Строительство и архитектура /

Современные строительные материалы

К.т.н. Торопова М.В.

Ивановский государственный политехнический университет, Россия

Роль сульфатной коррозии в снижении долговечности бетонных конструкций

Вопросы долговечности зданий, сооружений, во всем мире широко изучаются специалистами, занятыми исследованиями, разработкой и проектированием строительных конструкций и материалов. Проблемы стойкости и долговечности строительных материалов постоянно рассматриваются на международных конгрессах по химии цемента, международных конференциях по технологии бетона, вопросам строительства и долговечности морских, подземных, гидротехнических сооружений и многих других. Важное место среди этих вопросов занимает проблема сульфатной коррозии бетона.

Термин «сульфатная коррозия» используется для характеристики разрушения бетона при взаимодействии сульфатных сред различных типов с цементным камнем, при этом стойкость материала во многом определяется условиями твердения и особенностями сульфатного воздействия. Продукты взаимодействия агрессивной среды и цементного камня обладают экспансивным характером и к ним, в первую очередь, относятся эттрингит и таумасит. Образование эттрингита и таумасита сопровождается увеличением объема твердой фазы кристаллических новообразований, которое вызывает внутренние напряжения, являющиеся причиной коррозионного разрушения бетона при воздействии сульфатов.

Эттрингит	{Ca6[Al(OH)6]2×24H2O}×[3SO4] × [2H2O] или 3СaO·Al2O3×3CaSO4×32H2O
Таумасит	Ca6[Si(OH)6]2×24H2O}×[(SO4)2×(СО3)2] или Сa3Si(SO4)×(CO3)×(OH)6·12H2O

Однако, увеличение объема твердой фазы при образовании и росте кристаллов эттрингита не всегда способно вызвать разрушение бетонных элементов. Когда эттрингит образуется в свежеприготовленной бетонной смеси, не обладающей структурной прочностью, его распределение является относительно гомогенным, и он не является причиной разрушения бетона. Такой тип эттрингита согласно международной классификации [1] называется ранним или первичным (Early Ettringite Formation – EEF). С другой стороны, когда эттрингит образуется в гораздо более поздние сроки возникает неоднородная экспансия в жесткой бетонной структуре, что является основой появления микротрещин и развития процессов трещинообразования. Такой эттрингит называется поздним или вторичным (Delayed Ettringite Formation - DEF).

Согласно данным [2] внутреннее воздействие сульфатов и связанное с ним образование эттрингита в большей степени характерно для бетонов, прошедших тепловую обработку. Это можно объяснить тем, что при тепловлажностной обработке материала при температуре выше 65 – 70°С эттрингит разрушается, но при понижении температуры вновь восстанавливается. Причем восстановленный таким образом эттрингит характеризуется большим значением отношения длины и толщины кристаллов (габитус). Кроме этого, температурно-влажностные напряжения, возникающие при ТВО бетона, способствуют образованию микротрещин в структуре материала. В последствии воздействие агрессивной среды стимулирует образование кристаллов эттрингита в этих микротрещинах, что приводит к их росту.

Значительное количество мелкокристаллических образований системы эттрингит-таумасит в бетоне (рис. 1), благодаря адсорбции воды, приводит к росту линейных деформаций, и как итог, к коррозионному разрушению материала. Кроме того, вследствие выщелачивания гидроксида кальция рН поровой жидкости снизится, и это приведет к перекристаллизации мелкокристаллического эттрингита в крупнокристаллическую форму. Перекристаллизация сопровождается значительным изменением объема новообразований, что также вызывает внутреннее напряжение, разрушая бетон.

Рис. 1. Линейные деформации бетона при кристаллизации в нем эттрингита(+25°С) и таумасита (+4°С)

Как показали проведенные исследования, такой фактор, как температурные условия внешней среды определяет доминирования процесса роста кристаллов эттрингита или таумасита в цементной системе. Кроме того, особенности структуры материала обеспечивают формирование высоких эксплуатационных свойств бетона, либо, наоборот, снижают показатели коррозионной стойкости. Таким образом, механизм разрушения бетона при образовании и росте объема системы эттрингит-таумасит в действительности определяется комплексом параметров не только внешней среды, но и самого материала, что необходимо учитывать при прогнозировании коррозионной стойкости композита, а также при выборе материалов и способов для его защиты.

Библиографический список

1. С.М. Базанов. Механизм разрушения бетона при воздействии сульфатов // Строительные материалы, 2004, с.46-48

2. Штарк Й., Больманн К., Зайфарт К. Является ли эттрингит причиной разрушения бетона? // Цемент и его применение, 1998, №2, с.13-22.