Временное сопротивление бетона разрыву гораздо меньше, чем на сжатие; для ориентировочных расчетов труб, резервуаров и т. п. может служить сравнительная табл. 1, составленная на основании опытов и показывающая зависимость между прочностью на сжатие и разрывом. Из указанной таблицы видно, что прочность бетона на разрыв увеличивается в меньшей степени, чем на сжатие.
Под влиянием химического воздействия некоторых веществ бетон может разрушаться с поверхности, а в дальнейшем и по всей массе. В бетоне разрушается только одна составная часть — затвердевшее цементное тесто (или т. н. цементный камень) в силу особенностей его химического состава. Все разрушения происходят только в присутствии влаги, по большей части под непосредственным влиянием вымывающей воды или другой жидкости.
Табл. 1. Зависимость временного сопротивления на разрыв и на сжатие бетона
| Временное сопротивление в кг/см2 | Отношение Rсж/Rразр | |
| Rсж | Rразр | |
| 70 | 7,7 | 9 |
| 140 | 14,0 | 10 |
| 210 | 19,2 | 11 |
| 280 | 23,8 | 12 |
| 350 | 28,0 | 12,5 |
| 420 | 32,2 | 13 |
| 490 | 36,4 | 13,5 |
| 560 | 40,6 | 14 |
Вредные газы могут оказывать вредное влияние только на сырой бетон. Свежий менее устойчив против всех химических влияний, чем твердевший продолжительное время. Все основания (химические) и щелочи не оказывают вредного влияния, т. к. портландцемент вследствие выделения извести при гидролизе сам обладает щелочной реакцией.
Однако цемент с большим содержанием алюминатов может разрушаться и от сильных щелочей. Все кислоты (за исключением чистой щавелевой кислоты, которая с известью образует нерастворимые соли) разрушают бетон, т. к. образуют с известью цемента растворимые и иногда разбухающие соли. Опаснее всего серная, соляная и азотная кислоты, от которых бетон можно защищать только конструктивными мероприятиями, т. е. изолируя от непосредственного соприкосновения с ними.
Однако соляная кислота и хлористый кальций, прибавленные к портландцементу в количестве 2 ~ 6% по весу, даже полезны, т. к. они ускоряют твердение. Немного менее опасны углекислота, сернистая и другие неорганические кислоты. Под влиянием углекислоты сначала происходит карбонизация извести (полезная для прочности), но затем образуется кислый углекислый кальций, легко растворимый и вымываемый водой.
Разрушение бетона серной кислотой и всеми сернокислыми солями происходит потому, что серная кислота образует с известью цемента гипс или с его глиноземом сильно кристаллизующуюся (с большим количеством воды) двойную соль — сульфоалюминат кальция (т. н. цементная бацилла). При кристаллизации она сильно расширяется в объеме, разрушая бетон. Проникающая в него вода вымывает растворимый сульфоалюминат кальция и вызывает окончательный распад.
Из неорганических солей на бетон вредно влияют сульфаты, сульфиты и сульфиды даже в слабых растворах, в особенности, если они часто обновляются. Считается опасным содержание S03 более 300 мг на 1 л воды. В практике чаще всего встречается сульфат калия, натрия (глауберова соль), магния, кальция (гипс) и аммония.
Все другие растворимые соли аммония также оказывают вредное влияние. Из хлоридов неопасны хлористый натрий NaCl (поваренная соль); наоборот, опасны хлористый магний, хлористый аммоний (нашатырь), хлористая ртуть (сублимат) и хлористый кальций.
Из нитратов разрушает аммониевая селитра (удобрение), в то время как остальные (известковая, калийная и натриевая селитра) не вредны. Карбонаты (например углекислый натрий — сода) и силикаты (натриевое и калиевое жидкое стекло) безвредны, также и фтористые соли; последние служат даже для уплотнения.
Все аммониевые соли вредны, например сернокислый аммоний, солянокислый аммоний (нашатырь). Все органические кислоты по большей части вредны для, но в меньшей степени, чем сильные неорганические кислоты. Поэтому здесь достаточны защитные мероприятия в виде плотного бетона, применения цементов, бедных известью, и штукатурки.
Чаще всего встречаются следующие органические кислоты: молочная (силосные башни), уксусная, дубильная, винная (вино и пиво); в этих условиях следует принимать особые меры защиты также потому, что со временем он может оказывать влияние на чистоту и вкус жидкостей (это особенно относится к вину).
Такими мерами защиты служит покрытие резервуаров стеклянными плитками, парафином или штукатурка жидким стеклом. Алкоголь отнимает от бетона воду, приостанавливает твердение и часто вызывает неплотность.
Все масла и жиры (животные и растительные) оказывают сильное вредное влияние на бетон вследствие того, что жирные кислоты образуют с известью цемента легкорастворимые соли.
Напротив, минеральные масла и смолы (нефтяные продукты и получаемые путем перегонки угля) не вредны, так как они обычно свободных кислот не содержат. Сюда принадлежат нефть, газолин, бензин, бензол, смазочные масла, мазут, парафин, смолы и т. п.
При устройстве резервуаров для легких продуктов, например керосина, легко проникающих через бетон, требуется принятие особых мер, например устойчивой штукатурки жидким стеклом. Однако ни в коем случае нельзя допускать попадания нефти или масел в бетонную массу при затворении ее. Чистая вода не оказывает химического влияния, но в случае проникания через него (в особенности под давлением) она может растворять и уносить свободную известь, выделяемую цементом при твердении, ослабляя тем его.
Поэтому от действия на бетон чистой воды необходима защита, как и от минерализованной воды. Влияние морской воды определяется содержанием в ней растворенных солей, из которых вредное влияние оказывают хлористый магний MgCl2 и сульфат магния MgS04. Разрушение от морской воды происходит в силу образования гипса или сильно разбухающего сульфоалюмината кальция.
Не меньшее, зачастую даже большее влияние на разрушение оказывают физические и механические причины: мороз, удары волн, ледоход. Поэтому наряду с созданием плотного бетона и выбором соответствующего сорта цемента необходимо применение конструктивных мер.
Исследования показали, что большое влияние в море оказывают биологические факторы — растительные и животные обрастания. Предварительными опытами установили что бетонные массивы, подвергающиеся животному обрастанию, разрушаются химически; наоборот, растительные обрастания предохраняют его от разрушения.
Разрушение связано с выделением животными свободней углекислоты. Т. к. свежий бетон особенно сильно поддается действию разрушающих влияний, целесообразно применение заранее выдержанных бетонных блоков. Для работ в морской воде рекомендуются цементы, бедные известью. В случае применения портландцемента необходимо добавление пуццоланы; хороший бетон должен иметь < 250 кг цемента и 100 кг пуццоланы на 1 м3 бетона.
При возведении бетонных сооружений в болотной и торфяниковой водах необходима осторожность, т. к. в них содержатся гумусовые кислоты, иногда сернокислые соединения.
В сооружениях, проводящих канализационные воды, на стенах быстро образуется коллоидальный илистый налет, предохраняющий бетон от возможных химических влияний. Вредное действие на бетон оказывают только сточные воды с большим содержанием кислот, выделяемые некоторыми промышленными производствами.
При выпуске таких вод в канализацию необходимо разбавлять их водой; бетонные сооружения в этих случаях следует облицовывать кислотоупорным клинкером. Это же мероприятие предохраняет бетонные трубы от истирающего действий сточных вод, несущих с собой песок.
Химическое влияние на бетон дымовых газов наблюдается в паровозных депо, железнодорожных мостах и туннелях; разрушение вызывается содержащейся в газах сернистой кислотой; разрушение может происходить только во влажном бетоне; обыкновенно оно ограничивается только поверхностным слоем за исключением случаев, когда вследствие плохой изоляции влага проникает в толщу. Защитной мерой в этих условиях является просушивание.
Защитные мероприятия для бетона против химических влияний таковы,
Воздухонепроницаемость требуется от некоторых промышленных бетонных сооружений, как например: кауперов, газгольдеров и др. Для этой цели по большей части ограничиваются плотными смесями и нанесением плотной штукатурки с затиркой; однако такой бетон не будет вполне воздухонепроницаемым, так как всякий сухой бетон, даже образованный из чистого цемента, хотя и в незначительной степени, но воздухопроницаем.
Наоборот, влажный может рассматриваться как воздухонепроницаемый. Бели для некоторых определенных сооружений требуется полная и постоянная воздухонепроницаемость, то необходимо устраивать постоянное орошение бетонной стены или же добавлять безвредные, но сильно гигроскопичные препараты (например хлористый кальций), благодаря которым бетон будет постоянно влажным.
Стойкость против изнашивания имеет значение для бетонных полов, ступеней и т. п. Изнашивание не находится в прямой зависимости от прочности. Жирные и плотные оказывают значительно большее сопротивление изнашиванию, чем тощие, но решающее значение имеет выбор надлежащих инертных материалов большой твердости, не хрупких. Изнашиваемость различных видов испытывается обработкой образцов песчаной струей или на круге истирания. Сильное повышение сопротивления изнашиванию достигается введением в бетон при его изготовлении стальных или чугунных опилок.
Бетон обладает большим электрической сопротивлением в сухом состоянии, значительно уменьшающимся с повышением влажности. Переменный ток не оказывает влияния кроме выделения тепла; наоборот, постоянный ток при влажном бетоне вследствие электролиза вызывает ржавчину на железе, могущую привести к разрушению ближайший слой. В этих случаях необходима хорошая изоляция бетона как от тока, так и от сырости. Переменный ток, проходя через сырой бетон, повышает его температуру; это свойство переменного тока используется для нагревания бетона при зимних работах и вообще для ускорения твердения.
Огнестойкость имеет большое значение при постройке бетонных дымовых труб, сборных бетонных печей и при пожарах, когда температуpa может достигать 1 200°. На огнестойкость кроме цемента оказывает влияние также и род инертной добавки. При температурах выше 700° не следует применять добавки, содержащие кварц (песчаник, кварцит, гранит), т. к. кварц сильно увеличивается в объеме при нагревании.
Также невозможно применение известняка вследствие его разложения при температуре выше 800—900°. При высоких температуpax следут применять базальт и диабаз, но лучше всего доменный шлак, дающий даже при 1 100° ничтожное и равномерное расширение.
Обычный бетон, начиная с температур 70°, дает падение прочности, достигающее 50% при 200°. Это падение не является катастрофическим, т.к. не увеличивается со временем, но все же следует предохранять его от температуры выше 70°, а если это невозможно, то учитывать неизбежную потерю прочности при проектировании составов бетона.
Если предвидится действие постоянной температуры выше 200°, то необходима изоляция термоизоляционной штукатуркой, засыпкой, кирпичом и т. п. Огнестойкость значительно повышается, если к портланд-цементу или шлако-портландцементу добавить 25% шамотной пыли, а заполнители (песок и щебень) также сделать из шамота. Такой бетон не разрушается при температуре до 1 300°, но теряет при этом до 50% прочности.
Процесс твердения зависимости от условий, в которых он протекает, сопровождается изменением объема, а именно при твердении на воздухе бетон дает усадку, при твердении в воде разбухает, но весьма мало. Однако это справедливо только для небольших объемов.
В больших бетонных массивах происходит значительное расширение вследствие внутреннего выделения тепла, превосходящего усадку. Явление усадки зависит главным образом от качества употребляемого в дело цемента и величины водоцементного фактора. На величину усадки оказывают влияние характер инертных материалов и условия твердения .
На основании опытов можно сделать следующие выводы:
д) наши нормы устанавливают для коэффициента усадки величину ε = 0,0001 т. е. 0,1 мм на 1 n м.
Усадка и расширение должны учитываться при проектировании конструкций и производстве бетонных работ. Для устранения явлений усадки и расширения при возведении бетонных сооружений большой длины устраиваются специальные швы. В массивных сооружениях укладка бетона ведется отдельными участками. Во избежание сильного расширения и растрескивания бетонных массивов при внутреннем нагревании их экзотермией цемента применяют специальные цементы с малой экзотермией, например пуццолановые, а также искусственное охлаждение бетона посредством непрерывной циркуляции воды через трубки, уложенные в теле бетонных сооружений.
