Формирование структуры цементного камня, стойкого к сульфатной коррозии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Формирование структуры цементного камня стойкого к сульфатной коррозии

Аннотация

В работе рассмотрены основные виды коррозии, формирование структуры цементного камня стойкого к сульфатной коррозии. Также охарактеризованы основные методы борьбы с сульфатной коррозией.

Ключевые слова: коррозия, цемент, бетон, строительство, агрессивная среда.

Введение

Проблемы коррозии в долговечности бетона существуют со времен его применения как строительного материала.

Решению этих проблем всегда уделялось большое внимание в работах Кинда В.А., Юнга В. Н., Москвина В. М., Полака А. Ф., Бабушкина В. И., Баженова Ю. М., Мчедлова - Петросяна О. П., Степановой В. Ф., Мехта П., Ли Ф., Рой Д. и других исследователей [1].

Новизна: предложены различные способы увеличения долговечности и коррозионной стойкости цементов и бетонов на их основе.

Сульфатная коррозия относится к одной из наиболее распространенных разновидностей химической коррозии бетона в связи с тем, что в большинстве грунтовых, сточных и морских вод присутствует значительное количество растворенных солей, особенно сульфатов. Разрушительному воздействию грунтовых и морских вод подвергаются многие строительные железобетонные конструкции. Обращение к этой проблеме связано с тем, что в большинстве районов России в настоящее время в грунтовых водах произошло значительное повышение содержания сульфатов. В среднем их присутствие в грунтовых водах составляет 3-5 г/л, достигая порой 10 г/л и более. Это вызвано накоплением в промышленных районов отходов химических, металлургических производств, а в сельскохозяйственных - удобрений и продуктов жизнедеятельности животных. В результате при возведении новых объектов и реконструкции старых увеличилась потребность в сульфатостойких цементах. В то же время цементная промышленность не обеспечивает эту потребность специальными и качественными сульфатостойкими цементами и при этом они имеют высокую стоимость. Следовательно, решение проблемы получения сульфатостойких бетонов на рядовых среднеалюминатных цементах актуально и требует решения [1].

Изучение путей повышения сульфатостойкости рядовых цементов занимались многие исследователи 20-го века. Фундаментальными работами В. В. Кинда, В.М. Москвина, Ф. М. Иванова и своих др. Были установлены наиболее приемлемые способы повышения сульфатостойкости бетонов: увеличение плотности, снижение содержания в цементном камне годроалюминатных фаз и гидроксида кальция, формирование структуры цементного камняв бетоне из низкоосновных слабокристаллизованных гидросиликатов кальция С-S-H (I) и гидрогранатов, вместо СА2Н гидросульфоалюминатов кальция. Для этого при получении бетона рекомендуют использовать эффективные пластифицирующие и активные минеральные добавки с пониженным содержанием алюминатов, такие как золы, шлаки + МК, природные пуццоланы, в том числе и трепел. При этом многие авторы отмечают, что пуццоланы более эффективны для повышения сульфатостойкости цементов [1].

Не менее важно также знать, какие процессы в большей степени определяют разрушение цементного камня под действием сульфатов - образование крупных призматических кристаллов эттингита РН 9,8 ? CaSO4*2H2O, а далее формирование гипса, или полное перерождение с потерей прочности (гипсовая коррозия).

Долговременные исследования, проводимые на кафедре «Строительные материалы» ЮУрГУ, показали, что одним из наиболее эффективных модификаторов структуры, обеспечивающим высокую стойкость цементного камня и бетона к действию сульфатов, является ультрадисперсный кремнезем техногенного происхождения - микрокремнезем (МК), вводимый в цемент в комплексе с пластификатором /9,10/ [1]. цемент коррозионный бетон

Цель настоящей работы - исследование возможности получения бетонов высокой сульфатостойкости путем модифицирования рядовых цементов добавкой микрокремнезема и выявление причин разрушения цементного камня при сульфатной коррозии.

Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:

- изучали особенности формирования структуры, получаемой при введении принятых добавок;

- уточняли влияние принятой добавки на коррозионный процесс.

Материалы и методы исследования

При проведении испытаний на сульфатостойкость исследовали образцы на цементах без добавок и с добавками в соответствии.

Для исследования влияния добавок на структуру и свойства цементного камня и бетона. В качестве вяжущего использовали класса ЦЕМ IB 35.5 по ГОСТ 31108 - 2003 «Цементы общестроительные. Технические условия» (ПН 500 - 90 по ГОСТ 10178 - 85). Не содержащий минеральных добавок, производитель ОАО - «Невьянский цементник» [30]. Цемент такого класса широко используется для изготовления тяжелых бетонов с высокими эксплуатационными свойствами. (В работе применяли цемент трех партий, что бы избежать снижения качества вяжущего в результате длительного хранения.) Мнирологический состав цементного клинкера представлен фазами: трехкальциевого силиката C3S - 62 ± 1%; двухкальциевого силиката B - C2S - 16 ± 1%; трехкальциевого алромината С3А - 6,2 ± 1% и четырехкальциевого алромоферрита C4AF - 13,5 ± 2%. Процент содержания клинкерных минералов незначительно варьируется в зависимости от партии. Химический состав цемента класс ЦЕМ IB 35.5 представлен в таблице 2.1 и соответствует ГОСТ 31108 - 2003 [30]. Основные свойства ЦЕМ IB 35.5 приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.1. Химический состав цемента.

Таблица 2.2. Свойства цемента.

Заполнители: в работе использовали только песок.

Для проведения исследований применяли песок Белокосовского месторождения с спас= 1380 кг/м3, сист = 2650 кг/м3, водопоглащение 7%, Мкр = 2,5.

В работе применяли активные минеральные добавки (AMF) микрокремниевые марки МК - 85 г. Новокузнецк по ТУ 5743 - 048 -02495332 - 96.

Рис. 1. Трепел.

Второй минеральной добавкой трепел потанинского месторождения ссостава= 1800 - 2400 кг/м3, с размером частиц 2 - 5 мкм, снасыпное= 800 - 1000 кг/м3, пористость 70 - 80%, материал гигроскопичный и в воздушно - сухой среде содержит 10 и более % влаги.

Трепел содержит 70 - 80 % кремнезёма, 3 - 6 % глинозёма, 1 - 3 оксида кальция ППП - 2 - 8%.

Трепел из рентгенограммы (рис.4) видно, что включает аморфное вещество, что подтверждает галло в области 18 - 28?.

Рис.4. Рентгенограмма.

Кроме этого трепел включает кварц с d/n = 4,24; 3,34; 2,45; 2,27; 1,81; 1,54; 1,37 и 1,38.

Присутствуют глинисты d =

Серпентины и гидрослюды d =

Возможно присутствие гидросиликатов типа тоберморита с d = 13,66; 11,38; 3,06. Количество их не превышает 7 - 8%.

Рис.3. Цем + МК.

Второй минеральной добавкой трепел потанинского месторождения ссостава= 1800 - 2400 кг/м3, с размером частиц 2 - 5 мкм, снасыпное= 800 - 1000 кг/м3, пористость 70 - 80%, материал гигроскопичный и в воздушно - сухой среде содержит 10 и более % влаги.

Трепел содержит 70 - 80 % кремнезёма, 3 - 6 % глинозёма, 1 - 3 оксида кальция ППП - 2 - 8%.

Для проведения испытаний готовили ц - п образцы балочки 40*40*160 мм. Приготовленные по ГОСТ 27677 - 88г.

Ц:П =1:3 при В/Ц = 0,4. Твердели 28 суток при Т = 20 ± 2? С.

Методы исследования свойств полученных образцов проводили по Rприст. и Rприизг., по пористости (ГОСТ).

Влияние добавок МК и трепела на фазовый состав цементного камня изучали с помощью ДТА РФА.

Термический анализ (ДТА) проводили на дериватографе системы sta 409 фирмы «Netzsch». Скорость подъема температуры 10? С/мин. С максимальной температурой нагрева 1000? С.

Результаты исследования.

Технологические свойства полученных образцов.

Прочность по ГОСТ 10188 -2012

Допроведение испытаний на сульфатостойкость.

Испытания характеристик цемент - n образцов

Исследования В - добавок МК терпела на прочность при Rсж и Rиз образцов с В/Ц = 0,4 В суток.

Данные добавок МК и трепела на прочность предоставлены в таблице 3.1

Таблица 3.1.

Из полученных результатов видно, что МК является АмН и увеличивает Rсж на 25%, Rиз полученный материал остается на уровне без добавочного состава.

Введение в ц - п состав трепела в 2 раза снижает Rиз и снижает Rсж на 15%.

Это говорит о том, что трепел является гидратной добавкой.

Прочность по ГОСТ 1273-78.

Прочность полученных образцов в таблице 3.2.

Введение трепела Rиз 2,3 МПа Rсн=10,9 МПа, что говорит о том, что трепел - не активная минеральная добавка.

Фазовый состав цементного камня.

Термический анализ ДТА.

Из данных ДТА видно, что цементный камень без добавочного состава (рис.1.)В Са(ОН)2 - 12,4% содержит C - S - H (I) 405? С, и C - S - H (II) потеряла 196 ~ 299? С.

щх (химически связанной воды) = 15,9%.

Рис. 2. Пригадация цементного камня

Введение ц - п смеси МК (рис.2) способствует формированию цементного камня с содержанием Са(ОН)2 - 11,6%. щх уменьшается до 15%, а при введении трепела (рис.3.) снижается в Ц. К. содержание гидроксида кальция Са(ОН)2 до 9%, а щх увеличивается до 18,5%.

Кроме C - S - H (I) и C - S - H (II) дериватограмм обнаружен карбонат кальция(СаСО3) - 15,8%.

Состав содержащий трепел сильно подвержен …, что вероятно связанно с прочностью материала.

Заключения

Проведены исследования образцов цементного камня имеющие состав без добавок и с добавками трепела Rиз 2,3 МПа Rсн=10,9 МПа, что говорит о том, что это - не активная минеральная добавка. Микрокремнезем ,вероятно, активизирует гидротацию цемента.

Литература

Москвин В.М., Иванов Ф.М., Алексеев С.Н., Гузеев Е.А. «Коррозия бетона и железобетона. Методы их защиты» М.: Стройиздат, 1980. - 536 с

Попов, Л.Н. Лабораторный контроль строительных материалов и изде- лий : Справочник. / Л.Н. Попов. - М. : Стройиздат, 1986. - 366 с

Тейлор Х. «Химия цемента» М: Мир: 1996г. - 560с.

Бутт Ю. М. «Практикум по химической технологии вяжущих материалов» : учеб. пособ. для студ. хим.- технол. спец. вузов.» - М. : Высшая школа, 1973 . - 503 с.

Лабораторный практикум по курсу «Минеральные вяжущие вещества». : учебное пособие для вузов по специальности «Производство строительных изделий и конструкций» изд. 2-е, перераб. и доп. / Ю.С. Буров, В.С. Колоколь- ников. - М. : Стройиздат, 1974. - 250 с

Курбатова И.Н. «Современные методы химического анализа строительных материалов». М.: Госстройиздат, 1972.

ГОСТ 5382-91. Цементы и материалы цементного производства. Мето- ды химического анализа. Введ. 1991-01-07. - М. : Госстрой СССР. Изд-во стан- дартов, 1991. - 93 с.

Размещено на Allbest.ru