г. Владикавказ, тел.: +7(8672) 51-17-73; Мобильный: +7-928-494-60-39; email: dobavkad5@mail.ru

Сульфатостойкость бетонов с добавкой Д-5

Сульфатостойкость бетона – это способность бетона сохранять в агрессивной сульфатной среде на весь срок эксплуатации все свои нормативные свойства без каких-либо признаков разрушения.
Почему в качестве агрессивной среды выбрана именно сульфатная среда? И чем опасна сульфатная коррозия бетона?

Во-первых, именно сульфатная водная среда разной степени агрессивности чаще всего присутствует в грунтовых водах. Помимо этого, воздействие морской воды и канализационных стоков на бетон во многом схожи с воздействием сульфатной водной средой средней и сильной степени агрессивности, поэтому и способы противодействия этим видам агрессивного воздействия на бетон одинаковы.

Во-вторых, сульфатная водная среда считается одной из самых разрушительных для обычного бетона. Дело в том, что в результате взаимодействия сульфат-ионов с такими компонентами цементного камня, как трехкальциевый алюминат (3СаО х AL2O3) и гидроксид кальция Ca(OH)2 (свободная известь), образуются очень опасные кристаллические новообразования под названием эттрингит (3CaO х Al2O3 х 6H2O х 3CaSO4х 32H2O). 

Образование эттрингита сопровождается постепенным  увеличением  объема кристаллов, и это оказывает всё возрастающее давление на окружающее их цементное тело, вызывая в нём внутренние напряжения. С ростом кристаллов эти напряжения нарастают, и через определённое время это приводит к образованию множества микротрещин в цементном камне, значительному снижению его прочности, а потом и к полному разрушению цементного камня, а значит и бетона.

 

Этот процесс начинается от поверхности бетона, где он соприкасается с сульфатной средой, затем постепенно проникает вглубь, достигает арматуры и распространяется дальше. Когда защитный слой арматуры оказывается нарушенным, и агрессивная среда входит в соприкосновение с арматурой, начинается ускоренная коррозия арматуры. Продукты коррозии арматуры также увеличиваются в объеме и усиливают давление на окружающий бетон, ускоряя процесс его разрушения. В итоге конструкция достаточно быстро приходит в негодность задолго до окончания расчетного срока эксплуатации.

Скорость разрушения бетона в сульфатной среде зависит, в первую очередь, от агрессивности этой среды, от условий эксплуатации и от температуры окружающей среды.

 

Различают три степени агрессивности внешнего воздействия окружающей среды на бетон:

 

  • СЛАБАЯ степень агрессивности:  Степень агрессивного воздействия на бетонные и железобетонные конструкции, при которой разрушение бетона и/или потеря защитного действия его по отношению к стальной арматуре за 50 лет эксплуатации распространяется на глубину не более 10 мм.
  • СРЕДНЯЯ степень агрессивности: Степень агрессивного воздействия на бетонные и железобетонные конструкции, при которой разрушение бетона и/или потеря защитного действия его по отношению к стальной арматуре за 50 лет эксплуатации распространяется на глубину не более 20 мм.
  • СИЛЬНАЯ степень агрессивности: Степень агрессивного воздействия на бетонные и железобетонные конструкции, при которой разрушение бетона и/или потеря защитного действия его по отношению к стальной арматуре за 50 лет эксплуатации распространяется на глубину 20 мм и более.

 

В свою очередь степень агрессивного воздействия  среды на бетон зависит от концентрации сульфатов в жидкой среде или в грунте. Например при концентрации  сульфат-ионов  в грунте менее 0,5 грамма на 1кг грунта, а в жидкой сульфатной среде менее 0,42 грамма на 1 литр, считается что такая среда является вообще не агрессивной по отношению к бетону.

 

Для обычного рядового бетона сильноагрессивной считается среда с концентрацией сульфат-ионов в грунте свыше 1,5 грамма на 1 кг грунта, а в жидкости – свыше 1,8 грамм на 1 литр.  А на практике довольно часто встречаются среды с концентрацией сульфат-ионов, значительно превышающей эти показатели  (свыше 3 грамм на литр  жидкости или на 1 кг грунта).

 

Как же обеспечить защиту бетонных и железобетонных конструкций в таких агрессивных условиях?

Чтобы полностью исключить сульфатную коррозию в бетоне необходимо выполнить 2 очевидных условия:

· максимально увеличить водонепроницаемость бетона и тем самым максимально ограничить проникновение агрессивной среды вглубь бетона;

· создать условия, при которых сульфат-ионы не смогли бы вступать в реакцию с гидроксидом кальция и с трехкальциевым алюминатом, т.е. исключить саму возможность образования эттрингита.

 

Существует много разных способов, как выполнить такие условия, но не все они достаточно эффективны, особенно если учитывать, что оба этих условия должны соблюдаться на протяжении всего срока службы конкретной конструкции.

 

Для получения сульфатостойких бетонов, не нуждающихся ни в какой дополнительной гидроизоляции, даже при самых высоких концентрациях сульфатов,  наиболее эффективным является применение  комплексной полифункциональной добавки Д-5, которая одна обеспечивает выполнение выше указанных условий на весь период эксплуатации конструкции, а именно:

· Добавка Д-5 придаёт бетонам максимальную водонепроницаемость W20 и более (имеются испытания, в которых бетон с добавкой Д-5 показал водонепроницаемость W35); 
· Добавка Д-5 вступает в реакцию с гидроксидом кальция и связывает его в труднорастворимое соединение. Поэтому в теле цементного камня не остаётся свободного гидроксида кальция, или его ничтожно мало для реакции получения эттрингита.

 

ГОСТ 31384-2008 «Защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии. Общие технические требования» прямо рекомендует для получения сульфатостойких бетонов в первую очередь применять обычный портландцемент, портландцемент с минеральными добавками и шлакопортландцемент (п.6.4.1) в сочетании с добавками, которые снижают проницаемость бетона, повышают его морозостойкость и не оказывают коррозионного воздействия на бетон и арматуру (п.6.4.3). При этом общее количество добавок не должно превышать 5% от массы цемента.

Как видим, добавка Д-5 ( дозировка 2-3% от массы цемента) соответствует всем требованиям ГОСТ 31384 для добавок, повышающих сульфатостойкость бетонов.

 

Какую максимальную сульфатостойкость бетона может обеспечить добавка Д-5? 

Ответ простой: практически любую.

 

Рассмотрим этот вопрос подробнее.

Если для получения сульфатостойкого бетона применять  обычный  портландцемент и добавку Д-5 (при дозировке 3% от массы цемента), то по отношению к такому бетону (при  W20) сульфатная среда с достаточно  высокой концентрацией сульфатов (до 2,5 грамма на 1 литр в жидкости и до 4 грамм на 1 кг в грунтах)  будет считается слабоагрессивной и никакую дополнительную гидроизоляцию можно не применять (п. 5.9.1 и  таблицы Б.1 и  Б.3  ГОСТ 31384). Такая степень агрессивности среды встречается наиболее часто.

 

Для более агрессивных сред ГОСТ 31384 рекомендует применять портландцементы с нормируемым химическим составом, которые содержат в клинкере трехкальциевый силикат 3СаО х SiO2  не более 65%, трехкальциевый алюминат 3СаО х AL2Oне более 7% и сумму трехкальциевого алюмината и четырехкальциевого алюмоферрита (AL2O3 + 4СaOх Al2O3 хFe2O3) не более 22%. В этом случае количество трехкальциевого алюмината в теле цементного камня снижается до минимума и, соответственно, снижается возможность образования эттрингита.

 

Бетоны с добавкой Д-5 (3%) на цементах с нормируемым химическим составом приобретают еще более высокую степень сульфатостойкости и такие бетоны не требуют никакой дополнительной гидроизоляции уже при концентрации  сульфат-ионов до 9 грамм на 1 литр  в жидкости и до 12 грамм на 1 кг в грунтах. (таблицыБ.1; Б.3 и п. 5.9.1 ГОСТ 31384).

Для удобства и большей информативности ниже приводим указанные таблицы.

 

ГОСТ 31384.Таблица Б.1- Степень агрессивного воздействия сульфатов в грунтах на бетоны марок по водонепроницаемости W4-W20

Цемент

Показатель агрессивности грунта с содержанием сульфатов в пересчете на ионы, мг/кг

Степень агрессивного воздействия грунта на бетон

W4

W6

W8

W10-W14

W16-W20

Портландцемент по ГОСТ 10178

500-1000

1000-1500

1500-2000

2000-3000

3000-4000

Слабоагрессивная

1000-1500

1500-2000

2000-3000

3000-4000

4000-5000

Среднеагрессивная

Св. 1500

Св. 2000

Св. 3000

Св. 4000

Св. 5000

Сильноагрессивная

Портландцемент по ГОСТ 10178 с содержанием в клинкереC3S- не более 65 %, С3А - не более 7 %, С3А +C4AF- не более 22 % и шлакопортландцемент

3000-4000

4000-5000

5000-8000

8000-10000

10000-12000

Слабоагрессивная

4000-5000

5000-8000

8000-10000

10000-12000

12000-15000

Среднеагрессивная

Св. 5000

Св. 8000

Св. 10000

Св. 12000

Св. 15000

Сильноагрессивная

Сульфатостойкие цементы по ГОСТ 22266

6000-8000

8000-10000

10000-12000

12000-15000

15000-20000

Слабоагрессивная

8000-10000

10000-12000

12000-15000

15000-20000

20000-24000

Среднеагрессивная

Св. 10000

Св. 12000

Св. 15000

Св. 20000

Св. 24000

Сильноагрессивная

 

ГОСТ 31384.Таблица Б.3 - Степень агрессивного воздействия жидких сульфатных сред для бетонов марок по водонепроницаемости W8-W20

Цемент

Показатель агрессивности жидкой среды1)с содержанием сульфатов в пересчете на ионы, мг/дм3, для сооружений, расположенных в грунтах сКfсв. 0,1 м/сут, в открытом водоеме и для напорных сооружений при марке бетона по водонепроницаемости

Степень агрессивного воздействия жидкой среды на бетон

W8

W10-W14

W16-W20

Портландцемент по ГОСТ 10178

425-850

850-1250

1250-2500

Слабоагрессивная

850-1700

1250-2500

2500-5000

Среднеагрессивная

Свыше 1700

Свыше 2500

Свыше 5000

Сильноагрессивная

Портландцемент по ГОСТ 10178 с содержанием в клинкереC3S- не более 65 %, С3А - не более 7 %, С3А +C4AF- не более 22 % и шлакопортландцемент

2550-5100

5100-8000

8000-9000

Слабоагрессивная

5100-6800

8000-9000

9000-10000

Среднеагрессивная

Свыше 6800

Свыше 9000

Свыше 10000

Сильноагрессивная

Сульфатостойкие цементы по ГОСТ 22266

5100-10200

10200-12000

12000-15000

Слабоагрессивная

10200-13600

12000-15000

15000-20000

Среднеагрессивная

Свыше 13600

Свыше 15000

Свыше 20000

Сильноагрессивная

1)При оценке степени агрессивности среды в условиях эксплуатации сооружений, расположенных в слабофильтрующих грунтах сKfменее 0,1 м/сут, показатели данной таблицы должны быть умножены на 1,3.

 

Из этих таблиц видно, что наибольшую сульфатостойкость показывают бетоны с максимальной водонепроницаемостью W20 и изготовленные на сульфатостойких цементах.

Поэтому  в самых экстремальных условиях следует применять бетоны с добавкой Д-5 (3%) на сульфатостойких цементах. Такие бетоны можно применять без всякой гидроизоляции  при концентрации  сульфат-ионов до 15 грамм на литр жидкости и до 20 грамм на 1 кг грунта.

Из всего вышеизложенного следует, что добавка Д-5 позволяет получать сульфатостойкие бетоны практически для всего спектра существующих агрессивных сред, включая самые агрессивные.

  

Яндекс.Метрика