Влияние СО2, карбонатной и карбонатно-сульфатной агрессии на гидратацию и твердение специальных цементов

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГОУ ВПО МГУП, г. Москва, Россия

УДК 626/627:691.5

Влияние СО₂, карбонатной и карбонатно-сульфатной агрессии на гидратацию и твердение специальных цементов

А.А. Суворова

В настоящее время ключевыми проблемами долговечности бетонных и цементных материалов являются воздействие сульфатов и карбонизация атмосферным СО₂, а также разрушение бетонных структур в условиях индустриальной окружающей среды. В атмосферу России ежегодно выделяется 3,5…4 млрд. т углекислого газа, причем объем выбросов в результате природных процессов в 8 раз превосходит индустриальные источники. Атмосферный СО₂ растворенный в воде разлагает гидратные фазы цементного камня, и, в первую очередь Са(ОН)₂, о чем подробно доложено на 9 и 10 Международных конгрессах по химии цемента.

Исследование процессов гидратации и сравнительной стойкости различных типов цементов проводилось в средах с повышенным содержанием СО₂ в воде и в растворе сульфата натрия. Образцы подвергались воздействию коррозии попеременного высыхания и насыщения в карбонатной и карбонатно-сульфатной средах. В качестве объектов исследования были взяты цементы с различным химико-минералогическим составом такие как высокоглиноземистый (ВГЦ), гипсоглиноземистый (ГГЦ), напрягающий цемент (НЦ), сульфатостойкий цемент. В работе также исследовалось поведение образцов, изготовленных из сульфоалюминатного, сульфоферритного и сульфоалюмоферритного клинкеров (САК, СФК, САФК).

Как показали исследования, менее всего подвержены карбонатному воздействию напрягающий и сульфатостойкий цементы, это обусловлено тем, что при их твердении образуется плотный цементный камень, и углекислота не проникает глубоко в поровое пространство таких образцов. Воздействию карбонат-ионов и сульфатных ионов подвержены в основном поверхностные слои образцов и открытые поры, которые со временем заполняются мелкокристаллическими продуктами карбонизации и вторичным эттрингитом, что обусловливает снижение пористости и рост прочности образцов. Образцы из НЦ и сульфатостойкого цемента выдерживают более 25 циклов коррозии попеременного высыхания и насыщения в карбонатно-сульфатной среде без ощутимой потери или прибавки веса.

Менее всего подвержены коррозии попеременного высыхания и насыщения в карбонатной и карбонатно-сульфатной среде образцы из высокоглиноземистого цемента, поскольку при твердении образуется гель гидроксида алюминия, уплотняющий цементный камень. Образцы из ВГЦ выдерживают более 25 циклов.

Взаимодействие гидроалюминатов кальция с агрессивной средой происходит только в поверхностных слоях образца и в неглубоких открытых порах, где фиксируется образование карбоалюминатов кальция, карбоната кальция и геля гидроксида алюминия при хранении в воде насыщенной углекислотой или эттрингита и карбоалюмината кальция, карбоната кальция и геля гидроксида алюминия при хранении в растворе сульфата натрия, насыщенного углекислотой.

Образцы гипсоглиноземистого цемента очень сильно подвержены воздействию коррозии попеременного высыхания и насыщения в растворе сульфата натрия, насыщенного углекислотой. При твердении таких цементов образуется гетероконтактная структура цементного камня из гидросиликатов и гидросульфоалюминатов кальция. Как показано выше, эттрингит обладает высокой стабильностью к воздействию карбонатов, а моносульфогидроалюминат кальция под воздействием карбонатов разлагается и вновь образует эттрингит, что вызывает напряжения в структуре образца и рост пористости, через которую проникает коррозионная среда. Ионы коррозионной среды, взаимодействуя с глубинными гидратами, образуют новые кристаллогидраты, которые впоследствии разрушают образец. бетонный цементный гидратация стойкость

Изучение кинетики поглощения углекислоты показало, что наибольшей поглощающей способностью обладает гипсоглиноземистый цемент, а наименьшей - напрягающий (см. рисунок), но при этом цементы обладают высокой стойкостью к агрессивному воздействию.

Рис. 1 Поглощение различными цементами диоксида углерода сульфатированных цементов

Степень гидратации сульфатированных цементов

Образцы из сульфоалюминатного, сульфоферритного и сульфоалюмоферритного клинкеров не образуют плотного прочного цементного камня и хорошо проницаемы для коррозионной среды. Этот факт был использован для изучения влияния карбонатных и сульфатных ионов на гидратные фазы и на непрогидратировавшие зерна этих клинкеров. Установлено, что при гидратации зерен этих клинкеров происходит рост степени гидратации, уже в первые два месяца твердения такие цементы прогидратированы на 85…93% (см. таблица)

Структура таких цементов представлена с основном хорошо закристаллизованными кристаллогидратами как игольчатого, так и гексагонального габитуса. Отсутствие гелеобразных фаз гидроксидов алюминия у цементов алюминатного типа свидетельствует о том, что они под воздействием карбонатных и сульфатных ионов образуют с ионами кальция кристаллогидраты. Рентгенофазовым анализом фиксируется как повышенное содержание эттрингита, так и содержание гидрокарбоалюминатов кальция. Структура сульфоферритных образцов также представлена повышенным содержанием закристаллизованных кристаллогидратов и небольшим количеством гелеобразной массы гидросиликатов кальция и гидроксида железа. Полученные данные позволяют заключить, что гидратация сульфоалюминатного, сульфоферритного и сульфоалюмоферритного клинкеров в карбонатной и карбонатно-сульфатной среде ускоряется с образованием большого объема кристаллической фазы, оптимальное сочетание которой с гелеобразными продуктами гидратации портландцементной составляющей обеспечивает образцам высокую коррозионную стойкость.

Полученные данные положены в основу при разработке эффективных мер по защите цементов от карбонатного воздействия.

Размещено на Allbest.ru