У будівництві гігантських споруд цементному бетону належить найважливіша роль, як одному з найбільш довговічних будівельних матеріалів сучасності.
На перший погляд мертві, нерухомі споруди з бетону живуть і складних і напружених умовах, піддаючись руйнівним змінам. Зрозуміти життя бетону, його властивості та хвороби, навчитися управляти його життям за своїм бажанням - ось завдання людини, який створив бетон.
Дійсно, чому руйнуються окремі споруди, побудовані з бетону?
Бетон хоча і дуже стійкий, але з часом «старіє», покривається тріщинами, розсипається і гине. Справа в тому, що бетон зберігався б практично вічно, якщо б не піддавався впливам навколишнього середовища. Найбільш сильне руйнівну дію на споруди з бетону надає вода.
Існує давня латинська приказка «крапля точить камінь». Ця приказка вірна не тільки в переносному, а й у прямому сенсі. Нерідко можна бачити на старому кам'яному тротуарі поглиблення, що утворилися в камені в місцях постійного падіння крапель води з даху. Вони з'явилися тому, що відбувається повільне розчинення каменю в воді. Частинки падаючої води відривають молекули речовини, що становить камінь, з його поверхні, оточують їх і забирають з собою. Протягом тривалого часу навіть кварцовий річковий пісок поступово розчиняється в великих кількостях води.
У природних умовах протягом тривалих періодів часу, що вимірюються десятками і сотнями тисяч років, безперервно відбуваються процеси розчинення одних порід і утворення нових.
Розчинення природних і штучних кам'яних матеріалів може значно збільшитися, якщо вода містить вуглекислоту і деякі інші речовини. Вуглекислий газ міститься в повітрі в дуже невеликій кількості (0,03%) і, отже, є присутнім у будь-якій воді, яка стикається з повітрям.
Такий широко поширений природний кам'яний матеріал, як вапняк, розчиняється в ще більших кількостях у воді, ніж кварц. Для розчинення 1 грама вапняку потрібно близько 3000 літрів води.
Присутність вуглекислого газу у воді різко підвищує розчинність вапняку. У природних покладах вапняку в результаті розчинення його водою утворюються величезні підземні печери.
Ми детально розповідаємо про стійкість гірських порід, так як бетон по суті являє собою штучну гірську породу, і процеси його руйнування схожі з руйнуванням природних гірських порід.
Затверділий бетон містить вапно, речовина добре розчинна у воді. Та й інші речовини, що становлять цементний камінь, можуть поступово розчинятися у воді.
Академік А. А. Байков, вивчив довговічність бетонів, вказував, що всі бетонні споруди з портланд-цементу неминуче повинні піддаватися процесу вилуговування вапна і після закінчення певного часу втрачати всяку зв'язність і руйнуватися.
У дорожніх спорудах найбільшу небезпеку розчинення представляє для мостових опор. У дорожньому покритті растворяющему дії води піддається поверхневий шар.
Крім розчиняє дії, вода особливо небезпечна в тих випадках, коли бетонне збройно піддається попеременному намокання у воді і подальшого заморожування. Багаторазове повторення таких циклів призводить до швидкого руйнування бетону.
При заморожуванні бетону, насиченого водою, руйнування відбувається внаслідок відомої з фізики аномалії води. На противагу більшості речовин вода, як відомо, при замерзанні, т. Е. Під час переходу з рідкого стану і тверде, розширюється, і досить значно - приблизно на 10%. Всім відомо, що не можна залишати на морозі наповнену водою і закупорену бутель: вода замерзне, і бутель може лопнути, тому що замерзає йоду може розвинути тиск понад 800 атмосфер. Навіть сталеві водопровідні труби, укладені в землі, в сильні морози можуть лопнути в результаті замерзання знаходиться в них води. Збільшення обсягу води при замерзанні використовувалося перш в каменоломнях для розколювання видобувається каменю.
Такі ж явища відбуваються в затверділому бетоні, коли він піддається заморожуванню. Вода, що знаходиться в порах бетону, замерзає в них і, розширюючись, викликає напруження, здатні зруйнувати бетонну споруду. Більша чи менша стійкість бетону до руйнівній дії води і морозу залежить перш за все від будови цементного каменю. Завданням будівельника-дорожника, зводить бетонні споруди, є створення всіх умов для отримання морозостійкого довговічного бетону. Для цього бетон повинен бути максимально щільним, а це значить, що він повинен бути приготований при мінімальних кількостях води, щільно покладений і витриманий в сприятливих умовах для твердіння.
У підводних і підземних частинах споруд немає небезпеки руйнування бетону від заморожування, на тут можливо розчиняє дію води, яке може бути посилено хімічним дією солей, розчинених у природних водах.
Природні води (підземні та річкові) можуть мати різко різний склад залежно від складу гірських порід, з якими вони стикаються на своєму шляху.
Кристалізація сульфоалюміната кальцію призводить до розбухання і розтріскування цементного каменю, а отже, і конструкцій з цементного бетону.
Різні види агресивної хімічної дії природних вод на бетон можуть бути зведені до трьох основних видів
Проектуючи і будуючи довговічні споруди, інженери враховують умови, в яких ці споруди будуть знаходитися, і розраховують їх службу на заздалегідь задані терміни.