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 си
стематизированные 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 кон
трольных 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 обще
профессиональные 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 эксплуатирую
щих 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, ремонтопригодно
сти и сохраняемости рассматривается как надежность строительных 
материалов и конструкций. 

Долговечность зданий и сооружений во многом определяется дол
говечностью 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 представ
ления 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 матери
ала 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 эксплуата
ции 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 эф
фект. 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 рас
творимость 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 силь
ноагрессивными 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 бикар
боната 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 взаи
модействия 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, сопро
вождающуюся 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.