Долговечность строительных материалов и конструкций

 
 
 
 
 
 
О. В. КОНОНОВА     В. М. ВАЙНШТЕЙН 
 
 
 
 
 
ДОЛГОВЕЧНОСТЬ  
СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ  
И КОНСТРУКЦИЙ 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Йошкар-Ола 
2019 
 
 

УДК 691:624.046(075.8)  
ББК 38.3я7 
К 64 
 
Рецензенты: 
профессор кафедры строительных материалов и технологий Российского университета транспорта (МИИТ), д-р техн. наук, профессор  
Л. М. Добщиц; 
 
профессор кафедры строительных технологий и автомобильных дорог 
Поволжского государственного технологического университета, 
 д-р техн. наук, академик РАЕ М. Г. Салихов 
 
 
Печатается по решению 
редакционно-издательского совета ПГТУ 
 
 
 
Кононова, О. В. 
К 64  
Долговечность строительных материалов и конструкций: учебное 
пособие / О. В. Кононова, В. М. Вайнштейн.  Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический университет, 2019.  74 с. 
ISBN 978-5-8158-2103-3 
 
В учебном пособии кратко охарактеризовано влияние агрессивных 
сред при эксплуатации строительных материалов и конструкций, асфальтобетонных покрытий. Описаны механизмы коррозионных процессов, представлены нормативные требования по защите бетонных, железобетонных, 
металлических и деревянных конструкций от коррозии. Рассмотрены нормативные требования к материалам с точки зрения пожарной безопасности. 
Для студентов направления 08.04.01 – «Строительство», обучающихся 
по программе магистратуры.  
 
 
УДК 691:624.046(075.8)  
ББК 38.3я7 
 
ISBN 978-5-8158-2103-3 
©Кононова О. В., Вайнштейн В. М., 2019 
 
© Поволжский государственный  
технологический университет, 2019 
 

ПРЕДИСЛОВИЕ 
 
Данное учебное издание предназначено для студентов дневной и 
заочной форм обучения направления 08.04.01 – «Строительство» в качестве основной учебной литературы по одноименной дисциплине 
«Долговечность строительных материалов и конструкций». 
В учебном пособии, структурированном в 5 глав, содержатся систематизированные сведения о причинах коррозии строительных 
конструкционных материалов – бетона, железобетона, металлических 
конструкций и конструкций из древесины, а также асфальтобетонных 
покрытий. Приведены важнейшие сведения из действующих нормативных документов по классификации степени агрессивности сред и 
способам защиты материалов от коррозии, представлены предназначенные для этого современные средства и рекомендации по обеспечению долговечности строительных материалов и конструкций на 
стадии проектирования, строительства и эксплуатации. 
Рассмотрен вопрос пожарной безопасности зданий и сооружений 
с точки зрения горючести конструкционных материалов и предела огнестойкости строительных конструкций.  
Приведенный в конце работы достаточно обширный список контрольных вопросов поможет обучающимся систематизировать изученный материал, осуществить самопроверку знаний и организовать 
самостоятельную работу по освоению дисциплины. Этому призван 
способствовать и терминологический словарь, где представлены важные понятия и определения, составляющие основу курса. 
Данное учебное пособие поможет студентам сформировать общепрофессиональные компетенции, развить у них опыт исследовательской работы, а также позволит усвоить сведения актуальных нормативных документов в области пожароопасности и коррозии строительных материалов и конструкций. Изучение изложенного здесь материала способствует формированию знаний и умений, необходимых 
будущим инженерам строительно-дорожного комплекса для проектирования и эксплуатации зданий и сооружений, обеспечения их качества и долговечности. 
 

ВВЕДЕНИЕ 
 
Предлагаемое вниманию читателей учебное пособие посвящено 
актуальной теме – повышению качества, надежности и долговечности 
строительных материалов, бетонных и железобетонных, металлических и деревянных конструкций, а также асфальтобетонных покрытий. 
Долговечность строительных материалов и конструкций – это 
комплексная характеристика, определяющая их способность сохранять эксплуатационные качества в течение заданного срока, подтвержденная результатами лабораторных испытаний и выражаемая в 
условных годах эксплуатации (срока службы). 
Наряду с долговечностью для проектировщиков и эксплуатирующих организаций существенное значение имеет безотказность, под 
которой понимается способность материалов и конструкций сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми 
перерывами на ремонт.  
Совокупность долговечности, безотказности, ремонтопригодности и сохраняемости рассматривается как надежность строительных 
материалов и конструкций. 
Долговечность зданий и сооружений во многом определяется долговечностью конструкционных материалов, которая, в свою очередь, 
зависит, главным образом, от их стойкости к коррозии и способности 
сопротивляться действию огня. К основным конструкционным строительным материалам относят бетон, железобетон, каменные материалы, сталь, древесину.  
В настоящем учебном пособии излагаются важнейшие представления о механизмах коррозионного разрушения конструкционных 
материалов, способах защиты от коррозии, приводятся также сведения о пожароопасности материалов и конструкций. Представлены основные рекомендации действующих нормативных документов, 
направленные на повышение долговечности и надежности строительных материалов и конструкций, асфальтобетонных покрытий.  
 
 

1. ДОЛГОВЕЧНОСТЬ БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ 
КОНСТРУКЦИЙ 
 
 
 
1.1. Коррозия бетонных и железобетонных конструкций 
 
Особенностью железобетона и бетона как строительного материала является то, что в процессе их изготовления и эксплуатации они 
проходят три этапа в отношении прочности:  
 упрочнение;  
 стабилизацию; 
 деструкцию.  
Деструкция бетонных сооружений протекает на стадии эксплуатации и может быть обусловлена физическими и химическими причинами. Соответственно, различают физическую и химическую коррозию. Физическая коррозия связана с процессами температурных и 
влажностных деформаций бетона. Она протекает под влиянием циклических процессов: нагрева и охлаждения, увлажнения и высушивания, замораживания и оттаивания.  
Химическая деструкция больше известна под названием коррозии 
цементного камня, так как она является следствием протекания химических реакций и других физико-химических процессов между составляющими элементами цементного камня и веществами, присутствующими в окружающей среде или в бетонной смеси. В бетоне как 
композиционном материале цементный камень выполняет функцию 
матрицы, которая по определению непрерывна в объеме композиционного материала.  
Цементный камень как матрица отвечает за прочность связи 
между частицами заполнителей, то есть за монолитность бетона. Основу цементного камня составляют водные высоко- и низкоосновные 
силикаты кальция, алюминаты кальция, портландит  Са(ОН)2, незначительное количество гидросульфоалюмината. Разрушение цементного камня может происходить под влиянием газовых, твердых и 
жидких агрессивных сред, а также под влиянием некоторых нежелательных компонентов, присутствовавших в материалах для бетона в 
недопустимых количествах. 

В эксплуатационных условиях на подземную и подводную части 
железобетонных конструкций (фундаменты, плотины, причалы, 
опоры мостов и т.п.) действуют проточные воды, растворы минеральных солей, минеральных и органических кислот, щелочные растворы. 
На наземную часть бетонных сооружений действуют агрессивные газовые среды (сероводород, хлористый водород и др.). Коррозионные 
процессы здесь могут интенсифицироваться под тонким слоем конденсата из атмосферной влаги.  
Прогнозирование долговечности осуществляют по оцениваемым 
в лабораторных условиях критериям коррозионного повреждения: 
 скорости продвижения вглубь агрессивного фронта; 
 глубине поражения бетона коррозией или толщине слоя бетона, 
потерявшего прочность на сжатие или растяжение; 
 относительному снижению прочности образцов бетона; 
 изменению концентрации портландита в бетоне. 
 изменению рН поровой среды бетона по сечению бетонной или 
железобетонной конструкции. 
К числу важнейших причин коррозии цементного камня относят 
растворимость портландита и его способность к химическому взаимодействию с веществами окружающей среды. 
При воздействии на железобетонную конструкцию пресной воды, 
в процессе ее диффузии в конструкцию, происходит растворение 
портландита и его миграция к поверхности с последующим вымыванием раствора. Этот процесс именуется I видом коррозии  коррозии 
вымывания или выщелачивания. Он сопровождается постепенным 
снижением показателя кислотности рН бетона.  
 Вода с повышенным содержанием бикарбоната кальция (жесткая 
вода) может замедлить или приостановить эту коррозию в безнапорных водах по следующей реакции:  
  
Са(ОН)2+Са(НСО3)2=2СаСО3+2Н2О.  
 
Образующийся карбонат кальция производит уплотняющий эффект. В напорных проточных водах процесс вымывания Са(ОН)2 из 

бетона со временем только ускоряется, т.к. вымывание повышает пористость бетона.  
Растворенные в водной среде вещества могут вызывать коррозию 
II вида – коррозию в минерализованных водах. Вода относится к минерализованной при содержании в ней растворенных соединений в 
количестве ≥ 5г/л.  
Водные растворы солей хлоридов (NaCl, MgCl2) повышают растворимость портландита и участвуют с ним в обменных реакциях с 
образованием непрочных и легкорастворимых соединений: 
 
МgCl2+Ca(OH)2=Mg(OH)2+CaCl2. 
 
Большинство минеральных и органических кислот являются сильноагрессивными средами по отношению к цементному бетону. 
При взаимодействии портландита с азотной кислотой образуется 
растворимая кальциевая селитра: 
 
2HNO3+Ca(OH)2=Ca(NO3)2+2H2O. 
 
Угольная кислота приводит к образованию растворимого бикарбоната кальция: 
Н2СО3+Ca(OH)2=Ca(HCO3)2. 
 
Исключение составляют фтористоводородная кислота и флюаты, 
которые при взаимодействии c портландитом образуют нерастворимые соединения:  
 
2НF+Ca(OH)2=CaF2+2H2O. 
MgSiF6+ 2Ca(OH)2=2CaF2+MgF2+ SiO2 +2H2O. 
 
Снижение содержания портландита вследствие химического взаимодействия или вымывания понижает показатель кислотности рН поровой среды бетона. Понижение показателя кислотности рН ниже 11 
создает условия для растворения других гидратных образований в цементном камне, что ускоряет процесс коррозии.  

Для повышения долговечности бетонных сооружений в условиях 
действия пресных или минерализованных вод для изготовления железобетонных конструкций рекомендуется применять пуццолановый 
портландцемент, портландцемент с активной минеральной добавкой 
(аморфного кремнезема, микрокремнезема и т.п.). Вследствие взаимодействия активной минеральной добавки с портландитом образуются водостойкие соединения гидросиликатов кальция по реакции 
 
Са(ОН)2+SiО2= СаO SiO2H2O. 
 
К III виду коррозии цементного камня относят коррозию, сопровождающуюся образованием веществ, увеличивающихся в объеме и 
способных создавать опасные внутренние напряжения в бетоне. Как 
правило, III вид коррозии вызывают сульфаты, поэтому этот вид коррозии называют сульфатной. 
Серная кислота тaк же, как и ионы (SO4)2-, провоцирует гипсовую 
коррозию, проявляющуюся в росте кристаллов двуводного сульфата 
кальция внутри бетона, создающих механическое напряжение вплоть 
до появления трещин в бетонной конструкции:  
 
H2SO4 + Ca(OH)2 = CaSO42H2O. 
 
Под влиянием ионов (SO4)2- возможно протекание сульфатной 
коррозии: 
 
3CaO Al2O36H2O+3(CaSO42H2O)+19H2O=3CaO Al2O33CaSO431H2O. 
 
Продукт коррозии – минерал эттрингит, имеет объем в 3 раза 
больше, чем гидроалюминат кальция, постепенно создает в бетоне недопустимо большое напряжение, приводящее к его разрушению. 
Сульфатную коррозию можно предупредить использованием сульфатостойкого портландцемента, в котором ограничено содержание 
клинкерных минералов, способствующих сульфатной коррозии: 
С3А ≤ 5 % и С3S ≤ 50 %.  
По типу сульфатной коррозии развивается коррозия вследствие 
образования таумасита.