Корисна інформація сульфатостойкость бетонів з добавкою д-5
Сульфатостойкость бетонів з добавкою Д-5
Сульфатостойкость бетону - це здатність бетону зберігати в агресивному сульфатної середовищі на весь термін експлуатації всі свої нормативні властивості без будь-яких ознак руйнування.
Чому в якості агресивного середовища обрана саме сульфатна середу? І чим небезпечна сульфатна корозія бетону?
По-перше, саме сульфатна водне середовище різного ступеня агресивності найчастіше присутня в грунтових водах. Крім цього, вплив морської води і каналізаційних стоків на бетон багато в чому схожі з впливом сульфатної водним середовищем середнього і сильного ступеня агресивності, тому і способи протидії цим видам агресивного впливу на бетон однакові.
По-друге, сульфатна водне середовище вважається однією з найбільш руйнівних для звичайного бетону. Справа в тому, що в результаті взаємодії сульфат-іонів з такими компонентами цементного каменю, як трехкальциевого алюмінат (3СаО х AL2O3) і гідроксид кальцію Ca (OH) 2 (вільна вапно), утворюються дуже небезпечні кристалічні новоутворення під назвою еттрінгіт (3CaO х Al2O3 х 6H2O х 3CaSO4х 32H2O).
Освіта еттрінгіта супроводжується поступовим збільшенням обсягу кристалів, і це надає весь зростаючий тиск на навколишнє їх цементне тіло, викликаючи в ньому внутрішня напруга. З ростом кристалів ці напруги наростають, і через певний час це призводить до утворення безлічі мікротріщин в цементному камені, значного зниження його міцності, а потім і до повного руйнування цементного каменю, а значить і бетону.
Цей процес починається від поверхні бетону, де він стикається з сульфатної середовищем, потім поступово проникає вглиб, сягає арматури і поширюється далі. Коли захисний шар арматури виявляється порушеним, і агресивне середовище входить в зіткнення з арматурою, починається прискорена корозія арматури. Продукти корозії арматури також збільшуються в обсязі і підсилюють тиск на навколишній бетон, прискорюючи процес його руйнування. В результаті конструкція досить швидко приходить в непридатність задовго до закінчення розрахункового терміну експлуатації.
Швидкість руйнування бетону в сульфатної середовищі залежить, в першу чергу, від агресивності цього середовища, від умов експлуатації та від температури навколишнього середовища.
Розрізняють три ступеня агресивності зовнішнього впливу навколишнього середовища на бетон:
- СЛАБКА ступінь агресивності: Ступінь агресивного впливу на бетонні та залізобетонні конструкції, при якій руйнування бетону і / або втрата захисної дії його по відношенню до сталевої арматури за 50 років експлуатації поширюється на глибину не більше 10 мм.
- СЕРЕДНЯ ступінь агресивності: Ступінь агресивного впливу на бетонні та залізобетонні конструкції, при якій руйнування бетону і / або втрата захисної дії його по відношенню до сталевої арматури за 50 років експлуатації поширюється на глибину не більше 20 мм.
- СИЛЬНА ступінь агресивності: З тепенно агресивного впливу на бетонні та залізобетонні конструкції, при якій руйнування бетону і / або втрата захисної дії його по відношенню до сталевої арматури за 50 років експлуатації поширюється на глибину 20 мм і більше.
У свою чергу ступінь агресивного впливу середовища на бетон залежить від концентрації сульфатів в рідкому середовищі або в грунті. Наприклад при концентрації сульфат-іонів в грунті менше 0,5 грама на 1 кг грунту, а в рідкій сульфатної середовищі менш 0,42 грама на 1 літр, вважається що таке середовище є взагалі не агресивною по відношенню до бетону.
Для звичайного рядового бетону сильноагресивному вважається середа з концентрацією сульфат-іонів в ґрунті понад 1,5 грама на 1 кг грунту, а в рідини - понад 1,8 грам на 1 літр. А на практиці досить часто зустрічаються середовища з концентрацією сульфат-іонів, що значно перевищує ці показники (понад 3 грам на літр рідини або на 1 кг грунту).
Як же забезпечити захист бетонних і залізобетонних конструкцій в таких агресивних умовах?
Щоб повністю виключити сульфатную корозію в бетоні необхідно виконати 2 очевидних умови:
· Максимально збільшити водонепроникність бетону і тим самим максимально обмежити проникнення агресивного середовища вглиб бетону;
· Створити умови, при яких сульфат-іони не змогли б вступати в реакцію з гідроксидом кальцію і з трьохкальцієвим алюмінатом, тобто виключити саму можливість утворення еттрінгіта.
Існує багато різних способів, як виконати такі умови, але не всі вони досить ефективні, особливо якщо враховувати, що обидві ці умови повинні дотримуватися протягом усього терміну служби конкретної конструкції.
Для отримання сульфатостійких бетонів, котрі мають потреби ні в якій додатковій гідроізоляції, навіть при самих високих концентраціях сульфатів, найбільш ефективним є застосування комплексної поліфункціональної добавки Д-5, яка одна забезпечує виконання вище зазначених умов на весь період експлуатації конструкції, а саме:
· Добавка Д-5 надає бетонів максимальну водонепроникність W 20 і більше (є випробування, в яких бетон з добавкою Д-5 показав водонепроникність W 35);
· Добавка Д-5 вступає в реакцію з гідроксидом кальцію і пов'язує його в важкорозчинні сполуки. Тому в тілі цементного каменю не залишається вільного гідроксиду кальцію, або його мізерно мало для реакції отримання еттрінгіта.
Як бачимо, добавка Д-5 (дозування 2-3% від маси цементу) відповідає всім вимогам ГОСТ 31384 для добавок, що підвищують сульфатостойкость бетонів.
Яку максимальну сульфатостойкость бетону може забезпечити добавка Д-5?
Розглянемо це питання докладніше.
Якщо для отримання сульфатостойкого бетону застосовувати звичайний портландцемент і добавку Д-5 (при дозуванні 3% від маси цементу), то по відношенню до такого бетону (при W 20) сульфатна середа з досить високою концентрацією сульфатів (до 2,5 грама на 1 літр в рідини і до 4 грам на 1 кг в грунтах) буде вважається слабоагресивної і ніяку додаткову гідроізоляцію можна не застосовувати (п. 5.9.1 і таблиці Б.1 і Б.3 ГОСТ 31384). Такий ступінь агресивності середовища зустрічається найбільш часто.
Для більш агресивних середовищ ГОСТ 31384 рекомендує застосовувати портландцемент з нормованим хімічним складом, які містять в клінкері трехкальциевого силікат 3СаО х SiO 2 не більше 65%, трехкальциевого алюмінат 3СаО х AL 2 O 3 не більше 7% і суму трехкальциевого алюмінату і чотирьохкальцієвого алюмоферитів (AL 2 O 3 + 4С aO х Al 2 O 3 х Fe 2 O 3) не більше 22%. У цьому випадку кількість трехкальциевого алюмінату в тілі цементного каменю знижується до мінімуму і, відповідно, знижується можливість освіти еттрінгіта.
Бетони з добавкою Д-5 (3%) на цементах з нормованим хімічним складом набувають ще більш високу ступінь сульфатостійкості і такі бетони не вимагають ніякої додаткової гідроізоляції вже при концентрації сульфат-іонів до 9 грам на 1 літр в рідини і до 12 грам на 1 кг в грунтах. (ТабліциБ.1; Б.3 і п. 5.9.1 ГОСТ 31384).
Для зручності і більшої інформативності нижче наводимо зазначені таблиці.
ГОСТ 31384. Таблиця Б.1- Ступінь агресивного впливу сульфатів в грунтах на бетони марок по водонепроникності W4-W20
1) При оцінці ступеня агресивності середовища в умовах експлуатації споруд, розташованих в слабофільтрующіх грунтах з Kf менше 0,1 м / сут, показники даної таблиці повинні бути помножені на 1,3.
З цих таблиць видно, що найбільшу сульфатостойкость показують бетони з максимальною водонепроникністю W 20 і виготовлені на сульфатостійких цементах.
Тому в самих екстремальних умовах слід застосовувати бетони з добавкою Д-5 (3%) на сульфатостійких цементах. Такі бетони можна застосовувати без всякої гідроізоляції при концентрації сульфат-іонів до 15 грам на літр рідини і до 20 грам на 1 кг ґрунту.
З усього вищевикладеного випливає, що добавка Д-5 дозволяє отримувати сульфатостойкие бетони практично для всього спектру існуючих агресивних середовищ, включаючи найагресивніші.