Сульфатостойкость бетонов с добавкой Д-5

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

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

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

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

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

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

Различают три степени агрессивности внешнего воздействия окружающей среды на бетон:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Какую максимальную сульфатостойкость бетона может обеспечить добавка Д-5?

Ответ простой: практически любую.

Рассмотрим этот вопрос подробнее.

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

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

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

Для удобства и большей информативности ниже приводим указанные таблицы.

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

Цемент

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

Степень агрессивного воздействия грунта на бетон

W16-W20

Портландцемент по ГОСТ 10178

Слабоагрессивная

Среднеагрессивная

Св. 1500

Св. 2000

Св. 3000

Св. 4000

Св. 5000

Сильноагрессивная

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

Слабоагрессивная

Среднеагрессивная

Св. 5000

Св. 8000

Св. 10000

Св. 12000

Св. 15000

Сильноагрессивная

Сульфатостойкие цементы по ГОСТ 22266

Слабоагрессивная

Среднеагрессивная

Св. 10000

Св. 12000

Св. 15000

Св. 20000

Св. 24000

Сильноагрессивная

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

Цемент

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

Степень агрессивного воздействия жидкой среды на бетон

W16-W20

Портландцемент по ГОСТ 10178

Слабоагрессивная

Среднеагрессивная

Свыше 1700

Свыше 2500

Свыше 5000

Сильноагрессивная

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

Слабоагрессивная

Среднеагрессивная

Свыше 6800

Свыше 9000

Свыше 10000

Сильноагрессивная

Сульфатостойкие цементы по ГОСТ 22266

Слабоагрессивная

Среднеагрессивная

Свыше 13600

Свыше 15000

Свыше 20000

Сильноагрессивная

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

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

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

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

Что представляет из себя сульфатостойкий цемент

Главная » Стройматериалы »

Сульфатостойкий цемент — материал, значительно расширяющий возможности использования бетонных растворов при строительстве для агрессивных условий. Потребность в нем диктуется объективными обстоятельствами, когда обычные бетоны разрушаются при эксплуатации. Требования к материалу нормируются государственными и международными стандартами.

Что представляет из себя материал

Сульфатостойкий цемент представляет собой коррозионностойкий материал, в состав которого вводятся специальные добавки (алюминаты и силикаты) для повышения стойкости к агрессивным воздействиям. Имеет специфическую область применения, когда присутствуют воды с большим содержанием сульфатов и отмечается циклическое воздействие воды в больших количествах.

Высокая концентрация сульфатов во влажной среде провоцирует сульфатную коррозию. При этом процессе в химическую реакцию вступают бетонные компоненты, что ведет к образованию цементного камня внутри и к выпадению солевых кристаллов на стенках. Структура бетона нарушается и он разрушается. Разрушительное воздействие оказывает на бетон и циклическая влага — постоянные циклы высушивания и обильного увлажнения, замораживания и оттаивания. Именно поэтому был разработан цемент, стойкий к сульфатной коррозии.

Виды материала

  1. Пуццолановый цемент. Его основу составляет доменный шлак и вулканические породы (пуццоланы). Среди последних компонентов выделяются туф, пемза, вулканический пепел. Это активные минеральные добавки, обеспечивающие сульфатостойкость. Данный материал не предназначен для условий с циклической влажностью.
  2. Портландцемент с повышенной стойкостью к сульфатам. Изготавливается с добавлением в марку М400 минеральных добавок. Материал медленно затвердевает с постепенным набором прочности и пониженным выделением тепла при схватывании. Применять его можно в любых эксплуатационных условиях.
  3. Портландцемент с повышенным содержанием сульфатостойких минеральных веществ. Содержание добавок составляет 6-10%. Выпускается материал марок М400 и М500. Отличается он повышенной морозостойкостью и устойчивостью к циклической влажности.
  4. Сульфатостойкий шлакопортландцемент. Это смесь доменных шлаков с клинкером из портландцемента с добавлением алюминатов. Важное требование — шлак не должен состоять более чем из 10% оксида алюминия. Выпускается материал марок М300 и М400. Имеет высокую сульфатостойкость, но боится морозов.

Помимо подразделения по составу, рассматриваемый цемент имеет градацию по прочности на сжатие. Данный показатель вводится в маркировку — от М200 до М500.

Состав

По технологии производства стойкий к сульфатам цемент не отличается от изготовления обычного. По сути, оба материала являются тонкодисперсным порошком с вяжущими способностями. Структура обеспечивается особым режимом сушки и тщательным помолом в бункерах специальных мельниц. Различие обеспечивается нужным составом смеси.

Основу минеральных добавок составляют доменные шлаки электротермофосфорного или гранулированного типа. Обычно их содержание колеблется в интервале 10-22%, а для стойкого к сульфатам шлакопортландцемента — 42-55%. Активные составляющие — добавки из горных пород осадочного типа. Они вводятся в количестве 6-12%.

Для обеспечения повышенной стойкости к агрессивным воздействиям особые требования выдвигаются к составу используемого клинкера. Содержание в нем трехкальциевого силиката не должно превышать 52%, трехкальциевого алюмината — не более 6%, а C3A+C4AF — не более 23%. В состав входят оксиды алюминия и магния, но не более 4-5%. Глиноземный модуль клинкера превышает 0,7. В глинистый компонент портландцемента рекомендуется вводить опоку и трепел.

Основу клинкера составляют алит или белит. В первом случае обеспечивается ускоренное затвердение и быстрый набор прочности. Белит характеризуется длительным схватыванием, но конечная прочность превышает алит.

Активные добавки применяются с большой осторожностью. Чрезмерное их содержание способно ухудшить технические характеристики цемента. По ГОСТу повышение стойкости к сульфатам достигается введением поверхностно-активных веществ. Так гидрофобные, пластифицированные материалы имеют добавки в виде мылонафта или спиртово-сульфитной барды.

Использование в строительстве

Сульфатостойкая сухая смесь имеет высокую стоимость, поэтому используется обычно там, где без нее трудно обойтись. К таким сооружениям относятся бетонные и железобетонные элементы гидротехнического назначения, конструкции, эксплуатирующиеся под водой, особенно в повышенной солености (морская или океаническая вода).

Указанный материал в основном используют в сооружениях, подверженных периодическому воздействию воды. Среди них особо выделяются речные и морские молы, мостовые элементы, укрепление набережных, дамбы и плотины. С учетом малого тепловыделения при затвердении, такой цемент используют для наружного покрытия большой толщины и массы.

Набор прочности материала происходит слишком медленно. Данный недостаток устраняют, используя готовые ЖБИ на его основе. Наибольшее распространение находят сваи, мостовые опоры, гидротехнические элементы, облицовочные плиты и перекрытия. Большое внимание уделяется использованию свай. Они забиваются на значительную глубину, проходя через грунтовые воды, плывуны, пласты разного состава, часть из которых содержит агрессивные компоненты. Можно выделить болотистую почву, насыщенную сероводородом.

Помимо указанных особых условий, сульфатостойкие цементы используются и в частном строительстве. Их применяют в смеси с обычным цементом при подготовке бетонного раствора. Это увеличивает износостойкость, влагостойкость и морозоустойчивость сооружений.

Сульфатостойкий относится к специфическим материалам, которые с учетом стоимости используются по конкретному назначению. Его нет смысла применять при строительстве обычного частного дома на стабильном грунте. Однако при возведении сооружений для эксплуатации в агрессивных условиях, такой стройматериал становится необходимым.

Преимущества сульфатостойкого бетона

Бетон сульфатостойкий относят к материалу, в свойства которого входит способность надежно защитить конструкцию от разрушительного воздействия воды с содержанием сульфатов, деформации грунта, температурных воздействий.

Сульфатостойкий состав увеличит долговечность конструкции, а также ее износостойкость и морозоустойчивость.

Разновидности бетона

Получить сульфатостойкий бетон можно 2 способами:

  • используя обычный цемент с применением специальных добавок;
  • применяя такой материал, как сульфатостойкий цемент.

Последний способ значительно превосходит первый по качеству и защищает конструкцию на всех стадиях постройки.

Разновидности цемента:

  • портландцемент с примесью минеральных добавок;
  • портландцемент;
  • пуццолановый портландцемент;
  • шлакопортландцемент.

Таблица марок и классов бетона.

Очень важным фактором качества в данном виде строительной смеси является соблюдение ГОСТа, ведь из-за неправильных пропорций существует вероятность увеличения хрупкости постройки и разрушения ее изнутри. В зависимости от прочности бетона на 28 сутки, идет подразделение его на марки: М300, М400, М500. Предназначение таких материалов — изготовление бетонных и железобетонных конструкций. Добавление в их состав таких веществ, как суперпластификаторы и воздухововлекающие добавки, повышают стойкость.

Сульфатостойкий цемент и его свойства

Производят сульфатостойкий портландцемент при помощи тонкого помола гипса или портландцементного клинкера, а выпускают с гранулированными минеральными добавками или без них. Без добавок идет маркировка М300, с добавками — М400, М500. При введении в состав мылонафта или сульфитно-спиртовой барды такой материал называется пластифицированный. Пуццолановый портландцемент используют в основном для постройки подводной части разных морских и океанических сооружений, потому что в нем тепловыделяющие минералы находятся в большем количестве, чем в обычном сульфатостойком цементе, который будет более эффективен в применении наземных частей конструкции.

В сульфатостойкий бетон добавляют такое минеральное вещество, как трехкальциевый алюминат, которого в составе должно быть не более 5%, чтобы в результате реакции с окружающей средой не возникла сульфатная коррозия. Одним из свойств данной строительной смеси является его не очень быстрое твердение, что приводит к медленному нарастанию прочности.

Компоненты бетонной смеси.

Оптимальной пропорцией цемента и песка является 1:3, для прочности состава специалисты советуют применять пластификаторы, а подвижность смеси определять расплывом стандартного конуса более 135 мм при водоцементном отношении 0,4. Если цемент считается гидрофобным, он не должен впитывать в себя воду на протяжении 5-6 минут после того, как нанесли несколько капель на пробу.

Чтобы изготовить сульфатостойкий бетон, потребуется:

  • вода в необходимом количестве;
  • гипсовый камень (ГОСТ 4013);
  • портландцементный клинкер с нормированным составом.

При изготовлении есть возможность замены другими материалами, которые обязательно содержат в своем составе сульфат кальция, различных гранулированных и минеральных добавок. Если в состав входят электротермофосфорные шлаки, содержание в бетоне оксида алюминия не должно быть более 8%, в шлакопортландцементе запрещено превышение 12%.

Главной особенностью сульфатостойкого бетона является его высокая стойкость, которая предотвращает проникновение воды даже при высоком гидростатическом давлении.

Сульфатостойкий цемент: применение и особенности

Существует одно заблуждение, что бетонные и железобетонные конструкции самые надёжные. Но, это не так. Они подвергаются повреждениям и разрушениям при определённых условиях эксплуатации.

На это влияют грунтовые воды, дожди, морозы, деформация грунта, воздействие химических веществ. Спасением в подобных ситуациях является сульфатостойкий цемент.

Этот стройматериал обрел популярность в странах, где погода диктует свои законы строителям. Сульфатостойкий цемент, что это такое?

Приготовление сульфатостойкого цемента

Этот вид цемента получают из дробленого клинкера, к которому добавляют смесь трехкальциевых алюмината и силиката. Особое внимание уделяют дозировке. Так, алюминат не должен превышать 5%, а силикат 50 %. Такое соотношение составляющих не случайно. В природе много сульфатов, которые при взаимодействии с трёхкальцевым гидроалюминатом, приводят к сульфатной коррозии. Поэтому исходное сырье содержит минимальное количество железа.

Название цемента Минералогический состав клинкера, %
C2S C2S C2A C4AF
Сульфатостойкий портландцемент 58 27 4 15

Рекомендуем ознакомится с информацией о марках цемента М800 и цемента М900.

Область применения сульфатостойкого цемента

Этот вид цемента используют при бетонировании подводных и подземных массивов. Благодаря своим свойствам, этот материал более устойчив к внешним природным и химическим факторам.

Технические характеристики цемента, марки М600 и марки М550 узнайте, перейдя по ссылкам.

Особенности сульфатостойкого портландцемента

Бетонирование под водой.

Цемент, который имеет «иммунитет» к химически агрессивным веществам, незаменим в строительстве. Там, где обычные строительные материалы не создадут крепкое сооружение, поможет этот цемент.

Он имеет малую степень затвердевания, что отличает этот стройматериал от обычного цемента.

Плотность этого вида портландцемента является основным фактором, который определяет стойкость выполненной работы.

Виды сульфатостойкого портландцемента

В зависимости от состава, этот портландцемент распределяют на:

  • сульфатостойкий портландцемент;
  • сульфатостойкий шлакопортландцемент;
  • сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками;
  • пуццолановый портландцемент.

Сульфатостойкий портландцемент.

Важно! Из этого следует, что этот строительный материал устойчив к факторам природного и химического происхождения. Благодаря компонентам, которые входят в его состав, постройка не подвергается разрушению из-за переменчивой влаги и температуры.

Стоит помнить, что при выборе нужно в первую очередь ознакомиться с составом, так как для определенной почвы нужен отдельный вид портландцемента. Характеристики цемента марки М250 читайте в этой статье.

Сульфатостойкий цемент (портландцемент) – это строительный материал на основе клинкера, трехкальциевых алюмината и силиката. Широко используется в постройке гидротехнических сооружений. Распределяется на несколько видов, каждый из которых, с учетом многих факторов, применяется на определенной территории.

Рубрики: Статьи

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *