобождением иона хлора обратно. Один ион хлора может участвовать в цикле разрушения тысячи раз.
Диагностический признак: Питтинговая (язвенная) коррозия. Арматура может быть глубоко изъедена в одной точке при отсутствии масштабных повреждений бетона вокруг. Часто проявляется в виде локальных рыжих потеков.
2.3. Сульфатная коррозия: разрушение изнутри
Характерна для конструкций, контактирующих с сульфатными грунтами или сточными водами. Сульфаты реагируют с гидроалюминатом кальция в цементном камне, образуя минерал эттрингит.
Механика разрушения: Кристаллы эттрингита при росте увеличивают свой объем в 2,5 раза. Поскольку реакция идет в уже затвердевшем бетоне, это приводит к возникновению колоссальных внутренних напряжений кристаллизации.
Диагностический признак: Хаотичное растрескивание бетона, образование белых налетов (высолов), превращение бетона в рыхлую гипсоподобную массу.
Глава 3. Инженерный регламент ремонта (СП 72.13330)
Восстановление несущей способности — это строгая последовательность операций. Нарушение любого этапа сводит на нет эффективность работ.
Этап 1: Подготовка основания
Согласно СП 72.13330.2016, ремонтный состав должен иметь высокую адгезию к основанию. Карбонизированный, пропитанный хлоридами или рыхлый бетон должен быть удален.
- Удаление бетона: Механическое или гидроструйное. Необходимо вскрыть арматуру и удалить бетон за стержнем на глубину 10–20 мм.
- Очистка арматуры: До степени Sa 2 1/2 (серебристый металл). Ржавчина удаляется пескоструйной обработкой.
- Шероховатость: Поверхность бетона должна быть шероховатой для механического зацепления ремонтного состава. Прочность основания на отрыв — не менее 1,5 МПа.
Этап 2: Антикоррозионная защита арматуры
Простого бетонирования недостаточно. Необходимо восстановить химическую пассивность стали. Для этого применяются составы с ингибиторами коррозии, которые создают щелочной барьер и химически останавливают окисление.
Подробнее в статье — Цементные ингибиторы коррозии для защиты арматуры в железобетонных конструкциях
Этап 3: Восстановление геометрии
Выбор ремонтной смеси зависит от ориентации конструкции и нагрузок.
- Для вертикальных поверхностей и потолков: Тиксотропные смеси (не стекают, наносятся слоем до 30-40 мм за проход).
- Для полов и перекрытий: Наливные безусадочные смеси.
Важно: Все ремонтные составы должны обладать компенсированной усадкой, чтобы избежать отрыва по контактной зоне.
Смотрите статью — Ремонт бетона в сжатые сроки по ГОСТ 32016-2012
Глава 4. Вторичная защита: выбор инженерного решения
Отремонтированный участок и старый бетон нуждаются в защите от внешней среды. Выбор системы зависит от выявленной на этапе диагностики причины разрушения.
Сценарий А: Защита от карбонизации
Для фасадов и транспортных сооружений требуются покрытия, блокирующие углекислый газ, но пропускающие пар. Барьерные свойства покрытия по сопротивлению диффузии CO2 должны быть эквивалентны слою бетона толщиной в несколько метров.
Сценарий Б: Защита динамических конструкций
Если диагностика выявила температурные или усадочные трещины, жесткие краски бесполезны, так как они порвутся при раскрытии трещины. Требуются эластомерные системы, способные перекрывать трещины (Crack-Bridging) даже при отрицательных температурах.
Сценарий В: Реставрация и влажные основания
Для старых зданий, где важна паропроницаемость («дыхание» стен), применяются силикатные системы. Они химически реагируют с основанием (силикатизация) и не образуют пленку, позволяя влаге беспрепятственно выходить из стены.
Сценарий Г: Промышленная защита
В условиях цехов и паркингов бетон требует защиты от абразивного износа и химических проливов. Здесь применяются полимерные составы (эпоксидные или полиуретановые), создающие непроницаемый и высокопрочный слой.
Смотрите статью — Защита бетона от агрессивных сред
