|
В СССР и за рубежом были
обнаружены случаи разрушения бетона в железобетонных конструкциях мостов,
плотин, зданий и др., которые были вызваны реакцией щелочей портландцемента с
заполнителями бетона. Коррозия этого вида принципиально отличается от обычной
тем, что разрушение вызывается не взаимодействием внешней среды с бетоном, а
процессами, возникающими внутри бетона вследствие взаимодействия щелочей
цемента с реакционноспособным кремнеземом заполнителя
При современной технологии производства цемента в составе
клинкера всегда содержится разное количество щелочных соединений, причем
оксид натрия присутствует почти во всех фазах клинкера. Основное количество
оксида калия находится в фазе трехкальциевого алюмината и C2S. Щелочи
встречаются в клинкере также в виде сульфатов. При гидратации цемента щелочные
фазы взаимодействуют с водой и в виде гидратированных соединений
накапливаются в жидкой фазе, В ранние сроки твердения калиевая щелочь
растворяется быстрее, чем натриевая. Примерно к 25 сут твердения почти все
соединения калия переходят в водорастворимое состояние, в то время как
количество перешедшего в раствор оксида натрия составляет 40—60%.
Концентрация щелочей в жидкой фазе зависит от содержания щелочей в цементе и
В/Ц и может достигать 50 г/л. По мере твердения и химического связывания воды
концентрация щелочей в жидкой фазе будет возрастать.
Реакция растворов щелочи с кремнеземом протекает в две
стадии. Первая заключается в нейтрализации поверхности кремнезема;
— Si — ОН + Na+ + ОН" = — Si — О Na+ + Н20 В этом
случае водородный ион Н+ поверхности кремнезема соединяется с гидроксильным
ионом ОН- с образованием молекулы воды. Оставшийся некомпенсированный заряд
кислорода позволяет ему присоединиться к положительному иону натрия Na+. Для
такой реакции достаточен щелочной раствор слабой концентрации.
Вторая стадия заключается в разрыве кремнекисло- родных
Связей:
— Si —О —Si +2 NaOH = — Si — О" Na+ + Na+ 0~ — Si +
H20 и проходит при избытке щелочи по сравнению с количеством, необходимым для
нейтрализации кислой поверхности кремнезема. В результате реакции появляются
студенистые, гелеобразные отложения белого цвета в порах и во внутренних
слоях бетона вблизи частиц реакционноспособных заполнителей и на поверхности
бетона. Затем становятся заметными трещины, различные по конфигурации и
достигающие иногда значительных размеров ( 23). При дальнейшем развитии
процессов взаимодействия щелочей с заполнителем образуется сеть трещин.
Участки бетонной поверхности шелушатся и вспучиваются.
Данные исследований и наблюдений за состоянием сооружений
свидетельствуют о том, что разрушение бетона может наступить даже через 10—15
лет после начала реакции. Постепенное расширение бетона и его разрушение
происходит в результате давления, возникающего в контактных слоях
реакционноспособного заполнителя и цементного камня. Оно вызывается
набуханием продуктов реакции и осмотическими явлениями, возникающими из-за
полупроницаемости цементного камня по отношению к продуктам реакции [86, 87,
104, 57].
Существуют различные способы предупреждения щелочной
коррозии. Это ограничение общего содержания щелочей в цементе 0,6%; введение
активных минеральных добавок [111, 112], а также воздухововлекающих или газообразующих
веществ. Заметно уменьшается расширение при добавлении солей лития, а также
альбумина — интенсивного воздухововлекающего вещества. Уменьшить расширение
можно также при введении крем- нийорганического полимера ГКЖ-94. Наибольший
эффект дают тонкомолотые активные минеральные добавки с преимущественным
содержанием опаловидного вещества (Si02 aq), активно поглощающего гидроксид
кальция и щелочи. С введением таких гидравлических добавок, обладающих
большой удельной поверхностью, уменьшается разность концентраций щелочей в
объеме образца и у поверхности реакционноспособных заполнителей, что
способствует уменьшению осмотического давления. Кроме того, уменьшается
отношение Na20 : : Si02, поэтому реакции проходят преимущественно по первой
схеме и опасные напряжения и расширение бетона не происходят.
В результате многолетних исследований большого коллектива
советских ученых была решена проблема получения специальных цементов, которые
обладают высокой коррозиеустойчивостью при определенном хи- мико-минералогическом
составе исходного клинкера и соответствующем содержании в цементе активных
минеральных добавок.
|