ПОВЫШЕНИЕ СУЛЬФАТОСТОЙКОСТИ БЕТОНОВ


Многочисленными исследованиями причин, механизма, а также способов предотвращения отрицательного воздействия на бетон сульфатов установлено, что портландцемент общего назначения не отличается необходимой стойкостью к указанному воздействию.


Установлено, что отрицательному воздействию сульфатов подвержены трехкальциевый алюминат (С3А) и гидроксид кальция (СН), являющиеся компонентами портландцемента. Сульфат-ионы, присутствующие в различных средах, например, в грунтовых водах, проникают в бетон и взаимодействуют с С3А или моносульфатом (С4АSН12) с образованием эттрингита (С6АS3Н32), на долю которого приходится более 55 % в объеме цементного камня. В результате образования эттрингита в цементном камне развиваются внутренние напряжения, что приводит к возникновению в нем трещин. Таким образом, воздействие сульфатов приводит к потере прочности бетона, увеличению его объема, образованию в нем трещин и разрушению.

Отрицательное воздействие сульфатов на свойства бетона может быть минимизировано путем снижения его проницаемости за счет снижения В/В, а также за счет применения некоторых дополнительных материалов (добавок), в том числе микрокремнезема и золы-унос.

Специалистами Канады изучена сульфатостойкость строительных растворов, содержащих высококальциевую и низкокальциевую золу-унос, в составе которых использовалась смесь золы-унос и гипса, а также микрокремнезем. Химический состав применявшихся при проведении исследований портландцемента общего назначения (с содержанием С3А=10,3 %), золы-унос трех типов, шлака и микрокремнезема приведен в таблице 1.

Таблица 1

 

Материалы
Химический состав материалов, %
SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3K2ONa2OTiO2P2O5
Портландцемент общего назначе-ния 19,58 5,35 2,29 62,84 2,43 4,10 1,13 0,21 0,31 0,11
Зола-унос СН1 (высококальцие-вая)33,7218,477,0427,165,082,840,331,721,410,91
Зола-унос СН2 (высококальцие-вая)40,4918,506,1322,975,001,620,621,361,451,00
Зола-унос F (низкокальцие-вая)61,2916,814,626,422,151,120,983,680,950,54
Шлак34,407,400,9443,209,300,830,580,570,44175 ppm
Микрокремне-зем 96,19 0,35 0,10 0,27 0,91 0,23 0,51 0,11 0,13 0,13

При проведении экспериментов из растворов на основе портландцемента в сочетании с рассматриваемыми добавками были изготовлены образцы. Все добавки водились в портландцемент в процессе перемешивания растворов. Гипс вводился в растворы вместе с другими компонентами или предварительно в течение 1 ч перемешивался с золой-унос (для улучшения контакта между ними).

Количество вводимых в растворы добавок составляло, % по массе портландцемента: микрокремнезем – 3 и 5; зола-унос F, СН1 и СН2 – 20 и 40; шлак – 20, 30 и 40; микрокремнезем/зола-унос СН1 – 3/20 и 5/20; зола-унос СН1 или СН2 – 20+оптимальное количество гипса.

В возрасте 6 мес, 1; 1,5; 2; 2,5 и года определялось увеличение объема образцов из раствора с добавками. Результаты замеров приведены в таблице 2.

Таблица 2

Состав растворов

Увеличение объема образцов, %, в возрасте
6 мес1 год1,5 года2 года2,5 года3 года
Контрольный (без добавок) 0,306 1,568Разрушены - - -
С добавкой микрокремнезема:
               3 %
               5 %
 
0,053
0,036
 
0,086
0,048
 
0,217
0,074
 
0,604
0,147
 
2,216*
0,492
 
Разрушение
0,833
С золой-унос F в количестве:
              20 %
              40 %
 
0,056
0,042
 
0,094
0,057
 
0,134
0,061
 
0,218
0,070
 
0,337
0,072
 
0,351
0,076
С золой-унос СН1 в количестве:
              20 %
              40 %


Разрушены
Разрушены


-
-


-
-


-
-


-
-


-
-
С золой-унос СН2 в количестве:
              20 %
              40 %


0,222
0,119


0,365
0,329


Разрушены
0,711


-
Разрушены


-
-


-
-
Со шлаком в количестве:
              20 %
              30 %
              40 %

0,069
0,043
0,037

0,209
0,079
0,045

0,367
0,216
0,072

0,883
**
0,140

1,840
**
0,284

2,774
-
0,351
С добавками микрокремнезема и золы-унос СН1 в соотношении:
3 и 20 %
5 и 20 %



0,044
0,027



0,113
0,040



0,241
0,048



0,443
0,058



0,718
0,063



1,278
0,072
20 % золы-унос СН1 +оптимальное коли-чество гипса 0,106 0,349 Разрушены - - -
20 % золы-унос СН2 + оптимальное коли-чество гипса 0,067 0,152 0,335 ** ** -

Примечание. *В образцах появились трещины, но они не разрушились.
**Нет необходимых результатов испытаний.

Как следует из приведенных в таблице 2 данных, сульфатостойкость растворов возрастала с увеличением содержания в них добавок. Однако в ряде случаев применение добавок не давало ожидаемого эффекта. В частности, образцы из растворов, содержавших 20 и 40 % золы-унос СН1, разрушались до истечения 6 мес испытаний. Но образцы с золой-унос СН2 разрушались после 1,5 и 2 лет испытаний. Хорошие результаты дали также испытания образцов из растворов, содержавших 40 % низкокальциевой золы-унос F.

Низкая сульфатостойкость высококальциевой золы-унос обусловлена содержанием в ней стекловидного глинозема. Однако ее сульфатостойкость может быть повышена за счет ее применения в сочетании с оптимальным количеством гипса. Применение портландцемента общего назначения с добавкой такой смеси дает возможность получать растворы, сульфатостойкость которых в возрасте 1 года близка или выше, чем умеренно сульфатостойкого цемента.

Установлено также, что применение высококальциевой золы-унос в сочетании с микрокремнеземом существенно повышало сульфатостойкость растворов. В частности, образцы из растворов с такой добавкой в течение 3 лет выдерживали воздействие сульфатных растворов. При этом отмечалось, что образцы из растворов с указанной добавкой характеризовались повышенной сульфатостойкостью по сравнению с обарзцами из растворов, содержавших в качестве добавки смесь золы-унос и гипса.

Выявлено, что образцы из растворов. содержавших рассмотренные добавки, отличались пониженным содержанием гидроксида кальция по сравнению с образцами из бездобавочных растворов. Таким образом, потребление кальция является одним из механизмов, за счет которых добавки придают сульфатостойкость растворам или бетонам.

Shehata M.H., Adhikari G., Radomski Sh. Long-term durability of blended cement against sulfate attack//ACI Materials Journal. – 2008. – Vol. 105. - № 6. – P. 594-602, il., tabl. – Bibliogr.: 33 ref. (англ.).

C текущей ситуацией и прогнозом развития российского рынка цемента можно познакомиться в отчетах Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков  «Рынок цемента в России».

В.А. Беренфельд