Стойкость Цов и Бов против действия хим-х и физ-х факторов.

В зданиях и соор-н Бы м/подвергаться отриц. воздейст воды, газов, различн неорганич и органич в-в в жидком и газообразном состоянии (хим.корозия); многократно вторяющихся процессов увлажнения и высыхания, т.же замерзания и оттаивания (физическ корозия). Разрушающее влияние на Б агрес факторов, усиливается его напряжен сост, возник под действием мех нагрузок. Цы с низким сод-нием алюминатов кальция хар-ся повышенной стойкостью против действия гипса и др сульфатов- их называют сульфатостойкими. Пуцмолановые ПЦ отлич повышен водостойкостью. Агрессивность природных вод по отношению к Бу оценивают по СНиП «Защита стр конструкций от корозии», учитывая при этом сод-ние в них вредных веществ, скорость фильтрации воды ч/з Б и толщену конструкций. В СНиП даны т.же рекомендации по защите Бных конструкций от коррозии. Высокая плотность и водонепроницаемость бнтонов зависит не только от правильного проект-ния их составов, использ высококачест зап-лей, но и от введения в них ПАВ-пластифицирующих (ССБ), воздухововлекающих и гидрофобизирующих, полимеров в виде замазок, мастик. Химическая коррозия Цного камня: Бные и ЖБные конструкциидолжы характеризоваться не только механической прочностью и устойчивостью к нагрузкам, но и соответствующей долговечностью (стойкостью) под агрессивным влиянием разнообразных внешних химических и физических факторов. ПЦ и Бы на его основе характеризуются высокой стойкостью против многих агрессивных факторов, и тем не менее они могут быстро разрушаться при неблагоприятных условиях (воздействие воды и водных растворов, веществ, неорганических и органических веществ в жидком и газообразном состоянии (химическая коррозия), процессы частого увлажнения и высыхания, замерзания и оттаивания в воде (физическая коррозия), отложение веществ в порах и капиллярах в результате капиллярного подсоса минеральных вод и их испарения (физическая коррозия). Поэтому необходимы мероприятия, защищающие Бные и ЖБные конструкции от преждевременного процесса. Проблема долговечности Цов и Бов изучались ещё с конца 19 века, были установлены причины и факторы коррозии и предложены эффективные меры по увеличению стойкости (ШУляченко, Байков, Кинд, Юнг и др.). Москвин разделил коррозионные процессы на 3 вида: 1 вид – процессы, протекающие в Бе под действием вод с малой временной жесткостью, при этом некоторые составляющие Цного камня растворяются водой при её фильтрации через Б. 2 вид – процессы, протекающие в Бе под действием вод, содержащих вещества, вступающие в химические реакции с Цным камнем. Продукты реакций либо растворяются в воде, либо выделяются в виде аморфных фаз (масс), не обладающих вяжущими свойствами. 3 вид – а) процессы, вызванные обменными реакциями с составляющими Цного камня, которые кристаллизуясь в порах и капиллярах, разрушают его б) отложение в порах солей, при испарении растворов, насыщающих Б. Чаще всего встречаются процессы 2-го вида, обычно одновременно воздействуют многие агрессивные факторы, но один из них – основной. Кинд даёт более подробную классификацию основных видов коррозии Ба под действием природных вод: 1) Коррозия выщелачивания – вызывается растворением Са(ОН)₂ и выносом его из Ба. Са(ОН)₂ растворим легче, чем гидросиликаты, гидроалюминаты и т. д., что вызывает разрушение структуры и следовательно прочности. О выщелачивании говорят белый налёт и потеки на пов-ти Ба. Присутствие NаСl и Na₂SO₄ в воде повышает растворимость Са(ОН)₂, который быстрее вымывается. 2) Кислотная коррозия – результат действия кислот при рН<7 органических и неорганических. Кислоты выступают в химическое взаимодействие с Са(ОН)₂ и другими соединениями Цного камня. В зависимости от рН среды реакция может быть очень интенсивной. Образующиеся продукты растворимые в воде, выносятся из Ба, нерастворимые – остаются в виде рыхлой массы. Всё это сопровождается снижением прочности и далее – разрушением. Воздействие кислых вод заметно уже при рН£6,5. Защищать Б от кислот трудно, поэтому в кислых условиях используют спец-ные кислотостойкие Цы. 3) Углекислая коррозия – обусловлена воздействием углекислоты на Цный камень и является частным случаем кислотной коррозии. Вначале идёт реакция с Са(ОН)₂ с образованием СаСО₃. Дальнейшее воздействиеН₂СО₃ на Ц приводит к образованию более растворимого гидрокарбоната: СаСО₃+Н₂СО₃«Са(НСО₃)₂. Для предотвращения разложения и перехода в СаСО₃ необходимо определённое количество «равновесной» неагрессивной углекислоты. Эта коррозия тем слабее, чем больше гидрокарбонатов Са и Мg в водном растворе. 4) Сульфоалюминатную коррозию, вызываемая ионами SO₄^2- при концентрации более 1000 мг/л и гипсовую, которая происходит под действием воды, содержащей большое количество Nа₂SO₄ или К2SO₄. Изготовление Ба на сульфатостойком ПЦ резко повышает стойкость противодействия этих веществ. Сульфатная коррозия – явление достаточно частое. Это и пром-ные воды с СаSO₄, MgSO₄, Na₂SO₄, морская вода, взаимодействующие с гипсом. Образуются кристаллические вещества – эттрингит, который располагается в порах и капиллярах Цного камня, разрушают его стуктуру (это можно отнести к 3-му виду по Москвину). Присутствие в растворе NaCl, CaCl₂ уменьшают возмоность образования эттрингита. При концентрации МgSO₄ более 0,5% - разрушают Бы даже на пуццолановом ПЦе вследствие чисто магнезиальной коррозии. 5) Магнезиальная коррозия – делится на собственно магнезиальную, вызываемую действием катионов Mg2+ при отсутствии в воде SO₄^2- и сульфатномагнезиальную при совместном действии. а) MgCl₂+Ca(OH)₂=Mg(OH)₂+CaCl₂ образуется масса не обладающая вяжущими свойствами, ведёт к разрушению Ба при концентрации более 1,5 %. б) MgSO₄+Ca(OH)₂+2H₂O=CaCl₂+Mg(OH)₂ рыхлая масса Mg(OH)₂ и гипс – приводят к разрушению Ба. Могут быть и другие виды коррозии, что надо учитывать и использовать при выборе Ба и защите его от повреждений. Сульфатостойкость возрастает при твердении изделий в автоклаве (практически весь СаО переходит в гидросиликат кальция) повышению плотности способствуют ПАВ-добавки, а также некоторых полимеров (замазки, мастики и др.) Изоляция от окружающей среды – покраской 2х-3х-кратной битумной эмульсией, оклейка гидроизолом, оштукатуривание горячими асфальтовыми мастиками и др. Физическая коррозия Цного камня Вызывается попеременным увлажнением и высыхание, (сопровождается усадкой, набуханием), отложением солей в порах Цного камня, попеременным замерзанием оттаиванием, особенно в водонасыщенном состоянии. Солевая форма коррозии (3 вид) – основное условие этого вида коррозии является наличие солей Na₂SO₄, MgSO₄, Na₂SO₃ в количестве более 1%. Происходит подсос водных растворов через фундамент и цоколь зданий из грунта, испарение воды и разрушение стен обычно наблюдается на высоте 10-50 см от пов-ти земли. Такая коррозия отмечается в южных районах. Защита – исп-ние прочных Цов и с меньшей пористостью Цного камня (особенно открытой) повышает стойкость в условиях солевой коррозии. Цоколи рекомендуется изготавливать из высокоплотных Бов, введение гидрофобных веществ. Мрз – важнейшее свойство, которое определяет долговечность различных соор-ний. При эксплуатации возможно попеременное замерзание – оттаивание в водонасыщенном состоянии. Вода при переходе в лёд увеличивается на 10 % и поэтому при замерзании большое гидравлическое давление на стенки пор и капилляров, вызывая напряжения растяжения. Многократные теплосмены ведут к появлению трещин и снижению прочности.

Разрушающая сила появляется когда вода содержит соли (морская). Мрз изучали многие учёные. Ими выявлены закономерности, разработаны рекомендации и требования к Цам и Бам, обеспечивающих их долговечность в условиях замерзания – оттаивания в водонасыщенном состоянии. Чем меньше пористость, тем выше морогзостойкость Цного камня. Это достигается снижением В/Ц (+ПАВ), длительное твердение до начала циклов замерзания- оттаивания, во время которого поры заполняются гидратными новообразованиями. Кроме того важен характер пор. Предпочтительны поры сферические замкнутые. Введение воздушных пузырьков в количестве 3-4 % объёма Ба увеличивает Мрз с 200-400 до 1000-1600 циклов замораживания. Гидрофобные добавки повышают Мрз, введение Si- органических соединений (ГКЖ-10,11,94 и др.), исп-ние алитовых ПЦ (с С₃А не более 6-8%) Отрицательно на Мрз влияют активные и инертные добавки, тонкость помола Ца выше 4000 см2/г, пропаривание Бов, т.к. разрушаются тонкопористая структура с образованием сообщающихся капилляров и пор. 4. Жаростойкость и огнеупорность Цов. В некоторых соор-ниях Б и ж/б конструкции подвергаются воздействию повышенных t (от 200-300 ⁰С и выше). В связи с этим появилась необходимость в жаростойких и огнеупорных Цах и Бах. Цный камень – несгораемый материал, он не плавится при tе до 1100 ⁰С. Однако влияние заметно уже при 150-200 ⁰С и резко возрастает при 500-700 ⁰С. Начинается разложение гидратных соединений – ГСАК, затем ГСК и Са(ОН)₂, изменяется прочность, усадочные деформации и т.д. Эти проблемы изучали К.Д. Некрасов, Москвин и др. учёные. При повышенных tах у Цов происходит дегидратация новообразований, начинают преобладать деструктивные процессы, прочность значительно снижается при нагревании до 500-600 ⁰С. Чтобы уменьшить вредное влияние свободного СаО на прочность и деформацию Цного камня при нагревании вводят тонкомолотые добавки – шамот, туф, трепел, кварцевый песок в количестве Цной добавки = 1:0,5 – 1. Эти вещества при 600-1000 ⁰С связывают СаО в силикаты, алюминаты и др. соединения, которые с водой практически не реагируют, чем предотвращают разрушительные деформации Цного камня. Прочность Ца с добавками при нагреве снижается тоже, но менее значительно, при нагреве 1000-1200 ⁰С она начинает увеоличиваться часто. Добавки шамота, хромомагнезита и др. придают затвердевшему Цу значительную огнеупорность, т.е. способность длительно сохранять прочность и стойкость при высоких tах. Такие смеси применяют для изготовления жароупорных Бов с показателями огнеупорности до 1400-1700 ⁰С. В качестве заполнителя – используют материалы огнеупорные (шамот).

Глиноземистый Ц.

Состав глиноземистого Ца: Глиноземистый Ц представляет собой быстротвердеющее гидравлическое вяжущее, из низкоосновных алюминатов кальция и получаемое тонким измельчением обожженной до плавления или спекания сырьевой смеси извести (известняка) и бокситов. (Боксит - продукт разрушения базальтов, гнейса и других горных пород). Химический состав колеблется, основной окисел – глинозем до 40-75%. Хим состав: Al₂O₃ - 30-50%; CaO - 35-45%; SiO₂ - 5-10%; Fe₂O₃ - 5-15%

Глинозем в бокситах представлен в моногидратах (диаспора) и тригидрата (гидрогиллита). Главные примеси SiO₂ и Fe₂O₃.) и рассчитанной на преобладание в готовом продукте низкоосновных алюминатов кальция, можно вводить до 1% добавок. Для твердения глиноземистого Ца наиболее благоприятны водные условия. Бы на его основе характеризуются высокой водостойкостью, Мрзю, жаростойкостью. Мрз. объясняется тем, что он обладает повышенной плотностью Цного камня. Стоек в растворах сульфата Са, Mg. Глиноземистый Ц применяют в стр-ве в чистом виде и в качестве компонента расширяющихся, быстротвердеющих, огнеупорных и других спец-ных вяжущих веществ. Иногда в глиноземистый Ц вводят до 20-30% кислого доменного гранулированного шлака. Это способствует улучшению некоторых тех-гических свойств глиноземистого Ца (снижению экзотермии, уменьшению усадки и др.), а также удешевляет продукт. Глиноземистый Ц в 5-6 раз дороже портландЦа, поэтому применять его следует лишь в тех случаях, когда его ценные качества используются наиболее полно. Например, при возведении Бных и ЖБных конструкций, если необходимо получить высокую прочность в очень сжатые сроки, особенно при пониженных tах окружающей среды; в конструкциях, подвергающихся систематическому замерзанию и оттаиванию, увлажнению и высыханию, особенно при службе конструкций в морской воде, в водных растворах некоторых сульфатов и т.п. Широко применяют глиноземистый Ц при изготовлении жароупорных Бов и различных видов расширяющихся Цов, а также при выполнении аварийных и ремонтных работ. Нельзя использовать глиноземистый Ц там, где при твердении tа может быть увеличена выше 25-30^оС, и там, где может быть агрессия сульфатными водами. Химический состав глиноземистых Цов подвержен значительным колебаниям. Сод-ние основных оксидов: СаО – 35-45%, Al₂O₃ – 30-50%, SiO₂ – 2-10%, Fe₂O₃ – 5-15%. Минеральный состав: преимущественно представлен низкоосновными алюминатами кальция и , которые и обуславливают его свойства как БТЦ. Главная роль принадлежит СА. Произ-во глиноземистого Ца: Из боксита и известняка (вместо боксита иногда используют алюминиевые шлаки). Обжиг до спекания или плавления. До спекания t = 1150-1250^оС во вращающихся, шахтных и других печах на газообразном и жидком топливе. Обжиг до tы плавления 1380-1600^оС – в эл. и доменных печах, выпускают в виде расплава определенного химического состава с t = 1600-1700^оС. Боксит берут по коэффициенту качества не ниже 5-6. Охлаждают разливом на площадке, затем дробят в 2 стадии, помол в трубных шаровых мельницах до остатка на сите 008 не более 10%. При изготовлении ангидритоглиноземистого и шлакоглиноземистого Цов осуществляется совместный помол всех материалов. Ангидрит и шлак в начале дробят и сушат до влажности 1-2%.

Твердение глиноземистых Цов основано главным образом на взаимодействии с водой с образованием гидратных соединений.

В смеси СА с вольским песком 1:3 и водой образуются в основном САН₁₀ и C₂AH₈. СА схватывается медленнее, но твердеет быстро. C₅A₃ (или С₁₂А₇) +Н₂О – схватывается через несколько минут, образуются С₄АН₁₄ и С₃АН₁₂ С₂АН₈.

Процесс затвердевания теста глиноземистого Ца и последующее упрочнение Цного камня аналогичен портландЦу. Кристаллогидраты САН₁₀, С₄АН₈, CFH, C₂FH обеспечивают Цному камню высокую начальную прочность через 24 часа. R = 0,75-0,9R_конеч. Рост прочности через 3 суток практически завершается за счет образования гидроалюминатов кальция. При tе больше 25-30^оС наблюдается переход гексагонального С₂АН₈ в кубический С₃АН₆, что сопровождается упадком прочности. Поэтому ТВО для глиноземистых Цов запрещена, кроме того перестройка из САН₁₀ в С₃АН₆ сопровождается выделением воды, уменьшается объем воды на 52,6% и резко увеличивается пористость со всеми отрицательными последствиями для прочности, воздухо- и водонепроницаемости, а также для стойкости во времени. В естественных условиях это может протекать десятилетиями, а при tе выше 50^оС за 1 сутки. Начало и конец схватывания в пределах 15-25 минут, гипс удлиняет схватывание до 45-50 минут. Свойства глиноземистого Ца Цвет – от серого до черного. Истинная плотность 3,1-3,3 г/см³, нормальная густота 24-28%. Начало схватывания не ранее 30 минут, конец не позднее 10 часов. Выпускают марок 400, 500 и 600 (растворы с песком 1:3), балочки 4×4×16 см. Цы, полученные плавлением активнее, чем спеканием. Благоприятные условия для твердения – водная среда и tа 15-20^оС, при пониженных tах 5-10^оС твердение значительно, т.к. у глиноземистого Ца большое тепловыделение. Бы на глиноземистом Це высокой водо-, морозо- и паростойкости, т.к. нет Са(ОН)₂, плотные Бы, пористость ниже в 1,5-2 раза по сравнению с портландЦом. Стоек в растворах CaSO₄ и MgSO₄, а также в растворах и парах неорганических кислот, благодаря выше перечисленным хар-кам и образованию пленки Al(OH)₃, которая не позволяет воздействовать сульфатам. Эта пленка защищает и от углекислых вод, слабых растворов минеральных кислот, различных пром-ных вод. Но глиноземистый Ц уступает портландЦу при воздействии щелочных соединений, т.к. они вступают в реакцию с Al(OH)₃, образуя растворимые соединения: .

Постепенно пленки разрушаются и Цный камень подвергается коррозии. Нужно избегать заполнителей, содержащие щелочные соединения. Известны гидротехнические соор-ния, возведенные на глиноземистом Це, которые уже в течение 20-30 лет не подвергаются коррозии в морской воде. Жаро- и огнестоек до 1200-1400^оС и выше, а с добавлением хромитов – t = до 1400-1600^оС – жаростоек и огнеупорен.

Смешанные вяжущие вещества со спец-ными свойствами. При смешение различных чистых вяжущих веществ с добавками можно получить вяжущие со спец-ными свойствами. 1. Безусадочные Цы – группа расширяющихся Цов и напрягающих (НЦ) быстросхватывающихся и быстротвердеющих. Напрягающие Цы – продукты тонкого измельчения смеси, состоящей из 65-70% портландЦного клинкера (силикатный компонент), 16-20% высокоглиноземистого шлака (алюминатный компонент) и 14-16% гипса (сульфатный компонент). Основные свойства. = не менее 20 МПа. Начало схватывания – 2-8 мин., конец схватывания – 6-15 мин. Расширение 3-4%. Применяется для предварительного напряжения арм-ры.

Расширяющиеся Цы в зависимости от параметров расширения различают: а) Цы с малой величиной расширения 0,03-0,01%, называемые безусадочными; б) самонапрягающие Цы с расширением свыше 0,25%.

Процесс увеличения линейных и объемных размеров твердеющих систем происходит под действием образования гидросульфоалюминатов кальция. Главные соединения – образуется эттрингит . Все компоненты должны быть в наличии в системе и достаточна степень насыщения жидкой среды известью и сульфатными ионами. Цы с сульфоалюминатным расширением делятся на: 1) Цы, представляющие комбинации традиционных компонентов: пц или глиноземистого клинкера, доменных и высокоглиноземистых шлаков, различных форм CaSO₄, извести (гипсоглиноземистый Ц ГГЦ, расширяющийся портландЦ РПЦ, напрягающий Ц НЦ). 2)Цы, содержащие спец-ные синтезируемые расширяющие добавки – высокоосновный гидроалюминат кальция (водонепроницаемый Ц), сульфоалюминатный клинкер + (Ц Лосье, К-Ц), обожженный алунит до 15% в Це. Сульфоалюминатное расширение может обеспечить изменение линейных размеров Цного камня до 4-5%. Главные средства управления расширения связаны: а) с регулированием количества образующегося эттрингита, б) с регулированием кинетики образования эттрингита, в) с управлением морфологией эттрингита. Основные приемы управления: а) дозировка компонентов, б) варьирование тонкости помола, в) управление степенью поглощения жидкой среды известью и гипсом. Глиноземистый Ц дороже ПЦ в 5-6 раз, поэтому применять его следует лишь в случаях наиболее полного исп-ния его ценных качеств. Недопустимо его применение в Бных конструкциях подвергающихся щелочной агрессии.