|
|
Разработка технологии производства
и применения Специальных портландцементов, обладающих стойкостью при
действиии морской и других видов минерализованных вод, была вызвана тем, что
обычные портладцсмен- ты в этих условиях разрушались. Долголетние
исследования А. А. Байкова, В. А. Кинда, В. М. Москвина, Ф. М. Иванова, В. В.
Кинда и др. позволили установить физико-химические процессы, вызывающие
коррозию портландцемента [7, 57]. Эти работы послужили основанием для выбора
специального цемента в зависимости от вида коррозии, степени агрессивного
воздействия воды— среды, скорости ее притока к поверхности конструкции,
плотности бетона и др.
Возможны следующие виды коррозии: 1— связанная с
выщелачиванием растворимых частей цементного камня (агрессивность
выщелачивания); 2 — вызывав мая обменными реакциями между цементным камнем и
агрессивной жидкой средой, в результате образуются легко растворимые
соединения не обладающие вяжущими свойствами (агрессивность углекислая,
общекислотная и магнезиальная); 3 — обусловливаемая развитием и накоплением в
цементном камне малорастворимых кристаллизующихся солей (агрессивность
сульфатная).
Выщелачивание при действии пресных вод, главным образом мягких,
характеризующихся малой жесткостью, происходит из-за растворения гидроксида
кальция. Во-' да насыщается известью, если содержание СаО будет ниже 1,08 г/л
воды. Это вызывает разложение гидроалюмината кальция, что приводит к
образованию гидроксида кальция и к его растворению под действием вод,
омывающих бетонную конструкцию. Растворимость Са(ОН)2 увеличивается в водах с
малой жесткостью, т. е. с малым содержанием бикарбоната кальция и магния Са
(НС03)2 и Mg (НСОзЬ
При высокой жесткости вода может сыграть даже известную
положительную роль, так как способствует образованию нерастворимого
соединения — углекислого кальция, отлагающегося в порах бетона и тем самым
уплотняющего его.
В результате этой реакции происходит также карбонизация
поверхностных Слоев бетона, аналогичная той, которая вызывается действием
атмосферной углекислоты."
Сущность углекислой агрессии заключается в следующем. Для
того, чтобы удержать бикарбонаты кальция и магния в растворе, необходимо в
силу обратимости реакции наличие некоторого количества свободной С02,
называемой равновесной. Эта углекислота не оказывает вредного действия на
бетон, так как она не может растворять углекислый кальций. Если в воде
содержится С02 сверх количества, необходимого для того, чтобы удержать в
растворимом состоянии бикарбонаты кальция и магния, то этот избыток может
реагировать с СаС03 по обратимой реакции: СаС03+С02 + Н20^Са (НС03)2.
Прореагировавшая часть углекислоты называется агрессивной; другая ее часть —
равновесной по отношению к вновь образовавшемуся количеству бикарбонатов.
Следовательно, агрессивность содержащейся в воде С02 зависит от временной
жесткоста воды, ибо чем она больше, тем больше равновесной углекислоты и
меньше агрессивной, Количество агрессивной С02 можно определить опытным и
расчетным путем. По экспериментальным данным скорость действия агрессивной
С02 растет пропорционально примерно квадрату ее содержания.
Общекислотная агрессия возникает обычно при действии на бетон
речных вод, сильно загрязненных промышленными сточными водами. Скорость
коррозии бетона зависит от кислотного аниона. Кислые воды растворяют п
разрыхляют, в первую очередь, поверхностные карбонизированные слои цементного
бетона. Дальнейшая коррозия будет зависеть от ряда обстоятельств, которые
должны рассматриваться в каждом отдельном случае применительно к виду той или
иной кислоты и ее концентрации.
В работах [107, 109] показана скорость коррозии разных
цементов в кислых водах, оцениваемой по количеству выщелачиваемой извести во
времени (У/). При р#= = 2,5 скорость выщелачивания значительно больше, чем
при рН = 4. Бетоны на шлакопортландцементе с кислыми шлаками и на
портландцементе с добавкой нефелинового шлама показали повышенную стойкость
по сравнению с портландцементом даже в воде-среде с рН = 3. Портландцемента с
пониженным содержанием C3S характеризуются повышенной стойкостью.
Причина, которая вызвала эту реакцию, не наблюдающуюся при
воздействии сернокислого натрия,'—слабая растворимость гидроксида магния и
вследствие этого низкое значение рН его насыщенного раствора, составляющее
примерно 10,5. Это меньше, чем необходимо для сохранения гидроалюмината и
гидросиликата кальция в твердой фазе, поэтому они начинают разлагаться,
выделяя в раствор Са (ОН)2- Поскольку при этом он реагирует с сульфатом
магния, образуя гипс и гидроксид магния, значение рН снова понижается, что
вызывает дальнейшее разложение гидросиликата кальция. В результате происходит
процесс накопления гипса в растворе до полного его насыщения и выпадения даже
в твердой фазе. Что же касается трехкальциевого гидроалюмината, то вначале он
вступает в реакцию с сернокислым магнием, _ образуя гидросульфоалюминат
кальция, который также неустойчив в среде сульфата магния и разлагается.
Сульфатная агрессия происходит при действии вод, обычно
содержащих преимущественно сульфаты натрия либо кальция. Сульфат натрия
взаимодействует с гидрок- сидом кальция цементного камня следующим образом:
Са (0H)2+Na2S04 + лН20 - CaS04-2 Н.20 + 2 NaOH.
Образующийся сернокислый кальций повышает концентрацию в
воде ионов SOf~ и Са2+, необходимую для взаимодействия с находящимся в
твердой фазе трех- кальциевым гидроалюминатом кальция и образования
гидросульфоалюмината кальция:
ЗСа0-А1203.6Н20+ 3CaS04-2H20 f 19Н20 = = 3Qi0*Al203*3CaS04*31
Н20
В результате первоначальный объем трехкальциевого
гидроалюмината увеличивается так значительно (в 2,86 раза), что появляются
большие внутренние напряжения, вызывающие образование трещин и разрушение
цементного камня и бетона. При высокой концентрации ионов воде они
взаимодействуют с ионами Са2+и образуют дополнительные количества сульфата
кальция. Из-за увеличения его объема при кристаллизации в виде дву- водной
соли появляются напряжения в местах его образования в цементном камне, что
может разрушать бетон. Если портландцемент содержит высокоактивную
минеральную добавку (трепел, опоку и др.), то вследствие значительного
химического связывания гидроксида кальция кремнекислотой, введенной в состав
цемента с активной минеральной добавкой, концентрация извести в окружающей
среде может оказаться столь низкой, что трехкальциевый гидроалюминат
растворяется.
Под действием проникающих в бетон сульфатных ионов
образуется гидросульфоалюминат кальция уже в жидкой фазе, вследствие чего его
кристаллизация не вызывает таких больших разрушающих напряжений, как это
бывает при образовании гидросульфоалюмината кальция по указанной выше схеме,
когда трехкальциевый гидроалюминат находится в твердой фазе.
Гидросульфоалюминат кальция, кристаллизуясь в порах цементного камня,
заполненных водой, может оказать в этом случае даже положительное влияние па
уплотнение структуры цементного камня.
Большинство природных вод, в особенности морские, содержат
значительное количество хлоридов натрия, что несколько меняет характер
некоторых видов коррозии. Однако установлено, что влияние хлоридов менее
значительно и что сульфатная агрессия все же происходит,' хотя в несколько
меньшей степени.
|