09.11.2008 18:57:27
Область применения тяжелыхбетонов сегодня существенно расширилась. Многие изделия эксплуатируются вусловиях интенсивного омывания водой. Это прежде всего многочисленные тротуарныеплиты, блоки разделительных полос автодорог, малые архитектурные формы,различные мостовые и берегоукрепительные конструкции, канализационные иочистные сооружения.
Понятийный аппарат и логикапроцессов, сопровождающих коррозию выщелачивания цементного бетона, базируютсяна простых постулатах, связывающих степень отрицательного воздействия воды срастворимостью гидратных фаз и плотностью цементного камня [1, 2].
Наиболее легкорастворимой фазойявляется портландит Ca(ОН)2.Поэтому высокоалитовые бездобавочные цементы должны подвергаться выщелачиванию вбольшей степени по отношению к цементам с активными минеральными добавками. Сдругой стороны, применение суперпластификаторов должно существенно увеличиватьплотность бетона и также уменьшать отрицательное воздействие омывающей илифильтрующейся воды. Проведенные нами исследования опровергают простотуизложенных представлений, а отдельные результаты весьма противоречивы.
В исследовании использовалисьпортландцементы завода ОАО «Искитимцемент» с близким минералогическим составомклинкера: бездобавочный ПЦ500 Д0 и ПЦ400 Д20 с добавкой гранулированногодоменного шлака Западно-Сибирского металлургического комбината (ЗСМК).Химические и фазовые составы материалов известны и опубликованы. А так какиспытания проводили в сравнении, то на них не акцентируется внимание.Бездобавочный ПЦ500 Д0 применяется в производстве дорожных бетонов, изделий иконструкций. В качестве активных минеральных добавок использовалсямикрокремнезем Новокузнецкого завода ферросплавов с индексом активности 94,цеолитовый туф Шивыртуйского месторождения Читинской области со степенью цеолитизацииоколо 60 % и содержанием монтмориллонита около 12–15 %, а также доменныйграншлак ЗСМК, высококальциевая зола ТЭЦ от сжигания угля Канско-Ачинского бассейнас содержанием свободной извести 5,74 %, известняк Врублево-Агафьевского месторожденияс содержанием СаСО3 94 %.
Выщелачиванию водопроводнойпитьевой водой реки Обь подвергались балочки 4х4х16 см, изготовленные изцементно-песчаного раствора по методике ГОСТ 310.4-81, но вместо песканормированного состава использовался песок реки Обь с модулем крупности М = 1,2и содержание пыли, ила и глины 3,5 %.
Для моделирования условий эксплуатацииненапорных бетонных и железобетонных конструкций образцы в возрасте 28 сут. и 3мес. естественного твердения и прошедшие тепловую обработку с последующимхранением в течение 28 сут. в нормальных условиях, подвергались последовательнотрем циклам выщелачивания, что соответствует 1, 2 и 3 неделям омыванияпроточной водой с расходом 2,0–2,5 л/мин на среднюю площадь выщелачиваемойповерхности около 0,8 м2.После каждого цикла образцы испытывались на изгиб и сжатие в соответствии сГОСТ 310.4-81. Кроме цементно-песчаных, изготавливались образцы из тестанормальной густоты и твердели в тех же условиях. Образцы цементного камня послеизмельчения до полного прохождения через сито № 008 выщелачивались в колбах сдистиллированной водой в течение 1–6 ч с последующим определением выщелоченнойизвести титрованием соляной кислотой по методике [2].
В табл. 1 приведены значенияводоцементных отношений исследуемых растворов, косвенно характеризующиеплотность камня в бетоне. На рис. 1 — относительная стойкостьрастворных образцов при разных условиях твердения, а в табл. 2 —остаточная прочность образцов из разных составов при различных условияхтвердения до выщелачивания.
№ | Состав | В/Ц, % |
1 | ПЦ М400 Д20 (контроль) | 68 |
2 | ПЦ М500 Д0 | 66 |
3 | ПЦ М400 + 0,5 % С-3 | 58 |
4 | ПЦ М400 + 1 % С-3 | 54 |
5 | ПЦ М400 Д20 + 10 % микрокремнезема | 70 |
6 | 85 % ПЦ клинкер + 10 % цеолитового туфа + 5 % гипсового камня | 70 |
7 | 60 % ПЦ клинкера + 35 % доменного гранулированного шлака + 5 % гипсового камня | 60 |
8 | ПЦ М400 Д20 + 30 % буроугольной золы | 64 |
9 | 75 % ПЦ клинкера + 20 % известняка + 5 % гипсового камня | 70 |
10 | ПЦ М400 Д20 + 10 % микрокремнезема + 1 % С-3 | 58 |
11 | ПЦ М500 Д0 + 10 % микрокремнезема + 1 % С-3 | 50 |
Таблица 1. Водоцементноеотношение исследуемых составов
Рис. 1. Падениепрочности при сжатии (%) после каждого цикла выщелачивания образцов,твердевших: А) в нормальных условиях 28 сут.; Б) 3 мес.; В) при пропаривании ипоследующем твердении 28 сут. Составы: см. табл. 1
№ состава* | Остаточная прочность к 3-му циклу выщелачивания, %, после | Увеличение остаточной прочности, %, после | |||
28 сут. твердения | 3 мес. твердения | ТВО и 28 сут. твердения | 3 мес. твердения | ТВО и 28 сут. твердения | |
1 | 68 | 73 | 70 | 5 | 2 |
2 | 70 | 76 | 73 | 6 | 3 |
3 | 60 | 68 | 66 | 8 | 6 |
4 | 64 | 73 | 68 | 9 | 4 |
5 | 73 | 78 | 75 | 5 | 2 |
6 | 68 | 74 | 70 | 6 | 2 |
7 | 71 | 79 | 75 | 8 | 4 |
8 | 65 | 70 | 67 | 5 | 2 |
9 | 58 | 62 | 60 | 4 | 2 |
10 | 75 | 83 | 82 | 8 | 7 |
11 | 82 | 86 | 85 | 4 | 3 |
Таблица 2. Остаточная прочностьобразцов при испытании на изгиб в зависимости от их условий твердения
* См. табл.1
Как видно из рис. 1 и табл.2, бездобавочный ПЦ500 Д0 более стоек к выщелачиванию по сравнению с ПЦ400Д20, содержащему доменный граншлак. Это противоречит основному постулату овлиянии количества портландита на стойкость камня и не согласуется с большейстойкостью камня с добавкой 35 % граншлака (состав № 7).
Применение суперпластификатораС-3 катастрофически снижает стойкость камня к выщелачиванию, особенно в ранниесроки твердения. Это противоречит основному постулату о влиянии плотностикамня. Ни пропаривание, ни длительное (3 мес.) твердение бетона довыщелачивания не исправляют ситуацию, хотя несколько ее улучшают.
Активные добавки, связывающиеизвесть (микрокремнезем, граншлак), увеличивают стойкость камня. Однако это ненаблюдается для граншлака в составе ПЦ400 Д20 по сравнению с бездобавочнымцементом.
Цеолитовый туф — достаточноактивная минеральная добавка — не показывает увеличения стойкости. Так же как ивысококальциевая зола, содержащая активное стекло наряду со свободной известью.Особенно заметно снижается стойкость при вводе в цемент известняка.
Приведенные в рис. 1 и табл.2 данные согласуются с испытанием выщелачивания извести из цементногокамня (рис. 2).
Рис. 2. Скорость выщелачивания гидроксида кальция дистиллированнойводой из цементного камня с различными добавками после 28-суточного нормальноготвердения
Далее, для сравнения, исследоваласьстойкость балочек из ПЦ400 Д20, обмазанных с поверхности гидрофобнойкремнеорганической жидкостью ГКЖ 136М, вододисперсным пленкообразующим составомВПСД и цементами с определенными химическими добавками (составы А и Б): рис.3.
Рис. 3. Падение прочности при сжатии(%) образцов с обмазкой после каждого цикла выщелачивания послепредварительного твердения в нормальных условиях 28 сут. 1. ПЦ М400 Д20 (контроль);2.ПЦ М400 Д20 + состав А; 3. ПЦ М400 Д20 + состав Б; 4.ПЦ М400 Д20 + ГКЖ; 5. ПЦ М400 Д20 + ВПСД
Как видно из рис.3 гидрофобные обмазки заметно улучшают стойкость камня к выщелачиванию посравнению с лучшими активными минеральными добавками, что объяснимо.Неожиданными являются результаты испытания образцов с обмазками на основецементных составов с химическими добавками, все компоненты которых не менеерастворимы, чем исходный цемент. Объяснение исключительно высокой стойкостипоследних требует специальных физико-химических исследований.
Литература:
1. ВолженскийА. В. Минеральные вяжущие вещества. — М.: Стройиздат, 1986.
2. Москвин В.М. и др. Коррозия бетона и железобетона, методы защиты от нее. — М.:Стройиздат, 1980.