В цементах щелочи взаимодействуют с кремнеземами, компонентами заполнителей. Этот процесс известен как выщелачивание бетона. Провоцирует постепенную рекристаллизацию и разрушение структуры материала. Обуславливает нарушение упругости, целостности зданий, снижение срока эксплуатации.
Как воздействует щелочная среда?
Реакция между щелочами и заполнителями является сложным диффузионным процессом, не всегда протекает с одинаковой скоростью. Выщелачивание в цементе проявляется в виде неравномерного расширения бетонных поверхностей и появления трещин, что приводит к снижению прочности, долговечности стен и других поверхностей. Трещины имеют вид неправильного узора, шире всего в нижней части конструкции, ближе к земле. Достигают 30—40 мм там, где внутреннее расширение особо велико, однако находятся на поверхности, разрушают бетон неглубоко, разветвляясь на микротрещины.
Нарушение монолитности материала в щелочной среде чревато попаданием внутрь влаги. Воздействие воды на бетон усиливается на морозах и при оттаивании, что ускоряет разрушительные процессы. Изменить ход реакции, снизить негативный эффект взаимодействия щелочей и наполнителей можно несколькими способами:
- Применение химически неактивных веществ-заполнителей.
- Контроль за долей щелочей в цементе.
- Использование стабилизирующих добавок, улучшающих вяжущие свойства цементного раствора, как пуццолан. Введенные пуццолановые материалы вступают в химическое взаимодействие со щелочами до того, как те начинают реагировать с активными компонентами заполнителей.
- Корректировка пористости в растворах и бетонах. Для определения расширения в результате реакции между щелочами и добавками используются воздухововлекающие модификаторы.
- Контроль за уровнем влажности. Химические реакции, разрушающие бетонные конструкции, происходят только в присутствии воды. Ее отсутствие замедляет разрушение даже в случае использования цементов с большим количеством активно реагирующих веществ.
Появление щелочной коррозии
Высокий процент щелочей в цементе, производство высокопрочного бетона, где расход цемента больше обычного, использование реакционноспособных добавок провоцирует химический процесс, известный как щелочная коррозия. Щелочи присутствуют в растворимой и нерастворимой в воде формах. Первые попадают в раствор в виде сульфатов. Вторые — в составе глин, примесей, силикатов. Зачастую процессы выщелачивания запускается при постоянном воздействии воды, которая растворяет кальциевый гидроксид. С вымыванием этого вещества бетон способен терять до 30% своей исходной прочности. Поэтому крайне важно решить эту проблему.
Применяемые способы определения подверженности бетона этому виду разрушений:
- Петрографический — ASTM C295. Визуальный анализ, оценка материала и заполнителя.
- ASTM C586. Определение активности карбонатого сырья, используемого в качестве заполнителя, его способность вступать в реакцию.
- Химические — ASTM C228, ASTM C289. Выявляют реакционную активность кремнеземистых добавок.
- Метод испытания бетонных образцов-призм. Отражает особенности поведения бетона.
Согласно стандартам низкощелочным признан цемент с процентным содержанием щелочей не выше 0,6.
В докладе на одной из многочисленных конференций, где была представлена работа НИИЖБ, выяснено, что кремнезем и многие другие заполнители не вызывают выщелачивание. Действующий активно в составе бетона кремнезем уменьшает щелочестойкость, поэтому важно знать минералогический состав заполнителя. Рекомендуется использовать плотные известняки или доломиты. С повышением температуры коррозионные процессы значительно ускоряются: кристаллогидраты алюминатов разрушаются первыми, последними — трехкальциевые силикаты.
Посмотреть «Доклад НИИЖБ о щелочной коррозии бетона» или cкачать в PDF (148 KB)
