Предотвращение и снижение химической коррозии бетона

Предотвращение коррозии цементного камня, бетонных и железобетонных конструкций обеспечивается различными способами: изменением минералогического состава клинкера, регулированием тонкости помола цемента, введением в его состав гидравлически активных материалов, автоклавной обработкой изделий из бетона и гидроизоляцией бетонных сооружений.

Рассмотрим различные факторы, влияющие на стойкость бетона к коррозии.

Минералогический состав клинкера. Стойкость портландцемента в пресных водах можно повысить, уменьшив в нем содержание трехкальциевого силиката - минерала, твердеющего с выделением большого количества свободной извести. Для повышения стойкости в сульфатных водах надо уменьшить содержание трехкальциевого алюмината и повысить количество алюмоферритов кальция. Поэтому клинкерный минерал C4AF (4CaOAl203-Fe203) более устойчив к сульфатной коррозии, хотя он в состоянии образовывать гидросуль- фоалюминат и аналогичный ему гидросульфоферрит кальция, вызывающие деформацию цементного камня. По скорости связывания гипса клинкерные минералы могут быть расположены в следующий ряд: С3А > CgA2F >

> C4AF > C0AF2 > c2f.

По мере повышения содержания алюмоферритов кальция за счет снижения содержания С3А (ЗСаОА1203) при постоянном содержании C3S (3CaOSi02) и C2S (2CaOSi02) сульфатостойкость цементов значительно повышается. Стандарт на сульфатостойкий цемент предусматривает следующие требования: С3А - не более 5% (мае.), сумма C3A+C4AF - не более 22, C3S - не более 50% (мае.). Однако в ряде случаев наблюдаются отклонения от этого общего положения. Цемент, содержащий С3А и C3S менее 5% (мае.) и 50% (мае.) соответственно, оказывается менее сульфатостойким. Причиной этого могут быть низкая плотность цементного камня, присутствие в сульфатных водах ионов хлора, повышенная концентрации ионов S04 в агрессивной среде. Так, в морской воде присутствие хлоридов замедляет или прекращает расширение бетона под воздействием сульфатных растворов. Это связано с повышением растворимости гипса и гидросульфо- алюмината кальция в растворах хлоридов.

Скорость действия сульфатных растворов на цементный камень зависит от концентрации растворов, поэтому разработаны СНиП П-28-73 «Защита строительных конструкций от коррозии», согласно которым в зависимости от концентрации S04- в воде агрессивная среда может быть отнесена к малой, средней и высокой агрессивности. С учетом этого для сред малой и средней агрессивности разработан низкоалюминатный сульфатостойкий портландцемент, в котором допускается содержание C3S до 60% (мае.) и С3А до 8% (мае.) при обязательном содержании в цементе до 10% (мае.) активных минеральных добавок.

Скорость действия сульфатных растворов зависит от вида катиона в растворе. Так, в 0,5%-м растворе MgS04 цементный камень разрушается быстрее, чем в 1%-м растворе Na2S04. Различие в действии MgS04 и Na2S04 зависит также от состава цемента. Сульфат магния оказывает более сильное воздействие на низкоалюминатные цементы, а сульфат натрия - на высокоалюминатные. Это объясняется различным химизмом их действия: C3S разрушается быстрее в растворе MgS04, чем в растворе Na2S04; C2S разрушается под действием MgS04, а в растворах других сульфатов устойчив; С3А и C4AF неустойчивы в сульфатных средах.

Тонкость помола. Увеличение тонкости помола цементного камня способствует повышению его сульфа- тостойкости. При этом для белитовых цементов увеличение сульфатостойкости весьма заметно, а для цементов, содержащих повышенное количество алита, эта закономерность неоднозначна и зависит от соотношения С3А : C4AF. В целом же увеличение тонкости помола сопровождается формированием плотного цементного камня с высокой водонепроницаемостью, исключающей возможность миграции агрессивной среды, что обусловливает высокую коррозионную стойкость цемента и бетона.

Тепловлажностная обработка цементного камня. Обычное пропаривание цементного камня при температуре менее 100 °С мало влияет на его стойкость к агрессивным средам. Однако увеличение времени обработки сопровождается снижением количества макропор в камне, что является причиной увеличения его стойкости.

Обработка цементного камня при температуре выше 100 °С обеспечивает хорошие результаты. При автоклавной обработке под высоким давлением Са(ОН)2 реагирует с Si02 с образованием низкоосновных гидросиликатов, что повышает сульфатостойкость цемента, поскольку реакция

прекращается.

Гидросиликаты кальция, образующиеся при автоклавной обработке, устойчивы к воздействию агрессивных сред. В процессе обработки образуются СзАНб и гидрогранаты кальция 3Ca0(Al,Fe)203*3(H20)2,Si02, обладающие высокой устойчивостью к действию сульфатов натрия.

Введение добавок. Введение добавок оксида кремния в цемент способствует повышению его коррозионной стойкости. В этом случае протекает реакция

Образующиеся гидросиликаты кальция менее растворимы в воде и практически не вступают в обменные реакции с сульфатами.

В табл. 8.1 приведены результаты исследований стойкости цементов в различных средах.

Таблица 8.1

Вид добавки

Вода

Пластовая

среда

1% -й раствор MgS04

5% -й раствор Na2S04

Изгиб

Сжатие

Изгиб

Сжатие

Изгиб

Сжатие

Изгиб

Сжатие

Без добавки

8,5

57,8

6,7

34,2

5,1

46,5

5,7

34,6

Гранулированный шлак

8,7

58,4

8,0

34,9

4,8

41,5

8,1

38,2

Горелая

порода

8,9

60,4

8,2

35,5

5,7

56,1

8,0

51,5

Зола ТЭЦ

8,7

59,8

7,7

33,9

1,5

29,9

5,7

31,8

Гравий

8,5

52,5

7,2

30,9

6,7

48,1

5,2

37,6

Как видно из представленных в таблице данных, введение в состав цемента золы ТЭЦ и гравия снижает стойкость цементов, а ввод гранулированного шлака и горелой породы оказывает положительное действие. В первом случае реакция связывания Са(ОН)2 протекает медленно, формируется структура с большой пористостью, что обусловливает меньшую стойкость цементного камня.

Гидроизоляция. Гидроизоляция бетонного сооружения является эффективным способом, предотвращающим попадание воды в бетон. С этой целью сооружение покрывают различными непроницаемыми покрытиями. Однако данный способ очень трудоемкий и дорогой.

В последние годы для повышения водонепроницаемости бетонов используют расширяющиеся цементы и полимерные композиции на их основе.

В качестве полимерных добавок применяют диви- нилстирольный латекс СКС-65ГП, водно-спиртовые растворы кремнийорганических жидкостей ГКЖ-10 или ГКЖ-П (жидкие силикаты или алюмосиликаты натрия), фуриловый спирт, водорастворимые алифатические смолы.

Цементный камень на расширяющемся цементе имеет более плотную структуру, чем цементный камень на портландцементе. Введение в цементный камень водорастворимых полимерных добавок значительно снижает микропористость, что вызывает уменьшение пор (появляются поры радиусом ЮО-Ю-10 м).

Применение расширяющегося цемента с малой энергией расширения позволяет обеспечить значительное снижение газо-, водо- и рассолопроницаемости цементного камня и раствора по сравнению с соответствующими составами на портландцементе.

Испытания коррозионной стойкости образцов с полимерными добавками в изучаемых агрессивных средах показали, что коэффициент стойкости образцов после 12 месяцев испытаний близок к единице (от 0,9 до 1,05), что свидетельствует о высокой стойкости цементного камня.

Заметное отрицательное влияние на коррозионную стойкость образцов оказывает среда с содержанием ионов Mg2+ 4000 мг/л. На ранней стадии воздействия среды наблюдается упрочнение цементного камня с последующим его разупрочнением.

Коэффициент стойкости образцов из напрягающего цемента с добавкой латекса равен 0,98, образцов из НЦ без добавки - 1,18, образцов на портландцементе - 0,58.

Цементный камень на основе расширяющегося вяжущего обладает достаточно высокой стойкостью в хлорид- ной и хлоридно-магнезиальной среде. Испытание образцов из расширяющихся полимерцементных растворов в промышленных средах показывает отсутствие сбросов прочности в течение пяти лет. В то же время предел прочности при сжатии образцов из цементно-песчаного раствора на портландцементе без добавок после пяти лет хранения в агрессивных средах уменьшился на 17% по сравнению с образцами в возрасте одного года.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >