Внутренние процессы коррозии в цементных бетонах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Внутренние процессы коррозии в цементных бетонах

Цементный бетон является одним из распространенных строительный материал и в зависимости от состава, структуры пор и других характеристик может обладать широким спектром свойств. Одним из важнейших свойств является способность бетона противостоять различным химическим и физико-механическим воздействиям, что позволяет создавать строительные конструкции, обладающие высокой долговечностью, но в некоторых условиях эксплуатации бетон может подвергаться преждевременному разрушению. [2]

Одним из видов преждевременного разрушения являются процессы внутренней коррозии бетона, поэтому проблема изучения, диагностики и предупреждения процессов внутренней коррозии бетона, связанной с взаимодействием заполнителя и компонентов цементного камня является актуальной в настоящее время. [4]

Наиболее распространенным процессом внутренней коррозии является взаимодействие химических добавок и щелочей цемента с диоксидом кремния или кремнеземом из состава заполнителя (РЩК - реакция щелочей с кремнезёмом). [2]

Механизм РЩК описывался множеством авторов, а впервые был описан в США в 1940 году Т. Стентоном [1]. Исследования в этой области велись и в других странах. В нашей стране исследованиями в этой области впервые занялись В.М. Москвин и Г.С. Рояк. В научных трудах Москвина В.М. и Рояка Г.С. «Коррозия бетона при действии щелочей цемента на кремнезем заполнителя» по состоянию на 1962 год представлены данные исследований, посвященных коррозии бетона, далее работу продолжили такие ученые, как Иванов Ф.М., Алексеев С.Н., Гузеев Е.А., Розенталь Н.К., Чехний Г.В., Любарская Г.В., Розенталь А.Н., Helmuth R., Stark D., Diamond S., 1993; Heimuth R., Stark D., Diamond S., Moranville-Regourd M., Swamy R.N., рассмотрев вопросы, посвященные проблеме долговечности бетона и железобетона.

Несмотря на то, что проблеме РЩК уже посвящено множество публикаций, существуют практические рекомендации, которые позволяют снизить риск их возникновения и развития, но обнаруживаются новые случаи их проявления. На сегодняшний момент основные усилия исследователей направлены на изучение и установление механизмов реакции щелочей с кремнеземом, на усовершенствование методик, которые позволят адекватно предсказать последствия использования тех или иных видов заполнителей. Также предметом исследований является поиск надежных методов, позволяющих ингибировать протекание РЩК. [4]

К реакционноспособным минералам в цементном бетоне относятся минералы, которые содержат аморфный и скрытно-кристаллический кремнезем (опал, тридимит, халцедон, цеолит, кристобаллит, иллит, которые содержат некристаллизованное вулканическое стекло). К горным породам с содержанием минералов, которые способны вступать в реакцию со щелочами, относят: кварциты, кремни, базальты, песчаники, андезиты и другие. [2]

В современных условиях развития строительного материаловедения на смену термина «кремнезем» пришел термин «диоксид кремния», подчеркивая химизм процессов структурообразования, связанный с твердением и коррозией в цементных бетонах.

Проблема возникновения коррозии бетона от РЩК возникла в ряде городов нашей страны, где при производстве бетона для жилищного строительства использовались заполнители, содержащие включения реакционного диоксида кремния и цементы с высоким содержанием щелочей, иногда превышающие значения, указанные в нормативно-технической документации.

Вступать в химическую реакцию с щелочами может не только диоксид кремния, но и некоторые разновидности микрокристаллического кварца с нарушенной регулярностью кристаллической решетки. В результате такого взаимодействия на поверхности контакта заполнителя с цементным камнем образуются гидратные продукты, набухающие во влажных условия, а в бетоне возникают растягивающие напряжения, вызывающие деформации, образование трещин, снижение прочности и разрушение бетона.

Механизм процесса РЩК, который вызывает разрушение бетона, можно условно разделить на отдельные более простые последовательно и / или одновременно протекающие процессы:

· проникание щелочей в микроструктуру пор зерна заполнителя;

· реакция взаимодействия щелочей с диоксидом кремния, в результате чего образуется низковязкий гель на поверхности зерна, в трещинах и порах;

· переход части силикатов калия и натрия в силикат кальция;

· образование силиката кальция во внешнем слое геля и в устьях трещин;

· увеличение вязкости геля на входе в трещину;

· образование полупроницаемой перегородки (проницаемой для воды, ионов ОН^-, Na⁺, K⁺ и непроницаемой для геля);

· дальнейшая диффузия воды и ионов ОН^-, Na⁺, K⁺;

· увеличение количества и объема геля, проявление осмотического давления;

· осложненный отток вязкого геля в капиллярах малого сечения из трещин и от поверхности зерна вглубь растворной части бетона, и как следствие, возникновение внутренних напряжений;

· образование трещин и / или их дальнейшее расширение при давлении, которое превышает прочность зерен заполнителя и прочность бетона на растяжение;

· дальнейшее развитие трещин в зернах заполнителя и в цементной матрице бетона.

Примеры разрушения бетона, вызванного коррозией РЩК

коррозия бетон цемент

Следует отметить, что главную роль в процессе образования играют ионы кальция, которые увеличивают вязкость геля и образуют силикаты кальция благодаря реакции с силикатами натрия и калия. При увеличении вязкости отток геля по капиллярам бетона от мест образования становится затрудненным, что, в свою очередь, затрудняет релаксацию напряжений. Поэтому вещества, которые снижают осмотическое давление или замедляют образование геля, способствуют понижению опасности коррозии бетона, вызванной взаимодействием диоксида кремния со щелочами цемента. [3]

На сегодняшний день существует несколько основных направлений по решению вопроса замедления или полного прекращения разрушения бетона, вызванного взаимодействием реакционноспособных заполнителей и щелочей цемента и / или химических добавок различных химических составов: это уменьшение внутренних напряжений и повышение прочности бетона к внутренним напряжениям, возникающим при образовании продуктов взаимодействия кремнезема и щелочей.

Для уменьшения внутренних напряжений применяют такие мероприятия, как уменьшение объема продуктов коррозии. Для этого снижают количество щелочей в бетоне - ограничение содержания щелочей в цементе; ограничение расхода цемента; ограничение количества добавок и / или заполнителей, содержащих щелочи, введением в состав бетона добавок, которые предотвращают образование вязкого геля. Производят приемы для ограничения проникания в бетон щелочей из окружающей среды, применяют бетоны низкой проницаемости и защитные, гидрофобизирующие покрытия и пропитки.

Также, одним из методов уменьшения внутренних напряжений является метод равномерного распределения геля по объему бетона, для этого вводятся тонкодисперсные минеральные добавки, которые реагируют со щелочами.

Одним из методов уменьшения внутренних напряжений является метод создания условий для оттока геля, в этом случае вводят минеральные добавки, уменьшающие количество гидроксида кальция и уменьшающие возможность образования силиката кальция в объеме геля, что способствует снижению вязкости геля. Также вводятся воздухововлекающие и микрогазообразующие добавки для создания резервной пористости.

Одним из важных методов защиты от воздействия РЩК является увеличение прочности бетона за счет введения в его состав металлической и неметаллической фибры, повышающей его прочность к растягивающим напряжениям.

Для повышения стойкости бетона к РЩК необходимо ограничение расширения бетона внешним армированием - создание прочных оболочек, которые были бы способны выдержать расширение бетона.

Изучение механизма протекания и развития внутренней коррозии бетона, вызванной РЩК, требует дальнейшего изучения.

Литература

1. Stanton T.E. Expansion of cocrete through reaction between cement and aggregate. - Proc. Amer. Soc. Civil Engineers, vol. 66, №10, Dec. 1940, pp. 1781-1811.

2. Розенталь А.Н., Любарская Г.В. Коррозия бетона при взаимодействии щелочей с диоксидом кремния заполнителя // Бетон и железобетон. №1, 2012, с. 50-60.

3. Chatterji S. The role of Ca(OH) 2 in the breakdown of Portland cement concrete due to alkali-silica reaction // Cement and Concrete Research. - 1979.-V.9. - №2, pp. 185-188.

4. Брыков А.С. Щелоче-силикатные реакции и коррозия бетона: учебное пособие / А.С, Брыков. - СПб.: СПбГТИ(ТУ), 2009.

Размещено на Allbest.ru