к.т.н. Шалтабаева С.Т.

Международная образовательная корпорация (КазГАСА)

Сульфатная коррозия бетона на модифицированном многокомпонентном вяжущем

Основные процессы, протекающие при воздействии сульфатов на бетон, достаточно изучены и результаты многочисленных исследований показали, что основной причиной разрушения бетона при проникании в него сульфатных растворов считается образование в его порах гидросульфоалюмината кальция. Из двух форм этого гидрата наиболее опасна высокосульфатная форма, природным аналогом которой является эттрингит.

Поскольку на кинетику кристаллизации эттрингита и для достижения равновесия в системе CaO-Al₂O₃-SO₃.H₂O очень сильное влияние оказывает содержание портландита, то логично использовать следующие пути повышения сульфатостойкости вяжущего:

- ограничить содержание C₃S – основного поставщика портландита в поровую жидкость и в цементный камень;

- увеличить количество тех гидравлически активных фаз, которые способны связывать портландит хемобсорционно или в результате объемной химической реакции.

Исследованиями [1] установлено, что повышенная сульфатостойкость шлакопортландцемента обусловлена на меньшей, чем у портландцемента, основностью продуктов гидратаций.

Одним из требований к активным минеральным добавкам для сульфатостойких вяжущих является ограничение в нем количества Al₂O₃. Что касается основности добавок, в литературе нет единого мнения.

Авторы [2] объясняют повышение сульфатостойкости вяжущего при введении добавок не только тем, что они связывают свободный оксид кальция в гидросиликаты, но и тем, что выделяется гель кремнекислоты, образующийся при разложении гидросиликатов, заполняющий поры и капилляры цементного камня и уплотняющий бетон. Эту точку зрения не разделяет Москвин В.М. [3]. По его мнению, существенное значение для повышения сульфатостойкости бетона имеет предельная концентрация оксида кальция в воде, находящейся в его порах, т.е. количество портландита, при котором наступает химическое равновесие между этим гидросиликатом и гидроалюминатом, с одной стороны и гидратов оксида кальция в растворе, с другой. Низкое содержание свободного гидроксида кальция, а также защитное действие и водонепроницаемость вновь образовавшихся гидратов создают преграду для обмена контактного раствора с диффундирующими ионами и свидетельствуют о более высокой сульфатостойкости модифицированного многокомпонентного вяжущего.

Наиболее рациональными, по мнению большинства исследователей, лабораторными методами определения сульфатостойкости бетонов являются те, которые основаны на регистрации структурных изменений в испытуемых образцах по изменению прочности при сжатии и изгибе. Этот метод учитывает влияние двух основных видов коррозии: растворение составляющих вяжущего и возникновения новообразований с большим объемом, чем исходные продукты. По этому, критерием сульфатостойкости вяжущих служит коэффициент сульфатостойкости, определяемый отношением прочности при сжатии образцов, подверженных сульфатным воздействиям, к прочности контрольных образцов. Результаты испытания образцов приведены в таблице 1.

Как видно из таблицы 1 образцы из марки бетона 300 на основе портландцемента разрушались под действием раствора MgSO₄ через 720 суток. Коэффициент сульфатостойкости бетонов на модифицированном вяжущем марок 200, 300, 400 и 500, хранившихся в растворе MgSO₄ по истечению двух лет соответственно составил 0,86; 0,85; 0,92 и 0,90.

Таблица 1 – Сульфатостойкость бетонов на основе модифицированного многокомпонентного вяжущего

Марка бетона	Коэффициент сульфатостойкости, через сут
	в 3% растворе MgSO4			в 5% растворе Na2SO4
	180	360	720	180	360	720
200	1,10	1,00	0,91	1,0	0,88	0,86
300	1,02	1,03	0,87	1,0	0,86	0,85
400	1,10	0,95	0,93	1,10	0,95	0,92
500	1,0	0,90	0,80	0,97	0,92	0,90
Бетон М300 (на ПЦ М400)	0,90	0,68	0,61	0,90	0,70	0,65

После дифференциально-термического и рентгенофазного анализов, на рентгенограмме бетона, изготовленного на основе портландцемента, разрушившегося под действием MgSO₄ (рисунок 1), уже через 180 суток четко видны характерные для двуводного гипса дифракционные линии. На термограммах гипс характеризуется двойным экзотермическим эффектом при 140 и 160⁰ С, связанным в основном с обезвоживанием двуводного гипса (рисунок 2). С увеличением срока хранения образцов в растворе MgSO₄ до 720 суток интенсивность дифракционных линий гипса повышается.

Таким образом, основной причиной разрушения бетона на основе портландцемента является кристаллизация гипса. При этом на поверхности образцов до 360 суток признаков разрушения не наблюдается. Лишь в образцах, хранившихся в растворе MgSO₄ в течение 720 суток, появляются глубокие трещины, характерные для III вида коррозии по Москвину.

Бетоны на основе многокомпонентного вяжущего отличаются повышенной сульфатостойкостью. В 180-суточном возрасте хранения их в растворе MgSO₄ коэффициент сульфатостойкости составил 1,0…1,1, а через 360 суток 0,9-1,0. На термограммах многокомпонентного вяжущего, хранившихся в растворе MgSO₄ до 360 суток не наблюдаются продукты коррозии (рисунок 2). Однако в 720 суточном возрасте хранения наблюдается небольшой эндотермический эффект при 390…410⁰С, указывающий на присутствие Mg(ОН)₂. Помимо этого на кривых наблюдается небольшой эндотермический эффект при 800⁰С, обусловленной разложением CaCO₃, а также экзотермический эффект при 860⁰С, указывающий на наличие низкоосновных гидросиликатов типа CSH (1).

1 и 2 – соответственно через 180, 360 и 720 сут

Рисунок 1 - Рентгенограммы продуктов, гидратации цемента при хранении в 3% растворе MgSO₄

Многокомпонентное вяжущее обладает большей стойкостью в растворе Na₂SO₄, чем в растворе MgSO₄. Коэффициент сульфатостойкости бетонов на основе многокомпонентного вяжущего в растворе Na₂SO₄ через 180 суток хранения составляет 0,97…1,10, а бетона на основе портландцемента 0,90.

Через 360 суток хранения бетона на основе портландцемента в растворе Na₂SO₄ коэффициент сульфатостойкости составил 0,70. На рентгенограммах этих образцов имеются характерные для кальцита дифракционные линии ( d = 0,384; 0,247; 0,190; 0,186). Линии гипса имеют чрезмерно малую интенсивность (рисунок 1).

На термограммах образцов, хранившихся в растворе Na₂SO₄ (рисунок 2) появляется незначительный эндоэффект при 120…180⁰С, соответствующий дегидратации алюминатов и силикатов и глубокий эндоэффект при 780…810⁰С, соответствующий декарбонизации кальцита.

1,2 и 3 – соответственно через 180, 360 и 720 сут

Рисунок 2 - Термограммы цемента при хранении в 3 % MgSO₄

Таким образом, бетоны на основе многокомпонентного вяжущего обладают достаточной сульфатостойкостью. При этом положительное влияние отходов обогащения обусловлено, главным образом, оттоком портландита с образованием низкоосновных гидросиликатов кальция и гидрогрантов, относящихся к числу стабильных гидратных фаз.

Литература

1. Cisch T.D., Gillot J.E., Swenson E.G., Sereda P.J. Microstructure of caloin silicate hydrates // Cen. and Coner. Rec. - 1983.- Vol.1.– Р. 143-155.

2. Жакипбеков Ш.К., Атабеков К.А. Применение отходов горнорудной промышленности в качестве пуццолановых добавок // Совершенствование техники и технологических процессов в строительстве автомобильных дорог и автотранспорта: материалы Междунар. научно-практ. конф.- Алматы, 1993.- Ч. 2.-С.113-115.

3. Москвин В.М., Иванов Ф.М., Алексеев С.Н., Гудзеев Е.А. Коррозия бетона и железобетона, методы их защиты. - М.: Стройиздат, 1980.- 536 с.