Диссертация (1141542), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Подобие структур эттрингита (а)и таумасита (б) можно ясно увидеть, если сравнить их структурные формулы:Эттрингит: {Са6 [А1(0Н)6]2 • 24Н20} • [3SO4 • [2Н20](а) Таумасит: {Са6 [Si(0Н)6]2 • 24Н20} • [(SO4)2 • (C03)2](б)По данным ряда исследователей [40] эттрингит и таумасит образуются вкристаллической смеси. В природе эти минералы всегда встречаются вместе другс другом.
В 1965 году Б. Эрлин и Й. Штарк [40] обнаружили таумасит в бетоне. Впоследние годы опубликовано значительное количество работ, в которыхописывается образование таумасита в бетонных изделиях, подвергшихсядействию влаги и низких температур [22, 41]. При эксплуатации сооружений вреальных условиях температура окружающей среды изменяется в широкихпределах, поэтому эттрингит и таумасит образуются в кристаллической смеси,что в свою очередь не только усложняет процессы коррозии, но и ускоряетразрушение материала. В процессе сульфатной коррозии бетона возможнопреобразованиеэттрингитавтаумасит.Врезультатетакогопереходаосуществляется изоморфное замещение ионов алюминия на ионы кремния,содержаниекоторыхвцементахдостаточно,чтобыпроцесскоррозиипродолжался до полного разрушения бетона.
Подобие структур, а такжевозможность изоморфного перехода эттрингита в таумасит и образования этихпродуктоввкристаллическойсмесисвидетельствуетонеобходимостирассматривать процессы сульфатной коррозии, как процессы с участием неотдельных фаз эттрингита и таумасита, а как процессы, происходящие в системеэттрингит-таумасит [23-27].По данным исследований [28, 29, 42] типичным для разрушения бетонапри воздействии сульфатов является постепенное развитие деформаций, различие24скоростей деформаций в зависимости от состава материала, а также возможностьчастичного восстановления структуры бетона. Основным признаком коррозиитретьего вида является накопление в порах и капиллярах бетона солей ипоследующая их кристаллизация, связанная с увеличением объёма твёрдой фазы[1, 2].
Интенсивность этих процессов оказывает существенное влияние наизменение прочностных свойств бетона. На начальной стадии коррозии бетонатретьего вида при накоплении солей в его порах он уплотняется [43]. Прочностьбетона при этом на какой-то период увеличивается и превышает таковую длябетона, не подвергшегося действию агрессивной среды. Из-за этого не удаётсяраспознать начальные формы развивающейся коррозии третьего вида. Лишьпосле возникновения значительных растягивающих усилий в стенках пор икапилляров, вызванных продолжающимся ростом кристаллов, происходитразрушение структурных элементов цементного камня и наблюдается снижениепрочности бетона. Для оценки влияния различных факторов на коррозионнуюстойкость бетона большое значение имеют натурные испытания. Длительныеиспытания стойкости бетонов против сульфатной коррозии проведены в США Н.Миллером и П.
Мэнсоном [44]. Испытанию было подвергнуто около 75000образцов бетона, изготовленных на 122 различных цементах. Более 1000бетонных призм были частично погружены в грунт, содержавший свыше 10%растворимых сульфатов. Половина образцов находилась в сульфате натрия, авторая - в смешанном (в соотношении 2:1) растворе сульфата натрия и сульфатамагния. Расход цемента в бетонах составлял 223, 307, 390 кг/м3.
Испытания,проводились в течение 20 лет. Результатами этих испытаний было установлено,что сульфатостойкость бетонов увеличивается с уменьшением содержания С3А вцементе. Цементы с содержанием С3А от 3,5 до 5% в течение 20 лет испытанийобладализначительнойостаточнойпрочностью,причёмболеевысокуюпрочность имели бетоны повышенной плотности.
По истечению 10 летиспытанийбылоустановлено,чтообразцы,подвергавшиесядействиюсмешанного раствора сульфатов, были повреждены в меньшей степени, чем25образцы, находившиеся в сульфате натрия. Это объясняется различием вхарактере осадка на поверхности испарения образцов: в первом случае онпредставлял плотную стекловидную плёнку, во втором был порошкообразным.Состояние осадка оказывало влияние на изменение кинетики массообменаобразцов с окружающей средой и способствовало уменьшению темповпоступления раствора солей в бетон.
Также отмечалось, что значительное влияниенакоррозионнуюстойкостьбетоновоказываетколичествоцементаиводоцементное отношение.Как показали результаты экспериментальных исследований [44], коррозиятретьего вида в значительной степени зависит от плотности бетона, посколькустепень повреждения определяется количеством агрессивного компонента,проникающего из окружающей среды в бетон, а оно прямо пропорциональноналичию сквозных пор в бетоне. Следовательно, все технологические приёмы,используемые при изготовлении бетона с целью повышения его плотности:снижение В/Ц, обеспечение формирования тонкопористой структуры цементногокамня в результате влажного его твердения, уменьшение общей пористостиподбором гранулометрического состава заполнителя, все возможные способыснижения количества воды в бетоне, применение совершенных способовуплотнения бетонной смеси и другие будут способствовать повышениюстойкости бетона к сульфатной коррозии и коррозии третьего вида вообще.Сульфатная коррозия, ведущая к разрушению бетона очень сложный,длительный процесс, который лучше понимается при рассмотрении отдельныхэтапов гидратации и некоторых технологических факторов:1.Рецептура бетона: водоцементное отношение и структура поровогопространства; вид цемента; количество цемента; содержание С3А и щелочей R2Oв цементе; количество пуццолановых веществ в цементе или бетоне; содержаниерастворимого кремнезёма и карбонатов в заполнителе.2.Технологические факторы: метод уплотнения, время предварительнойвыдержки при тепловой обработке; скорость подъёма температуры; максимальнаятемпература тепловлажностной обработки; скорость охлаждения; последующий26уход за бетоном; температура окружающей среды при бетонировании, что важнодля монолитных конструкций.3.Условия эксплуатации конструкций: увлажнение, высушивание;размеры бетонных элементов или конструкций, воздействие знакопеременныхтемператур и гидроабразивной истираемости.4.Наличие воздействия агрессивных сред.Для бетонных и железобетонных конструкций зданий и сооруженийгидротехнического назначения с агрессивными средами рекомендуется применятьследующие виды цементов [45]:-портландцемент,портландцементсминеральнымидобавками,шлакопортландцемент, удовлетворяющий требованиями ГОСТ 31108;-сульфатостойкие цементы согласно ГОСТ 22266;-глиноземистый цемент, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 969;-напрягающий цемент, удовлетворяющий требованиям ГОСТ Р56727.Как показано в работе [46], щелочи, несмотря на незначительное ихсодержание, могут существенно влиять на свойства бетонных изделий.
Онивходят в структуру минералов цементного клинкера и существенно влияют напроцесс гидратации. В последние десятилетия наблюдается тенденция повышениясодержания Na20 и К20 в цементах. Это обусловлено установкой на цементныхзаводах более мощных пылеулавливающих устройств и возвратом пыли,содержащей повышенное количество этих компонентов, в состав сырьевой смеси.Соединения щелочных металлов легче других минералов возгоняются в процессеобжига цементного клинкера и улавливаются в составе пыли. В составпортландцемента для регулирования сроков схватывания вводят гипс, которыйхимическисоединяетсяс гидратирующимисяминералами(алюминатамикальция) цементного клинкера с образованием эттрингита.
Соотношение междуколичествомвведённогогипсаиалюминатовкальция,доступныхвзаимодействию с гипсом на первых стадиях гидратации (до образованиястабильной структуры цементного камня), имеет существенное значение для27последующей его стойкости при воздействии сульфатов. Чем больше непрореагировавших в начальный период алюминатов кальция останется вцементном камне, тем более он будет чувствителен к действию сульфатов,проникающих из внешней среды. Объяснение наблюдаемых явлений можно датьна основе представлений С. В.
Шестоперова о минералогическом составецементногокамня[42,47].Цементныйклинкерпредставляетсобойполиминеральный сросток, компоненты которого постепенно с поверхностикаждой частицы реагируют с водой. Свойства этих компонентов различны. Вчастности, с гипсом реагируют только алюминаты кальция, расположенные наповерхности частиц цемента. Часть алюминатов кальция, расположенных вглубине зёрен цемента, недоступна для действия воды в первый периодгидратации, «обнажается» лишь в дальнейшем, и процесс роста берётзатухающий характер.
В результате для сульфатостойкости цементного камняимеетбольшоезначение,каковминеральныйсоставклинкераиегомикроструктура, сколько содержится гипса, и как он реагирует с алюминатамицемента. Реакция связывания гидратирующихся алюминатных минералов вэттрингит играет большую роль в формировании последующей стойкостицементного камня в растворах сульфатов. Чем большая доля от первоначальногосодержания алюминатов будет химически связана в первый период твердения, т.е.в основном в жидкой фазе, тем более стойким будет цементный камень вдальнейшем [28].Таким образом, исследования процессов гидратации портландцемента имикроструктуры цементного камня [48, 49] показали, что для стойкостипортландцемента к коррозионным воздействиям очень важен фазовый составцементного камня и вид новообразований, возникающих при гидратации цемента.Наибольшее значение имеет содержание гидроалюминатов кальция и степень ихсвязывания в гидросульфоалюминаты кальция, гидроксида кальция и степеньосновности гидросиликатов кальция.Одним из методов борьбы с коррозией бетона является применениесульфатостойких цементов [50, 51], основанное на общепризнанном положении,28согласно которому разрушение портландцементного камня в сульфатсодержащихсредах вызывается образованием кристаллов эттрингита.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
