Сульфатостойкий бетон

Для начала вспомним, что такое бетон. Бетон – это искусственный каменный материал, состоящий из следующих компонентов:

  • песок;
  • щебень;
  • цемент;
  • добавки;
  • вода.

Перемешивая эти компоненты получается бетонная смесь, которая при заполнении в формы застывает и через 28 суток образуется плотный искусственный камень, который и называется бетоном.

Надо отличать ещё и растворную смесь, когда ко всем компонентам бетонной смеси не добавляется щебень, но процесс твердения происходит по обычной схеме и также образуется искусственный камень, который назовём бетоном.

Основным скрепляющим компонентом является цемент и именно он называется вяжущим материалом.

При строительстве фундаментов, речных и морских молов, гидротехнических сооружений, мостовых свай, обсадных конструкций железобетонных колодцев в проектной документации может быть указано требование о применении сульфатостойкого бетона.

Сульфаты способствуют развитию коррозии бетона

Опасность сульфатов для бетона

Сульфаты – соли серной кислоты (H2SO4), широко распространённые в природе и в избытке имеющиеся в морской воде, грунтовых водах и других минеральных источниках. Они способствуют развитию III типа коррозии бетона. Такой тип разрушения происходит при образовании в теле бетона — в порах и капиллярах малорастворимых солей. Такое образование приводит к давлению на бетонный камень и его разрушению. Сульфаты, попадая в бетон, взаимодействуют с продуктами гидратации цемента и образуют комплексные различные соли, самой опасной из которых является гидросульфоалюминат кальция (ГСАК).

Опасность ГСАКа заключается в том, что он, взаимодействуя с водой, присоединяет 30-32 её молекулы и расширяется в объёме и разрывает структуру камня. Это образование (ГСАК) возникает как результат реакции гидроалюминатов цементного камня с гипсом, который поступил в бетон в виде растворов или образовался от реакции сульфатов и гашёной извести Ca(OH)2.

Высокая концентрация двухвалентных анионов SO42- в воде и C3A (трёхкальциевый алюминат) в цементе, непременно будут приводить к образованию гидросульфоалюмината кальция.

Воды, с содержанием сульфатов, находятся везде и в этом заключается их опасность для бетонов.

Особенно высока концентрация сульфатов в морской воде, достигающая 2500-2700 мг/л.

Образующийся ГСАК расширяется и ломает структуру бетонного камня, потому что, связывая молекулы H2O, он увеличивается в объёме в 1.63 раза, а когда взаимодействует ещё и с C3A и Ca(OH)2, то увеличение объёма ещё больше – в 2.27 раза. Расширенный состав ГСАКа может вымываться водой и будут образовываться разрывы сплошности в теле бетона. Так происходит коррозия бетона III типа, когда продукты коррозии, иначе говоря, образование гидросульфоната кальция и гашёная известь вымываются водами, которые контактируют с конструкциями.

Пуццолановый цемент

Способы борьбы с сульфатами

Для того чтобы противостоять вредному воздействию сульфатов из морской воде, природных водоёмов и грунтовых вод, в строительстве применяют следующие материалы:

  • Сульфатостойкий портландцемент;
  • Шлакопортландцемент;
  • Пуццолановый цемент;
  • Портландцемент с минеральными добавками.

Применение таких цементов при производстве бетонных смесей и растворов придаёт конечному продукту, т.е. бетонному камню, необходимые сульфатостойкие свойства. Важность этой темы определяется и существованием отдельного ГОСТ 56687 – 2015 Защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии. Методы определения сульфатостойкости бетона.

Как определяется сульфатостойкость

  1. Заливают 15 формочек 25х25х254 мм цементно-песчаным раствором.
  2. Через 24 часа извлекают образцы и помещают в воду на 27 суток.
  3. После выдерживания в воде отбирают 12 образцов и снова помещают 6 — в воду, а остальные 6 — в 5 % раствор сульфата натрия.
  4. В таком положении они находятся до 12 месяцев, причём контрольные образцы находятся в несменяемой дистиллированной воде, а испытуемые образцы – в растворе, который периодически меняют на свежий.
  5. Периодически их извлекают и осматривают, фиксируя дефекты – сколы, трещины, изгибы образцов.

Все результаты обрабатываются по сложным формулам и в конце концов сводят в таблицу:

Определение сульфатостойкости цемента

Но в этой таблице всё только про цементы. Так вот, сульфатостойкость бетона определяется в каждом конкретном случае в зависимости от агрессивности среды, в которой он будет находиться, т. е. конкретные показатели содержания ионов SO42- в воде. Проектные требования по водонепроницаемости, которые имеют классы W 4 – W20. По этим данным подбирают марку цемента по ряду таблиц в Своде Правил 28.13330. 2012 (Защита строительных конструкций от коррозии), который может быть использован для приготовления бетонной смеси в том или ином проекте. Как вы понимаете, сульфотостойкость бетонов очень сложная тема и по-простому с ней не разобраться.

Сульфатостойкий цемент

Сульфатостойкий цемент

Напомним, что такое цемент – это искусственный материал, который получают из магнезиальных и карбонатно-силикатных горных пород методом спекания в огромных печах обжига (до 180м). Полученный после обжига клинкер засыпают в шаровые мельницы с добавлением до 6 % гипса (CaSO4х2Н2О). Далее полученный порошок пневмотранспортом перекачивается в силосы. Так получается обычный портландцемент, названный в честь английского острова Портленд, на котором впервые он был получен в 1824 году.

Для того чтобы придать портландцементу сульфатостойкие свойства, ему на стадии производства задают определённый минералогический состав. В маркировке добавляются две буквы С, что означает сульфатостойкий. Таблица регулирования содержания минералов в клинкере взята из ГОСТа 22266 – 2013.

Таблица регулирования содержания минералов в клинкере

Из этой таблицы видно, что важно удерживать в норме трёхкальциевый алюминат, который и есть вредоносная составляющая при взаимодействии с сульфатами. Об этом мы говорили в начале статьи. Образование гидросульфоалюмината кальция (ГСАК) приводит к повреждениям бетонного камня от расширения при протекании реакции, а в последующем к вымыванию этого образования из тела бетона. Так протекает коррозия бетона III типа.

Марки сульфатостойкого цемента по прочности – В32.5, В42.5, В52.5.

Шлакопортландцемент

Шлакопортландцемент

Это гидравлическое вяжущее, которое получается после совместного помола клинкера и высушенного гранулированного доменного шлака, добавляется ещё и гипс в пропорции, как при обычном цементе, то есть до 6%.

ГОСТ требует содержание доменного шлака в пропорциях к общей массе цемента от 20 до 60 %. Шлакопортландцемент подразделяется на обычный, быстротвердеющий и сульфатостойкий. Марки по прочности не отличаются от обычного сулфатостойкого портландцемента – В32.5, В42.5, В52.5. В таблице выше можно понять, что для шлакопортландцемента также важным показателем, который жёстко нормируется ГОСТом, является содержание по минералогическому составу трёхкальциевого алюмината не более 5%. Такое содержание этого минерала и обуславливает сульфатостойкость шлакопортландцемента.

Такой цемент универсален и широко применяется при строительстве крупных гидротехнических сооружений.

У него есть один недостаток – при гидратации цемента выделяется незначительное количество тепла, что ограничивает использование его в зимний период.

Поэтому его используют при производстве железобетонных конструкций, которые подвергаются тепловлажностной обработке, то есть пропариванию.

Одним из самых важных достоинств шлакопортландцемента является его дешевизна, что немаловажно при больших объёмах строительства.

Пуццолановый цемент

Пуццолановый цемент

Это цементы, которые готовятся из обычных портландцементов и активных минеральных добавок. Активные минеральные добавки – это искусственные или природные вещества, в составе которых обязательно присутствует активный кремнезём, который содержится в пуццоланах.

Пуццолана – материал силикатного или алюмосиликатного состава и их комбинация, получается из туфа, пемзы, вулканического пепла. Название дано от итальянского города Пуццуоли. Если пуццолану залить водой, то ни в какую реакцию она вступать не будет, но в тонкоизмельчённом виде в присутствии воды взаимодействует с раствором гидроксида кальция Ca(OH)2, знакомая нам гашёная известь. Таким образом присутствие измельчённого реакциоспособного диоксида кремния (SiO2), который по массе составляет не менее 25% в пуццолановой добавке, приводит к прохождению реакции взаимодействия с гидратом окиси кальция.

Такая добавка не позволяет формироваться уже хорошо нам известному гидросульфоалюминату кальция, потому что активный кремнезём вступает в реакцию с водой и забирает её и гашёную известь. Таким образом пуццолановый цемент уберегает бетон от разрушающего воздействия пресных и сульфатных вод. Так выглядит природа противостояния сульфатной коррозии.

Приготовление сульфатостойкого бетона своими руками

Приготовление сульфатостойкого бетона своими руками

Если у вас остро возникла необходимость залить ограждающую стену, которая будет находится под воздействием воды, например, у реки или озера, то вот вам рецепт.

Чтобы приготовить 1 м3 сульфатостойкого бетона (М300) своими руками необходимо иметь следующий набор материалов:

  • сульфатостойкий портландцемент — 360 кг;
  • речной песок — 850 кг;
  • щебень гранитный — 1100 кг;
  • вода — 190 л;
  • при необходимости добавки 5–10 кг.

Видео

Коротко о главном

  1. Противостояние сульфатной агрессии морских, речных, сточных и грунтовых вод проводится двумя способами:
    • применение сульфатостойкого портландцемента, шлакопортландцемента и пуццоланового цемента;
    • применение модифицирующих добавок, которые улучшают качество бетонной или растворной смеси, повышая долговечность конечного продукта – железобетонных конструкций. Такие добавки могут быть гидрофобными, что в итоге придаёт бетону водоотталкивающие свойства и пластифицирующими, что позволяет при формовании изделий и конструкций снизить водоцементное отношение В/Ц и, как результат, повысить плотность бетонного камня.
  2. Наиболее агрессивными солями, которые разрушающе воздействуют на бетон, будут сульфаты магния и натрия. Не зря испытания на сульфатостойкость цемента проводятся на 5 % растворе сульфата натрия.
  3. Основная опасность сульфатной коррозии заключается от реакции трёхкальциевого алюмината с сульфатами из окружающей среды и образованием гидросульфоалюмината кальция (ГСАК), который в порах и трещинах расширяется в объёме (на 227%) и создаёт давление на бетонный камень. Такое воздействие совместно с вымыванием водами этих образований приводит к коррозии бетона III типа.
  4. Сульфатостойкие цементы – это цементы с низким содержанием C3A или трёхкальциевого алюмината. Напомним содержание основных минералов в цементном клинкере основном компоненте цемента:
    Алит, трехкальциевый силикат – C3S. Основной минерал, оказывающий влияние на качество цемента. Алит обладает свойствами быстротвердеющего гидравлического вещества высокой прочности. Цементы высоких марок и быстротвердеющие цементы изготавливают с повышенным содержанием трехкальциевого силиката. Содержание в цементе – 37-60%.
    Белит, двухкальциевый силикат – C2S. Медленнотвердеющее гидравлическое вяжущее средней прочности. Цементы с повышенным содержанием белита медленно твердеют, однако прочность их нарастает в течение длительного времени. Содержание в цементе – 15-37%.
    Трехкальциевый алюминат – С3A. Минерал-плавень, главная задача которого понижение температуры спекания сырьевой смеси. Твердеет быстро, но имеет низкую прочность. Содержание в цементе – 5-15%.
    Четырехкальциевый алюмоферрит – С4AF. Минерал-плавень. Твердеет быстрее силикатов, но медленнее алюмината. Содержание в цементе – 10-18%.
Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Анатолий Иванов/ автор статьи
Закончил Рижский политехнический институт в 1979 году по специальности инженер-строитель-технолог (железобетонщик). Работал на заводах Латвии мастером, технологом, начальником ОТК, заместителем директора и т.д. Также несколько лет проработал на стройке в качестве прораба по выполнению отделочных и фасадных работ.
Добавить комментарий

Ваш комментарий появится тут через некоторое время. Мы должны убедиться, что это не спам.

Нажимая на кнопку "Отправить комментарий", я даю согласие на обработку персональных данных и принимаю пользовательское соглашение.