Реакции гидратации алюмината с участием сульфатов. Эттрингит в цементе


Образование - эттрингит - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Образование - эттрингит

Cтраница 1

Образование эттрингита вызывает расширение цементного камня лишь в том случае, если концентрация гидроксида кальция в жидкой фазе близка к насыщению. При концентрации гидроксида кальция менее 0 5 - 0 6 г / л в пересчете на СаО образование эттрингита не вызывает опасных для целостности цементного камня напряжений.  [1]

При этом реакция образования эттрингита, хотя и происходит через жидкую фазу, локализуется в весьма ограниченном пространстве, примыкающем к твердой частице.  [2]

Установлено, что само по себе образование эттрингита не обязательно ведет к разрушению структуры. Оно наступает лишь в случае синтеза хорошо окристаллизованного эттрингита. Эттрингит, богатый железом, не оказывает деструктивного действия на цементный камень. В глино-цементной смеси понижено содержание Са ( ОН) 2, что приводит к уменьшению первого фактора коррозии.  [3]

Большинство специалистов поддерживают гипотезу о том, что образование эттрингита в среде, насыщенной гидроксидом кальция, вызывает сильное расширение и последующее разрушение цементного камня вследствие того, что его кристаллы при этом образуются через твердую фазу, без предварительного растворения алюминатных фаз, поэтому возникающее кристаллизационное давление локализовано в весьма ограниченной среде и достигает опасных значений. Если трехсульфатный гидросульфоалюминат кальция возникает в среде с низкой концентрацией гидроксида кальция, то вследствие заметной растворимости алюминатных фаз в такой среде кристаллы этой комплексной соли кристаллизуются довольно рассредоточенно. В связи с этим возникающее кристаллизационное давление действует на более значительную поверхность и не вызывает разрушения цементного камня.  [4]

При более высокой температуре ( более 35 С) скорость образования эттрингита возрастает. Хотя при этом высокая степень расширения наблюдается в раннем возрасте, сопротивление, вызываемое сопутствующим ускорением развития прочности, приводит к снижению предельного значения расширения. При низкой температуре в раннем возрасте степень образования эттрингита ниже, а производимое расширение нейтрализуется повышением ползучести. Температура не оказывает заметного влияния на реакции добавок на основе извести; ее влияние повышается в предварительно напряженном бетоне. В процессе расширения должно быть обеспечено необходимое ограничение, чтобы получить сжимающее напряжение, требуемое для компенсации усадки или предварительного напряжения стали. Это обычно обеспечивается армированием, внутренним трением с заполнителями и формой изделия. При заданных дозировках добавки, содержании цемента и составе бетонной смеси расширение уменьшается при усилении армирования. Если ограничения отсутствуют, то при малой дозировке добавки не достигается уровень сжимающего напряжения, необходимого для компенсации усадки.  [5]

В / Ц увеличивается вероятность большей реакционной способности алюминатных и ферритных фаз с образованием эттрингита, гидроалюмината и гидроферрита, изоморфно-замещенного портландита. Кроме того, при увеличении В / Ц в исходной системе интенсивнее идет карбонизация с образованием кальцита.  [6]

При твердении смесей строительного гипса с портландцементом происходит быстрое твердение полугидрата, но затем наблюдается падение прочности и разрушение твердеющего материала вследствие образования эттрингита - гидросульфоалюмината кальция ( 3CaO - Al203 - 3CaSO4 - 31h3O), что вызывает появление значительных напряжений.  [7]

Переход эттрингита в односульфатный гидросульфо-алюминат сопровождается уменьшением объема твердых фаз и снятием тех напряжений растяжения, которые могли возникнуть в системе при образовании эттрингита в начальные сроки твердения. В объеме выделяющейся воды, а также в объеме исчезающего эттрингита размещаются без напряжений частицы вновь возникающих твердых фаз.  [8]

Если исходные термограммы цемента и глино-цемента имели набор эндоэффектов, свидетельствующих о значительном разложении эттрингита и переходе его в моносульфоалюминат, то в присутствии сахарозы лишь начинается образование эттрингита, а эндоэффекты твердого раствора и гидроалюминатов отсутствуют. Добавление винной кислоты сильнее приостанавливает гидратацию гипса, С3А и, видимо, C4AF, так как в этом случае методом ДТА эттрингит не обнаруживается.  [10]

При выделении пуццолановых добавок необходимо снизить концентрацию Са ( ОН) 2 в твердеющей системе до 0 2 - 0 3 г СаО на 1 л жидкой фазы, что вызывает переход высокоосновных гидроалюминатов кальция в низкоосновные и предохраняет от образования эттрингита. В зависимости от активности гидравлической добавки меняется содержание ее в смешанном вяжущем. Оптимальная дозировка добавки устанавливается по методике, определяющей способность добавки связывать гидрат окиси кальция из смеси гипсоцементнопуццола-нового вяжущего с водой.  [11]

Установлено, что триэтаноламин ускоряет превращение СзА в гексагональные гидроалюминаты кальция, а последних - в кубический гек-сагидрат. Ускоряется также образование эттрингита, тогда как на раннюю стадию гидратации силикатных фаз эта добавка действует как замедлитель.  [12]

Добавки на основе CSA в результате реакции с водой образуют эттрингит и расширяются. Полагают, что образование эттрингита не происходит в жидкой фазе цемента. При последующей реакции моносульфата с гипсом образуются игольчатые кристаллы эттрингита.  [13]

Гиббса этих реакций уменьшается с понижением основности гидроалюминатов. Так, реакция образования эттрингита на основе САНю имеет значение AG 298 48 98 кДж / моль, а на основе С3АН6 - 19 57 кДж / моль.  [14]

Следует, однако, учитывать, что их концентрация сравнительно невелика. Кроме того, реакция алюминатных фаз цементного камня с сульфатами с образованием эттрингита может снизить скорость взаимодействия этих фаз с хлоридами, а несвязанные хлориды, в свою очередь, способны стимулировать коррозию арматуры в бетоне.  [15]

Страницы:      1    2

www.ngpedia.ru

Система эттрингит–таумасит: отличительные черты разрушения бетона

В данной статье исследованы особенности коррозионного разрушения бетона при кристаллизации в нем эттрингита и таумасита. Выявлены отличия в характере разрушения бетонов, позволяющие в ранние сроки определить, какой из компонентов системы эттрингит–таумасит оказывает доминирующее влияние на кинетику процессов деструкции. Приводится оценка условий, являющихся наиболее опасными для развития процессов сульфатной коррозии с участием таумасита.

Считается, что основной характеристикой бетона, определяющей его качество, является предел прочности при сжатии, но этот показатель не остается постоянным в течение длительного срока эксплуатации конструкций. На прочность бетонных изделий оказывает влияние воздействие окружающей среды. Что происходит с бетоном в случае негативного воздействия внешней среды? Насколько интенсивным будет разрушение бетона? Можно ли распознать начальные признаки коррозионного разрушения материала, чтобы принять меры для защиты конструкции? Изучение этих и многих других вопросов позволяет разрабатывать методы защиты бетона от коррозии, а также оценить необходимость их применения в тех или иных условиях эксплуатации, дать технико-экономическую оценку их эффективности, определить кинетику процесса с тем, чтобы обеспечить своевременную реконструкцию.

Сульфатная коррозия бетона – это комплекс сложных физико-химических процессов, приводящих к разрушению бетона. Согласно классификации В. М. Москвина [см. Москвин В. М., Иванов Ф. М., Алексеев С. Н., Гузеев Е. А. Коррозия бетона и железобетона, методы их защиты. М.: Стройиздат, 1980], сульфатная коррозия относится к 3 виду коррозии, т.е. разрушение материала происходит за счет напряжений, возникающих в бетоне из-за кристаллизации экспансивных фаз. Такой вид коррозии возможен при наличии в воздействующей среде сульфат ионов, но, кроме того, как показали результаты исследований, проведенных Л. Кларком, третий вид коррозии развивается и при воздействии пресных вод на бетоны с внутренними источниками сульфатов. Профессор Кларк установил, что таким источником может стать заполнитель [см. Clark L. Thaumasite form of sulfate attack // Concrete International. Vol. 22, № 2, February 1999. p. 37–40].

Продукты взаимодействия агрессивной среды и цементного камня обладают экспансивным характером, и к ним, в первую очередь, относятся эттрингит и таумасит. Когда эттрингит образуется в свежеприготовленной бетонной смеси, а его распределение является относительно гомогенным, он не является причиной разрушения бетона. Такой тип эттрингита, согласно международной классификации [см. Collepardi M. Damage by Delayed Ettringite Formation – A Holistic Approach and New Hypothesis // Concrete International. Vol. 21, № 1, January 1999. p. 69–74; Штарк Й., Больманн К., Зайфарт К. Является ли эттрингит причиной разрушения бетона? // Цемент и его применение. 1998, № 2. стр. 13–22], называется первичным (Early Ettringite Formation – EEF). Примером образования первичного эттрингита является реакция двуводного гипса с трехкальциевым алюминатом в присутствии воды (схема 1):

3CaO•Al2O3+3(CaSO4•3h3O)+26h3O = 3CaO•Al2O3•3CaSO4•32h3O

В процессе этой реакции эттрингит адсорбируется на поверхности цементных зерен, препятствуя проникновению к ним воды и адгезии цементного геля и выступая, таким образом, в качестве регулятора сроков схватывания.

С другой стороны, когда эттрингит образуется в гораздо более поздние сроки (в течение нескольких месяцев или даже лет), возникает неоднородная экспансия в жесткой бетонной структуре, что приводит к появлению микротрещин и развитию процессов коррозии. Согласно международной классификации [см. Clark L. Thaumasite form of sulfate attack // Concrete International. Vol. 22, № 2, February 1999. p. 37–40; Collepardi M. Damage by Delayed Ettringite Formation – A Holistic Approach and New Hypothesis // Concrete International. Vol. 21, № 1, January 1999. p. 69–74], такой эттрингит называется вторичным (Delayed Ettringite Formation – DEF). Разрушающий эффект, который создается в результате образования вторичного эттрингита, зависит от концентрации реагирующих компонентов на участках структуры бетона и кристаллической формы новообразований. Сульфатная коррозия в результате взаимодействия гидроалюминатов кальция и моносульфата с образованием эттрингита показана на схеме 2.

Сульфатная коррозия, происходящая в результате взаимодействия гидросиликатов кальция и гидроксида кальция в присутствии карбонат иона с образованием таумасита, (Thaumasite Sulfate Attack – TSA) описывается схемой 3.

Результаты многочисленных исследований показали, что эттрингит и таумасит всегда находятся в кристаллической смеси. Однако процентные соотношения зависят от внешних условий, воздействующих на систему. В исследованиях [см. Базанов С. М. Механизм разрушения бетона при воздействии сульфатов // Строительные материалы. 2004, № 9. стр. 46–48] установлено, что пониженная температура окружающей среды (+4±2 °С) стимулирует образование таумасита, более высокая температура (от +20±2 °С) приводит к образованию эттрингита. Хотя эттрингит и таумасит имеют сходные кристаллические структуры, характер разрушения бетона при преимущественном содержании одного из компонентов кристаллической смеси в значительной степени различается.

Для того чтобы установить различия в характере разрушений при образовании эттрингита и таумасита, были изготовлены две серии образцов кубиков: с высотой ребра 100 мм для исследования изменения предела прочности при сжатии и с высотой ребра 25 мм для микроскопических исследований – а также партия балочек размером 40х40х160 мм для исследования изменения линейных размеров и прочности. Одна партия образцов помещалась в условия, стимулирующие образование эттрингита, другая – таумасита. Балочки и кубики с высотой ребра 25 мм изготавливались из мелкозернистого бетона, большие кубики – из тяжелого бетона. Составы бетонов приведены в таблице. После твердения в нормальных условиях в течение 28 суток образцы помещались в 5% раствор Na2SO4. Испытания проводились в течение 3-х лет.

Табл. 1 Составы бетонов для проведения исследований

Составляющие бетонной смеси Расход компанентов, кг/м3
Мелкозернистый бетон с прочностью 20 МПа
Цемент М500 145
Песок 2253
Вода 103
Мелкозернистый бетон с прочностью 30 МПа
Цемент М500 178
Песок 2225
Вода 103
Тяжелый бетон с прочностью 20 МПа
Цемент М500 221
Щебень 10 мм 1430
Песок 441
Вода 190
Тяжелый бетон с прочностью 30 МПа
Цемент М500 225
Щебень 20 мм 1430
Песок 544
Вода 150

Наблюдения показали, что образцы, разрушение которых вызвано образованием эттрингита, в течение первого месяца испытаний меняли свой цвет (на поверхности образовывались темные полосы), линейные размеры образцов менялись незначительно, трещинообразования заметить не удалось. В последующие сроки наблюдался прирост линейных деформаций (рис. 1), появились незначительные разрушения ребер и граней образцов. Через 5–6 месяцев испытаний на поверхностях бетона удалось заметить отчетливо различимые – толщиной 0,1...0,2 мм и длиной до нескольких сантиметров – трещины.

В дальнейшем толщина и длина трещин возрастала. Толщина трещин в центральной области граней, как правило, была выше, чем у ребер (рис. 3). Отдельные трещины имели очень большую длину и пересекали несколько граней образца. Через 2–2,5 года исследований образцы с такими трещинами распались на куски. Из нескольких крупных кусков нами были изготовлены образцы. Испытания показали, что прочность этих кусков в среднем составляет не более 25% начальной прочности бетона (рис. 2). При образовании эттрингита напряжения кристаллизации, концентрируясь у микродефектов структуры бетона, вызывают возникновение микротрещин. Затем кристаллизация продолжается в самой трещине, что, соответственно, вызывает ее рост и приводит к разрушению материала.

Образцы, чье разрушение было обусловлено образованием таумасита, также изменили свой цвет, но изменения произошли позднее, чем в случае, описанном выше. Через 2–3 месяца на поверхностях появились темные полосы, на которых впоследствии образовался белый налет. Через 8–9 месяцев образцы покрылись сетью мелких трещин (рис. 4), толщина которых находилась в диапазоне значений от 0,05 до 0,1 мм. В дальнейшем толщина этих трещин увеличивалась, хотя гораздо менее значительно, чем это происходило при кристаллизации эттрингита. Кроме того, происходило образование большого числа новых трещин. Через 14–15 месяцев испытаний было замечено еще одно отличие в разрушении образцов, связанное с наличием эттрингита и таумасита.

Хотя прочность образцов, содержащих таумасит, была несколько выше, чем образцов с эттрингитом, но у первых были отмечены сильные разрушения ребер и граней (рис. 5). По прошествии 3-х лет часть образцов превратилась в бесформенную массу, которая больше напоминала бетонную смесь, чем твердый каменный материал. Результаты рентгенофазового анализа проб показали присутствие большого количества таумасита в этих образцах.

При образовании таумасита в начальные сроки бетон теряет прочность менее интенсивно, чем это происходит при кристаллизации эттрингита. На поверхности материала не возникает глубоких и широких трещин. Бетон не «взрывается» изнутри, как при образовании эттрингита. Деструкция начинается на поверхности с разрушения ребер и граней. Это можно объяснить тем, что таумасит представляет собой силикат содержащую фазу, наличие силикатов в бетоне количественно не ограничивает образование таумасита. Кристаллизация таумасита, по всей видимости, начинается по всему объему материала. Таумасит образуется в мелкокристаллической форме, как показали исследования [см. Штарк Й., Больманн К., Зайфарт К. Является ли эттрингит причиной разрушения бетона? // Цемент и его применение. 1998, № 2. стр. 13–22], и поэтому не создает столь значительных напряжений подобно эттрингиту, но, кристаллизуясь в больших количествах, в течение длительного времени приводит к снижению прочности цементного камня, вызывая разрушение бетона. Механизм деструкции материала при образовании таумасита включает не только процессы коррозии бетона третьего вида, но и процессы коррозии второго вида, связанные с превращением гидросиликатов кальция, обеспечивающих прочность цементного камня, в мало связанную массу – таумасит.

Однако в реальных условиях эксплуатации бетонных изделий происходит изменение параметров воздействия на материал и, следовательно, концентраций, составляющих системы эттрингит–таумасит. Исследование образцов бетона с добавлением 20% CaSO4•2h3O от массы цемента на открытом воздухе, проводимое параллельно с лабораторными исследованиями показали, что в течение первого года разрушения были вызваны образованием эттрингита, таумасит присутствовал в незначительном количестве. Через 22 месяца наблюдений отмечалось появление сети мелких трещин, искривление ребер образцов и разрушение углов. Еще через 4 месяца замечено сильное снижение прочности бетона. Результаты рентгенофазового анализа этих образцов показали значительное увеличение содержания таумасита в кристаллической смеси.

На схеме 3 показано, что в образование таумасита, помимо сульфат ионов, участвуют и карбонат ионы. Источником последних может стать карбонат, содержащий заполнитель, кроме того, карбонаты содержатся в грунтовых водах, а также возможно образование карбоната кальция на поверхностях бетонных элементов, подвергающихся переменному увлажнению и высушиванию в результате взаимодействия гидроксида кальция с СО2 воздуха. Эксперименты с образцами бетона, изготовленными с добавлением 5% молотого СаСО3, показали усиление темпов коррозионного разрушения материала (рис. 6) в начальные сроки в особенности при пониженной температуре окружающей среды. Следовательно, конструкции, эксплуатирующиеся в условиях переменного уровня воды или воздействия грунтовых вод, в первую очередь подвергаются риску образования таумасита.

Таким образом, отличия в характере разрушения бетонов под действием эттрингита или таумасита позволяют в ранние сроки определить, какой из компонентов системы оказывает доминирующее влияние на кинетику процессов деструкции. Однако, как показали исследования, в естественных условиях содержание компонентов кристаллической смеси может изменяться в течение строка эксплуатации. Сначала разрушение вызвано кристаллизацией эттрингита.

На этом этапе происходят рост внутренних напряжений, линейные деформации, могут образовываться трещины. Кристаллизация эттрингита стимулирует рост числа кристаллов таумасита. Он, образуясь по всему объему, приводит к возникновению сети мелких трещин, затем происходит разрушение углов и ребер, что сопровождается потерей прочности и продолжающимся ростом линейных деформаций. Наиболее опасным для развития процессов коррозии, вызванной образованием системы эттрингит–таумасит, является присутствие в воздействующей агрессивной среде наряду с сульфат еще и карбонат ионов или повышенное содержание карбонатов в материале, вследствие карбонизации выщелачивающегося гидроксида кальция, а также наличия карбонат содержащего заполнителя.

library.stroit.ru

Эттрингит - это... Что такое Эттрингит?

Эттрингит – природный минерал – гидросульфоалюминат кальция, относящийся к ряду твердых растворов AFt. Гидросульфоалюминат кальция, относящийся к ряду твердых растворов AFt – с общей структурной формулой [Ca3(AI, Fe) х (OH)6 х 12h3O]2 х Х3 хh3O, где х больше; либо =2,Х – одна формульная единица двузарядного аниона, или две – однозарядного. При обычной влажности этрингит начинает терять кристаллизационную воду уже при 50°С. Быстрая потеря воды происходит при 125-130°С. Эттрингит, образовавшийся при твердении цемента, является составной частью структуры цементного камня и определяет формирование его ранней прочности. Если эттрингит образуется в уже сформировавшейся, упрочнившейся структуре, например, при сульфатной коррозии цементного камня, его образование может быть причиной разрушения камня, по этой причине это соединение называют также – Цементной бациллой.

[Козлова В. К., ВольфА. В. Анализ причин позднего появления эттринга в цементном камне. Ползуновский вестник. № 3 2009 ]

Эттрингит – ЗСаО А1203-3CaS04 31Н20 высокосульфатная форма гидро – сульфоалюмината кальция, фаза цементного камня, иглоподобный минерал, кристаллизирующийся с увеличением объема.

[Ушеров-Маршак А. В. Бетоноведение: лексикон. М.: РИФ Стройматериалы.- 2009. – 112 с.]

Рубрика термина: Горные породы

Рубрики энциклопедии: Абразивное оборудование, Абразивы, Автодороги, Автотехника, Автотранспорт, Акустические материалы, Акустические свойства, Арки, Арматура, Арматурное оборудование, Архитектура, Асбест, Аспирация, Асфальт, Балки, Без рубрики, Бетон, Бетонные и железобетонные, Блоки, Блоки оконные и дверные, Бревно, Брус, Ванты, Вентиляция, Весовое оборудование, Виброзащита, Вибротехника, Виды арматуры, Виды бетона, Виды вибрации, Виды испарений, Виды испытаний, Виды камней, Виды кирпича, Виды кладки, Виды контроля, Виды коррозии, Виды нагрузок на материалы, Виды полов, Виды стекла, Виды цемента, Водонапорное оборудование, Водоснабжение, вода, Вяжущие вещества, Герметики, Гидроизоляционное оборудование, Гидроизоляционные материалы, Гипс, Горное оборудование, Горные породы, Горючесть материалов, Гравий, Грузоподъемные механизмы, Грунтовки, ДВП, Деревообрабатывающее оборудование, Деревообработка, ДЕФЕКТЫ, Дефекты керамики, Дефекты краски, Дефекты стекла, Дефекты структуры бетона, Дефекты, деревообработка, Деформации материалов, Добавки, Добавки в бетон, Добавки к цементу, Дозаторы, Древесина, ДСП, ЖД транспорт, Заводы, Заводы, производства, цеха, Замазки, Заполнители для бетона, Защита бетона, Защита древесины, Защита от коррозии, Звукопоглащающий материал, Золы, Известь, Изделия деревянные, Изделия из стекла, Инструменты, Инструменты геодезия, Испытания бетона, Испытательное оборудование, Качество цемента, Качество, контроль, Керамика, Керамика и огнеупоры, Клеи, Клинкер, Колодцы, Колонны, Компрессорное оборудование, Конвеера, Конструкции ЖБИ, Конструкции металлические, Конструкции прочие, Коррозия материалов, Крановое оборудование, Краски, Лаки, Легкие бетоны, Легкие наполнители для бетона, Лестницы, Лотки, Мастики, Мельницы, Минералы, Монтажное оборудование, Мосты, Напыления, Обжиговое оборудование, Обои, Оборудование, Оборудование для производства бетона, Оборудование для производства вяжущие, Оборудование для производства керамики, Оборудование для производства стекла, Оборудование для производства цемента, Общие, Общие термины, Общие термины, бетон, Общие термины, деревообработка, Общие термины, оборудование, Общие, заводы, Общие, заполнители, Общие, качество, Общие, коррозия, Общие, краски, Общие, стекло, Огнезащита материалов, Огнеупоры, Опалубка, Освещение, Отделочные материалы, Отклонения при испытаниях, Отходы, Отходы производства, Панели, Паркет, Перемычки, Песок, Пигменты, Пиломатериал, Питатели, Пластификаторы для бетона, Пластифицирующие добавки, Плиты, Покрытия, Полимерное оборудование, Полимеры, Половое покрытие, Полы, Прессовое оборудование, Приборы, Приспособления, Прогоны, Проектирование, Производства, Противоморозные добавки, Противопожарное оборудование, Прочие, Прочие, бетон, Прочие, замазки, Прочие, краски, Прочие, оборудование, Разновидности древесины, Разрушения материалов, Раствор, Ригеля, Сваи, Сваизабивное оборудование, Сварка, Сварочное оборудование, Свойства, Свойства бетона, Свойства вяжущих веществ, Свойства горной породы, Свойства камней, Свойства материалов, Свойства цемента, Сейсмика, Склады, Скобяные изделия, Смеси сухие, Смолы, Стекло, Строительная химия, Строительные материалы, Суперпластификаторы, Сушильное оборудование, Сушка, Сушка, деревообработка, Сырье, Теория и расчет конструкций, Тепловое оборудование, Тепловые свойства материалов, Теплоизоляционные материалы, Теплоизоляционные свойства материалов, Термовлажносная обработка бетона, Техника безопасности, Технологии, Технологии бетонирования, Технологии керамики, Трубы, Фанера, Фермы, Фибра, Фундаменты, Фурнитура, Цемент, Цеха, Шлаки, Шлифовальное оборудование, Шпаклевки, Шпон, Штукатурное оборудование, Шум, Щебень, Экономика, Эмали, Эмульсии, Энергетическое оборудование

Источник: Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов. - Калининград. Под редакцией Ложкина В.П.. 2015-2016.

construction_materials.academic.ru

Реакции гидратации алюмината с участием сульфатов

Для регулирования сроков схватывания цемента при помоле клинкера добавляют 4-5 % гипсового камня. В противном случае будет происходить так называемое «ложное схватывание», когда цементный порошок смешиваете с водой он начинает сразу загустевать и схватываться. По ГОСТ 10178-85 начало схватывания цементного теста должно наступать не ранее 45 минут, конец схватывания должен наступать не позднее 10 часов. Сроки схватывания цемента определяют на приборе Вика.

В качестве регулятора сроков схватывания цемента используют двуводный сульфат кальция CaSO4·2h3O (короткая формула CsHx). Регулятором является в основном дигидрат или полугидрат, или смеси обоих видов сульфата кальция. При помоле клинкера с добавками в трубных шаровых мельницах происходит сильный нагрев цемента, так как затрачиваемая на процесс помола энергия используется непосредственно для измельчения лишь частично. Следовательно, при высокой температуре двуводный гипс полностью или частично может дегидратироваться до полуводного. Общее количество вводимого сульфата и отношение введенного дигидрата и полугидрата должно быть согласовано с реакционной способностью клинкера и требованиями в отношении установления поведения цемента (сроков схватывания). Высокое содержание CaSO4·nh3O задерживает сроки начала и конца схватывания цемента до необходимых пределов. В зависимости от концентрации регулятора схватывания могут иметь место различные реакции: если содержание CaSO4·nh3O высокое то С3А реагирует с водой и CaSO4 с образованием соединения, которое называется "эттрингит" (по названию одноименной местности Ettringen в Эйфеле) (уравнение 19). Так как в одном моле эттрингита связано три моля CaSO4, то его также называют "трисульфат" (трехсульфатная форма гидросульфоалюмината кальция ГСАК-3), или в английской литературе как "AFt - фазы". Если в реакционной смеси в настоящее время есть небольшое количество сульфата, то это может обеспечить низкую скорость растворения и реакция алюмината приводит к образованию "моносульфата" (моносульфатной формы гидросульфоалюмината кальция), который также называют "AFm-фаза" (уравнение 20). Формирование моносульфата может также происходить при местном недостатке сульфата кальция (гипса). В дальнейшем ходе гидратации цемента при увеличении концентрации сульфата кальция содержание кристаллов эттрингита будет увеличиваться. Однако эттрингит устойчив только при концентрациях сульфата кальция > 2,35 мг SO42-/л. При снижении этой концентрации в поровой жидкости цементного камня эттрингит становится неустойчивым; он изменяется (переходит) в соответствии с уравнением 21 при взаимодействии с остаточной С3А и водой в моносульфатную форму. Это означает, что концентрация эттрингита при гидратации проходит через максимум, а затем снова уменьшается; одновременно со снижением концентрация эттрингита происходит увеличение концентрации моносульфата.

Высокая концентрация сульфата:

 

C3A + 3Csh3 + 26H → C3A·3Cs·h42 Уравнение 19

Эттрингит, AFt-фазы

 

Низкая концентрация сульфата:

 

C3A + Csh3 + 10H → C3A·Cs·h22 Уравнение 20

Моносульфат, AFm-фазы

 

Реакция эттрингита с С3А:

 

C3A + C3A·3Csh42 + 4H → 3C3A·Cs·h22Уравнение 21

Моносульфат

 

Реакция алюмината с сульфатом происходит как в ранее описанной реакции хотя и очень быстро, то есть, в течение нескольких минут. ESEM микрофотографии показывают, однако, то что первоначально образованный "первичный" эттрингит в отличие от С-S-H фазы не занимает поровое пространство. Скорее всего, он формируется в виде компактного, очень короткопризменного эттрингита (до 500 нм), который покрывают поверхность С3А или цементного зерна. Благодаря этой "пассивации" происходит продление срока схватывания цементного теста, в течение которого вы можете обрабатывать строительный материал, приготовить и заформовать бетонное изделие. Пассивация не является постоянной, а поверхность гидратирующих частиц цемента частично проницаема для воды и ионов сульфата. Дальнейший ход и скорость гидратации поэтому контролируется скоростью диффузии. Таким образом, на границе раздела С3А/эттрингит реакция идет медленно (почти полностью затормаживается), на поверхности гидратирующей частицы цемента образуется плотная пленка, которая не пропускает воду внутрь, наступает индукционный период. Дальнейшее образование эттрингита и других гидратов внутри пленки приводит к разрыву пленки на поверхности гидратирующей частицы цемента, вода начинает проникать внутрь, наружу выходят продукты гидратации и происходит интенсивная гидратация клинкерных минералов. Благодаря этому процессу и параллельно происходящей перекристаллизацией эттрингита из длинных кристаллов (волокон) в хорошо оформленные кристаллы эттрингита (длина 2,5 мк), реакция С3А усиливается. На рисунке 1.35 показано, как вместо длинных волокон эттрингита после гидратации в течение 4 час в цементной структуре образуются кристаллы в форме кирпича. Для достижения полной конверсии С3A в эттрингит, количество и растворимость поставляемых сульфатных ионов должно [4, 5, 33, 121] очень точно соответствовать реакционной способности С3А. На практике это случается редко. Часто равновесие между эттрингитом, моносульфатом и гидроксидом кальция нарушается. В зависимости от соотношения С3А/Csh3 гидратными продуктами, перечисленными в таблице 1.21, могут быть.

Таблица 1.21- Ожидаемые продукты гидратации при различных соотношениях C3А/Csh3

 

С3А/Cs h3 Продукт гидратации
>3 эттрингит и свободный гипс
3,0 эттрингит
1,0... 3,0 эттрингит и моносульфат
1,0 моносульфат
<1,0 моносульфат и C4Ah23, C2AH8 соответственно С3А(Cs,CH)Н12
C3AH6

 

Рисунок 1.35 - Образование эттрингита при гидратации цемента; Слева: кристаллы эттрингита сформировавшиеся через 2 ч гидратации; справа: удлиненные кристаллы эттрингита (длина 1-2,5 мкм) через 4 ч гидратации в структуре CEM I 32,5R

 

Временные изменения эттрингита, размер и габитус кристаллов могут быть получены с помощью дополнительных химических агентов [131]. Это имеет большое значение для технологичности раствора или бетона. Изображения с высоким разрешением также показывают, что эттрингит часто образуется полисинтетическим или полым (рисунок 1.36).

При определенных обстоятельствах, при тепловой обработке бетона может образоваться "поздний" эттрингит (англ. "Задержка образования Ettringites"). Их не следует путать с формированием первичного или вторичного эттрингита в пределах нормальной гидратации. Тепловая обработка бетона в процессе твердения и развития прочности должны быть ускорены до распалубки. Если температура превышала 70 °С, то в ходе процесса гидратации может предпочтительно образоваться моносульфатная форма вместо эттрингита. Причиной является низкая термическая стабильность эттрингита. Он легко преобразуется при нагревании, выделяя воду и сульфат в моносульфатном порядке. Часть сульфата не связана, как AFm или AFt кормовой части, но, как правило, включены в C-S-H-фазы. В затвердевшем состоянии моносульфат может затем реагировать с сульфатами, которые были включены в C-S-H-фазы с образованием эттрингита. Эта реакция протекает очень медленно. В отличие от раннего формирования эттрингита в пластическом состоянии, это приводит к образованию позднего эттрингита и расширению объема, которые могут привести к разрушению термообработанного бетона не через несколько месяцев, а, как правило, только после нескольких лет [132].

 

 

Рисунок 1.36-Эттрингит, полисинтетическим побратимом (слева) и полые (справа)

 

1.1.10.3 Гидратация феррита (C4AF)

Гидратация C4AF является одним из сегодняшних наименее понятных процессов в гидратации цемента. Например, непонятно, почему чистый C4AF замечательно взаимодействует с водой в то время как C4AF в составе цемента очень медленно реагирует с водой. Последнее является трудно объяснимым процессом. До сих пор неясно, каким образом железо включено в гидратные продукты. Вот описание двух моделей, которые предлагаются авторами. Первый из них описывает разработанную Тейлором идею гидратации к железистому эттрингиту (AFt = Алюминатферрит - трисульфат) и моносульфат; вторая модель основана на последних результатах исследований по ESEM Ф. А. Фингер - Институт проблем материаловедения в Веймаре. В целом было отмечено, что с увеличением содержания железа в алюмоферрите (как C6AF2 в смешанный кристалл серии C2A .... C2F) гидратация идет медленнее [5, 121, 120, 133].

Модель Тейлора

Однако гидратные продукты C4AF являются кальциевоалюминатноферритными гидратами. Аналоговая гидратация С3А состав зависит от содержания сульфата. При отсутствии носителя сульфата первоначально формируются в соответствии с уравнением 22 кальциевый гидроалюмоферрит как промежуточный продукт и смесь железа и алюминия:

 

2С4AF + 32H → C4(A,F)h23 + 2С2(A,F) + (A,F)h4 Уравнение 22

 

Нестабильные промежуточные продукты преобразуются в соответствии с уравнением 23 в кристаллы пластинчатой ​​фазы:

 

C4(A,F)h23 + 2С2(A,F) → 2C3(A,F)H6 +9H Уравнение 23

 

В присутствии носителя сульфата в форме железистого эттрингита при гидратации первоначально (Алюминат феррит трисульфат, AFt) и, возможно, позднее (в зависимости от сульфатно-листинга) Алюминат феррит-моносульфат (AFm) протекает реакция:

 

3C4AF + 12Csh3 + 110H → 4C3(A,F)·3Csh42 + 2(A,F)h4Уравнение 24

Eisenettringit, Aft

 

4C3(A,F)·3Cs·h42+3C4AF+12Csh3+14H→4C3(A,F)∙Csh22+2(A,F)h4 Урав-е 25

Алюминатферрит-моносульфат, AFm

 

 

Модель Старка

Согласно этой модели, относительно медленная гидратация C4AF объясняется выщелачиванием алюминия из зерен C4AF. Это происходит таким образом, что в растворе алюминат реагирует так же, как чистый С3А с эттрингитом с помощью сульфата и Са(ОН)2. Он сформировал Аl-истощенные и, таким образом, Fe-обогащенные зерна C4AF, которые после долгого времени гидратации были все еще видны в микроструктуре. Так как выщелачивание происходит относительно медленно, сульфат-носитель, как правило, быстро переходит в раствор, это может привести к временному образованию вторичного гипса в микроструктуре затвердевшего цементного теста. Эта штукатурка снова исчезает, как только в дальнейшем сульфат необходим для образования эттрингита выщелоченного алюмината. В результате, гидратация C4AF первоначально приводит к образованию безжелезистого эттрингита, который превращается в моносульфат и вторичный гипс позже. Поддерживается, среди прочего, нами тот факт, что, вопреки идее Тейлора - это не гидроксид железа. Для полного прояснения процессов гидратации C4AF необходимы безусловно дальнейшие исследования.

 

 

Похожие статьи:

poznayka.org

Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Эттрингит

Cтраница 1

Эттрингит ( ЗСаО А12О3 3CaSO4 32Н2О) присутствует в цементном камне в виде длинных игловидных кристаллов. Эти кристаллы и обусловливают раннюю прочность затвердевающего цемента. Заполняя поры цементного камня, этгрингит при оптимальной дозировке гипса повышает его механическую прочность.  [2]

Переход эттрингита в односульфатный гидросульфо-алюминат сопровождается уменьшением объема твердых фаз и снятием тех напряжений растяжения, которые могли возникнуть в системе при образовании эттрингита в начальные сроки твердения. В объеме выделяющейся воды, а также в объеме исчезающего эттрингита размещаются без напряжений частицы вновь возникающих твердых фаз.  [3]

Кристаллы эттрингита игольчатой или призматической формы образуются как вблизи поверхности зерен С3А, так и в межзерновом пространстве. Кристаллы же низкосульфатного гидросульфоалюмината кальция имеют пластинчатую форму. В присутствии ионов SO42 - скорость гидратации С3А уменьшается.  [4]

Образование эттрингита вызывает расширение цементного камня лишь в том случае, если концентрация гидроксида кальция в жидкой фазе близка к насыщению. При концентрации гидроксида кальция менее 0 5 - 0 6 г / л в пересчете на СаО образование эттрингита не вызывает опасных для целостности цементного камня напряжений.  [5]

Молекулярный объем эттрингита значительно превышает молекулярный объем исходных фаз. Кристаллизационное давление этого соединения, если оно образовалось в порах уже сформировавшегося достаточно хрупкого цементного камня, не способного к релаксации внутренних напряжений, приводит к появлению сначала микротрещин, а затем, после их слияния в магистральные трещины, к необратимому разрушению бетона.  [6]

Рост кристаллов эттрингита, вытянутых в одном направлении, в порах сформировавшейся структуры цементного камня вызывает внутренние напряжения и его разрушение.  [7]

Под действием СаСО3 эттрингит не карбонизируется, в то же время карбонизация А1 ( ОН) з и гидроалюминатов при взаимодействии с СаСОз возможна.  [8]

При недостатке гипса эттрингит со временем исчезает в цементных образцах, при его избытке высокосульфатная фаза обнаруживается даже в образцах 10-летнего возраста. Грудемо считает, что продукты гидратации алюминатных и фер-ритных составляющих клинкера вместе с избытком кальциевых и сульфатных ионов и комплексными соединениями кремнезема представлены не только отдельными соединениями, но и в виде С-А - Н - гелевой фазы.  [9]

В кристаллической решетке эттрингита вода содержится в молекулярном состоянии. Основная часть из 31 молекулы воды весьма слабо связана с кристаллической решеткой эттрингита, которая имеет сложное строение, поэтому вода довольно легко отщепляется. Вследствие этого с повышением температуры содержание воды в решетке эттрингита снижается. Заметное отщепление воды во влажной среде происходит при температуре 60 - 80 С и выше; в этих условиях сульфатная коррозия может стать слабее, чем при 10 - 20 С. Однако при температуре 80 С и выше портландцементный камень без минеральных добавок подвергается термической коррозии, что может ускорить и усилить другие ее виды.  [10]

Конечный результат кристаллизации эттрингита в пограничном слое алюминатсодержащих твердых фаз в среде, насыщенной гидроксидом кальция, не отличается от его образования в твердой фазе. Однако изложенная выше трактовка, по-видимому, более корректна с точки зрения физикохимии гетерогенных систем.  [11]

На этой стадии гидратации эттрингит может перейти в моносульфат ЗСаО-А1гО3-Са5О4-12Н2О.  [13]

По их данным, эттрингит выпадает из пересыщенного водного раствора в виде частиц коллоидных размеров, которые образуют пленки ( диффузные слои) на частичках исходных компонентов цемента.  [14]

Накопление в порах камня эттрингита напрягает структуру, приводя к развитию внутренних напряжений, величина которых может превысить прочность камня на разрыв. Характерной особенностью данного вида коррозии является его объемный характер и то, что на начальных стадиях процесса коррозии камень упрочняется.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru

Проблема сульфатной коррозии в современном бетоноведении

Хотите получать свежие статьи на свою почту?

Все свежие статьи публикуются в электронном журнале ВесьБетон.

Подписка на журнал бесплатная, процедура подписки занимает одну минуту! Подписаться!

Журнал «ВесьБетон» — всегда свежая и профессиональная информация о производстве и применению бетонов и других строительных материалов, добавках, оборудовании и многом другом.

Особенности журнала ВесьБетон:

  1. Публикуются статьи и книги о производстве и применении строительных материалов, добавок.
  2. Тираж более 10 500 профессиональных строителей.
  3. Подписаны только строители, технологи и производители, так как публикуется только профессиональная информация.
  4. Выходит 2 раза в месяц.
  5. Честный тираж! Журнал распространяется через независимый канал Subscribe.ru
  6. Обсуждение статей на форумах
Подписаться (бесплатно)!

Подать рекламу в журнал.

Считается, что основной характеристикой бетона, определяющей его качество, является предел прочности при сжатии, но этот показатель не остается постоянным в течение длительного срока эксплуатации конструкций. Воздействие окружающей среды оказывает влияние на прочность бетонных изделий. Что происходит с бетоном в случае негативного воздействия внешней среды? Насколько интенсивным будет снижение прочности бетона? Можно ли распознать начальные признаки коррозионного разрушения материала, чтобы принять меры для защиты конструкции. Изучение этих и многих других вопросов позволяет разрабатывать методы защиты бетона от коррозии, а также оценивать необходимость их применения в тех или иных условиях эксплуатации, давать технико-экономическую оценку их эффективности, определять кинетику процесса с тем, чтобы обеспечить своевременную реконструкцию.

Термин «сульфатная коррозия» используется для характеристики разрушения бетона при взаимодействии сульфатных сред различных типов с цементным камнем, при этом стойкость материала во многом определяется условиями твердения и особенностями сульфатного воздействия. Такой вид коррозии возможен при наличии в воздействующей среде сульфат-ионов, но кроме этого, он развивается и при воздействии пресных вод на бетоны с внутренними источниками сульфатов.

Продукты взаимодействия агрессивной среды и цементного камня – к ним в первую очередь относятся эттрингит и таумасит – обладают экспансивным характером. Оба минерала имеют подобные кристаллические структуры, но таумасит представляет собой силикатсодержащую фазу, тогда как эттрингит – алюминатную. В бетоне таумасит образуется в результате реакции между силикатами кальция цемента, карбоната кальция и сульфатов.

Таблица 1. Кристаллическая структура эттрингита и таумасита

Эттрингит

а0=11,23 А; с0=21,44 А;

а=9,73; 5,616 А

n0=1,468; nе=1,462;

а=4,69; 3,88; 2,77 А

Са6[Al(OН)6]2?24h3O?[(SO4)3?2h3O]

или 3СaO·Al2O3?3CaSO4?32h3O

Таумасит

Са6[Si(OН)6]2?24h3O?[(SO4)2?(CO3)2]

или Сa3Si(SO4)?(CO3)?(OH)6·12h3O

а0=10,90 А; с0=18,29 А;

а=9,66; 5,535 А

n0=1,502; nе=1,480;

а=4,582; 3,792; 2,714 А

Обозначения: а0, с0 – параметры элементарной ячейки кристаллов; n0, nе – показатели светопреломления одноосных кристалло

 Рис. 1. Трещинообразование бетона при возникновении в нем системы эттрингит-таумасит

Например, в Великобритании в начале 80-х годов прошлого века для строительства ряда мостов использовались местные заполнители, содержащие сульфаты, поэтому для повышения коррозионной стойкости бетонных конструкций проектировщики применяли сульфатостойкий цемент. В середине 90-х часть конструкций этих мостов разрушилась. Для анализа причин разрушения была сформирована правительственная комиссия во главе с профессором Л. Кларком. По результатам работы комиссии был сформирован отчет, в котором главной причиной разрушения конструкций признано образование таумасита.

Образование и эттрингита, и таумасита сопровождается увеличением объема твердой фазы кристаллических новообразований, которое вызывает внутренние напряжения, являющиеся причиной коррозионного разрушения бетона при воздействии сульфатов. Однако совсем не обязательно, что воздействие сульфатов на бетонные конструкции является причиной образования экспансивных фаз, а кроме того, эттрингитообразование не всегда является причиной внутренней экспансии. Когда эттрингит образуется в свежеприготовленной бетонной смеси и его распределение относительно гомогенно, то он не является причиной разрушения бетона. Такой тип эттрингита, согласно международной классификации, называется первичным (Early Ettringite Formation – EEF). Примером образования первичного эттрингита является реакция двуводного гипса с трехкальциевым алюминатом в присутствии воды:

3CaO · Al2O3 + 3(CaSO4·3h3O) + 26h3O = 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32h3O.

В процессе этой реакции эттрингит адсорбируется на поверхности цементных зерен, препятствуя проникновению к ним воды и адгезии цементного геля, таким образом выступая в качестве регулятора сроков схватывания.

С другой стороны, когда эттрингит образуется в гораздо более поздние сроки (в течение нескольких месяцев или даже лет), возникает неоднородная экспансия в жесткой бетонной структуре, что является основой появления микротрещин и развития процессов трещинообразования. Согласно международной классификации такой эттрингит называется поздним или вторичным (Delayed Ettringite Formation – DEF). Разрушающий эффект, который создается в результате образования вторичного эттрингита, зависит от концентрации реагирующих компонентов на локальных участках бетонной структуры и кристаллической формы новообразований.

Кроме этого, выделяют два типа вторичного эттрингита в зависимости от того, воздействуют ли сульфаты на бетон из внешней среды либо присутствуют в бетоне в виде внутренних сульфат источников. Первый тип определяется международным термином «внешнее воздействие сульфатов» (External Sulfate Attack – ESA), второй – «внутреннее воздействие сульфатов» (Internal Sulfate Attack – ISA). Внешнее воздействие сульфатов происходит при фильтрации агрессивной среды через толщу бетона. Внутреннее воздействие сульфатов имеет место при действии на бетон жидких сред, не содержащих сульфатов, но при наличии в материале внутренних сульфат источников, например таких, как высоко-сульфатсодержащие или гипсосодержащие заполнители. По данным отдельных исследователей, внутреннее воздействие сульфатов и связанное с ним образование эттрингита характерно только для бетонов, прошедших тепловую обработку и эксплуатирующихся длительное время в изменяющихся атмосферных условиях.

Рассмотрим механизм разрушения бетонных конструкций в результате развития процессов коррозии третьего вида. Под действием сульфатсодержащих сред, – например грунтовых вод, которые содержат сульфаты кальция, магния, натрия, калия, – в бетонных конструкциях происходит образование эттрингита. Продукты реакции характеризуются увеличением объема твердой фазы по сравнению с реагирующими компонентами. Накапливаясь на стенках пор и капилляров, кристаллы постепенно заполняют все внутреннее пространство, создавая тем самым напряжения. Под действием этих напряжений вначале происходит образование микротрещин, и кристаллизация эттрингита продолжается в этих трещинах. Таким образом, увеличивается расклинивающее воздействие на бетон, появляются макротрещины. Характер разрушений при кристаллизации эттрингита зависит от множества факторов, в частности, от температурных условий, концентрации сульфатсодержащих сред и величины рН, которая определяет габитус кристаллов.

Особенность таумасита состоит в том, что в его структуре содержится шестивалентный кремний. Поэтому он образуется при относительно низких температурах (ниже +15 °С) и наличии в растворе ионов SO42- , CO32-. Наши исследования показали, что таумасит наиболее интенсивно образуется при температуре +2…+6 °С. Как уже отмечалось ранее, кристаллическая структура таумасита идентична эттрингиту, однако характер разрушения бетона при кристаллизации этих веществ различен. Таумасит образуется в мелкокристаллической форме и не создает столь значительных растягивающих усилий, как эттрингит, но дополнительные напряжения могут возникать за счет адсорбции им влаги. Кроме этого, образование таумасита не ограничено содержанием алюминатов, и поэтому процесс его кристаллизации может продолжаться значительное время, результатом чего является снижение прочности цементного камня. При эксплуатации сооружений в реальных условиях температура окружающей среды изменяется в широких пределах, поэтому эттрингит и таумасит образуются в кристаллической смеси, что в свою очередь не только усложняет процессы коррозии, но и ускоряет разрушение материала.

Условия, в которых протекает коррозионный процесс, определяют соотношения этих компонентов экспансивной фазы, а, следовательно, и характер разрушения материала. В университете г. Веймара под руководством профессора Й. Штарка были проведены многочисленные исследования, показавшие, что эттрингит образуется в различных формах. На контакте цемента с заполнителем и поверхностях самого заполнителя он образует нитевидные волокна. При свободной кристаллизации в крупных порах или на открытой поверхности бетона эттрингит образует скопления в виде сферолитов или неупорядоченных наростов. Если эттрингит кристаллизуется в мелких порах и капиллярах, то он образует параллельно упорядоченные скопления.

На изменение формы и размеров кристаллов эттрингита большое влияние оказывает концентрация гидроксида кальция в поровой жидкости. Профессор П. Мехта из университета г. Беркли (США) описывает 2 модификации эттрингита, которые сильно отличаются по габитусу и размерам. К первому типу он относит игольчатообразные кристаллы длинной от 10 до 100 мкм и толщиной порядка 3–5 мкм. Этот тип кристаллов образуется при низкой концентрации Ca(OH)2. По мнению Мехты, этот тип эттрингита не вызывает возникновение напряжений, большие кристаллы образуются в крупных порах, дополнительно уплотняя и упрочняя бетон. Второй тип эттрингита образуется при высоких значениях рН бетона. К эттрингиту второго типа относятся маленькие палочкообразные кристаллы длинной лишь 1–2 мкм и толщиной до 0,2 мкм. При эксплуатации бетона вследствие выщелачивания гидроксида кальция рН поровой жидкости может снизиться, что приведет к перекристаллизации мелкокристаллического эттрингита второго типа в крупнокристаллическую форму. При этом длина кристаллов может вырасти до 100 раз, что, соответственно, вызовет и рост напряжений в материале.

Таумасит в бетоне образуется преимущественно в мелкокристаллической форме. При разрушении материала, связанного с кристаллизацией таумасита в устьях трещин и контактах материала с заполнителем можно наблюдать белую эмульсию. Эта эмульсия и есть таумасит. Переход гидросиликатов кальция в таумасит сопровождается снижением прочности цементного камня и на отдельных участках может привести к полному его разрушению. Кроме этого, мелкокристаллические образования как таумасита, так и эттрингита благодаря адсорбции воды создают дополнительное расширяющее воздействие.

Для того чтобы установить различия в характере разрушений при образовании эттрингита и таумасита, были изготовлены 2 серии образцов кубиков с высотой ребра 100 мм (для исследования изменения предела прочности при сжатии) и партия кубиков с высотой ребра 25 мм (для микроскопических исследований), а так же партия балочек размером 40х40х160 мм (для исследования изменения линейных размеров и прочности). Одна партия образцов помещалась в условия, стимулирующие образование эттрингита, другая – таумасита. Образцы балочки и кубики с высотой ребра 25 мм изготавливались из мелкозернистого бетона, большие кубики из тяжелого бетона. Составы бетонов приведены в таблице 2. После твердения в нормальных условиях в течение 28 суток образцы помещались в 5 % раствор Na2SO4. Испытания проводились в течение 3-х лет.

Таблица 2. Составы бетонов для проведения исследований

Составляющие бетонной смеси

Расход компонентов, кг/м3

Мелкозернистый бетон с прочностью 20 МПа

Цемент М500

145

Песок

2253

Вода

103

Мелкозернистый бетон с прочностью 30 МПа

Цемент М500

178

Песок

2225

Вода

103

Тяжелый бетон с прочностью 20 МПа

Цемент М500

221

Щебень 10 мм

1430

Песок

441

Вода

190

Тяжелый бетон с прочностью 30 МПа

Цемент М500

225

Щебень 20 мм

1430

Песок

544

Вода

150

Наблюдения показали, что образцы, разрушение которых вызвано образованием эттрингита, в течение первого месяца испытаний меняли свой цвет: на поверхности образовывались темные полосы. Линейные размеры образцов менялись незначительно, трещинообразования заметить не удалось. В последующие сроки наблюдался прирост линейных деформаций (рис. 2), появились незначительные разрушения ребер и граней образцов. Через 5–6 месяцев испытаний на поверхностях бетона удалось заметить отчетливо различимые, толщиной 0,1–0,2 мм и длиной до нескольких сантиметров трещины.

В дальнейшем толщина и длина трещин возрастала. Толщина трещин в центральной области граней, как правило, была выше, чем у ребер. Отдельные трещины имели очень большую длину и пересекали несколько граней образца. Через 2–2,5 года исследований образцы с такими трещинами распались на куски. Из нескольких крупных кусков нами были изготовлены образцы, испытания которых показали, что прочность этих кусков в среднем составляет не более 25 % начальной прочности бетона. При образовании эттрингита напряжения кристаллизации, концентрируясь у микродефектов структуры бетона, вызывают возникновение микротрещин. Затем кристаллизация продолжается в самой трещине, что, соответственно, вызывает ее рост и приводит к разрушению материала.

Рис. 2. Линейные деформации бетона при кристаллизации эттрингита (+4±2 °С) и таумасита (+20±2 °С)

Рис. 3. Изменение прочности бетона при образовании эттрингита (+4±2 °С) и таумасита (+20±2 °С)

Образцы, чье разрушение было обусловлено образованием таумасита, также изменили свой цвет, но изменения произошли позднее, чем в случае, описанном выше. Через 2–3 месяца на поверхностях появились темные полосы, на которых впоследствии образовался белый налет. Через 8–9 месяцев образцы покрылись сетью мелких трещин, толщина которых находилась в диапазоне значений от 0,05 до 0,1 мм. В дальнейшем толщина этих трещин увеличивалась, хотя гораздо менее значительно, чем это происходило при кристаллизации эттрингита. Кроме этого, происходило образование большого числа новых трещин. Через 14–15 месяцев испытаний было замечено еще одно отличие в разрушении образцов, связанное с наличием эттрингита и таумасита. Хотя прочность образцов, содержащих таумасит, была несколько выше, чем образцов с эттрингитом, но у первых были отмечены сильные разрушения ребер и граней. По прошествии 3-х лет часть образцов превратилась в бесформенную массу, которая больше напоминала бетонную смесь, чем твердый каменный материал. Результаты рентгенофазового анализа проб показали присутствие большого количества таумасита в этих образцах.

Рис. 4. Разрушение бетона, вызванное кристаллизацией таумасита

При образовании таумасита в начальные сроки бетон теряет прочность менее интенсивно, чем это происходит при кристаллизации эттрингита. На поверхности материала не возникает глубоких и широких трещин. Бетон не «взрывается» изнутри, как при образовании эттрингита. Деструкция начинается на поверхности с разрушения ребер и граней. Это можно объяснить тем, что таумасит представляет собой силикатсодержащую фазу, а наличие силикатов в бетоне количественно не ограничивает образование таумасита. Кристаллизация таумасита, по всей видимости, начинается по всему объему материала. Таумасит образуется в мелкокристаллической форме и поэтому не создает столь значительных напряжений, подобно эттрингиту, но, кристаллизуясь в больших количествах в течение длительного времени, приводит к снижению прочности цементного камня, вызывая разрушение бетона. Механизм деструкции материала при образовании таумасита включает не только процессы коррозии бетона третьего вида, но и процессы коррозии второго вида, связанные с превращением гидросиликатов кальция, обеспечивающих прочность цементного камня, в мало связанную массу – таумасит.

В образовании таумасита, помимо сульфат-ионов, участвуют и карбонат-ионы. Источником последних может стать карбонатсодержащий заполнитель, карбонаты содержатся в грунтовых водах, а также возможно образование карбоната кальция на поверхностях бетонных элементов, подвергающихся переменному увлажнению и высушиванию в результате взаимодействия гидроксида кальция с СО2 воздуха. Эксперименты с образцами бетона, изготовленными с добавлением 5 % молотого СаСО3, показали усиление темпов коррозионного разрушения материала (рис. 6) в начальные сроки, в особенности при пониженной температуре окружающей среды. Следовательно, конструкции, эксплуатирующиеся в условиях переменного уровня воды или воздействия грунтовых вод, в первую очередь подвергаются риску образования таумасита.

Рис. 5. Оценка темпов снижения прочности бетона, содержащего 5 % СаСО3, и бездобавочного в условиях воздействия сульфатсодержащих сред

Таким образом, процессы коррозии сложны и многообразны. Необходимо отметить, что ряд деструктивных процессов, рассмотренных выше, способен происходить одновременно. Например, воздействие сульфатов способно вызвать магнезиальную коррозию, кристаллизацию гипса, образование таумасита и эттрингита. Динамика этих процессов определяется не только воздействием внешних условий, но и взаимодействиями внутри самой системы. Изучение того, что происходит с показателями качества строительных материалов в процессе их эксплуатации под воздействием тех или иных факторов внешней среды, будет способствовать улучшению свойств этих материалов, обоснованию способов защиты, а также даст возможность оценки сроков службы изделий или укажет на необходимость проведения ремонтно-восстановительных работ. Применение специальных видов цемента, микронаполнителей и химических модификаторов, способных стабилизировать и улучшать показатели качества материала под воздействием внешней, зачастую агрессивной среды, – вот современный подход к определению состава бетона, позволяющий получать не только прочный, но и долговечный коррозионно-устойчивый искусственный каменный материал.

www.allbeton.ru

эттрингит — Почему цемент затвердевает? — 2 ответа



эттрингит

В разделе Строительство и Ремонт на вопрос Почему цемент затвердевает? заданный автором Ѐишат лучший ответ это Почему цемент затвердевает?Цемент — один из наиболее распространенных материалов в современном строительстве. Сам по себе он мелкий порошок. Но если его смешать с водой и дать затвердеть, он вместе с песком и гравием превращается в твердое, прочное вещест­во.Цемент — главное составляющее вещество строительного раствора и бетона. Строительный раствор — это смесь цемента, песка и воды. Бе­тон — это та же самая смесь, но с добавлением гравия или измельченного камня.Современный цемент производится путем на­гревания известняка и глины или шлака до очень высокой температуры. Эта смесь нагревается до тех пор, пока не образовываются большие, спек­шиеся куски. Их называют клинкерами. Клинке­ры размалывают затем в порошок.Когда вода добавляется к цементному порош­ку, происходят сложные химические реакции. В результате образуется стойкий искусственный ка­мень, нерастворимый в воде.Какие это химические реакции? Что происхо­дит, чтобы цемент затвердел?У химиков нет точного ответа на этот вопрос. В состав цемента входит четыре компонента. Счи­тают, что каждый из этих компонентов при до­бавлении воды превращается в кристаллы. Эти кристаллы сцепляются между собой, и цемент затвердевает.Вид цемента, который затвердевает под водой, называется гидравлическим цементом. Удивитель­но то, что римляне открыли процесс получения гидравлического цемента в III—II веке до н. э. Они делали такой цемент путем смешивания вулканического пепла с известью. Это открытие бы­ло одним из выдающихся достижений римлян.

<b>*@ Екатерина @ *</b>Гений(86387)Ты то наверно точно знаешь верный ответ правда?:))

Ответ от 2 ответа[гуру]

Привет! Вот подборка тем с ответами на Ваш вопрос: Почему цемент затвердевает?

Ответ от Defiant[мастер]Химический состав такой

Ответ от Moskal[новичек]Його створили для того!

Ответ от Валентина Моисеенко[гуру]Формула такая вот .

Ответ от Иванов Иван[гуру]Происходит реакция гидратации (присоединения воды) минералами портландцементного клинкера.Есть и другие цементы - но все равно гидратация.В первом приближении формулы приводить не буду, там своя специфика, отличающаяся от школьного курса.Воды на твердение идет где-то 7-9% от массы цемента, остальная вода - только на придание пластичности бетона (раствора) .Поэтому, кстати бетон от высушивания часто закрывают или посыпают опилками.

Ответ от 20090114[гуру]Химическая формула Сокращенная запись Наименование Реакция гидратации3CaO-SiO2 C3S Алит 2(3CaOSi02)+7h30-&gt;3CaO2Si02-4h30+ +ЗСа (ОН) 22CaO-SiO2 C2S Белит 2(2CaO-Si02)+5h30-&gt;3CaO-2Si02-4h30+Ca(OH)2ЗСаО-А12О3 С3А 3-х кальциевый алюминат При t &lt; 80 °С 1)2(ЗСа0-А120з) +21Н20^4Са0-А1203-13Н20+ +2СаОА12О3-8Н2О 2) 4СаО А12О3-1 ЗН2О+2СаОА12О3-8Н2О-&gt; 2(ЗСаОА12О3-6Н2О) При t&gt;80 °C образуется непосредственно ЗСаОА12О3-6Н2О4СаО-А12О3-Fe2O3 C4AF 4-х кальциевый алюмоферрит При реакциях C4AF образуются аморфные продуктыОбщая схема процесса твердения цемента состоит из следующих этапов:1. Растворение вяжущего.2. Возникновение зародышей гидрата.3. Рост кристаллов гидрата.4. Образование коагуляционной структуры.5. Образование кристаллизационной структуры.Минерал СзА вследствие высокой скорости гидратации ответственен за «ложное» схватывание. Для избежания этого в цемент добавляют гипс.Взаимодействие С3А с гипсом при низких концентрациях CaSO4 (менее 0,004 г/л) протекает в две стадии:ЗСаО • Al2O3+3CaSO4 ¦ 2Н2О+29Н2О-&gt;-&gt;ЗСаО • А12О3 • 3CaSO4 • 31Н2О (эттрингит) ;ЗСаО • А12О3 • 3CaSO4 ¦ 31Н2О+2(ЗСаО • А12О3)+5Н2О-&gt; -&gt;3(ЗСаО • А12О3 • CaSO4 • 12Н2О).Если же концентрация более высокая, то образуется преимущественно эттрингит. Эттрингит устойчив при концентрации CaSO4 более 14,6 мг/л, повышенных температурах и давлении водяного пара 15,5 мм рт. ст.При протекании гидратационных процессов в цементе выделяется значительное количество теплоты, в основном на начальной стадии гидратации

Ответ от Slavik[активный]Если просто: растворимость в воде исходных составляющих ПЦ в несколько раз больше чем растворимость полученных при гидротации (соединеннии с водой) из-за этого полученные вещества выпадают в осадок и кристаллизируются, образуя цементный камень.

Ответ от 2 ответа[гуру]

Привет! Вот еще темы с нужными ответами:

 

Ответить на вопрос:

2oa.ru


Смотрите также