Оценка риска щелочной коррозии геополимерного бетона
Оценка риска щелочной коррозии геополимерного бетона
Для активации твердения геополимерных вяжущих используются щелочные растворы при концентрациях обеспечивающих отношение Na2O и К2О в несколько % от массы вяжущего. По данным [1, 2, 3] только часть щелочи химически связывается в структуре геополимера. Значительная доля гидроксида натрия или калия остается в поровом пространстве материла. При высыхании геополимерного камня щелочь мигрирует к поверхности материала, образуя после карбонизации высолы. Снижение дозировки щелочного активатора с целью снижения высолообразования приводит к замедлению твердения и недобору прочности геополимера. В работе [4] для снижения содержания в геополимерном камне щелочи предлагается вводить в состав вяжущего активные минеральные добавки на основе вулканических пород.
Содержание в геополимерном бетоне свободной щелочи сопряжено с риском развития реакций щелочи с активным кремнеземом заполнителя. Эти реакции, также как и в портландцементном бетоне, содержащем в своем составе до 1 % щелочей, при неблагоприятных условиях вызывают образование трещин в геополимерном бетоне. В связи с этим при выборе заполнителя необходимо учитывать наряду с содержанием щелочного компонента в вяжущем, количество реакционно-активного заполнителя, который при взаимодействии с щелочью на поверхности контакта заполнителя с цементным камнем образует гидратированные продукты, которые вызывают деформации, приводя к разрушению бетона (см. рис. 1).
Заполнители, содержащие в своем составе диоксид кремния в аморфной и скрытокристаллической форме, способны вступать в химическую реакцию с щелочами вяжущего. При этом на поверхности заполнителя образуется силикатный гель, который поглощая воду, увеличивается в объеме (рис. 2) и может вызывать образование трещин в бетоне (рис. 1), а некоторых случаях - разрушение конструкции. Образующиеся в бетоне трещины увеличивают его проницаемость, что снижает морозостойкость и способствует ускорению химической коррозии. Это явление иногда называют внутренней коррозией бетона.
- А) Б)
Рис. 1. Трещины в мостовой конструкции (а) и бортовом камне (б), образовавшиеся в результате реакции диоксида кремния заполнителя со щелочами цемента
Химическая реакция диоксида кремния со щелочами развивается во влажных условиях. Ее скорость зависит от вида минералов, структуры и размера зерен заполнителя, содержания щелочей в вяжущем. Повреждение бетона может проявляться через несколько месяцев после его изготовления и развивается в течение нескольких лет. трещина камень цемент коррозия
К реакционноспособным относят заполнители, в которые входят минералы, содержащие аморфный и скрытокристаллический кремнезем (опал, халцедон, тридимит, кристобалит, цеолит, иллит), и некоторые другие, содержащие некристаллизованный диоксид кремния. Эти минералы слагают следующие горные породы: базальты, андезиты, андезито-базальты, сланцы кремнистые кристаллические, кремни халцедоновые и кварцевохалцедоновые, песчаники, кварциты, траппы - микродолериты и др. породы.
Рис. 2. Схема разрушения бетона при реакции щелочь - заполнитель по данным [5]
В последние годы участились случаи разрушения цементного бетона в результате реакции активного диоксида кремния заполнителя со щелочами цемента. Это связано с несколькими факторами, основным из которых является увеличение объемов использования для приготовления бетона более дешевых некондиционных песков, содержащих реакционноактивный кремнезем. Кроме того, широкое применение высокоэффективных водоредуцирующих добавок позволяет получать бетоны с повышенной прочностью за счет снижения водоцементного отношения, что является фактором, увеличивающим риск растрескивания бетона, так как при этом снижается проницаемость цементного камня для геля, образующегося в контактной зоне заполнителя (см. рис. 1), что повышает давление на цементный камень, а сам камень при снижении водоцементного отношения и повышения прочности становится более хрупким.
При изготовлении геополимерного бетона щелочной активации возникает опасность развития щелочных реакций с кремнеземом заполнителя, которые могут привести к трещинообразованию.
По некоторым данным [6], предотвратить образование щелочных реакций с заполнителем помогает введение глинистого компонента (Al2O3-2SiO2), который образует над проницаемым слоем (Na2O-SiO2-nH2O-гель) заполнителя защитную плотную прочную пленку на основе Na2O-Al2O3-mSiO2-nH2O в виде цеолита, препятствующую миграции новообразований из заполнителя в структуру бетона.
Экспериментальные сравнительные исследования проявлений щелочной коррозии геополимерного и портландцементного растворов показали [7], что, несмотря на то, что содержание щелочи в геополимерном вяжущем в несколько раз выше, чем в портландцементе, расширение и трещинообразование геополимерного раствора при использовании заполнителя реакционно-активного опалового песка имело намного меньшие значения. Это характеризует геополимерное вяжущее как более безопасное с точки зрения внутренней коррозии.
Несоответствие между содержанием щелочи в геополимерном вяжущем и портландцементе и уровнем трещинообразования в бетонах на основе этих материалов объясняется тем, что благодаря более высокой щелочности в геополимерном бетоне реакции взаимодействия щелочи с кремнеземом протекают намного более интенсивно и заканчиваются до окончания процесса схватывания, то есть до того как вяжущее тесто утрачивает способность к пластическим деформациям.
Геополимерные бетоны характеризуются меньшим риском щелочной коррозии. В связи с этим требования к содержанию в заполнителе активного кремнезема, в сравнении с заполнителем для портландцементного бетона, могут быть значительно снижены.
Библиографический список
- 1. Ерошкина Н. А. Геополимерные вяжущие на базе магматических горных пород и бетоны на их основе / Н. А. Ерошкина, М. О. Коровкин // Цемент и его применение. 2014. № 4. С. 107-113. 2. Ерошкина Н. А. Оценка процесса структурообразования геополимерного вяжущего по кинетике изменения содержания несвязанного активатора твердения / Н. А. Ерошкина, С. В. Аксенов, М. О. Коровкин // Экология и ресурсо - и энергосберегающие технологии на промышленных предприятиях, в строительстве, на транспорте и в сельском хозяйстве: сб. статей XIII Международная научно-практическая конференция. Пенза: Приволжский Дом знаний, 2013. - С.62-65. 3. Barbosa V. F.F. Synthesis and characterisation of materials based on inorganic polymers of alumina and silica: sodium polysialate polymers / V. F.F. Barbosa, K. J.D. MacKenzie, C. Thaumaturgo // International Journal of Inorganic Materials. 2000. Vol. 2, Iss. 4. P. 309-317. 4. Bondar D. Effect of type, form, and dosage of activators on strength of alkali-activated natural pozzolans / D. Bondar, C. J. Lynsdale, N. B. Milestone, N. Hassani, A. A. Ramezanianpour // Cement and Concrete Composites. 2011. N.33. P. 251-260. 5. Штарк Й. Долговечность бетона / Й. Штарк, Б. Вихт. - Киев: Оранта, 2004. - 295 с. 6. Ерошкина Н. А. Геополимерные строительные материалы на основе промышленных отходов: моногр. / Н. А. Ерошкина, М. О. Коровкин. - Пенза: ПГУАС, 2014. - 128 с. 7. Muhd Fadhil Nuruddin, Nooriza Abd Razak Siti. Effects of Geopolymer Concrete Fly Ash Based on Alkali Silica Reaction (ASR) // Applied Mechanics and Materials. 2014. Vol. 567. P. 405.
Аннотация
Рассмотрены факторы, обуславливающие щелочную (внутреннюю) коррозию бетона в результате взаимодействия щелочи, содержащейся в вяжущем, с активным кремнеземом заполнителем. Показано, что геополимерный бетон, несмотря на более высокое содержание в нем щелочи, менее склонен к щелочной коррозии, чем портландцементный бетон.
Ключевые слова: геополимерный бетон, заполнитель, щелочная коррозия, щелочной активатор.
Похожие статьи
-
При оценке эффективности инвестиционных проектов необходимо учитывать неопределенность, то есть неполноту или неточность информации об условиях движения...
-
Характеристика применяемых материалов При выполнении исследования для сопоставления результатов при определении свойств бетонных смесей и бетонов в...
-
Виды бетонов их свойства, Свойства бетонов и основные термины - Развитие технологии тяжелого бетона
Свойства бетонов и основные термины Бетон - это искусственный камневидный строительный материал, получаемый в результате затвердевания предварительно...
-
Гидротехнические бетоны - Производство бетонных и железобетонных работ
Гидротехнические бетоны, в отличие от бетонов промышленного и гражданского назначения имеют ряд особенностей. Их применяют для возведения сооружений в...
-
Факторы, влияющие на свойства бетонной смеси и бетона - Изготовление железобетонных колонн
Существует множество факторов, влияющих на прочность и другие свойства бетона (к примеру, состав цемента и его марочная прочность, очень часто...
-
Ячеистые теплоизоляционные бетоны. Общие характеристики - Ячеистые бетоны
Ячеистые бетоны классифицируются в первую очередь по способу получения пористой структуры на газобетоны и пенобетоны. Получение пористой структуры...
-
Заключение - Технология производства тяжелого бетона
Бетоны объемным весом 1800 - 2500 кг/мЗ относятся к группе тяжелых бетонов, отличающихся высокой пористостью. Если речь зашла о свойствах бетонов, нельзя...
-
Основные процессы производства тяжелого бетона Производство тяжелых бетонов Пропорции для производства тяжелого бетона могут отличаться друг от друга в...
-
История возникновения бетона. Виды бетонных смесей Трудно точно сказать, где и когда появился бетон, так как начало его зарождения уходит далеко вглубь...
-
Добавки, Вода - Технологические особенности производства автоклавных газобетонов
С целью улучшения технических свойств бетонных смесей и бетона в состав смесей вводят различного рода добавки. Эти добавки можно разделить на следующие...
-
Основные составляющие бетонной смеси - Развитие технологии тяжелого бетона
Для приготовления тяжелых бетонов применяют портландцемент, пластифицированный портландцемент, портландцемент с гидравлическими добавками,...
-
Виды тяжелого бетона - Развитие технологии тяжелого бетона
В строительстве наиболее широко используют обычный тяжелый бетон плотностью 1600 -2500 кг/куб. м. на заполнителях из горных пород (граните, известняке,...
-
Расчет составов легких бетонов направлен на предварительное определение расходов входящих в них компонентов, обеспечивающих при заданных условиях...
-
Общие сведения, Цель работы - Расчет состава тяжелого бетона
Расчет состава тяжелого бетона производится для получения необходимых свойств бетона в конструкциях, установленных государственными стандартами,...
-
Жаркая сухая погода вносит серьезные осложнения в технологию бетонных работ, вызывая увеличение водоподребности бетонной смеси при повышении ее...
-
Исследование свойств и технологий многокомпонентных цементов проводились в 30-х, а затем в 50-х годах. Были разработаны составы вяжущих, позволяющие...
-
В связи с появлением новых опалубочных конструкций, материалов и оборудования, а также существенного изменения стоимости потребляемых ресурсов, возникла...
-
Порядок выполнения работы, Пример расчета состава бетона - Расчет состава тяжелого бетона
1. На лабораторном занятии студенты изучают теоретические предпосылки и этапы расчета состава тяжелого бетона по методу абсолютных объемов. 2. Каждый...
-
Расчет состава бетона - Изготовление железобетонных колонн
Разработать параметры получения тяжелого бетона марки 500 для колонн предварительно - напряженных для промзданий. Размеры колонн выбрать по своему...
-
Технология укладки бетонной смеси - Технология производства монолитного бетона и железобетона
Производственный процесс бетонных работ состоит из приготовления бетона, его транспортирования, подачи к месту укладки, укладки, ухода за бетоном....
-
Номенклатура и характеристики изделия - Оценка качества и испытание силикатного кирпича
Силикатный кирпич представляет собой искусственный безобжиговый стеновой строительный материал, изготовленный методом прессования увлажненной смеси из...
-
Исследование кремнистых пород для производства ячеистого бетона
В статье рассматриваются результаты исследования материалов ячеистой структуры на основе опоки и диатомита. Установлено, что на основе опоки и жидкого...
-
Композиты и бетон - Композиционные материалы
Композиционный строительство бетон матрица Преимущества композиционных материалов хорошо проявляются при армировании бетона и строительстве. Недорогой и...
-
Мелкозернистые бетоны - Виды бетона
В последние годы все шире применяются мелкозернистые бетоны (МЗБ), в том числе для литых, прессованных и вибропрессованных изделий. Многочисленные...
-
Технология использования бетонных смесей в зимнее время Достаточно суровый климат в России и странах ближнего зарубежья, и продолжительный период...
-
Бетономешалка - это один из обязательных атрибутов любой строительной площадки, который помогает частично автоматизировать процессы приготовления...
-
Основные технико-экономические показатели тяжелого бетона - Технология производства тяжелого бетона
Экономический эффект, достигаемый при применении высокопрочного бетона, заключается в том, что при более высокой стоимости данного материала по сравнению...
-
Классификация бетонов. Основные требования - Строительные материалы
Бетоном называют искусственный каменный материал, получаемый в результате формования и твердения правильно подобранной бетонной смеси, состоящей из...
-
Задач - Характеристика ячеистых бетонов и газобетона
Рассчитать состав газобетонной смеси. Средняя плотность газобетона 500 кг/м3. Вяжущее - шлакощелочное. Содержание извести 15 %, гипса 5%. Вибрационная...
-
Технология газобетона - Характеристика ячеистых бетонов и газобетона
Технология газобетона: Вяжущие вещества - виды, требования; Назначение извести в составе бетонной смеси; виды газобетоносмесителей; Способы формования...
-
Вспучивание массы: особенности процесса; факторы влияния. Легкие бетоны относят к наиболее распространенным материалам для изготовления несущих,...
-
Мелкозернистые бетоны - Виды бетонов
В последние годы все шире применяются мелкозернистые бетоны (МЗБ), в том числе для литых, прессованных и вибропрессованных изделий. Многочисленные...
-
Технико-экономические показатели - Ячеистые бетоны, строительные изделия и конструкции на их основе
Снижение массы крупноразмерных железобетонных изделий и монолитных конструкций -- основной путь уменьшения материалоемкости строительства. Толщина...
-
Принимаем бетон класса C. - Расчет и конструирование железобетонных конструкций
Расчетное сопротивление бетона сжатию составит МПа. Назначаем арматурные стержни класса S500: МПа . По таблице П.4 Приложения для оlim = 0,62 находим m,...
-
Классификация - Ячеистые бетоны, строительные изделия и конструкции на их основе
Ячеистый бетон классифицируется по способу получения пористой структуры на газобетоны и пенобетоны. Получение пористой структуры возможно также путем...
-
Цементно-песчаную черепицу выпускают многие производители. За столетие технология производства цементно-песчаной черепицы шагнула далеко вперед, и...
-
Исследование влияния состава и температуры на свойства бетонной смеси. Из анализа литературных данных следует отметить, что большинство авторов считают,...
-
Арматурный элемент для дисперсного армирования бетона - Укрепление строений
Патент на изобретение №:2490406 Автор: Трофимов Валерий Иванович (RU), Соколов Эдуард Владимирович (RU), Лопаков Роман Игоревич (RU), Данилова Ольга...
-
Уход за бетоном, обработка после распалубливания - Производство бетонных и железобетонных работ
После укладки бетонной смеси наступает период выдержки, который длится до получения бетоном необходимой прочности. В этот период осуществляется уход за...
-
Основные требования к качеству составных бетонов - Производство бетонных и железобетонных работ
Для приготовления бетона применяется гранитный щебень, гравий и мелкие заполнители - песок. Эти материалы должны отвечать следующим требованиям: 1....
Оценка риска щелочной коррозии геополимерного бетона