В книге рассмотрены элементы механизма микротрещинообразования и деформации цементного камня и бетона исходя из условия неравномерности распределения внутренних напряжений в них. Описаны результаты исследований одного из факторов долговечности гидротехнического бетона влияния фильтрующейся воды. Освещены природа и закономерности самоуплотнения бетона и диффузионной проницаемости его. Значительная часть книги посвящена исследованиям влияния трещин на водопроницаемость и долговечность бетонных конструкций, работающих в условиях напорной фильтрации воды. Приведены формулы для расчета расхода воды в трещинах бетона, а также для кинетики самоуплотнения трещин, проанализированы основные закономерности кинетики выщелачивания гидрата окиси кальция из бетона через трещины в конструкции, рекомендованы допускаемые значения раскрытия трещин в бетонных и железобетонных конструкциях гидротехнических сооружений по условиям долговечности. Книга предназначена для научных и инженерно-технических работников научно-исследовательских и проектных институтов промышленности строительных материалов и строительных организаций.

Предисловие

Глава I. Прочность и деформационные свойства бетона
Современные представления о механизме деформации и разрушения бетона
Закономерности микротрещинообразования, деформации и разрушения модели кристаллического сростка цементного камня
Особенности работы бетона в изгибаемых элементах конструкций
Ползучесть цементного камня и бетона
Влияние водонасыщения бетона на его прочность 

Глава II. Структура бетона и его водопроницаемость 
Структура и эффективная пористость бетона
Водопроницаемость и самоуплотение бетона
Диффузионная проницаемость бетона 
Распределение напора в бетонной конструкции при фильтрации воды

Глава III. Водопроницаемость трещин в бетоне
Классификация трещин в бетонных и железобетонных конструкциях
Начальная водопроницаемость трещин
Водопроницаемость клиновидных трещин
Самоуплотнение трещин

Глава IV. Выщелачивание гидрата окиси кальция из бетона через трещины в конструкции
Результаты натурных наблюдений
Выщелачивание извести через трещины с параллельными стенками
Выщелачивание извести через клиновидные трещины
Установление допускаемой ширины раскрытия трещин в бетонных и железобетонных конструкциях по условиям долговечности бетона 

Список литературы

Предисловие

«Основными направлениями развития народного хозяйства СССР на 1976—1980 годы», утвержденными XXV съездом КПСС, предусмотрено повышение качества строительства и долговечности зданий и сооружений.

В этой связи с ростом объема строительства водохозяйственных и гидроэнергетических сооружений большое значение приобретает вопрос повышения эффективности использования бетона в конструкциях. Обеспечение их проектной прочности и долговечности в значительной мере зависит от полноты учета влияния условий эксплуатации сооружений на кинетику изменения свойств бетона. Эти вопросы решают в настоящее время с привлечением достижений науки в области технологии бетона, физико-химии, физики твердого тела, теории прочности, химии силикатов, термодинамики, коррозии и др.

В предлагаемой книге рассмотрен сравнительно небольшой круг вопросов, относящихся к затронутой проблеме. Вначале рассмотрены вопросы прочности и деформативности бетона с позиций учета неравномерности поля внутренних напряжений в кристаллическом сростке цементного камня и в элементах бетонных конструкций. Принятый метод исследования облегчает раскрытие механизма и последовательности развития микротрещинообразования в цементном камне, что позволяет уточнить закономерности деформирования и разрушения бетонных и железобетонных конструкций под действием внешних сил, собственных напряжений в цементном камне и внутренних напряжений термического или влажностного происхождения.

С этих же позиций рассмотрено влияние водонасыщения на прочность бетона.

Значительная часть книги уделена некоторым, мало освещенным в литературе вопросам долговечности бетона в сооружениях, находящихся под постоянным воздействием водной среды.

В настоящей книге рассматривается физическая долговечность бетона, постоянно испытывающего воздействие природных пресных вод. При этом вопросы морозостойкости бетона не затрагиваются, им посвящены монографии, вышедшие в свет в последние годы.

Основным условием долговечности бетона является, как известно, его высокая плотность, при которой затрудняется проникание агрессивных агентов, в частности воды, в его капиллярно-пористую систему. С другой стороны, та же вода обусловливает развитие самоуплотнения бетона. Результирующий эффект деструктивных и конструктивных процессов представляет собой сложную функцию многих факторов, к установлению которой делаются пока первые шаги. Практически снижение проницаемости бетона в процессе самоуплотнения до значений коэффициента фильтрации, равных приблизительно 1 пм/с, является достаточным условием обеспечения его долговечности, так как при этом снижается и эффективный коэффициент диффузии.

Трещины и швы называют «воротами агрессии» в сооружении: по ним облегчается поступление агрессивных веществ в толщу бетона и вынос из него продуктов коррозии. Области коррозии, протекающей вначале в сравнительно небольших зонах, примыкающих к трещинам, в случае слабого самоуплотнения бетона расширяются и могут охватить значительную часть конструкции. Однако известно много примеров нормальной долголетней работы бетонных сооружений с трещинами. Поэтому представляет практический интерес выявление комплекса условий, при которых трещины не угрожают долговечности сооружения.

Долговечность сооружений, работающих в условиях фильтрации речных и грунтовых вод, во многих случаях определяется интенсивностью выщелачивающей коррозии. СНиП 11-28-73 устанавливают довольно жесткие ограничения максимальных значений В/Ц бетона, напора воды и ширины допускаемого раскрытия трещин в конструкциях, подверженных этому виду коррозии. Указанные ограничения распространяются на сооружения, проектируемые для эксплуатации в воде - среде, характерной для большинства рек и пресных водоемов Советского Союза.

Между тем многолетние натурные наблюдения и лабораторные исследования выявили затухающий характер выщелачивающей коррозии, что связано с процессами самоуплотнения бетона и трещин в нем. Установление количественных закономерностей кинетики этих процессов позволило обосновать более высокие верхние пределы значений безопасного раскрытия трещин и В/Ц бетона для многих групп гидротехнических сооружений. Это вскрывает значительные резервы экономии в гидротехническом строительстве, в частности за счет применения арматуры класса A-III, высокая прочность которой часто может быть использована только при допущении достаточно широкого раскрытия трещин.

Применительно к условиям эксплуатации речных сооружений, воспринимающих напор воды, ширину безопасного раскрытия сквозных трещин в железобетоне во многих случаях нужно ограничивать по условиям допускаемой водопроницаемости конструкций, а также обеспечения долговечности бетона. В слабо минерализованной воде интенсивность коррозии стали вообще мала, а в трещинах подводных железобетонных конструкций она ослаблена еще затрудненным доступом кислорода к катодным участкам арматуры, находящимся под защитным слоем бетона [Закономерности коррозии арматуры в трещинах гидротехнического железобетона освещены в работе].

В предлагаемой книге обращается внимание читателя на проявление специфических свойств бетона в водной среде. Наиболее характерное из них самоуплотнение, которое протекает во всех случаях взаимодействия бетона с водой. Это ценное свойство в настоящее время не учитывают при проектировании напорных сооружений из соображений осторожности. Такая осторожность объясняется отсутствием достаточно убедительных обобщенных данных, которые могли бы быть положены в основу соответствующих нормативных указаний. Одной из главных целей книги и является хотя бы частичное восполнение этого пробела.

Многолетние экспериментальные исследования влияния трещин на долговечность бетона, результаты которых использованы в книге, выполнены автором совместно с К.А. Чечелашвили в ГрузНИИЭГСе. В этих экспериментах самое активное участие принимали В.Я. Шаповалова и О.А. Саралидзе.

Автор с благодарностью отмечает неизменную поддержку его работы проф. Г.Д. Цискрели. Большую помощь в решении отдельных вопросов фильтрации оказал В.М. Насберг.