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 обеспе-
чению 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 ог-
нестойкости строительных конструкций.  

Приведенный в конце работы достаточно обширный список кон-

трольных вопросов поможет обучающимся систематизировать изу-
ченный материал, осуществить самопроверку знаний и организовать 
самостоятельную работу по освоению дисциплины. Этому призван 
способствовать и терминологический словарь, где представлены важ-
ные понятия и определения, составляющие основу курса. 

Данное учебное пособие поможет студентам сформировать обще-

профессиональные компетенции, развить у них опыт исследователь-
ской работы, а также позволит усвоить сведения актуальных норма-
тивных документов в области пожароопасности и коррозии строи-
тельных материалов и конструкций. Изучение изложенного здесь ма-
териала способствует формированию знаний и умений, необходимых 
будущим инженерам строительно-дорожного комплекса для проекти-
рования и эксплуатации зданий и сооружений, обеспечения их каче-
ства и долговечности. 
 

ВВЕДЕНИЕ 

 
Предлагаемое вниманию читателей учебное пособие посвящено 

актуальной теме – повышению качества, надежности и долговечности 
строительных материалов, бетонных и железобетонных, металличе-
ских и деревянных конструкций, а также асфальтобетонных покры-
тий. 

Долговечность строительных материалов и конструкций – это 

комплексная характеристика, определяющая их способность сохра-
нять эксплуатационные качества в течение заданного срока, подтвер-
жденная 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 сохра-
нять 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 стро-
ительным материалам относят бетон, железобетон, каменные матери-
алы, сталь, древесину.  

В настоящем учебном пособии излагаются важнейшие представ-

ления о механизмах коррозионного разрушения конструкционных 
материалов, способах защиты от коррозии, приводятся также сведе-
ния о пожароопасности материалов и конструкций. Представлены ос-
новные рекомендации действующих нормативных документов, 
направленные на повышение долговечности и надежности строитель-
ных 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 причи-
нами. Соответственно, различают физическую и химическую корро-
зию. Физическая коррозия связана с процессами температурных и 
влажностных деформаций бетона. Она протекает под влиянием цик-
лических процессов: нагрева и охлаждения, увлажнения и высушива-
ния, замораживания и оттаивания.  

Химическая деструкция больше известна под названием коррозии 

цементного камня, так как она является следствием протекания хими-
ческих реакций и других физико-химических процессов между со-
ставляющими элементами цементного камня и веществами, присут-
ствующими в окружающей среде или в бетонной смеси. В бетоне как 
композиционном материале цементный камень выполняет функцию 
матрицы, которая по определению непрерывна в объеме композици-
онного материала.  

Цементный камень как матрица отвечает за прочность связи 

между частицами заполнителей, то есть за монолитность бетона. Ос-
нову цементного камня составляют водные высоко- и низкоосновные 
силикаты кальция, алюминаты кальция, портландит  Са(ОН)2, незна-
чительное количество гидросульфоалюмината. Разрушение цемент-
ного камня может происходить под влиянием газовых, твердых и 
жидких агрессивных сред, а также под влиянием некоторых нежела-
тельных 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 минераль-
ных солей, минеральных и органических кислот, щелочные растворы. 
На наземную часть бетонных сооружений действуют агрессивные га-
зовые среды (сероводород, хлористый водород и др.). Коррозионные 
процессы здесь могут интенсифицироваться под тонким слоем кон-
денсата 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 ми-
нерализованной 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.  

CSH+(SO4)2-+(CO3)2-+H2O = 3CaOSiO2SO3CO215H2O, 

 

В минералогии используют другие формы записи таумасита: 

Ca3Si(SO4)(CO3)(OH)612H2O и Сa6[Si(OH)6]24H2O[(SO4)2 CO3]. 

Кристаллизация эттрингита стимулирует рост числа кристаллов 

таумасита. Таумасит, образуясь по всему объему, приводит к возникновению 
сети мелких трещин, затем происходит разрушение углов и 
ребер, что сопровождается потерей прочности и продолжающимся 
ростом линейных деформаций.  

Наиболее опасным для развития процессов коррозии, вызванной 

образованием системы эттрингит  таумасит, является присутствие в 
воздействующей агрессивной среде наряду с сульфатами еще и карбонат-
ионов или повышенное содержание карбонатов в бетоне, 
вследствие карбонизации выщелачивающегося гидроксида кальция, а 
также наличия карбонатного заполнителя. Образование таумасита 
развивается при температуре, близкой к +4 °С. 

Кинетика коррозионных процессов зависит от пористости и водонепроницаемости 
бетонов. Вследствие высокой пористости уязвимы 
к коррозии ячеистые бетоны. Коррозия ячеистых бетонов описывается 
как карбонизация: портландит цементного камня взаимодействует 
с углекислым газом атмосферы по реакции 

 

Са(ОН)2 + СО2 + Н2О = СаСО3 + 2Н2О.  

 

Коррозия проявляется в объемных деформациях и появлении трещин. 

 


1.2. Виды и степень воздействия агрессивных сред на бетонные  

и железобетонные конструкции 

 

При проектировании бетонных и железобетонных конструкций 

следует предусматривать бетон нормируемой проницаемости. Различают 
бетон Н – нормальной проницаемости, П – пониженной проницаемости, 
О – особо низкой проницаемости. 

Проницаемость бетона характеризуется прямыми показателями 

(маркой бетона по водонепроницаемости или коэффициентом филь-
трации). Косвенные показатели (водопоглощение бетона и водоце-
ментное отношение) являются ориентировочными и дополнитель-
ными к прямым. Коэффициент фильтрации и марку бетона по водо-
непроницаемости следует определять по ГОСТ 12730.5-84; водопо-
глощение бетона  по ГОСТ 12730.3-78. 

Показатели проницаемости бетона приведены в таблице 1. 

 

Таблица 1 

Показатели проницаемости бетона 

  

Условные

обозначения
показателя 

проницаемости

бетона

Показатели проницаемости бетона
прямые
косвенные

марка 
бетона

по водоне-
проницае-

мости,
Р, атм

коэффициент фильтра-
ции, см/с (при равно-
весной влажности),

Kf=nQh/SPt

водопоглоще-

ние,

% по массе

В/Ц,

не более

Н  бетон
нормальной

проницаемости

W4
Св. 2·10-9 до 7·10-9
Св. 4,7 до 5,7
0,6

П  бетон

пониженной

проницаемости

W6
Св. 6·10-10 до 2·10-9
Св. 4,2 до 4,7
0,55

О  бетон

особо низкой
проницаемости

W8
Св. 1·10-10 до 7·10-10
До 4,2
0,45

 
Показатели водопоглощения и водоцементного отношения, при-

веденные в таблице 1, относятся к тяжелому бетону. Водопоглощение 
легких бетонов следует определять умножением значений, приведен-
ных в таблице 1, на коэффициент, равный отношению средней плот-
ности тяжелого бетона к средней плотности легкого бетона. Водоце-
ментное отношение легких бетонов следует определять умножением 
значения, приведенного в таблице 1, на 1,3.