Сульфатостойкость бетонов и цементов. Опыт ООО «ХайдельбергЦемент Рус»
РЕФЕРАТ. Исследована сульфатостойкость бетонов на основе различных цементов, выпускаемых в филиалах ООО «ХайдельбергЦемент Рус» в г. Стерлитамак и в п. Новогуровский. Результаты проведенных исследований подтвердили возможность обеспечения сульфатостойкости бетонов на основе общестроительных цементов, выпускаемых по ГОСТ 31108—2016, с умеренным содержанием С3А (до 7 %), в составе которых в качестве минеральной добавки используется гранулированный доменный шлак.
Ключевые слова: цемент, бетон, сульфатостойкость, гранулированный доменный шлак.
Keywords: cement, concrete, sulfate resistance, granulated blast furnace slag.
Введение
Долговечность бетона, или его устойчивость к всевозможным видам воздействия в течение всего срока эксплуатации, обусловлена внутренними и внешними факторами. К внешним относятся влажность, температура, загрязненность окружающей атмосферы, а также химическое, механическое и биологическое воздействие. Внутренние определяются характеристиками основных исходных компонентов бетона — вяжущего и заполнителей.
Еще основоположники современных представлений о сульфатной коррозии бетона и железобетона в качестве одного из главных способов повышения долговечности бетона предлагали использовать в его производстве цементы на основе клинкера нормированного состава, содержащие не более 3 % С3А при отсутствии в них активных минеральных добавок или 5—7 % С3А — при наличии таких добавок [1—2].
В настоящее время в РФ действует ГОСТ 22266—2013 «Цементы сульфатостойкие. Технические условия». Согласно его требованиям, применяемый при производстве цемента клинкер по расчетному минералогическому составу должен содержать не более 3,5 % трехкальциевого алюмината для ЦЕМ I СС и не более 5 и 7 % — для ЦЕМ II СС и ЦЕМ III/A СС соответственно.
В ряде регионов России объемы производства и поставок специальных видов цементов (в том числе сульфатостойких) для производства продукции с особыми свойствами ограничены. В связи с этим актуальны исследования сульфатостойкости бетонов на основе цементов для общестроительных работ, изготовленных с использованием клинкера, в котором содержание С3А близко к допустимым в соответствии с ГОСТ 22266—2013 значениям.
Весной 2016 года в РФ введен в действие ГОСТ Р 56687—2015 «Защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии. Метод определения сульфатостойкости бетона», в котором учтены основные нормативные положения национального стандарта США — ASTM С 452–06 «Стандартная методика испытаний растворов на основе портландцемента на потенциальное расширение при воздействии сульфатов». Образцы из мелкозернистого бетона, изготовленного с использованием испытываемого цемента, полностью погружают в 5 %-й раствор Na2SO4. Критерием сульфатостойкости является отсутствие внешних признаков разрушения (трещин, сколов) и относительных деформаций, превышающих критическое значение.
Согласно ГОСТ Р 56687-2015, цементы относят к одной из трех групп в зависимости от значения относительной линейной деформации образцов (см. табл. 1):
• I — несульфатостойкий,
• II — умеренно сульфатостойкий,
• III — сульфатостойкий.
Экспериментальная часть
С целью определения группы сульфатостойкости цементов по ГОСТ Р 56687—2015 проведены исследования цементов, выпущенных филиалами ООО «ХайдельбергЦемент Рус» в п. Новогуровский и в г. Стерлитамак (далее — заводы Н и С соответственно). Расчетное содержание С3А в клинкерах для их производства было близким к допустимым по ГОСТ 22266—2013 значениям (табл. 2).
Значения относительной деформации образцов бетона, выдержанных в сульфатном растворе, в контрольные сроки приведены на рис. 1. Цементы № 1—5 изготавливались по ГОСТ 31108 из клинкеров с содержанием C3A, равным 6—7 масс. %; цемент № 6 — по ГОСТ 22266 из клинкера, содержащего 5 масс. % C3A.
Рис. 1. Относительные линейные деформации образцов бетона на основе цементов производства заводов Н (образцы 1 и 2) и С (образцы 3—6): 1, 3 — ЦЕМ I 52,5Н; 2, 4 — ЦЕМ II/А-Ш 42,5Н; 5 — ЦЕМ II/В-Ш 42,5Н; 6 — ЦЕМ II/В-Ш 42,5Н СС
Все тестируемые цементы выдержали испытания — их относительная деформация расширения меньше предельно допустимой (0,1 %) в соответствии с ГОСТ Р 56687—2015. Минимальными ее значения были у цементов ЦЕМ II/В-Ш 42,5Н СС и ЦЕМ II/В-Ш 42,5Н на основе клинкера с 5—6 масс. % С3А, содержащих максимальное количество шлака (рис. 1, кривые 5 и 6). Относительная деформация портландцемента ЦЕМ II/А-Ш 42,5Н с 15 % шлака производства завода Н (кривая 2) через год хранения равна 0,66 %, что в 1,5 раза меньше предельно допустимого значения.
Параллельно с испытаниями, предусмотренными ГОСТ Р 56687—2015, цементы тестировались по методике измерения прочности образцов-призм, погружавшихся в агрессивный раствор, с последующим расчетом коэффициента коррозионной стойкости Кс через 3, 6 и 12 мес. воздействия [3]. Его рассчитывали как отношение среднего предела прочности при изгибе образцов после их выдерживания в течение указанных сроков в 5 %-м растворе сульфата натрия к среднему пределу прочности при изгибе образцов из того же цемента после их твердения в питьевой воде в течение такого же времени. При значениях Кс выше 0,9 цементы считаются выдержавшими испытания. Все тестируемые цементы соответствовали этому условию (рис. 2).
Рис. 2. Коэффициент коррозионной стойкости Кс цементного камня в возрасте 3, 6 и 12 мес.
Данные, представленные на рис. 1 и 2, показывают, что при прочих равных условиях цементы, содержащие добавку гранулированного шлака, характеризируются более высокой коррозионной стойкостью. Это подтверждено также результатами исследования микроструктуры образцов бетона (рис. 3)*.
Рис. 3. Микроструктура образцов бетона, хранившихся 12 месяцев в 5 %-м растворе Na2SO4: а — на основе ЦЕМ I 52,5Н (завод Н); б — на основе ЦЕМ I 52,5Н (завод С); в — на основе ЦЕМ II/В-Ш 42,5Н СС (завод С); г — на основе ЦЕМ II/А-Ш 42,5Н (завод Н)
Структура бетонных образцов на основе ЦЕМ I (рис. 3, а и б) содержит много остатков непрореагировавшего вещества, как после хранения в воде, так и в коррозионном растворе. Поры имеют размер 1—20 мкм. В них видны кристаллы эттрингита размером 10—20 мкм. Наблюдается массовое разрушение кристаллов портландита.
Образцы бетона, изготовленные на основе цемента типа ЦЕМ II, характеризуются более плотной мелкозернистой структурой (рис. 3, в и г); степень гидратации образцов, хранившихся в воде, выше. Кристаллов портландита значительно меньше, степень их разрушения ниже.
Таким образом, результаты проведенных исследований подтвердили возможность обеспечивать сульфатостойкость бетонов, изготовленных на основе общестроительных цементов, выпускаемых по ГОСТ 31108—2016, с умеренным содержанием С3А (до 7 %), в составе которых используется в качестве минеральной добавки гранулированный доменный шлак.
* Исследование микроструктуры бетонных образцов выполнено в Центре коллективного пользования РХТУ им. Д.И. Менделеева на сканирующем электронном микроскопе Scanning Electron Microscope Jeol JSM-6510 LV с микрорентгеновским анализатором Oxford instrument X-Max.
ЛИТЕРАТУРА
1. Москвин В.М., Иванов Ф.М., Алексеев С.Н., Гузеев Е.А. Коррозия бетона и железобетона, методы их защиты. М.: Стройиздат, 1980. 536 с.
2. Кинд В.В. Коррозия цемента и бетона в гидротехнических сооружениях. М.: Госэнергоиздат, 1955. 320 с.
3. Бутт Ю.М., Тимашев В.В. Практикум по химической технологии вяжущих материалов. Учебное пособие для химико-технологических специальностей вузов. М.: Высш. школа, 1973. 504 с.
Автор: С.В. Мошковская, Е.Н. Потапова |
Рубрика: Наука и производство |
Ключевые слова: цемент, бетон, сульфатостойкость, гранулированный доменный шлак |