Повреждения конструкций крупнозернистого бетона с включением филлитного щебня
При строительстве крупноблочных зданий в Мурманской области в поселке Никель и г. Заполярный используют тяжелый и крупнопористый бетон с крупным заполнителем из щебня твердых пород (габбро, диабазы), который иногда имеет включения филлита и других сопутствующих пород (метадиабазы, серпентиниты и т. п.).
Филлиты Печенского месторождения (Мурманская область), представляющие собой нестойкую метаморфическую горную породу (глинистый сланец) темного и темно-серого цвета, плотностью 2700— 2800 кг/м3 характеризуются значительным содержанием зерен с (прослойками различных примесей, в том числе кремнезема, рудных включений сернистых соединений, углистых веществ и т. п.
При хранении образцов филлита в воздушно-влажных условиях с относительной влажностью воздуха 95—-100% л температуре 20—25°С сорбционная влажность была равна 0,3—0,35% по весу.
При периодическом сорбционном увлажнении и сушке образцы испытывали значительные деформации пучения и усадки (рис. 1), которые достигали 2— 10 мм/м. Деформации образцов по длине, ширине и высоте были разные и при колебаниях влажности изменялись неоднозначно. При сушке отмечались остаточные деформации до 3—10 мм/м.
Большая величина и неравномерность набухания филлита при увлажнении является одной из причин образования в бетоне трещин.
Степень повреждения стен, цоколей, перекрытий и других конструкций всегда была связана с величиной, длительностью увлажнения и характером распределения влажности по толщине конструкций (табл. 2).
Из таблицы видно, что конструкции, которые находились в сухих условиях (внутренние стены, колонны, перекрытия и т. п.), т. е. когда влажность бетона (0,6—2% по весу) была меньше верхнего предела сорбционного увлажнения (адв—2,5 - 3%), имели незначительные повреждения в виде редких несквозных трещин с раскрытием до 0,5—1 мм. Признаки коррозии бетона или разложения филлита в этих случаях отсутствовали. Структура бетона была плотная и прочная. Минимальная прочность бетона по.данным ударного обследования была не ниже проектной. Конструкции, подвергавшиеся систематическому и длительному увлажнению атмосферными и грунтовыми водами (наружные стены, цоколи, стены подвалов, фундаменты и т. п.), влажность бетона которых (плотного 3—5%, вспученного 4—12%) была значительно выше верхнего предела сорбционного увлажнения, имели значительные повреждения в виде трещин с раскрытием до 10—45 мм, пучения и расслоения бетона. Пучение и расслоение бетона на глубину до 10—20 см наблюдались в наружных слоях стен, подверженных значительному увлажнению. В местах пучения структура бетона
была полностью разрушена коррозией и морозом. Бетон легко разбирался и осыпался при ударе. В отдельных случаях разрушение цокольных блоков и блоков подвальных стен привело к аварийному состоянию зданий. Значительные повреждения в виде трещин с раскрытием до 3—6 мм в простеночных блоках и до 10—45 мм в подоконных блоках возникали снаружи вследствие пучения бетона на глубину 7-10 % толщины стены (рис. 3). Влажность бетона колебалась от 1,5% летом до 6% зимой и весной. Источником увлажнения наружных слоев стен являлись дождевые и талые воды, а также конденсации паров воды, диффундирующих через стены в (период отопления.
Для второго вида повреждения характерно частичное или полное разрушение цементного камня. Бетон был полностью разрушен, легко разбирался или осыпался в виде порошка.
Химические и рентгеноструктурные исследования показали, что причиной разрушения цементного камня в этом случае была -сульфатная коррозия. В продуктах разрушения было обнаружено большое количество гидросульфоалюмината кальция. Общее содержание серы в продуктах разрушения достигало 13—1.9%.
Третий вид повреждений был вызван морозным пучением влажного бетона зимой. Этот вид повреждений являлся вторичным, т. е. следствием предварительного разрушения (вспучивания) бетона химической коррозией, что увеличивает влагоcть бетона и снижает его морозостойкость.
Известно, что сульфатная и щелочная коррозии протекают медленно и могут продолжаться длительное время.
tB связи с этим в 1971-41972 гг. на нескольких крупноблочных дамах, находящихся в эксплуатации 6—8 лет, проводилась натурное исследование динамики коррозионных процессов во времени (развитие, затухание, стабилизация). Исследование осуществлялось тремя способами: а) измерением общего расширения зданий с помощью теодолита; б) определением деформаций и раскрытия трещин отдельных блоков; в) изучением роста числа трещин -на поверхности наружных стен зданий.
Результаты теодолитных измерений расширения стен двух пятиэтажных зданий длиной 54 и 74 м показаны на рис. 4 (после отделения температурных и влажностных деформаций).
Основной причиной повреждений бетонных конструкций является использование филлитного щебня, который обладает объемным расширением при увлажнении, реакционной способностью со щелочами цемента, боль- f. м содержанием сернистых соединений, горные явились причиной химической эрозии и снижения морозостойкости бетона.
Наибольшие повреждения имели конструкции, средняя влажность которых превышала 2,5—3%. Конструкции, влажность которых была меньше 2%, имели незначительные повреждения и сохраняли достаточную несущую способность.
По данным натурных измерений химическая коррозия бетона через 6—8 лет эксплуатации зданий продолжала интенсивно развиваться без видимых признаков затухания.