Оценка реакционной способности заполнителей для бетонов транспортных сооружений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оценка реакционной способности заполнителей для бетонов транспортных сооружений

В период с 1922 по 1942 год в США были обнаружены разрушения четырёх плотин (в штатах Калифорния, Орегон, Айдахо, Арканзас), трёх зданий (в штатах Вайоминг, Канзас, Айдахо), моста (в штате Канзас), дорог (в штате Калифорния, Вашингтон, Небраска). В качестве причины повреждений бетона были определены реакции между щелочами цемента и определёнными заполнителями. Повреждения послужили в США поводом для многочисленных исследований причин и мер противодействия [1].

В начале 50-ых годов эта реакция получила известность в Австралии, а с середины 50-ых повреждения вследствие реакции «щёлочь-кремниевая кислота» отмечались во многих странах (Канада, Дания, Исландия, Южная Африка и т.д.).

Общественность в Германии обратила внимание на проблему реакции «щёлочь-кремниевая кислота» в результате повреждений Лахсверского моста, который был построен в 1965/66 годах и уже в 1968 году из-за опасности эксплуатации должен был быть снесён. На территории ГДР первые повреждения вследствие реакции «щёлочь-кремниевая кислота» были отмечены в 1979/80 годах в Мекленбурге и в 1983 году в Саксонии и Тюрингии [2].

Повреждение шпал из предварительно напряжённого железобетона вследствие реакции «щёлочь-кремниевая кислота» привели к огромным потерям на железных дорогах Германии и России. До сих пор становится известно о всё новых разрушениях.

Под потенциальной реакционной способностью (ПРС) заполнителей для бетона подразумевается их свойство вступать в химическое взаимодействие со щелочами цемента. Это взаимодействие приводит в определённых условиях к проявлению внутренней коррозии бетона.

Заполнители вступают в химическое взаимодействие со щелочами цемента, если при петрографическом анализе обнаружено наличие одной или нескольких разновидностей минералов, содержащих реакционноспособный кремнезем в количествах, равных или превышающих значения, указанные в таблице 1 [3].

Таблица 1

Коррозионное взаимодействие при наличии указанных составляющих в заполнителях может возникнуть и при действии щелочей извне или введении в состав бетона щёлочесодержащих добавок, например, поташа, применяющегося при зимнем бетонировании [4].

Степень и скорость коррозии бетона зависят от вида цемента, количества щелочей в цементе, вида и количества содержащихся в заполнителях выше перечисленных реакционноспособных составляющих, размера зёрен и их суммарной активности, водоцементного отношения, влажности и температуры в период эксплуатации сооружения [1,2,4,5].

Под реакцией «щёлочь-кремниевая кислота» понимается химическая реакция между кремниевой кислотой, вносимой заполнителем и раствором гидрооксида щелочного металла (NaOH, KOH), содержащегося в порах бетона. Образующийся при этом гель силиката щелочного металла оказывает расширяющее действие и может привести к повреждениям бетона (рис.1) [2].

Рис.1. Реакция «щёлочь-кремниевая кислота»,

1 - Образование гидрооксидов щелочных металлов

2 - Диффузия ионов к месту реакции

3 - Ионный обмен и ионная реакция

4 - Водопоглощение и процесс набухания

Как правило, при замещении кремниевой кислоты солями щелочных металлов в конце реакции вновь высвобождается щелочной металл в виде гидрооксида, чтобы снова вступить в реакцию в более глубоких слоях зерна реакционноспособного заполнителя. Это обстоятельство обусловливает опасность этой продолжительной реакции (рис.2) [2].

Рис.2. Принципиальное изображение структуры напряжения сжатия при набухании вследствии реакции между щёлочью и кремниевой кислотой.

Кремниевая кислота растворяется в концентрированных растворах щёлочи. Скорость этого процесса зависит от кристаллического состояния кремниевой кислоты и вида щелочного раствора.

Реакция между кремниевой кислотой и раствором гидрооксида протекает в любых случаях. Однако, она приводит к повреждениям бетона только при реакционно активном SiO2 и высоком содержании Na2O - эквивалента.

Абсолютно инертных заполнителей не существует. Все заполнители в большей или меньшей степени реагируют с цементным камнем.

Растворимость кремниевой кислоты зависит от показателя pH, температуры, кристаллического состояния модификации SiO2

Содержание щёлочи выражается в виде Na2O эквивалента (N). При этом содержание Na2O и K2O приводится к общему содержанию щёлочи. Для этого содержание K2O следует умножить на коэффициент 0.658, который отражает соотношение молярных масс Na2O и K2O.

N = Na2O + 0.658 K2O

Реакция «щёлочь-кремниевая кислота» протекает тогда, когда бетон изготовлен с применением заполнителей, восприимчивых к щелочам, и цемента, содержащего повышенное количество щёлочей, и находится во влажных условиях. Однако разрушающая реакция «щёлочь-кремниевая кислота» возможна только в том случае, если содержание щёлочи в цементе превышает определённое предельное значение. На основании многолетних наблюдений за строительными сооружениями и экспериментальных исследований ряда авторов было установлено, что при содержании щёлочи N ? 0.6 %, реакция «щёлочь-кремниевая кислота» не приводит к повреждениям даже при реакционноспособных заполнителях [2].

При применении цементов с небольшим содержанием активных щелочей, т.е. портландцементов с общим содержанием щелочей не более 0.6% по эквиваленту N, повреждения в результате реакции «щёлочь-кислота» практически исключены.

Реакция «щёлочь-кремниевая кислота» приводит к повреждениям бетона, если увеличения объёма, возникающие вследствии реакции со щёлочью, не могут восприниматься бетоном, т.е. если возникают напряжения, которые превышают прочность бетона на растяжение. Следствием этих напряжений являются отслаивания и трещины.

О разрушающей реакции «щёлочь-кремниевая кислота» можно судить по следующим внешне видимым признакам:

- появление на поверхности бетона выделений в виде гелевидных капель, сначала прозрачных и густотекучих, которые затем становятся мутными и относительно твёрдыми.

- выделение продуктов карбонизации в результате воздействия CO2 воздуха в виде белых пятен, которые имеют форму от точечной до кольцеобразной (выцветы).

- поверхностные наросты и воронкообразные отслаивания, которые являются следствием реакции «щёлочь-кремниевая кислота», в которой участвуют находящиеся недалеко от поверхности реакционные зёрна заполнителя.

- мелкие, сетевидные трещины, которые при достижении значительной глубины могут привести к полной потере несущей способности и эксплуатационных свойств строительных сооружений или изделий из бетона.

- увеличение объёма; однако здесь существует опасность смешивания данной причины с другими причинами повреждения (например, сульфатное расширение, повреждение в результате мороза).

Наиболее явными проявлениями реакции «щёлочь-кремниевая кислота» являются гелеобразные выделения и кольцеобразные выцветы, которые в большинстве случаев имеют место только на внутренних стенах, так как на наружных стенах эти выцветы исчезают под влиянием атмосферных воздействий.

Особенность этого вида коррозии бетона - наличие скрытого периода различной продолжительности, иногда в несколько лет, в течении которого могут не проявиться признаки коррозионного взаимодействия; последние могут появиться лишь после возведения сооружения, когда практически, уже нельзя предотвратить коррозионный процесс и его последствия. Поэтому определять ПРС следует при геологоразведочных работах, а также в процессе эксплуатации месторождения, если такие определения не производились при геологоразведочных работах.

Библиографический список

коррозия бетон щёлочь кислота

1. Жуков Ю.А. Автореферат на соискание учёной степени кандидата технических наук «Влияние гидроокиси кальция на развитие деструктивных процессов в бетоне при щелочной коррозии», Ленинград, ЛИИЖТ, 1972. 19 с.

2. Иохан Штарк, Бернд Вихт «Долговечность бетона». Киев, Оранта, 2004.

3. ГОСТ 8269.0-97. Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов промышленного производства для строительных работ. Методы физико-механических испытаний.

4. Рекомендации по определению реакционной способности заполнителей бетона со щелочами цемента. НИИЖБ, Москва, 1972.

5. Рояк Г.С. Внутренняя коррозия бетона. Труды ЦНИИС. Вып.210. М, ЦНИИС, 2002. 156 с.

Размещено на Allbest.ru