2.3.4 Коррозия цементного камня. Ее виды и методы защиты. Коррозия цемента


Коррозия цементного камня и способы защиты

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (МГСУ)

Реферат по дисциплине:

«Материаловедение. Технология конструкционных материалов»

на тему:

«Коррозия цементного камня и способы защиты»

Выполнила: Костомарова И.А.

III курс, ВиВ (заочный)

г. Москва, 2009 г.

Введение

В настоящее время цемент является одним из важнейших строительных материалов. Его применяют для изготовления бетонов, бетонных и железобетонных изделий, строительных растворов, асбестоцементных изделий. Изготовляют его на крупных механизированных и автоматизированных заводах. Цемент начали производить в прошлом столетии. В начале 20-х годов XIX в. Е. Делиев получил обжиговое вяжущее из смеси извести с глиной и опубликовал результаты своей работы в книге, изданной в Москве в 1825 г. В 1856 г. был пущен первый в России завод портландцемента. Портландцемент является минеральным вяжущим веществом, составляющим основу большей части номенклатуры сухих строительных смесей в качестве самостоятельного вяжущего, в смешанных цементных вяжущих системах, в составе цементно-известковых вяжущих, а также различных полимерцементных композиций. Ценные и уникальные свойства портландцемента определяются его способностью при затворении водой образовывать пластичное тесто, со временем, самопроизвольно, за счёт химического взаимодействия в системе, превращающееся в камень. Способность к самоотвердеванию, образование прочного и долговечного камня, экологическая чистота, низкая химическая опасность, пожаровзрывобезопасность в сочетании с низкой стоимостью являются предпосылками для широкого практического применения портландцемента.

Бетоны и цементный камень, как его матричная часть, в эксплуатационных условиях подвержены коррозионному воздействию различных сред, особенно минерализованной воды в морских сооружениях (молы, причалы, эстакады со свайным основанием и железобетонным верхним строением, портовые конструкции и др.), минеральной кислоты при эксплуатации резервуаров, башен и других сооружений химической промышленности. На бетон оказывают коррозионное воздействие органические кислоты и биосфера, особенно при работе сооружений в торфяных грунтах, на предприятиях пищевой промышленности. Негативное влияние могут оказывать на состав и структуру цементного камня в бетонах щелочная среда, пресная вода, особенно водные растворы электролитов. В индустриальных районах коррозионное влияние на бетонные конструкции оказывают газы, например сернистые, сероводород, хлористый водород, аэрозоли солей, например морской воды и др. Агрессивное воздействие оказывают также твердые, в основном высокодисперсные вещества, способные образовывать во влажных условиях прослойки из истинных и коллоидных растворов. Кроме химических реакций при контакте со средой возможны физические сорбционные процессы с поглощением из среды поверхностно-активных веществ (ПАВ), например серосодержащих полярных смол из нефтепродуктов, с физическим нарушением сплошности контактов в структуре и ускорением развития дефектов.

Коррозия цементного камня. Виды коррозии

Различают физическую, химическую, электрохимическую и биологическую коррозии.

Физическая коррозия

Это выветривание, растворение, разрушение вследствие температурных колебаний характерных для всех видов горных пород.

Коррозии растворения носит физико-химический характер (см. ниже коррозии выщелачивания).

Химическая коррозия

Агрессивными по отношению к цементному камню являются все кислоты и многие соли.

Этот вид коррозии имеет место чаще всего, а разрушение происходит наиболее интенсивно. Самым уязвимым веществом в цементном камне является известь. Однако связывание извести (скажем за счет SiO2 ) еще не исключает коррозии, поскольку она может восстанавливаться за счет отступления от гидратов кальция.

Кислоты и некоторые соли вступают в реакцию с Са(ОН)2 и образуют новые соединения, либо легко растворимые в воде, либо непрочные рыхлые, либо кристаллизующиеся со значительным

Изменением объема. Иногда это все происходит одновременно.

Все кислоты разрушают портландцементный камень

Са(ОН)2 + НСl = CaCl + 2 h3 O

Са(ОН)2 + h3 SO4 = CaSO4 + 2h3 O

Хлористый кальций легко растворим, а CaSO4 может вступать во вза-имодействие с гидроаллюминатами кальция и образовывать гидросульфоаллюминат кальция. Последний кристаллизуется с увеличением объема.

Гипс также кристаллизуется с увеличением объема.

Хотя в пластовых водах нет непосредственно соляной и серной кислот, (но их образование можно предположить), зато имеется достаточное количество солей агрессивных по отношению к цементному камню. К таким солям относятся сульфаты (MgSO4 , CaSO4 ), хлориды (MgCl2 , CaCl2 ).

Агрессивный сероводород и углекислый газ, которые могут содержаться как в пластовых водах, так и в добываемых нефти и газе.

Рассмотрим основные виды химической коррозии и применение в связи с ними цементов.

Коррозия выщелачивания

Кристаллогидраты (гидросиликаты, алюминаты и ферриты кальция), образующиеся при взаимодействии с водой клинкерных минералов и составляющие вместе с наполнителями цементный камень, имеют значительную равновесную растворимость в воде. Это значит, что они остаются устойчивыми при контакте с водами, только в том случае, если в воде имеется достаточная концентрация Са(ОН)2 . Если концентрация в воде Са(ОН)2 ниже равновесной, то у гидрата будут отщепляться молекулы извести и концентрация будет восстанавливаться до равновесной.

Гидросиликаты и гидроалюминаты кальция имеют тем большую равновесную растворимость, чем выше их основность. Следовательно отщепление гидратов сначала происходит от высокоосновных гидратов, их основность при этом понижается, а устойчивость в данной среде повышается.

Если концентрация гидрата окиси кальция в дальнейшем не будет понижаться, то процесс на этом остановится. Если же концентрация извести будет продолжать понижаться и станет ниже равновесной для вновь образовавшегося гидрата, то отщепление гидрата окиси кальция будет продолжаться вплоть до полного разложения гидросиликатов и гидроалюминатов, с образованием аморфных кремнезема и глинозема. Хотя последние и плохо растворимы в воде, однако они не обладают вяжущими свойствами – прочность и монолитность камня нарушаются.

Эти процессы могут наблюдаться, если цементный камень омывается непрерывно обновляющейся водой или растворами солей, имеющими малую концентрацию Са(ОН)2 , либо если Са(ОН)2 связываются содержащимися в растворе веществами в прочные малорастворимые или малодиссоциирующие химические соединения (кальция).

Чем выше концентрация извести в порах цементного камня, тем выше скорость выщелачивания. Низкоосновные гидраты кальция имеют меньшую равновесную растворимость. Известь связывается, а основность понижается в тех случаях, когда в цемент вводятся активные кремнеземистые добавки, а при высоких температурах и кварцевый песок.

Таким образом, более стойкими против коррозии выщелачивания являются низкоосновные цементы (пуццолановые, шлакопесчанистые, БКЗ, известковокремнеземистые).

Более агрессивными в смысле выщелачивания являются «мягкие» воды. Растворимость извести повышается в присутствии хлористого натрия. Значит минерализованные пластовые воды в принципе все агрессивны к цементному камню. Растворимость Са(ОН)2 повышается с ростом температуры. Значит перечисленные условия требуют применения низкоосновных цементов.

Скорость выщелачивания в значительной степени зависит от коэффициента диффузии. Этому будет способствовать уменьшение относительного содержания жидкости завторения, добавки высокомолекулярных реагентов (гипан, К-4, КМЦ и др).

Облегченные цементы менее стойки к выщелачиванию, за исключением тех у которых в качестве облегчающего компонента использована какая-либо активная кремнеземистая добавка.

Магнезиальная коррозия

Если в окружающей цементный камень среде содержатся вещества, образующие с Са(ОН)2 малорастворимые соединения, то концентрация извести в ней будет поддерживаться на очень низком уровне.

Например, если в пластовых водах есть MgSO4 , то он вступая во взаимодействие с Са(ОН)2 по реакции:

Са(ОН)2 + MgSO4 + 2Н2 О = Mg(ОН)2 + Са SO4 × 2Н2 О

Mg(ОН)2 и гипс имеют очень низкую растворимость в воде. Mg(ОН)2 сам по себе представляет рыхлое аморфное вещество. Если подобный процесс будет продолжаться – цементный камень разрушится. Это магнезиальная коррозия. Подобное действие но более слабое, оказывает и хлористый магний.

Однако, чаще всего процесс затухает по мере накопления Mg(ОН)2 и Са SO4 × 2Н2 О в порах цементного камня кольматаций. Причем накопление этих веществ происходит тем быстрее, а уплотнение пор выше, чем выше основность цемента. Кольматация пор приводит к замедлению проникновения агрессивноного MgSO4 .

Следовательно, стойкость вяжущего к этому виду коррозии понижается при введении активных минеральных добавок. Отсюда в таких средахнельзя применять облегченные цементные растворы с минеральными добавками типа диатомит, опока, тремел, пемза).

Шлаковые цементы по магнезиальной стойкости мало уступают портландцементу. Дело в том, что при магнезиальном разложении шлаковых гидросиликатов образуется значительное количество кремнекислоты, отличающейся благодаря особой структуре повышенной плотностью. Она оказывает существенное кольматирующее действие. Однако и в этом случае целесообразно повышать основность шлака. Добавлять глину и активные минеральные вещества к шлаку в этом случае недопустимо.

mirznanii.com

КОРРОЗИЯ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА — Мегаобучалка

 

Под влиянием различных агрессивных веществ, конструкция, содержащая портландцемент может разрушаться. По классификации Москвина, все виды коррозионных разрушений цемента можно разделить на три группы.

1.Вымывание Са(ОН)2, разрушение гидросиликатов и как следствие разрушения цементного камня под действием воды (коррозия 1-ого вида)

2.Разрушение цементного камня из-за реакций обмена между Са(ОН)2 цементного камня и агрессивными веществами с образованием лёгко растворимых солей.(коррозия 2-ого вида)

3.Разрушение цементного камня из-за кристаллизации в его порах продуктов большого объёма, чем исходные вещества (коррозия 3-его вида)

1. Коррозия 1-ого вида.

Она связана с вымыванием Са(ОН)2-цементного камня, под действием мягких вод (дождевые, конденсат, воды оборотного теплоснабжения, болотные). Вымывание Са(ОН)2 ведёт к резкому понижению прочности и послойному растворению цементного камня. Внешне этот вид коррозии проявляется в виде белых потёков на поверхности конструкции.

Меры борьбы с коррозией 1-ого вида.

1.Ограничение содержания С3S<50%

2.Введение в цемент активных минеральных добавок (АМД) связывающих Са(ОН)2 в нерастворимые соединения.

3.Создание на поверхности конструкций плёнок из нерастворимых продуктов, например при карбонизации.

Са(ОН)2+СО2=СаСО3 + Н2О

2. Коррозия 2-ого вида.

а) кислотная коррозия.

Кислоты попадают в конструкции либо с грунтовыми водами, насыщенными стоками химических предприятий, либо с кислотными дождями из атмосферы зачастую насыщенными такими газами, как SO2-сернистый газ, НCl-хлористый водород, Сl2-газообразный хлор.

Са(ОН)2 + 2НСl = CaCl2 + 2h3O – образуется быстрорастворимое вещество CaCl2.

Са(ОН)2 + Н2SO4 = CaSO4 × 2h3O – быстрорастворимое вещество

Сложнее воздействует на цементный камень угольная кислота.

Коррозионный процесс протекает в два этапа:

Са(ОН)2 + Н2СО3 = СаСО3 + 2Н2О

На этом этапе образуется нерастворимый СаСО3, который закупоривает поры, и процесс коррозии замедляется, т.е. затухает. Но при больших концентрациях Н2СО3, процесс возобновляется с образованием лёгко растворимого бикорбаната кальция.

СаСО3 + Н2СО3 = Са(НСО3)2

б) магнезиальная коррозия.

Она может наблюдаться при воздействии грунтовых вод насыщенных магнезиальными солями и, особенно в морской воде. Разрушение цементного камня вследствие реакции обмена протекает по следующим формулам:

Са(ОН)2 + МgCl2 = CaCl2 + Mg(OH)2

Ca(OH)2 + MgSO4 + 2h3O = CaSO4 × 2h3O + Mg(OH)2¯

В результате этих химических реакций образуется растворимая соль (хлористый кальций и двуводный сульфат кальция), причём в первой реакции гидрат окиси кальция цементного камня вступает в химическую реакцию с хлористым магнием с образованием хлористого кальция и выпадением в осадок гидрата окиси магния - рыхлой смеси, которая легко смывается водой.

Меры борьбы с коррозией 2-ого вида.

1.Ограничение содержания С3S не более 50%

2.Введение активных минеральных добавок, связывающих Са(ОН)2 в нерастворимые соединения.

3.Устройство барьерной защиты, препятствующей прониканию агрессивных веществ, например, из рулонных материалов (полимерных, битумов). Для защиты от действия кислот устраивают футировки (толстые защитные слои из кислотостойкого кирпича или плиток на кислостойком растворе, либо пропитывают конструкции кислотостойкими материалами).

 

Коррозия 3-его вида.

Это сульфоалюминатная коррозия. Она имеет место при взаимодействии на конструкции грунтовых или морских вод с содержанием сульфат ионов (SO42-) более 250мг/л. С сульфатами в цементом камне реагирует 3-х кальциевый гидроалюминат

3CaO × Al2O3 × 6h3O + 3CaSO4 + 25h3O =

= 3CaO × Al2O3 × 3CaSO4 × 31h3O – это соединение называется гидросульфоалюминат кальция или эттрингит.

Кристаллизуясь в порах это соединение имеет объём в 2 раза больше, чем исходные продукты и, оказывая давление на стенки пор разрушает цементный камень изнутри.

Меры борьбы с коррозией 3-его вида.

1.Ограничение в составе цемента содержание С3А 8%

2.Применение специального сульфатостойкого портландцемента.

 

 

megaobuchalka.ru

2.3.4 Коррозия цементного камня. Ее виды и методы защиты

Коррозия цементного камня в водных условиях по ряду ведущих признаков может быть разделена на три вида:

Первый вид коррозии - разрушение цементного камня в результате растворения и вымывания некоторых его составных частей.

Наиболее растворимой является гидроксид кальция, образующийся при гидролизе трехкальциевого силиката. Растворимость Са(ОН)2 невелика (1,3 г СаО на 1 л при 15°С), но из цементного камня в бетоне под воздействием проточных мягких вод количество растворенного и вымытого Са(ОН)2 непрерывно растет, цементный камень становится пористым и теряет прочность.

Несколько предохраняет от данного вида коррозии защитная корка из углекислого кальция, образующаяся на поверхности бетона в результате реакции между гидроксидом кальция и углекислотой воздуха

Са (ОН)2 + СО2 = СаСОз + Н2О

Второй вид коррозии - разрушение цементного камня водой, содержащей соли, способные вступать в обменные реакции с составляющими цементного камня. При этом образуются продукты, которые либо легкорастворимы, либо выделяются в воде аморфной массы, не обладающей связующими свойствами. В результате таких преобразований увеличивается пористость цементного камня и, следовательно, снижается его прочность.

К третьему виду коррозии относятся процессы, возникающие под действием сульфатов. В порах цементного камня происходит отложение малорастворимых веществ, содержащихся в воде, или продуктов взаимодействия их с составляющими цементного камня. Их накопление и кристаллизация в порах вызывают значительные растягивающие напряжения в стенках пор и приводит к разрушению цементного камня. Характерным видом сульфатной коррозии цементного камня является взаимодействие растворенного в воде гипса с трехкальциевым гидроалюминатом:

ЗСаО • А12О3 • 6Н2О + 3CaSO4 + 25h3O = ЗСаО • А12О3 • 3CaSO4 • 31Н2О

При этом образуется труднорастворимый гидросульфоалюминат кальция, который, кристаллизуясь, поглощает большое количество воды и значительно увеличивается в объеме (примерно в 2,5 раза), что оказывает сильное разрушающее действие на цементный камень.

Исключить или ослабить влияние коррозионных процессов при действии различных вод можно конструктивными мерами, путем улучшения технологии приготовления бетона и применения цементов определенного минералогического состава и необходимого содержания активных минеральных добавок.

Контрольные вопросы

  1. Классификация минеральных вяжущих веществ

  2. Классификация воздушных вяжущих веществ

  3. Сырье для получения воздушных вяжущих веществ

  4. Химическая реакция получения воздушной извести

  5. Химическая реакция получения строительного гипса

  6. Химическая реакция получения магнезиальных вяжущих

  7. Основы получения жидкого стекла и вяжущих на его основе

  8. Физико-химические процессы твердения воздушной извести

  9. Физико-химические процессы твердения строительного гипса

  10. Физико-химические процессы твердения магнезиальных вяжущих

  11. Физико-химические процессы твердения кислотоупорных вяжущих

  12. Активность вяжущих веществ

  13. Свойства вяжущих веществ

  14. Маркировка воздушных вяжущих веществ

  15. Транспортировка, складирование и хранение воздушных вяжущих

  16. Классификация минеральных вяжущих веществ

  17. Классификация гидравлических вяжущих веществ

  18. Гидравлическая известь

  19. Сырье для получения портландцемента

  20. Минералогический состав клинкера портландцемента

  21. Состав портландцемента

  22. Роль гипсового камня и активной минеральной добавки

  23. Физико-химические процессы твердения портландцемента

  24. Активность, марка и класс цемента

  25. Добавки к минеральным вяжущим веществам

  26. Коррозия портландцементного камня и меры защиты от нее

  27. Разновидности портландцемента и их применение

  28. Особенности и применение глиноземистого цемента

  29. Цементы на основе глиноземистого

  30. Смешанные цементы и сухие смеси

  31. Маркировка, складирование, хранение и транспортировка цементов

studfiles.net

2.Коррозия цементного камня. Виды коррозии. Сульфатная коррозияи меры ее предотвращения.

Различают физическую, химическую, электрохимическую и биологическую коррозии.

Физическая коррозия

Это выветривание, растворение, разрушение вследствие температурных колебаний характерных для всех видов горных пород.

Коррозии растворения носит физико-химический характер (см. ниже коррозии выщелачивания).

Химическая коррозия

Агрессивными по отношению к цементному камню являются все кислоты и многие соли.

Этот вид коррозии имеет место чаще всего, а разрушение происходит наиболее интенсивно. Самым уязвимым веществом в цементном камне является известь. Однако связывание извести (скажем за счет SiO2) еще не исключает коррозии, поскольку она может восстанавливаться за счет отступления от гидратов кальция.

Кислоты и некоторые соли вступают в реакцию с Са(ОН)2 и образуют новые соединения, либо легко растворимые в воде, либо непрочные рыхлые, либо кристаллизующиеся со значительным

Изменением объема. Иногда это все происходит одновременно.

Все кислоты разрушают портландцементный камень

Са(ОН)2 + НСl = CaCl + 2 h3O

Са(ОН)2 + h3SO4 = CaSO4 + 2h3O

Хлористый кальций легко растворим, а CaSO4 может вступать во вза-имодействие с гидроаллюминатами кальция и образовывать гидросульфоаллюминат кальция. Последний кристаллизуется с увеличением объема.

Гипс также кристаллизуется с увеличением объема.

Хотя в пластовых водах нет непосредственно соляной и серной кислот, (но их образование можно предположить), зато имеется достаточное количество солей агрессивных по отношению к цементному камню. К таким солям относятся сульфаты (MgSO4, CaSO4), хлориды (MgCl2, CaCl2).

Агрессивный сероводород и углекислый газ, которые могут содержаться как в пластовых водах, так и в добываемых нефти и газе.

Рассмотрим основные виды химической коррозии и применение в связи с ними цементов.

Биологическая коррозия

Этот вид коррозии изучен мало. Однако, видимо сводится в конечном итоге к какому либо химическому виду.

Так имеется много бактерий, которые выделяют углекислоту, что повлечет углекислотную коррозию. Некоторые бактерии могут окислять сульфаты сначала до сероводорода, а затем до серной кислоты. Отсюда и характер разрушения камня.

Электрохимическая и электроосмотическая коррозии

Источник – блуждающие токи (промышленные сети). Система обсадная колонна, цементный камень – земля являются проводниками. В этой системе всегда возможен перенос ионов, отсюда возможны и электрохимическая и электроосмотическая коррозии. Следует отметить, что цементные камни, бетоны (фундаменты) обладают как правило определенным электрическим потенциалом по отношению к земле.

Сульфатная коррозия

Это вид коррозии, который связан с образованием соединений кристаллизующихся с увеличением объема. Примером такой коррозии являются взаимодействие с сульфатами кальция и натрия. Известно, что гидроалюминаты кальция могут присоединять гипс и образовывать гидросульфоалюминат. Последний кристаллизуется с увеличением объема, что вызывает внутренние напряжения и разрушение цементного камня.

(3 CaO  Al2O3  12h3O + 3(CaSO4  2h3O) + 13h3O =

= 3CaO  Al2O3  3CaSO4  31h3O

Однако не всегда наличие гидросульфоалюмината кальция в цементном камне говорит и сульфатной коррозии. Это вещество имеется в первичной структуре цементного камня. Только увеличение количества гидросульфатоалюмината говорит о происходящей сульфоалюминатной коррозии.

Одним из методов борьбы с сульфатной коррозией является понижение содержания трехкальциевого алюмината (не более 5%). При этом содержание плавней компенсируется за счет увеличения содержания окиси железа.

Наличие в пластовых водах хлоридов уменьшает отрицательное влияние сульфатов.

  1. Портландцемент. Определение. Строительно-технические свойства. Требования стандарта.

Портландцементом является гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе и представляющее собой продукт тонкого помола клинкера, получаемого в результате обжига до спекания искусственной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины, и содержащего преобладающее количество силикатов кальция (70 – 80%)

Строительно-Технические Свойства Портландцемента .

Один из ключeвыx noкaзателeй, xapактеpизyющих cвoйcтвa цемента – nлотнoсть. Различают сpeднюю и иcтиннyю nлотнocть цемента. Средняя nлотнocть портландцемента М400 или М500 в pыxлoм coстoянии составляет 900-1100 кг/м3, а в nлотнoм- 1400-1700 кг/м3. При paсчeте склaдскиx nомeщений npименяют сpеднюю nлотнocть 1200 кг/м3, а npи paсчeте бетонной cмеcи – 1300 кг/м3. Истинная nлoтность цемента в зависимости от его состава составляет от 3000 дo 3200 кг/м3. Портландцементы с низкой nлотнocтью более эконoмичны.

Тонкость noмoлa цемента onpeделяют количеством цемента, npоxодящeгo чеpeз сито с paзмepом отвepстий 80мкм (№008) и yдельнoй noвepxнocтью зepeн. Согласно гocyдapствeннoмy стaндapтy остаток на cитe №008 не может npевышaть 15%. Обычно портландцемент М500 или М400, продажа котopoго нaибoлеe активна на oтeчественном и миpовом рынке стрoйматepиaлов, имеет ocтaтoк не выше 8-12%, а yдeльнyю noвepxнocть от 250 до 300 м2/кг.

Вoдonoтpeбнoсть цемента npедcтaвляет собой объем воды, котоpый нужен для nолyчeния цементного теcтa нopмaльнoй гycтoты и ваpьиpyeт в диаnазoнe от 24 до 28%. Нopмальнaя гycтoта onpeдeляeтcя тaкoй кoнcистeнцией цементного теста, npи котоpoй necтик Тeтмaйepa noгpyжaетcя в тecтo на задaннyю глyбинy. Вoдonoтpебнocть портландцемента зависит от его состава, тонкости nомoлa и наличия добавoк. Изменяя эти фактopы, можно pегyлиpовaть вoдonотpeбнoсть. Уменьшение водonoтpeбнocти npивoдит к nовышeнию кaчeствa цементного камня.

Сxвaтывaниe цементного теста npедcтавляет собой npоцecс загycтeвaния и noтeри nодвижности цементной nаcтoй. Начало cxвaтывания портландцемента дoлжнo нacтynaть не paнее, чем через 45 минут, а конeц cxвaтывания- нe noзднee, чем чepeз 10 часов nоcле зaтвоpeния. Если портландцемент сxватывaeтcя быcтpо, он npeвpащaетcя в цементный камень дo того, как его ycneют исnoльзoвать. Пpимeнениe медлeннo cхватывающиxся портландцементов тормозит стpоитeльcтвo.

Измеpяют сроки cхвaтывaния цемента в тecтe нормальной гycтoты, оnpeдeляя глyбинy noгpyжения иглы Вика. Мало купить цемент М400 или М500. Необxoдимo cтpoгo cлeдoвaть теxнoлoгии его иcnользования. Нaчалo сxвaтывания должно быть не paньшe, чем через 45 минyт, а окончание сxвaтывaния – не noзднeе, чем чepез 10 часов noслe смешивания портландцемента c водой.

Чacтo npоисxодит лoжнoе схватывание, кoтоpoe выглядит как мгнoвeннoe сxватывaниe портландцемента. Однако npи втopичнoм nеpемешивании цементная смecь вновь npиобpетaeт noдвижность и далее cxвaтывaeтcя ноpмaльнo. Пpичинa этoгo в гидpатации oбeзвoжeнныx кpиcталлoгидpатов, кoтoрыe обpaзyютcя в мeльницe npи nовышенной тeмnepaтуpe noмола, а также npи недостатке гиnса. Избежать лoжнoгo схватывания мoжно nyтeм acnиpaции мельниц, а тaкжe oxлaждениeм цементного клинкера и мельниц. Избeжать быстpогo cxвaтывaния можно введeниeм в бетономешалку СДБ, гиnсa или минepальнoгo мacлa.

Прoчнocть цементного камня оцeнивают, измеряя npедeл npoчнocти npи изгибе и сжатии. Марка портландцементов onpeделяeтcя nутeм иcnытaний цементно-nесчаныx бpyсков paзмером 40x40x160мм, твердеющих в водной cpедe в возрасте 28 сyтoк. Прeдeл npочнoсти на сжатие noловинoк бpycков нaзываетcя aктивнoстью портландцемента. Марки портландцемента нaзначaют no его активности: цемент М400, М500, М550 и М600. Это oзнaчaет, чтo nрeдел npoчнocти на cжaтиe бpyсков из рacтвоpа с cоoтнoшениeм цемент/nесoк 1:3 с нopмaльным nеском npи cоотношeнии вoдa/цемент 0,4 сoстaвляeт не менеe 40; 50; 55 и 60 МПа cooтвeтcтвеннo маркам.

Пpeдeл npoчноcти на изгиб для брycков дoлжeн быть не менее 5,5; 6,0; 6,2; 6,5 МПа. Чтoбы yзнать активность портландцемента paньшe 28 сyток pазpабoтaны экcnpeсc-методы, nозволяющиe noлучить peзyльтaты исnытaний чеpeз 16-18 часов.

В pезyльтaтe нanpяжeний и деформаций в цементном кaмнe noд действием нагрузок, тeмnepaтypных влaжнocтныx и объемных nеpenадoв, oсoбеннo кoгда для возвдения oбъемнoй бетонной конструкции не один куб цемента М400, М500 или М600, возникaют трещины. Тpeщинoстойкоcть цементного камня мoжнo noвыcить, уменьшая ycадкy и nолзyчecть бетона, а такжe nyтeм дoбaвлeния nовepxноcтнo – aктивныx веществ.

Пoлзyчеcть цементного кaмня npедcтaвляет cобoй cnoсoбнoсть бетона необpатимo дeфopмиpовaтьcя noд вoздeйcтвиeм мexaничecких или иныx факторов. Пoлзyчеcть – следcтвие вязкости гелевoй coставляющeй цементного камня и кanилляpныx явлений в бетоне.

Линейнaя noлзyчeсть является следствием вязкo-ynpyгого течения цементного камня npи длительных наnpяженияx и зависит от pазмepа oбpaзyющиxся частиц.

Пoлзyчecть игpaeт noлoжитeльнyю poль – она cнижaет pacтягивающиe нanpяжeния в бетоне, вoзникающие из-за ycадки и темnepaтypныx эффeктoв; а также yменьшaeт наnpяжeния в цементном камне и nовышaет иx в apмaтуpе железобетонных констpyкций. Отpицатeльнoй cтopонoй noлзyчecти являeтcя noвышенный npoгиб кoнcтpyкций из бетона и железобетона, pаботающиx на изгиб, а тaкжe cнижeние npeдвapительногo нanpяжeния стальных элементов в npеднаnpяжeнныx кoнстpyкциях.

studfiles.net

Коррозия цементного камня и способы защиты

Хлористый магний менее агрессивен чем сернокислый, так как при обмене [Са(ОН)2 + MgCl2 = CaCl2 + Mg(OH)2 ] образуется хорошо растворимое вещество CaCl2 благодаря которому сохраняется равновесная концентрация ионов Са++ .

Углекислотная коррозия

В пластовых водах как правило присутствует то или иное количество углекислого газа. Он действует разрушающе, поскольку понижает содержание Са(ОН)2 окисляя ее сначала до СаСО3 , которая мало растворима, что будет вызывать понижение основности гидратов цемента. При поступлении новых порций СО2 , СаСО3 окисляется до бикарбоната [ Са (НСО3 )2 ], который хорошо растворим. При незначительной концентрации Са2 в водах процесс может затухнуть. Однако если кислота содержится в пластовом газе, то вследствие большой проницающей способности, диффузии и осмоса возможно быстрое разрушение камня. Если процесс ограничивается до СаСО3 , то низкоосновные, если до Са (НСО3 )2 – т о высокоосновные (см. ниже).

Сульфатная коррозия

Это вид коррозии, который связан с образованием соединений кристаллизующихся с увеличением объема. Примером такой коррозии являются взаимодействие с сульфатами кальция и натрия. Известно, что гидроалюминаты кальция могут присоединять гипс и образовывать гидросульфоалюминат. Последний кристаллизуется с увеличением объема, что вызывает внутренние напряжения и разрушение цементного камня.

(3 CaO × Al2 O3 × 12h3 O + 3(CaSO4 × 2h3 O) + 13h3 O =

= 3CaO × Al2 O3 × 3CaSO4 × 31h3 O

Однако не всегда наличие гидросульфоалюмината кальция в цементном камне говорит и сульфатной коррозии. Это вещество имеется в первичной структуре цементного камня. Только увеличение количества гидросульфатоалюмината говорит о происходящей сульфоалюминатной коррозии.

Одним из методов борьбы с сульфатной коррозией является понижение содержания трехкальциевого алюмината (не более 5%). При этом содержание плавней компенсируется за счет увеличения содержания окиси железа.

Наличие в пластовых водах хлоридов уменьшает отрицательное влияние сульфатов.

Сероводородная коррозия

Это один из распространенных на нефтяных и газовых месторождениях видов коррозии. При сероводородной коррозии наблюдается образование малорастворимых сульфидов кальция, алюминия и железа. Это приводит к понижению равновесной концентрации Са(ОН)2 , Al(OH)3 , Fe(OH)3 , что в свою очередь вызывает разрушение гидратов кальция.

Наиболее энергично образуется сульфид железа, поэтому для повышения стойкости против сероводородной коррозии следует ограничивать в цементах содержание окислов железа, марганца и других тяжелых металлов. По отношению к цементному камню безвредны силикаты, карбонаты, щелочи и их соли. Однако сильные щелочи действуют на аллюминаты.

Нефть и нефтепродукты не опасны, но если в них есть нафтеновые кислоты и сульфаты, то они также разрушают цементный камень.

Биологическая коррозия

Этот вид коррозии изучен мало. Однако, видимо сводится в конечном итоге к какому либо химическому виду.

Так имеется много бактерий, которые выделяют углекислоту, что повлечет углекислотную коррозию. Некоторые бактерии могут окислять сульфаты сначала до сероводорода, а затем до серной кислоты. Отсюда и характер разрушения камня.

Электрохимическая и электроосмотическая коррозии

Источник – блуждающие токи (промышленные сети). Система обсадная колонна, цементный камень – земля являются проводниками. В этой системе всегда возможен перенос ионов, отсюда возможны и электрохимическая и электроосмотическая коррозии. Следует отметить, что цементные камни, бетоны (фундаменты) обладают как правило определенным электрическим потенциалом по отношению к земле.

Разрушение цементного камня может происходить под влиянием физических факторов (насыщение водой, попеременное замораживание и оттаивание, увлажнение и высыхание и т. п.), а также при химическом взаимодействии компонентов камня с агрессивными веществами, содержащимися в окружающей среде.

Морозостойкость цементного камня зависит от минерального состава клинкера, тонкости помола цемента и водопотребности, необходимой для получения укладываемой смеси. Среди минералов клинкера наименее морозостойким является СзА, максимально допустимое содержание которого в цементах для морозостойких бетонов должно составлять не более 5...8 %. Тонкость помола может быть в пределах от 3000 до 4000 см2/г, при этом важное значение имеет наличие в цементе наряду с тонкими фракциями относительно крупных зерен, которые обеспечивают «клинкерный фонд» для самозалечивания дефектов, возникающих при попеременных воздействиях среды. Увеличение водопотребности цемента снижает морозостойкость цементного камня, так как при этом повышается его капиллярная пористость (вода в порах геля не переходит в лед даже при сильных морозах). Поэтому в морозостойких бетонах значение В/Ц принимают не более 0,4...0,55.

Коррозия первого вида — разрушение цементного камня в результате растворения и вымывания некоторых его составных частей (коррозия выщелачивания). При действии воды на цементный камень вначале растворяется и уносится водой свободный гидроксид кальция, образовавшийся при гидролизе C3S и C2S, содержание которого в цементном камне через 1...3 мес твердения достигает 10...15%, а растворимость при обычных температурах— 1,3 г/л. После вымывания свободного гидроксида кальция и снижения его концентрации ниже 1,1 г/л начинается разложение гидросиликатов, а затем гидроалюминатов и гидроферритов кальция. В результате выщелачивания повышается пористость цементного камня и снижается его прочность. Процесс коррозии первого вида ускоряется, если на цементный камень действует мягкая вода или вода под напором.

Одной из мер ослабления коррозии выщелачивания является применение цемента с умеренным содержанием C3S и выдерживание бетонных изделий на воздухе для того, чтобы на их поверхности прошел процесс карбонизации и образовалась малорастворимая корка из СаСО3. Главным же средством борьбы с выщелачиванием гидроксида кальция является применение плотного бетона и введение в цемент активных минеральных добавок, связывающих Са(ОН)г в малорастворимое соединение — гидросиликат кальция

Коррозия второго вида происходит при действии на цементный камень агрессивных веществ, которые, вступая во взаимодействие с составными частями цементного камня, образуют либо легкорастворимые и вымываемые водой соли, либо аморфные массы, не обладающие связующими свойствами (кислотная, магнезиальная коррозия, коррозия под влиянием некоторых органических веществ и т. п.).

Коррозия под действием органических кислот, как и неорганических, быстро разрушает цементный камень.Вредное влияние оказывают и масла, содержащие кислоты жирного ряда (льняное, хлопковое, рыбий жир и т. п.). Нефть, нефтяные продукты (керосин, бензин, мазут, нефтяные масла) не опасны для цементного бетона, если в них нет остатков кислот, но они легко проникают через бетон. Продукты разгонки каменноугольного дегтя, содержащие фенолы, оказывают агрессивное воздействие на бетон.

Коррозия возникает и под действием минеральных удобрений, особенно аммиачных (аммиачная селитра и сульфат аммония). Аммиачная селитра, состоящая в основном из Nh5NO3, действует на гидроксид кальция:

Са(ОН)2 + 2Nh5NO3 + 2НаО = Ca(NO3)2 -4Н2О + 2NOa

Образующийся нитрат кальция хорошо растворяется в воде и вымывается из бетона. Из фосфорных удобрений агрессивен суперфосфат, состоящий в основном из Са(Н2РО4)2, гипса и содержащий небольшое количество свободной фосфорной кислоты.

Коррозия третьего вида объединяет процессы, при которых компоненты цементного камня, вступая во взаимодействие с агрессивной средой, образуют соединения, занимающие больший объем, чем исходные продукты реакции. Это вызывает появление внутренних напряжений в бетоне и его растрескивание. Характерной коррозией этого вида является сульфатная коррозия. Сульфаты, часто содержащиеся в природной и промышленных водах, вступают в обменную реакцию с гидроксидом кальция, образуя гипс CaSO4-2h3O. Разрушение цементного камня в этом случае вызывается кристаллизационным давлением кристаллов двуводного гипса (гипсовая коррозия). Такая коррозия происходит при значительных концентрациях сульфатов в воде,

Защита бетона и других материалов от коррозии

Защита бетона и других материалов от коррозии вызывает большие расходы. Например, при строительстве химических заводов на антикоррозионную защиту зданий и аппаратов расходуется около 10...15% от общей стоимости строительства. Поэтому при строительстве зданий и сооружений необходимо прежде всего определить характер возможного действия среды на бетон, а затем разработать и осуществить нужные меры для предотвращения коррозии, которые в общем виде сводятся к следующему: 1) правильный выбор цемента, 2) изготовление особо плотного бетона, 3) применение защитных покрытий.

Как можно защитить бетон?

Защита строительных конструкций от биоповреждений предполагает проведение следующих мероприятий:

1. Эксплуатационно-профилактические:

- усиление вентиляции в целях понижения влажности воздуха и концентрации газов, способствующих развитию опасных микроорганизмов;

- герметизация с той же целью технологического оборудования;

- периодическая очистка и дезинфекция поверхности конструкций;

- нейтрализация агрессивных сред.

2. Конструктивные:

- придание поверхности конструкций формы, исключающей накопление на ней органических веществ, могущих служить пищей для микроорганизмов;

- устройство уклонов полов и отводящих лотков для сточных жидкостей.

3. Строительно-технологические:

- нанесение на бетонную поверхность лакокрасочных материалов;

- облицовка различными плитами;

- понижение проницаемости бетона;

- применение материалов, стойких к действию продуктов жизнедеятельности микроорганизмов, преимущественно к кислотам.

Методы защиты цементного камня от коррозии разнообразны, но всё они могут быть сведены в следующие группы:

- выбор надлежащего цемента;

- изготовление особо плотного бетона;

- применение защитных покрытий и облицовок, практически исключающих воздействие агрессивной среды на бетон.

mirznanii.com


Смотрите также