Стійкість бетону — це здатність матеріалу довго зберігати свої властивості: вогнестійкість і жаростійкість, морозостійкість, стійкість бетону в хімічно агресивному водному і газовому середовищі, зберігати свої експлуатаційні якості при роботі в несприятливих умовах зовнішнього середовища без значних пошкодженнях і руйнуваннях. Особливо високе розширення тверднучого бетону (цементного каменя) відбувається в процесі утворенні гидросульфоалюміната кальцію (3caso4* ЗСаО * Al2o3 *30Н2О). Також корозія бетону може спостерігатися за наявності в повітрі вологи і різних кислих газів. Так, наприклад, сірчистий газ, що виходить з топок казанів, паровозів або з деяких хімічних апаратів, з’єднуючись з вологою повітря і парами води, утворює сірчисту кислоту, яка руйнує бетон так само, як і вільна кислота у водному середовищі. Процеси хімічної корозії бетону не можна розглядати поза зв’язком з фізичними і физико-хімічними процесами, що відбуваються в бетоні під впливом зовнішнього водного або газового середовища. Великий вплив, зокрема, надають об’ємні деформації, що виникають в результаті вологообміну (поглинання води та її пари), процеси заморожування і відтавання, просочування і фільтрації води, дифузійні процеси переміщення вологи в бетоні і так далі. Підвищення стійкості бетону незалежно від вигляду корозії досягається забезпеченням необхідної щільності і однорідності будови бетону. Наявність раковин і різного роду нещільності у вигляді відкритих або таких, що повідомляються між собою щілин, тріщин, що утворюються в результаті температурних або усадкових деформацій, найбільш сприяє виникненню і розвитку процесів корозії. Для підвищення стійкості бетону по відношенню до чисто хімічних процесів корозії необхідно не лише забезпечувати достатню щільність бетону, але і виробляти відбір вяжучих та заповнювачів, найбільш стійких в умовах даного виду корозії. Питання збереження арматури в бетоні нерозривно пов’язане з питанням стійкості бетону, тому його доречно буде розглянути тут же.

Збереження арматури в бетоні

Як правило, сталева арматура, увязнена, в бетоні не руйнується (але іржавіє) і може зберігатися у хорошому стані протягом досить тривалого часу. Збереження арматури пояснюється наявністю щілинного середовища в бетоні. Це справедливо лише для бетонів досить щільних, де унеможливлено доступу повітря безпосередньо до стрижнів сталевої арматури. Тому арматура в конструкції має бути покрита захисним шаром бетону, мінімальна товщина якого вагається від 10 (для тонкостінних і порожнистих плит, настилів) до 35 мм (для фундаментних черевиків). При несприятливому довкіллі (висока вологість, шкідливі гази і т. п.) товщину захисного шару слід збільшувати. Захисний шар має бути щільним, без яких-небудь тріщин або вад, інакше призначення його не виправдовується. Тріщини в захисному шарі відкривають доступ повітря безпосередньо до арматури, що викликає утворення плівки іржі, що супроводиться збільшенням її об’єму. Останнє викликає розтягуючі зусилля в бетоні, розтріскування і руйнування захисного шару, зі всіма негативними наслідками для довговічності залізобетонної конструкції.

Вогнестійкість і жаростійкість бетону

Під вогнестійкістю розуміють опірність бетону короткочасній дії вогню при пожежі. Під жаростійкістю розуміють стійкість бетону при тривалій і постійній дії високих температур в умовах експлуатації теплових агрегатів (жаротривкий бетон). Бетон належить до вогнестійких матеріалів. Внаслідок порівняно малої теплопровідності бетону короткочасна дія високих температур не встигає викликати значного нагрівання бетону та арматури, що знаходиться під захисним шаром. Значно небезпечніше поливання сильно розігрітого бетону холодною водою (при гасінні пожежі), вона неминуче викликає утворення тріщин, руйнування захисного шару і оголення арматури при дії високих температур, що продовжується. В умовах тривалої дії високих температур звичайний бетон на портландцементі не придатний до експлуатації при температурі вище 250°. Встановлено, що при нагріві звичайного бетону вище 250—300° відбувається зниження міцності з розкладанням гідрата окислу кальцію і руйнуванням структури цементного каменя. При температурі вище за 550° зерно кварцу в піску і гранітному щебені починають розтріскуватися внаслідок переходу кварцу при цих температурах в іншу модифікацію (тридиміт), що пов’язане із значним збільшенням об’єму зерен кварцу і утворенням мікротріщин в місцях зіткнення зерен заповнювача і цементного каменя. При подальшому підвищенні температури руйнуються і інші структурні елементи звичайного бетону. Науковими роботами, а також практикою встановлена можливість здобуття на основі портландцементу жаротривкого бетону, стійкого до температури 1100—1200° і більше.

Для цього в бетон необхідно вводити дрібномелені кремнеземні або алюмокремнеземні добавки, що зв’язують вільний гідроокис кальцію, що виділяється при гідратації цементу. У якості ж заповнювачів застосовують матеріали, що володіють достатньою мірою вогнетривкості і термостійкості, наприклад хромистий железняк, шамот, базальт, андезит, відвальний доменний шлак, туфи і цегельний щебінь. Максимальна температура, що витримується конструкціями, залежить, від вогнетривкості і термостійкості заповнювачів і тонкомолотих добавок. Так, при вживанні шамота і мелених добавок максимальна експлуатаційна температура жаротривких бетонів на портландцементі досягає 1100—1200°. При максимальній експлуатаційній температурі 700° можна як заповнювача бетону застосовувати базальт, діабаз, андезит, відвальний доменний шлак, артікський туф, бій глиняної цеглини, а як тонкомолотих добавки — пемзу, золу-віднесення, гранульований доменний шлак, цементівку. Для таких же температур (до 700°) допускається заміна портландцементу в бетоні шлако-портландцементом без введення в цьому випадку дрібномелених добавок. Для приготування жаротривкого бетону з експлуатаційною температурою до 1300—1400° слід застосовувати глиноземистий цемент з дрібним і крупним заповнювачами з шамота або хромистого железняка. Дрібномелені добавки для скріплення гідроокису кальцію в цьому випадку не потрібні. Як терпкий для жаротривкого бетону з максимальною температурою до 900—1000° можна застосовувати також рідке скло з кремнефтористим натрієм.

Стійкість бетону в хімічно агресивному водному і газовому середовищі

Цементний камінь в бетоні як компонент зазвичай менш стійкий, ніж кам’яні заповнювачі, що при дії на бетон хімічно агресивних агентів руйнується в першу чергу. Всі причини корозії бетону на портландцементі можуть бути зведені в наступні основні групи:

фізичне розчинення і винесення що фільтрує крізь бетон м’якою, прісною водою гідрата окислу кальцію та інших розчинних з’єднань, що входять до складу цементного каменя (явище вилуговування). Корозія цього вигляду пов’язана з прогресуючим зменшенням щільності бетону;
взаємодія компонентів цементного каменя, раніше всього гідрата окислу кальцію, з вільними кислотами, які можуть міститися у воді. В результаті цієї взаємодії утворюються відносно легко розчинні солі цих кислот (Caso4, СаСl2, Са(НСОз) 2 і ін.), що легко вимиваються водою з бетону;
взаємодія солей, що містяться в мінералізованих водах, зокрема сульфатних або магнезійних, із складовими частинами цементного каменя, наприклад Са(ВІН) 2, ЗСаО * А12О3 * 6Н2О; в результаті можуть відбуватися обмінні реакції з освітою в цементному камені нових з’єднань, легше розчинних у воді, ніж вихідні компоненти цементного каменя, наприклад утворення під дією сульфатних солей замість Са(ВІН) 2 легко розчинного гіпсу. Гіпс при кристалізації збільшується в об’ємі, що може привести до внутрішньої напруги і утворення тріщин, що підсилюють процеси корозії бетону та арматури.