влияние со2, карбонатной и карбонатно
реклама
УДК 626/627:691.5 ВЛИЯНИЕ СО2, КАРБОНАТНОЙ И КАРБОНАТНО-СУЛЬФАТНОЙ АГРЕССИИ НА ГИДРАТАЦИЮ И ТВЕРДЕНИЕ СПЕЦИАЛЬНЫХ ЦЕМЕНТОВ А. А. Суворова ФГОУ ВПО МГУП, г. Москва, Россия В настоящее время ключевыми проблемами долговечности бетонных и цементных материалов являются воздействие сульфатов и карбонизация атмосферным СО2, а также разрушение бетонных структур в условиях индустриальной окружающей среды. В атмосферу России ежегодно выделяется 3,5…4 млрд. т углекислого газа, причем объем выбросов в результате природных процессов в 8 раз превосходит индустриальные источники. Атмосферный СО2 растворенный в воде разлагает гидратные фазы цементного камня, и, в первую очередь Са(ОН)2, о чем подробно доложено на 9 и 10 Международных конгрессах по химии цемента. Исследование процессов гидратации и сравнительной стойкости различных типов цементов проводилось в средах с повышенным содержанием СО2 в воде и в растворе сульфата натрия. Образцы подвергались воздействию коррозии попеременного высыхания и насыщения в карбонатной и карбонатно-сульфатной средах. В качестве объектов исследования были взяты цементы с различным химико-минералогическим составом такие как высокоглиноземистый (ВГЦ), гипсоглиноземистый (ГГЦ), напрягающий цемент (НЦ), сульфатостойкий цемент. В работе также исследовалось поведение образцов, изготовленных из сульфоалюминатного, сульфоферритного и сульфоалюмоферритного клинкеров (САК, СФК, САФК). Как показали исследования, менее всего подвержены карбонатному воздействию напрягающий и сульфатостойкий цементы, это обусловлено тем, что при их твердении образуется плотный цементный камень, и углекислота не проникает глубоко в поровое пространство таких образцов. Воздействию карбонат-ионов и сульфатных ионов подвержены в основном поверхностные слои образцов и открытые поры, которые со временем заполняются мелкокристаллическими продуктами карбонизации и вторичным эттрингитом, что обусловливает снижение пористости и рост прочности образцов. Образцы из НЦ и сульфатостойкого цемента выдерживают более 25 циклов коррозии попеременного высыхания и насыщения в карбонатно-сульфатной среде без ощутимой потери или прибавки веса. Менее всего подвержены коррозии попеременного высыхания и насыщения в карбонатной и карбонатно-сульфатной среде образцы из высокоглиноземистого цемента, поскольку при твердении образуется гель гидроксида алюминия, уплотняющий цементный камень. Образцы из ВГЦ выдерживают более 25 циклов. Взаимодействие гидроалюминатов кальция с агрессивной средой происходит только в поверхностных слоях образца и в неглубоких открытых порах, где фиксируется образование карбоалюминатов кальция, карбоната кальция и геля гидроксида алюминия при хранении в воде насыщенной углекислотой или эттрингита и карбоалюмината кальция, карбоната кальция и геля гидроксида алюминия при хранении в растворе сульфата натрия, насыщенного углекислотой. Образцы гипсоглиноземистого цемента очень сильно подвержены воздействию коррозии попеременного высыхания и насыщения в растворе сульфата натрия, насыщенного углекислотой. При твердении таких цементов образуется гетероконтактная структура цементного камня из гидросиликатов и гидросульфоалюминатов кальция. Как показано выше, эттрингит обладает высокой стабильностью к воздействию карбонатов, а моносульфогидроалюминат кальция под воздействием карбонатов разлагается и вновь образует эттрингит, что вызывает напряжения в структуре образца и рост пористости, через которую проникает коррозионная среда. Ионы коррозионной среды, взаимодействуя с глубинными гидратами, образуют новые кристаллогидраты, которые впоследствии разрушают образец. Изучение кинетики поглощения углекислоты показало, что наибольшей поглощающей способностью обладает гипсоглиноземистый цемент, а наименьшей напрягающий (см. рисунок), но при этом цементы обладают высокой стойкостью к агрессивному воздействию. 5 Содержание СО2, % Содержание Степень гидратации сульфатированных цементов 4 3 Вид цемента САК СФК САФК 2 1 Степень гидратации, % 30 сут. 60 сут. 90 сут. 50 75 85 37 58 80 61 82 93 0 ВГЦ НЦ ГГЦ ССПЦ Ряд1 Поглощение различными цементами диоксида углерода сульфатированных цементов Образцы из сульфоалюминатного, сульфоферритного и сульфоалюмоферритного клинкеров не образуют плотного прочного цементного камня и хорошо проницаемы для коррозионной среды. Этот факт был использован для изучения влияния карбонатных и сульфатных ионов на гидратные фазы и на непрогидратировавшие зерна этих клинкеров. Установлено, что при гидратации зерен этих клинкеров происходит рост степени гидратации, уже в первые два месяца твердения такие цементы прогидратированы на 85…93% (см. таблица) Структура таких цементов представлена с основном хорошо закристаллизованными кристаллогидратами как игольчатого, так и гексагонального габитуса. Отсутствие гелеобразных фаз гидроксидов алюминия у цементов алюминатного типа свидетельствует о том, что они под воздействием карбонатных и сульфатных ионов образуют с ионами кальция кристаллогидраты. Рентгенофазовым анализом фиксируется как повышенное содержание эттрингита, так и содержание гидрокарбоалюминатов кальция. Структура сульфоферритных образцов также представлена повышенным содержанием закристаллизованных кристаллогидратов и небольшим количеством гелеобразной массы гидросиликатов кальция и гидроксида железа. Полученные данные позволяют заключить, что гидратация сульфоалюминатного, сульфоферритного и сульфоалюмоферритного клинкеров в карбонатной и карбонатно-сульфатной среде ускоряется с образованием большого объема кристаллической фазы, оптимальное сочетание которой с гелеобразными продуктами гидратации портландцементной составляющей обеспечивает образцам высокую коррозионную стойкость. Полученные данные положены в основу при разработке эффективных мер по защите цементов от карбонатного воздействия.
