Сульфатная атака на бетон и раствор
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( март 2015 г. ) |
Гидратация и развитие прочности цемента в основном зависят от двух силикатных фаз: трехкальциевого силиката (C 3 S) ( алит ) и двухкальциевого силиката (C 2 S) ( белит ). [1] При гидратации основными продуктами реакции являются гидраты силиката кальция (CSH) и гидроксид кальция Ca(OH) 2 , обозначаемые в обозначениях химика-цементиста как CH . CSH – это фаза, играющая роль клея в затвердевшей цементной массе и отвечающая за ее сцепление. Цемент также содержит две алюминатные фазы: C 3 A и C 4 AF, соответственно трехкальциевый алюминат и тетракальциевый алюмоферрит. C 3 Продуктами гидратации A являются AFm, моносульфат алюмоферрита кальция, и эттрингит , трисульфат алюмоферрита кальция (AFt). C 4 AF гидратируется в виде гидрограната и железистого эттрингита.
Сульфатная атака обычно происходит на плитах первого этажа, контактирующих с почвой, содержащей источник сульфатов. [2] Сульфаты, растворенные грунтовой влагой, мигрируют в бетон плиты, где вступают в реакцию с различными минеральными фазами затвердевшего цементного теста.
Поражение возникает из-за почв, содержащих SO. 2−
4 ионы, такие как растворимые и гигроскопичные соли MgSO 4 или Na 2 SO 4 . ( Гидраты трикальцийалюмината C 3 A) сначала взаимодействуют с ионами сульфата с образованием эттрингита (AFt). Эттрингит кристаллизуется в мелкие игольчатые иглы, медленно растущие в порах бетона. Когда поры полностью заполнены, эттрингит может развивать высокое давление кристаллизации внутри пор, оказывая значительное растягивающее напряжение в бетонной матрице, вызывая образование трещин. В конечном итоге, Ка 2+ ионы, находящиеся в равновесии с портландитом (Ca(OH) 2 ) и CSH и растворенные в поровой воде бетона, также могут реагировать с SO 2−
4 иона для осаждения CaSO 4 ·2H 2 O ( гипс ). Фракция SO 2−
Ионы 4 также могут быть захвачены или сорбированы в слоистой структуре CSH. [3] Эти последовательные реакции приводят к осаждению расширяющихся минеральных фаз внутри пористости бетона, ответственных за деградацию бетона, появление трещин и, в конечном итоге, разрушение конструкции.
Внешняя атака
[ редактировать ]Это более распространенный тип, который обычно возникает в тех случаях, когда грунтовые воды, содержащие растворенный сульфат, контактируют с бетоном. Ионы сульфата, диффундируя в бетон, реагируют с портландитом (CH) с образованием гипса: [3]
При уменьшении концентрации сульфат-ионов эттрингит распадается на моносульфатоалюминаты (AFm):
Когда он вступает в реакцию с бетоном, плита расширяется, поднимается, деформируется и растрескивается, а также оказывает давление на окружающие стены, что может вызвать движения, значительно ослабляющие конструкцию.
Некоторые заполняющие материалы, которые часто встречаются при строительстве фундаментов и вызывают сульфатную атаку, следующие: [2]
- Красный Ясень ( сланец )
- Черный ясень
- Шлак
- Серая зола-унос
- Другие промышленные материалы и строительный мусор также могут вызвать проблемы.
Эти материалы широко использовались на северо-западе Англии, поскольку они были широко доступны и являлись отходами таких отраслей промышленности, как угольные шахты , сталелитейные заводы , литейные заводы и электростанции . [2]
Избыток гипса в бетоне
[ редактировать ]Если гипс присутствует в бетоне в избытке, он реагирует с моносульфат-алюминатами с образованием эттрингита:
часто можно наблюдать довольно четко выраженный фронт реакции В тонких срезах ; впереди фронта бетон нормальный или почти нормальный. За фронтом реакции изменяются состав и микроструктура бетона. Эти изменения могут различаться по типу и степени тяжести, но обычно включают в себя:
- Обширное растрескивание
- Расширение
- Потеря связи между цементным тестом и заполнителем
- Изменение состава затвердевшего цементного теста с переходом фазы моносульфат-алюминатов в эттрингит и, на более поздних стадиях, в гипсообразование. Необходимый дополнительный кальций обеспечивается гидроксидом кальция и гидратом силиката кальция в цементном тесте.
Результатом этих изменений является общая потеря прочности бетона.
Вышеуказанные эффекты типичны для воздействия растворами сульфата натрия или сульфата калия . Растворы, содержащие сульфат магния, при той же концентрации обычно более агрессивны. Это связано с тем, что в реакциях принимает участие и магний, замещая кальций в твердых фазах с образованием брусита ( гидроксида магния ) и гидратов силиката магния. Вытесненный кальций осаждается преимущественно в виде гипса.
Источники сульфатов
[ редактировать ]- Окисление пирита образованиях , в глинистых контактирующих с бетоном, приводит к образованию серной кислоты , которая вступает в реакцию с бетоном.
- Бактериальная активность в канализационных коллекторах – анаэробная сульфатредукция в богатых органикой илах, скопившихся под водой в трубопроводах, приводит к образованию газообразного сероводорода (H 2 S). После выброса в воздух галерей H 2 S далее окисляется кислородом воздуха до серной кислоты .
- В каменной кладке в кирпиче могут присутствовать сульфаты, образующиеся при окислении пирита в глинистых материалах. Они постепенно высвобождаются в течение длительного периода времени, вызывая сульфатную атаку строительного раствора , особенно там, где движение влаги концентрирует сульфаты. [4]
- Морская вода : сульфат – второй анион , присутствующий в морской воде после хлорида .
Идентификация
[ редактировать ]Сульфатные атаки выявляются в ходе восстановительного обследования, но их часто можно упустить из виду при проведении обследования влажности, поскольку их можно рассматривать как структурную проблему, а не как проблему сырости, но для ускорения реакции необходима влага. [2]
Первый визуальный осмотр и проверка уровня конструкции и подстилающей поверхности является первым шагом к выявлению проблемы с сульфатами. Для характеристики типа и глубины заполнения необходимы разведочные скважины.
Если вода присутствует в черновом полу конструкции, возможно, потребуется проинструктировать инженера-строителя в зависимости от уровня повреждения или смещения стен. [2]
Корректирующие действия
[ редактировать ]Меры по устранению зависят от серьезности атаки и риска, связанного с ее развитием.
Если ремонт необходим из-за масштабов повреждений, часто поврежденную плиту приходится сносить и удалять, отвал не следует использовать в качестве жесткого материала под замещающую плиту. [2]
История и литература
[ редактировать ]сера Давно известно, что способствует повреждению. Это справедливо для многих материалов, таких как коррозия металлов или разрушение бетона . В «Короле Лире » Шекспир говорит: [5]
Там ад, там тьма,
есть серная яма ,
Жжение, обжигание, зловоние, чахотка;
будь, будь, будь!
См. также
[ редактировать ]- Деградация бетона
- Питтинговая коррозия (воздействие серы и сульфидов)
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Леа, FM; Хьюлетт, ПК (1998). Химия цемента и бетона Ли (4-е изд.). Лондон: Арнольд. ISBN 0340565896 . OCLC 38879581 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж Доусон, Адриан. «Сертифицированные геодезисты» . Олимпийское строительство . Проверено 7 октября 2019 г.
- ^ Jump up to: а б Тиан, Бинг; Коэн, Менаши Д. (январь 2000 г.). «Приводит ли образование гипса при сульфатном воздействии на бетон к расширению?». Исследования цемента и бетона . 30 (1): 117–123. дои : 10.1016/S0008-8846(99)00211-2 .
- ^ «Сульфатная атака бетона» . Понимание-цемент.com . Проверено 3 марта 2015 г.
- ^ Невилл, Адам (1 августа 2004 г.). «Запутанный мир сульфатной атаки на бетон» . Исследования цемента и бетона . 34 (8): 1275–1296. doi : 10.1016/j.cemconres.2004.04.004 . ISSN 0008-8846 . Проверено 22 февраля 2022 г.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Тейлор, Гарри Ф.В. (1997). Цементная химия . Томас Телфорд. ISBN 978-0-7277-2592-9 .
- Питер Хьюлетт; Мартин Лиска (2019). Химия цемента и бетона Ли . Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 978-0-08-100795-2 .