Анализ факторов, определяющих долговечность геополимерных строительных материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства

Анализ факторов, определяющих долговечность геополимерных строительных материалов

Ерошкина Надежда Александровна, к.т.н., инженер-исследователь

Коровкин Марк Олимпиевич, к.т.н., доцент

Тымчук Екатерина Ильинична, студент

Аннотация

Рассмотрен комплекс факторов, влияющих на долговечность геополимерных бетонов. Показано, что характеристики долговечности этих материалов зависят от системы физико-механических свойств, параметров структуры и условий эксплуатации.

Ключевые слова: бетон, геополимер, долговечность, коррозия, проницаемость, трещиностойкость

Производство геополимерных вяжущих и бетонов на их основе - одно из наиболее перспективных направлений развития энерго- и ресурсосберегающих технологий строительных материалов [1]. Ресурсосберегающий потенциал таких материалов может быть реализован только при создании геополимерных материалов достаточно высокой долговечности. Однако долговечность этих материалов относится к числу малоисследованных свойств. Это связано, прежде всего, с недостаточной продолжительностью исследования геополимерных строительных материалов и небольшим опытом их практического применения. Для предварительной оценки влияния различных технологических и эксплуатационных факторов на долговечность геополимерных бетонов должны учитываться не только сведения об изменении свойств этих материалов под воздействием этих факторов, но и данные об эксплуатационном поведении шлакощелочных и портландцементных бетонов.

Деструкция строительных материалов может происходить под влиянием различных эксплуатационных факторов, которые можно разделить на две группы:

- силовое воздействие, связанное с восприятием полезной нагрузки собственного веса материалов и конструкций, а также усталостное разрушение при воздействии переменной нагрузки;

- процессы разрушения материала под воздействием окружающей среды или внутренних процессов, развивающихся в материале.

Разрушение строительных материалов и конструкций под воздействием первой группы факторов происходит только в аварийных ситуациях или при нарушении проектного режима эксплуатации зданий и сооружений. геополимерный бетон строительный

Вторая группа факторов включает в себя химическую коррозию строительных материалов, а также их разрушение под действием замораживания и оттаивания, насыщения и высушивания, а также внутренней коррозии в результате объемных изменений при взаимодействии некоторых компонентов материалов, например щелочей, содержащихся в вяжущем, с активным кремнеземом заполнителя.

По некоторым данным, ведущей причиной разрушения железобетонных конструкций является разрушение под действием карбонизации и хлоридных ионов, вызывающих коррозию арматуры [2]. Диоксид углерода и хлориды, напрямую не воздействуют на бетон, а способствуют коррозии арматуры в бетоне. Атмосферный углекислый газ вступает в реакцию с щелочью, вызывая уменьшение рН в поровом пространстве. В результате защитные свойства бетона по отношению к арматурной стали снижаются. Хлоридные ионы могут проникать в бетонную смесь через заполнитель или воду затворения. Однако на практике это редко происходит вследствие жестких ограничений по содержанию хлоридов в бетоне. Как правило, хлориды проникают в бетон снаружи, либо из морской воды или в результате применения противогололедных реагентов. Углекислый газ и соединения хлора, а также другие агрессивные вещества могут вызвать разрушение бетона только в присутствии воды.

Механизм проникновения хлоридов и диффузия CO₂ из окружающей среды вместе с процессом перемещения воды в бетоне играет важную роль в разрушении бетона. Эти явления являются ключевыми факторами, определяющими долговечность бетона на основе портландцемента, шлакощелочного и геополимерного бетона.

Долговечность и многие другие свойства геополимерных бетонов зависят от тех же факторов, которые являются определяющими для долговечности композиционных шлакощелочных вяжущих (КШЩВ) (рис. 1).

Рис. 1. Система факторов, определяющих структуру и свойства КШЩВ, по данным Н.Р. Рахимовой [3]

Определяющее влияние на долговечность материала, наряду с его химико-минералогическим составом, оказывает поровая структура, от которой зависит его проницаемость для жидкостей и газов, вызывающих физическую и химическую коррозию. Часто проницаемость бетона является свойством, определяющим долговечность материала.

Существуют различные условия проникновения жидкостей в материал, например капиллярный подсос, адсорбционное водопоглощение, инфильтрация жидкостей под давлением (в гидротехнических сооружениях и резервуарах). В зависимости от условий поступления в строительный материал воды или растворов коррозионно-активных веществ скорость деструктивных процессов будет различной.

Многочисленные исследования [3-7] доказали, что долговечность геополимерных материалов зависит от размерных характеристик их открытой пористости. При оценке влияния структуры бетона на его коррозионную стойкость большое значение имеет распределение объема пор по размерам. Преобладание пор меньших размеров способствует повышению химической стойкости бетона; крупные поры влияют не только на его прочность, но и на проницаемость, которая, в свою очередь, оказывает воздействие на долговечность.

Деструктивные процессы геополимерных материалов зависят не от одного или нескольких факторов, а от системы взаимодействия комплекса параметров структуры и условий эксплуатации (рис. 2).

Рис. 2. Диаграмма зависимостей между научными и техническими аспектами долговечности геополимеров по данным [5]

Большое влияние на повышение проницаемости бетона для коррозионно-активных агентов имеет образование и развитие в материале системы трещин. Кроме того, этот фактор значительно влияет на морозостойкость бетона.

Трещинообразование геополимерных бетонов остается пока малоизученным вопросом. Установлено, что геополимерные материалы на основе магматических горных пород характеризуются более высокой, чем портландцемент усадкой [7, 8], что создает предпосылки для образования в материале усадочных трещин. Выявлено, что на трещиностойкость этих материалов большое влияние оказывает расход добавки шлака [9]. Однако проблема повышения проницаемости геополимерного бетона из-за образования в нем трещин характерна для многих строительных материалов. Снижение влияния этих негативных явлений может быть получено различными способами, например использованием ремонтных полимерных защитных покрытий [10].

Долговечность геополимерных материалов зависит от системы взаимосвязанных факторов. Взаимосвязь этих факторов, а также их совместное влияние на изменение характеристик долговечности материала является сложной малоизученной системой, в связи с чем необходимо проведение системных исследований взаимного влияния физико-механических свойств и структуры геополимерных строительных материалов на их долговечность в различных условиях эксплуатации.

Библиографический список

1. Ерошкина Н.А. Геополимерные строительные материалы на основе промышленных отходов: моногр. / Н.А. Ерошкина, М.О. Коровкин. - Пенза: ПГУАС, 2014. - 128 с.

2. Штарк Й., Вихт Б. Долговечность бетона. - Киев: Оранта, 2004. - 295 с.

3. Рахимова Н.Р. Шлакощелочные вяжущие и бетоны с силикатными и алюмосиликатными минеральными добавками [Текст]: дис. … д-ра техн. наук: 05.23.05 / Н.Р. Рахимова. - Казань: Казан. гос. архит.-строит. ун-т, 2010. - 502 с.

4. Siddiqui K.S. Strength and Durability of Low-Calcium Fly Ash-based Geopolymer Concrete / K.S. Siddiqui // Final Year Honours Dissertation. - Perth: The University of Western Australia, 2007.

5. Shaikh F.U.A. Effects of alkali solutions on corrosion durability of geopolymer concrete / F.U.A. Shaikh // Advances in Concrete Construction. 2014.Vol. 2, No. 2. P. 109-123.

6. Fernando P.T. Resistance to acid attack, abrasion and leaching behavior of alkali-activated mine waste binders / P.T. Fernando, J. Said // Materials and Structures. 2011. Vol. 44. P. 487-498.

7. Ерошкина Н.А. Методы оценки и повышения долговечности геополимерных строительных материалов на основе промышленных отходов: учеб. пособие / Н.А. Ерошкина, М.О. Коровкин. - Пенза: ПГУАС, 2014. - 115 с.

8. Ерошкина Н.А., Коровкин М.О. Влияние параметров состава минерально-щелочного вяжущего на прочность и усадку бетона // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Сер.: Стр-во и архит. 2012. Вып. 27 (46). - С. 78-83.

9. Ерошкина Н.А., Коровкин М.О., Аксенов С.В. Деформативно-прочностные свойства и трещиностойкость геополимерного бетона // Механика разрушения строительных материалов и конструкций: Междунар. науч.-техн. конф. - VIII Академ. чтения РААСН. - Казань: Изд-во КГАСУ, 2014. - С. 83-87.

10. Воскресенский А.В., Тарасеева Н.И., Рогулина М.В. Влияние производственных факторов на долговечность железобетонных конструкций // Новый университет. Серия: Технические науки. 2014. № 11 (33). С. 60-62.

Размещено на Allbest.ru