ВІКІСТОРІНКА
Навигация:
Інформатика
Історія
Автоматизація
Адміністрування
Антропологія
Архітектура
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Військова наука
Виробництво
Географія
Геологія
Господарство
Демографія
Екологія
Економіка
Електроніка
Енергетика
Журналістика
Кінематографія
Комп'ютеризація
Креслення
Кулінарія
Культура
Культура
Лінгвістика
Література
Лексикологія
Логіка
Маркетинг
Математика
Медицина
Менеджмент
Металургія
Метрологія
Мистецтво
Музика
Наукознавство
Освіта
Охорона Праці
Підприємництво
Педагогіка
Поліграфія
Право
Приладобудування
Програмування
Психологія
Радіозв'язок
Релігія
Риторика
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Статистика
Технології
Торгівля
Транспорт
Фізіологія
Фізика
Філософія
Фінанси
Фармакологія


Цементи. Корозія цементного каменю і бетону

 

План:

 

1. Портландцемент:

- сировина;

- отримання;

- склад;

- взаємодія складових з водою.

2. Глиноземний цемент:

- сировина;

- взаємодія складових з водою;

- властивості і використання.

3. Корозія цементного каменю:

- фактори корозії;

- основні види корозії;

- захист від корозії.

 

 

Портландцемент − гідравлічна в'яжуча речовина, що складається в основному із силікатів кальцію. Це один з найпоширеніших цементів, що їх застосовують при виготовленні бетону та залізобетону.

Одержання портландцементу. Портландцемент містить таку кількість оксидів у відсотках за масою: СаО − 63−66; SiО2 − 21−24; А12О3 − 4−8; Fe2О − 2−4. Загальна кількість цих чотирьох оксидів у портландцементі становить 95−98%. Із числа інших оксидів можуть бути присутніми: MgO (до 1−4%), Na2О, К2О, ТіО2, Сг2О3 й інші.

Як сировинні матеріали, при виготовленні портландцементу використовуються карбонатні породи, що містять СаСО3 (вапняк, крейда), і глини. Співвідношення вапняк−глина становить 3:1. Як сировину, застосовують і мергелі − природну суміш вапняку і глин.

Для забезпечення необхідного співвідношення оксидів у складі портландцементу використовують коригувальні домішки, які вводять у склад суміші. Наприклад, для збільшення вмісту Fe203 додають колчеданні недопарки, для підвищення кількості SiO2 − трепел, опоку.

При виробництві портландцементу доцільно використовувати відходи промислового виробництва, такі як доменні шлаки, які містять CaO, SiО2, A12О3, Fe2О3, нефеліновий шлам, утворений при виробництві глинозему, та інші.

Використовується два способи підготовки сировинної суміші: сухий і мокрий.

При сухому способі змішують й подрібнюють сухі або попередньо висушені вихідні матеріали, сировинну суміш одержують у вигляді порошку. При мокрому способі змішування й подрібнення сировинних матеріалів виконують у воді, сировинну суміш одержують у вигляді рідкотекучої маси − шламу, що містить 35—40% води. Сухий спосіб виробництва економніший, оскільки тут витрати теплоти при випалі матеріалу в 1,5−2 рази менші, ніж за мокрим способом.

Випал сировинної суміші виконують у печах, які являють собою довгі циліндри, зварені зі сталі, що мають діаметр 5−7 м і довжину 95, 185 або 230 м. Така піч має невеликий нахил і обертається, внаслідок чого сировинна суміш переміщується в ній. Завантаження сировинної суміші здійснюється з холодного (верхнього) кінця печі. З боку нижнього кінця вдувається паливо (пилоподібне вугілля, мазут, природний газ).

Розглянемо основні процеси, що відбуваються при випалі сировинної суміші. При цьому можна умовно виділити, за даними В.М. Юнга, шість зон печі.

I. Зона випару. У ній відбувається висушування сировинної суміші при поступовому її нагріванні до 200 °С. Цю зону називають також зоною сушіння.

II. Зона підігріву. Температура сировинної суміші в ній поступово підвищується від 200 до 700°С. У цій зоні відбувається дегідратація глин, відділення води з їх структури, наприклад, з каолініту:

Al2О3∙ 2SiО2 ∙2H2О Al2О3∙2SiО2 + 2Н2О.

Перша й друга зони при мокрому способі виробництва цементу становлять сумісно 50−60% довжини всієї печі.

III. Зона декарбонізації. Становить 20−23% довжини печі. Температура гартованої суміші в ній підвищується від 700 до 1100 0С. У цій зоні відбувається розкладання СаСО3, MgCО3:

СаСО3 → СаО + СО2.

Це реакція ендотермічна, тому в цій зоні споживається велика кількість теплоти. У ній відбувається також розкладання дегідратованих глин на оксиди:

Al2О3∙ 2SiО2 → А12О3 + 2SiО2.

Внаслідок твердофазних реакцій взаємодії СаО, А12О3, SiО2 у цій зоні утворюються алюмінати СаО∙А12О3, 3СаО∙А12О3 і частково двокальцієвий силікат 2CaO∙SiО2.

IV. Зона екзотермічних реакцій. Складає 5−7% довжини печі. Температура суміші в ній підвищується до 1100−1250 0С. Тут здійснюються екзотермічні твердофазні реакції утворення таких сполук, як 3СаО∙А1203, 4CaO∙Al2О3∙Fe2О3, 2CaO∙SiО2. В результаті виділення великої кількості теплоти температура матеріалу інтенсивно підвищується на 150−200 0С.

V. Зона спікання. Становить 10−15% довжини печі. У ній досягається максимальна температура − 1450 °С. Частина матеріалу (20−30% за обсягом) плавиться. У цій зоні відбувається утворення трикальцієвого силікату 3CaO∙SiО2 через взаємодію 2CaO∙SiО2 і СаО. Здійснюється також спікання матеріалу, утворення з нього щільних гранул з радіусом 4−20 мм. Матеріал, що виходить, називають клінкером (від німецького Klinker).

VI. Зона охолодження. Температура клінкера знижується в ній з 1300 до 10000С, при цьому остаточно формуються його склад і структура. Подальше охолодження клінкера відбувається в спеціальних охолоджувачах.

Отриманий клінкер розмелюють у тонкий порошок, при цьому додають гіпс так, щоб загальний зміст SО2 не перевищував 3,5%. У результаті помелу одержують портландцемент.

Основні мінерали портландцементного клінкеру. При випалі сировинної суміші в результаті реакцій у твердих фазах, а також кристалізації з розплаву, утворюються, як зазначено вище, нові хімічні сполуки. їх кристали малі й непомітні неозброєним оком.

Для опису складу цих речовин − клінкерних мінералів − використовуються подання їх у вигляді оксидів, а також скорочені позначення, коли кожний оксид вказується власною початковою буквою. Наприклад, СаО позначають буквою С, SiО2 − S, A12О3 − A, Fe2О3 − F, Н2О − Н. Ортосилікат кальцію (двокальцієвий силікат) − Ca2SiО4, або 2CaO∙SiО2, при такому позначенні буде мати вигляд C2S.

Слід зазначити, що формули у таблиці відбивають склад реальних клінкерних мінералів лише приблизно.

При дослідженні клінкера першим трьом виявленим у ньому мінералам було дано назви за першими буквами латинського алфавіту − аліт, беліт, целіт. Аліт відповідає у сполуці трикальцієвому силікату 3CaO∙SiО2, беліт − двокальцієвому силікату 2CaO∙SiО2, целіт − чотирикальцієвому алюмофериту 4CaO∙Al2О3∙Fe2О3.

Крім зазначених мінералів, у клінкері може міститися невелика кількість алюмінатів і алюмоферитів кальцію іншого складу (наприклад, 5СаО-А12О3), а також оксид магнію MgO у вигляді кристалів периклазу, вільний оксид кальцію СаО (не більше 1 %) і аморфна речовина − клінкерне скло (5−15%), в яке включені А12О3, Fe2О3, СаО, К2О, Na2О.

Аліт − трикальцієвий силікат 3CaO∙SiО2 (або C3S) − найбільш важливий мінерал цементного клінкера, бо він зумовлює швидкість його тужавіння й міцність одержуваного цементного каменю. Якість цементу багато в чому визначається вмістом у ньому аліту. Аліт у цементному клінкері являє собою твердий розчин 3CaО∙SiО2 з MgO, А12О3 і деякими іншими домішками.

Беліт − двокальцієвий силікат 2CaO∙SiО2 (або C2S) − менш активно взаємодіє з водою, ніж аліт. Беліт тужавіє повільно, але продукти його тривалого тужавіння відзначаються високою міцністю.

Відомо п'ять кристалічних форм (модифікацій), у яких може перебувати C2S в інтервалі температур від 20 до 1500 0С. У цементному клінкері беліт являє собою твердий розчин β-форми C2S і деякої кількості MgO, A12О3, Fe2О3, Cr2О3. Щільність β-C2S становить 3,28 г/ см3. При температурі нижче 525 0С β-C2S може перейти в γ-C2S, що супроводжується зменшенням щільності до 2,97 г/см3 і мимовільним здрібнюванням клінкера. Модифікація γ-C2S практично не взаємодіє з водою, тобто не має в'яжучої властивості. Стабілізація β_C2S забезпечується за рахунок наявності домішок MgO, Cr2О3 і деяких інших та швидкого охолодження клінкеру при виході з печі.Високий вміст трикальцєвого алюмінату є причиною сульфатної корорії бетону

Сукупний вміст C3S і β_C2S у клінкері становить близько 75%. Ці мінерали й визначають найважливіші властивості цементу.

Трикальцієвий алюмінат − 3СаО∙А12О3 (або С3А) − швидко гідратується й тужавіє, проте продукти його тужавіння не мають високої міцності. Щільність С3А становить 3,04 г/см3. У клінкері він кристалізується у вигляді зерен з розмірами до 10−15 мкм і є твердим розчином, доволі складним. Наявність С3А у клінкері − причина сульфатної корозії бетону, тому зміст С3А у сульфатостійкому цементі обмежують 5 %.

Целіт − чотирикальцієвий алюмоферит 4CaО∙Al2О3∙Fe2О3 (або C4AF) − займає проміжне положення за швидкістю гідратації між алітом і белітом. Щільність C4AF − 3,77 г/см3. Целіт являє собою твердий розчин алюмоферитів кальцію, склад його може змінювати­ся від C6AF2 до CeA2F. Целіт містить до 3 % К2О, 4 % MgO, 7 % SiО2.

Властивості клінкерних мінералів та їх вміст у цементі визначають його основні характеристики. За необхідності одержати цемент, який швидко тужавіє, варто збільшити в ньому вміст C3S та С3А. Якщо ж потрібен цемент із якнайнижчим тепловиділенням (наприклад, при зведенні масивних бетонних частин гідротехнічних споруд), треба обмежити вміст у клінкері трикальцієвого силікату і трикальцієвого алюмінату.

Взаємодія клінкерних мінералів з водою. Ця взаємодія спричинює в остаточному підсумку перетворення цементного тіста у міцний цементний камінь. Важлива складова частина цього процесу − хімічні реакції між мінералами цементного клінкеру та водою. Ці реакції включають процеси гідратації й гідролізу клінкерних мінералів.

Гідратація − приєднання води до вихідних безводних мінералів або до продуктів, що утворилися при їх первинній взаємодії з водою. Результатом гідратації є виникнення нових продуктів − гідратів, з яких формується структура цементного каменю.

Гідроліз − розкладання речовини під дією води з утворенням нових сполук. Оскільки клінкерні мінерали (силікати й алюмінати кальцію) утворені сильною основою й слабкими кислотами, вони схиляються до перебігу гідролізу з виділенням сильної основи Са(ОН)2, внаслідок чого зростає основність розчину, тобто зростає його гідрогенний показник.

При взаємодії з водою трикальцієвого силікату 3CaO∙SiО2 відбуваються процеси гідратації (приєднання води) і гідролізу з виділенням Са(ОН)2:

3CaO∙SiО2 + (n + 1)Н2O = 2CaO∙SiO2∙ nН2O + Са(ОН)2.

Вода швидко насичується гідроксидом кальцію Са(ОН)2, який виділяється у твердіючому цементному камені у вигляді кристалів портландиту. Реакція екзотермічна. Ступінь гідратації C3S при 25°С становить: за 1 добу − 25−35%, за 10 діб − 55−65%, за 28 діб − 78−80%.

Склад гідросилікатів кальцію змінюється в міру тужавіння. Гідросилікат, що утворюється в остаточному підсумку, CaO∙SiO2∙H2O виділяється у вигляді волокнистих кристалів.

Двокальцієвий силікат також схильний до гідратації та гідролізу. Проте у цементі він перебуває разом з C3S, при гідролізі якого створюється високолужне середовище. Тому в умовах виготовлення бетону відбувається сама лише гідратація 2CaO∙SiO2:

2CaO∙SiO2 + nH2O = 2CaO∙SiO2∙nH2O.

Як і у випадку C3S, сполука гідросилікатів згодом змінюється. Швидкість гідратації C2S значно менша, ніж в C3S. Після закінчення першої доби ступінь його гідратації становить 5−10% , за 10 діб − 10−20%, протягом 28 діб − 30−50%. Для повної гідратації C2S за нормальних умов необхідно 5−6 років.

При тепловологій обробці (в автоклавах) процес взаємодії C2S з водою різко прискорюється. Тому тужавіння високобелітових цементів ефективніше проходить в автоклавах.

Трикальцієвий алюмінат ЗСаО∙А12O3 при взаємодії з водою утворює гідроалюмінати різного складу, при температурі, більшій за 25°С, найбільш стійким з них є 3СаО∙А12O3∙6Н2O. У нього переходять інші гідроалюмінати кальцію, що виділилися. Тому реакцію взаємодії С3А з водою можна подати у вигляді:

3СаО∙А12O3 + 6Н2O = 3СаО∙ А12O3 ∙6Н2O.

Ця реакція розвивається швидко. Так, уже за добу ступінь гідратації С3А становить 70−80%. Надмірно швидка взаємодія С3А з водою призводить до раннього структуроутворення в цементному тісті, через що стає неможливим перемішування, укладання й ущільнення бетонної суміші. Для позбавлення від цього процесу до клінкера додають гіпс, реагуючи з яким, С3А утворить малорозчинний гідросульфоалюмінат кальцію − етрингіт:

3СаО∙А12O3 + 3CaSO4 + 31Н2O = 3CaO∙Al2O3∙3CaSO4∙31H2О.

Тільки після витрати всього гіпсу (за 1−3 години після затворення цементу водою) стане виділятися чистий гідроалюмінат кальцію й цемент почне схоплюватися.

При взаємодії з водою чотирикальцієвого алюмінату йдуть процеси гідратації та гідролізу:

4СаО ∙Al2O3∙ Fe2O3 +10Н2О = 3СаО(А1, Fe)2O3∙6H2O + Са(ОН)2 + 2Fe(OH)3.

Ступінь гідратації за 3 доби сягає 50–70%.

При взаємодії портландцементу з водою клінкерні мінерали утворюють характерні для них гідрати. Разом з тим, мінерали можуть взаємно впливати на гідратацію.

У ряді випадків потрібно прискорити або сповільнити процес гідратації цементу. Для цього використовують різні засоби. Прискорення гідратаційного тужавіння досягається тепловологою обробкою бетону або введенням хімічних домішок, таких як хлорид кальцію СаС12, солі натрію, кальцію.

Уповільнення гідратації цементу одержують при введенні хімічних домішок, які, зокрема, містять сахарозу С12Н22О11. Сахарат кальцію, що утворюється при цьому, добре розчиняється у воді. Зростання в ній концентрації іонів Са2+ спричиняє уповільнення процесу гідратації C3S.

 

 

Глиноземистий цемент − являє собою гідравлічну в'яжучу речовину, основу якої становлять алюмінати кальцію, головним чином − однокальцієвий алюмінат СаО∙А12O3 (скорочено СА). У незначних кількостях алюмінатний (глиноземистий) цемент містить також інші алюмінати кальцію − СаО∙2А12O3 (СА2), 5СаО∙3А12O3бА3), алюмосилікат кальцію − геленіт 5CaO∙Al2O3 ∙SiO2 (C2S), а також двокальцієвий силікат 2CaO∙SiO2 (C2S).

Глиноземистий цемент за складом і властивостями значно відрізняється від портландцементу. Він швидко тужавіє, продукти його тужавіння мають високу міцність.

Одержання глиноземистого цементу. Як вихідні матеріали, для виробництва глиноземистого цементу використовують вапняк СаСO3 і боксит А12O3∙nН2O. Складена з них сировинна суміш нагрівається до температури 1250−1300 °С, за якої вона спікається, утворюючи клінкер, або до температури 1400−1500 °С, за якої вона плавиться, внаслідок чого одержують сплав.

Послідовність реакцій при утворенні мінералів глиноземистого цементу можна подати у такий спосіб. Гідроксид алюмінію, що входить до складу бокситів, розкладається при нагріванні понад 300°С з виділенням А12O3. При температурі 800−1000 °С розкладається й карбонат кальцію:

СаСO3 → СаО + СO2.

Взаємодія між СаО і А12Оа має наслідком утворення алюмінатів кальцію:

12СаО + 7А12O3 → 12СаО∙7А12О3,

СаО + А12O3 → СаО∙А12O3.

Алюмінат кальцію 12СаО∙7А12O3 за вищих температур вступає у взаємодію з оксидом алюмінію А12O3, утворюючи однокальцієвий алюмінат СаО∙А12О3:

12СаО + 7А12O3 + 5А12O3 →12(СаОА12O3).

При подальшому нагріванні однокальцієвий алюмінат може вступити в реакцію з А12О3 з утворенням СаО∙2А12O3:

СаО∙А12O3 + А12O3 СаО∙2А12O3.

Сплав, одержаний у результаті випалу сировинної суміші, являє собою щільний темний дрібнозернистий камінь. Його дроблять, а тоді розмелюють. Подрібнюється він сутужніше, ніж портландцементний клінкер, тому на помел витрачається більше енергії. Крім того, боксити, які використовують переважно для виробництва алюмінію, виявляються більш коштовною сировиною, ніж вапняк і глина. Тому вартість глиноземистого цементу приблизно втричі більша, ніж портландцементу, і виробляють його у значно менших обсягах. З метою розширення сировинної бази для виготовлення глиноземистого цементу використовують відходи виробництва, наприклад, шлаки, що утворюються при вторинній плавці алюмінію (містять велику кількість А12O3).

Взаємодія глиноземистого цементу з водою. Основний мінерал глиноземистого цементу − моноалюмінат кальцію СаО∙А12O3. При взаємодії його з водою утворюється гідроалюмінат кальцію 2СаО∙2А12O3∙8Н2O і гідроксид алюмінію:

2(СаО∙А12O3) + 11Н2O = 2СаО∙А12O3∙8Н2O + 2А1(ОН)3.

Можна виділити дві стадії цього процесу. Спочатку при взаємодії СаО∙Аl2O3 з водою утворюється гідроалюмінат кальцію складу СаО∙А12О3∙10Н2О:

CaO∙Al2O3 + 10Н2O = СаО ∙А12О3∙10Н2О,

а потім з нього виділяються C2AH8 і А1(ОН)3:

2(СаО∙А12О3∙10Н2О) = 2СаО∙А12О3∙8Н2О + 2А1(ОН)3 + 9Н2О.

Вода, що утворюється, знову вступає у взаємодію з СаО∙А12О3. Описані реакції відбуваються, якщо температура не перевищує 25°С. За вищих температур

(30−35 0С й вище) гідроалюмінати кальцію САН10 і C2AH8 перетворюються у трикальцієвий гідроалюмінат 3СаО∙А12О3∙6Н2О (С3АН6) з виділенням Аl(ОН)3. У результаті цього відбувається зменшення об'єму, виникають внутрішні напруження у цементному камені й міцність бетону зменшується у 2−3 рази. Ось чому не можна застосовувати глиноземистий цемент в умовах підвищеної температури для бетонування масивних конструкцій, або піддавати тепловологому впливу.

Властивості і застосування глиноземистого цементу. Глиноземистий цемент тужавіє швидко. На відміну від портландцементу, у якого марочна міцність забезпечується після 28-ї доби тужавіння за нормальних умов, глиноземистий цемент досягає значення марочної міцності за 3 доби тужавіння. Уже за 24 години його міцність становить не менше 60 % марочної. Швидке тужавіння глиноземистого цементу супроводжується помітним тепловиділенням, яке протягом першої доби в 3−4 рази більше, ніж при тужавінні портландцементу. Загальне ж тепловиділення при тужавінні глиноземистого цементу приблизно в 1,5 разу вище, ніж у портландцементу.

Строки початку й кінця схоплювання у глиноземистого цементу приблизно такі ж самі, як і в портландцементу.

Продукти тужавіння глиноземистого цементу не містять гідроксид кальцію Са(ОН)2 і 3СаО∙А12О3∙6Н2О. Внаслідок цього бетон, отриманий з використанням такого цементу, відзначається більшою стійкістю до дії як прісної, так і морської води, а також води, що містить сульфати й карбонати, ніж бетон на основі портландцементу. Продукти тужавіння глиноземистого цементу не викликають корозії алюмінію, оскільки не створюють сильного лужного середовища.

Розчини лугів руйнують глиноземистий цемент через утворення алюмінатів, тому його не можна змішувати з портландцементом, вапном, використовувати в середовищах, які містять луги.

Глиноземистий цемент застосовують з причини його швидкого тужавіння для виконання аварійних, ремонтних, монтажних робіт. Використовують його і для одержання жаростійких бетонів і будівельних розчинів у суміші із шамотом і магнезитом, хромовою рудою, бо при цьому внаслідок реакцій у твердому стані, що відбуваються через підвищення температури, утворюються продукти, що забезпечують високу міцність й жаростійкість виробів.

 

 

Корозія цементного каменю й бетону При правильному виготовленні й експлуатації бетон є довговічним матеріалом, що зберігає свої властивості протягом багатьох десятиліть. Однак під дією різноманітних факторів може відбуватися його корозійне руйнування. Характер можливих корозійних впливів на бетон необхідно враховувати при будівництві й експлуатації будинків і споруд. Корозія бетону, як правило, пов'язана з руйнуванням цементного каменю − адже крупний і дрібний заповнювачі мають досить високу корозійну стійкість.

Корозія бетону спричинюється дією різних фізичних, хімічних та біологічних факторів. До фізичних факторів належать: вібрація, стирання, удари хвиль, періодичні зміни температури − її сезонні й денні коливання тощо.

Через циклічні замерзання й розмерзання, нагрівання й охоло­дження виникають напруги, що призводять до руйнування матеріалу. Деформації бетону можуть бути пов'язані з коливаннями вологості середовища. Руйнівні напруження можуть розвитися також внаслідок проникнення в бетон розчинів і кристалізації з них солей.

До біологічних факторів, що викликають корозію бетону, належить шкідлива дія бактерій та інших мікроорганізмів.

Хімічну корозію бетону нижче розглянуто докладніше. Вона спричиняється дією на бетон агресивних середовищ − рідин і газів, які вступають у взаємодію зі складовими частинами цементного каменю.

Корозія бетону може бути зумовлена дією природних вод (річкових, морських, ґрунтових), промислових і побутових стоків та кислих газів − СО2, SО2, H2S, що містяться у повітрі.

Основні види корозії бетону.Залежно від характеру дії агресивного рідкого середовища виділяють три види корозії бетону.

1. Розчинення складових частин цементного каменю й видалення їх з бетону. Така корозія спостерігається при дії на бетон м'якої води змалою тимчасовою жорсткістю.

2. Утворення в результаті хімічної взаємодії між складовими частинами цементного каменю й домішками, що містилися у воді, розчинних речовин або продуктів, що позбавлені в'яжучої властивості, а це послаблює структуру цементного каменю.

3. Утворення й кристалізація у капілярах, порах, тріщинах бетону сполук, які призводять до його руйнування. До таких сполук

належать, наприклад, продукти реакції, які мають об'єм більший, ніж об'єм вихідних речовин.

Корозія вилуговування пов'язана з поступовим розчиненням і видаленням гідроксиду кальцію Са(ОН)2 бетону. Вона належить до першого виду корозії бетону. При розчиненні (вилуговуванні) й видаленні Са(ОН)2 складові частини цементного каменю (силікати, алюмінати, алюмоферити) піддаються послідовному ступінчастому гідролізу, що призводить до ослаблення й руйнування бетону. Швидкість корозії залежить від щільності, хімічного і мінералогічного складу цементного каменю й від вмісту домішок у діючій на бетон воді. Тривала дія м'якої води може призвести до сильного руйнування бетону. Підвищення гідрокарбонатної (тимчасової) жорсткості води сповільнює вилуговування через утворення карбонату кальцію СаСО3, який, накопичуючись у капілярах і порах, сприяє ущільненню бетону:

Са(ОН)2 + Са(НСО3)2 = 2СаСО3 + 2Н2О.

Для зменшення руйнівної дії корозії необхідно одержувати бетон з більш щільною структурою, а також зв'язувати гідроксид кальцію Са(ОН)2 у ньому, вводячи в цемент добавки, що містять активний кремнезем SiО2. Утворення важкорозчинних гідросилікатів кальцію різко обмежує вилуговування СаО при корозії.

Також процес вилуговування Са(ОН)2 ускладнюється, коли на поверхні бетону в результаті взаємодії з СО2, що знаходиться в повітрі, утвориться карбонат кальцію СаСО3. Тому бетонні блоки для підводних гідротехнічних споруджень витримують протягом декількох місяців на повітрі перед зануренням у воду для утворення в поверхневому шарі СаСО3 із гідроксиду кальцію.

Кислотна корозія бетону обумовлена дією на нього розчинів неорганічних і органічних кислот. Вона відноситься до другого виду корозії.

Легкорозчинні солі, які утворяться при взаємодії кислот і речовин, що входять до складу цементного каменю, вимиваються з бетону. Нерозчинні продукти реакції, такі як гідроксиди силіцію та алюмінію, залишаються у вигляді пухких мас, що послаблюють його структуру.

Уже при рН = 6 помітно проявляється руйнівний вплив розчинів кислот на бетон. Однопроцентні розчини соляної, нітратної, сульфатної кислот сильно руйнують бетон за досить короткий час.

Карбокислотна корозія – різновид кислотної корозії бетону. Вона пов'язана з підвищенням вмісту оксиду карбону (IV) СО2 у воді. При цьому відбувається розчинення карбонату кальцію з утворен­ням гідрокарбонату кальцію:

СаСО3 + Н2О+ СО2 = Са(НСО3)2.

Магнезіальна корозія бетону обумовлена взаємодією гідроксиду кальцію Са(ОН)2, який входить до складу цементного каменю, з присутніми у воді розчинними солями магнію:

MgCl2 + Са(ОН)2 = СаС12 + Mg(OH)2.

У результаті утворяться розчинні солі кальцію, наприклад, СаС12, та малорозчинний гідроксид магнію Mg(OH)2, що не має в'яжучих властивостей. Він виділяється у вигляді пухкого, проникного для води осаду. У результаті цієї взаємодії структура цементного каменю слабшає. Так як Mg(OH)2 погано розчинний, то наведена вище реакція йде до кінця.

Якщо у воді втримується сульфат магнію, то взаємодія його з Са(ОН)2 призводить до утворення CaSО4:

MgSО4 + Са(ОН)2 = CaSО4 + Mg(OH)2.

У результаті поряд з описаним вище руйнуванням цементного каменю розвивається і сульфатна корозія.

Сульфатна корозія відноситься до третього виду корозії бетону. Вона пов'язана із присутністю в природних або стічних водах сульфатів, які вступають у взаємодію з гідроксидом або гідроалюмінатом кальцію, що входять до складу цементного каменю:

3СаО∙А12О3∙6Н2О + 3(CaSО4∙2H2О) + 19Н2О = 3CaO∙Al2О3∙3CaSО4∙31H2О.

Продукти реакції, що утворяться, мають значно більший об'єм, ніж вихідні речовини. У результаті цього зростають внутрішні напруження, що призводять до руйнування цементного каменю.

При будівництві будинків і споруджень необхідно передбачати заходи, що забезпечують захист бетону від корозії, із врахуванням можливої агресивної дії на нього середовища.

Захист бетону від корозії. Для цього використовується низка методів з врахуванням особливостей агресивного середовища:

1) вибір складу цементу;

2) одержання бетону з високою щільністю;

3) гідроізоляція бетону нанесенням захисних покриттів.

Вибір складу цементу визначається характером агресивного се­редовища. Для підвищення стійкості бетону до дії вод, що містять сульфати, використовують при його виготовленні сульфатостійкий цемент. У ньому обмежується вміст С3А − не більше 5 % мас, сумарний вміст С3А і C4AF має не перевищувати 22 %, а кількість C3S не має бути більшою за 50%. Відповідно до будівельних норм, залежно від вмісту SО42− вода може бути віднесена до середовища з малою, середньою й високою агресивністю. Для середовищ із малою й середньою агресивністю можна використовувати низькоалюмінатний сульфатостійкий портландцемент, у якому допускається вміст C3S до 60, С3А− до 8 мас. %, при обов'язковому введенні до 10 мас. % активних мінеральних домішок.

При дії на бетон м'якої води через небезпеку вилуговування необхідно зв'язати вільний гідроксид Са(ОН)2. Для цього в цемент вводять 30–50 мас. % домішок, які містять активний кремнезем SiО2 (трепел, діатоміт тощо). У цьому випадку Са(ОН)2 зв'язується у важкорозчинні у воді гідросилікати кальцію. Через це підвищується корозійна стійкість бетону. Саме таким чином впливають й домішки доменних гранульованих шлаків та горілої породи.

Із підвищенням щільності бетону ускладнюється проникнення в нього агресивних рідин і їх руйнуючий вплив. Висока щільність і водонепроникність цементного каменю забезпечується при збільшенні дисперсності цементу, введенні в бетон домішок поверхнево-активних речовин.

У тих випадках, коли вибір складу цементу і підвищення щільності бетону не можуть забезпечити його надійний захист від дії агресивних середовищ, використовують гідроізоляцію шляхом нанесення захисних покриттів і облицювання. Це досить недешевий та трудомісткий метод захисту бетону від корозії.

Для підвищення водонепроникності бетону застосовують також спеціальні цементи, що розширюються, й полімерні композиції на їх основі. У якості полімерних домішок у бетон використовують дивінілстирольний латекс, фуриловий спирт, водорозчинні аліфатичні смоли, водно-спиртові розчини силіційорганічних рідин, розчини рідких силікатів або алюмосилікатів натрію.

 

Література: 1. §14.4 – 14.6

1. §

 

© 2013 wikipage.com.ua - Дякуємо за посилання на wikipage.com.ua | Контакти