4.5. Бетон и железобетон в реставрационных работах

Бетон в современном понятии этого термина представляет собой искусственный каменный материал, полученный в результате затвердевания рационально подобранной смеси, состоящей из минерального вяжущего, крупного и мелкого заполнителей, различных добавок, воды или растворов некоторых солей. Повышение несущей способности бетонных конструкций достигается введением в них различного вида стальной арматуры и полимерных добавок, значительно увеличивающих прочность минеральных вяжущих. Самым древним прообразом современного бетона является так называемый «римский» бетон – смесь свежей гашеной извести с гидравлическими (пуццолановыми) добавками и легкими пористыми (туфовыми, пемзовыми) заполнителями. Подобный бетон отличался высокой прочностью и широко использовался в строительстве мостов, акведуков, сводов терм, базилик и др.

Гидравлические вяжущие как основная составляющая бетона были известны и в Киевской Руси, где для строительных целей использовалась известь с добавками тонко измельченного кирпича.

Повсеместное внедрение бетона и железобетона в строительную практику непосредственно связано с появлением в Европе цемента, интенсивные исследования и разработки в области технологии которого относятся к концу XVIII – началу XIX в.в. Что касается России, то практическое освоение цементного бетона и научные разработки в области этого искусственного материала получили развитие в конце XIX – начале XX в.в.

В реставрации памятников архитектуры бетон и железобетон как новый строительный материал в основном используется в укреплении или замене старых, пришедших в негодность, частично разрушенных скрытых от глаз наблюдателя конструктивных частей зданий и сооружений, – воспринимающих распор сводов поясов, блочных и свайных фундаментов, несущих балочных конструкций перекрытий, колонн, опор и пр.

При этом следует иметь в виду специфические условия, в которых предстоит работать этим современным строительным элементам. Дело в том, что цемент как основная составляющая бетона наиболее подвержен разрушению под воздействием различных физических, химических и биологических факторов, в связи с чем при ведении реставрационных работ необходимо использовать лишь такие бетонные и железобетонные изделия, которые изготавливались на вяжущих, способных противостоять развитию соответствующих коррозионных процессов.

Наиболее агрессивным видом коррозии бетона является коррозия химическая, обусловленная разрушающим воздействием на цементный камень пресных (мягких) и минерализованных вод в совокупности с такими физическими факторами, как циклическое увлажнение и высушивание, замораживание и оттаивание эксплуатируемых конструкций. По механизму разрушающего воздействия на бетон химическая коррозия подразделяется на три вида. Первый вид коррозии связан с разрушающим действием воды с малой временной жесткостью, в которой хорошо растворяется одна из составляющих частей цементного камня – гидроксид кальция Са(ОН)₂. Особенно интенсивно развивается этот вид разрушения при фильтрации мягкой воды через бетон под давлением. Для защиты от подобной коррозии выщелачивания необходимо либо использовать при изготовлении бетонов специальные (белитовые) цементы, либо вводить в исходное вяжуще различные гидравлические кремнеземистые добавки (вулканический пепел, диатомиты, трепелы), образующие с гидратной известью плохо растворимые гидросиликаты кальция, либо осуществлять карбонизацию поверхности свежеотформованных бетонных изделий, выдерживая их определенное время на открытом воздухе. Химическая коррозия второго вида связана с разрушающим действием на цементную составляющую бетона минерализованных и промышленных сточных вод, содержащих хлористые и сернокислые соли, а также различные минеральные и органические кислоты. В результате обменных реакций между содержащейся в цементе гидратной известью и указанными примесями образуются либо гипс и гидроксид магния (магнезиальная коррозия), не обладающий связностью и легко вымываемый из бетона, либо так же легко растворяемый в воде и удаляемый из цементного камня хлорид кальция.

С коррозией третьего вида связаны процессы разрушения структуры цементного камня, обусловленные образованием в его порах значительно (в 2,8 раза) увеличивающихся в объеме труднорастворимых кристаллов гидросульфоалюмината кальция (эттрингита). Проявление этого вида сульфатной коррозии обусловлено взаимодействием растворенного в воде гипса с содержащимся в гидратированном цементе трехкальциевым гидроалюминатом.

Наиболее эффективными способами борьбы с этими видами коррозии является изоляция бетонных контукций от непосредственного контакта с грунтовыми водами, а также использование специальных (низкоалюминатный сульфатостойкий, кислотоупорный) видов цемента и покрытие поверхности бетона различными гидроизоляциоными материалами. К таким защитным покрытиям, в частности, относятся гидрофобизирующие жидкости (ГКЖ-94), применяемые либо в виде растворов в органических (уайт-спирит, бензин, толуол) растворителях, либо в виде эмульсий. Укрепление поверхности бетона достигается также его пропиткой эпоксидными и полиэфирными смолами.