Коррозия вызываемая щелочами цемента

Практика эксплуатации бетонных сооружений показала, что уже через несколько месяцев твердения бетона на воздухе карбонизированный слой имеет толщину в несколько миллиметров. В частях сооружений, находящихся под воздействием воды, содержащей агрессивную углекислоту, карбонизированный слой имеет незначительную толщину — несколько долей миллиметра. При кагбонизации бетона увеличивается его плотность как за счет увеличения объема (на 12 %) твердой фазы при реакции Са (ОН)2 4 С02 = = СаСО, + Н20, так и за счет образования СаС03 в поверхностном слое. Карбонизация бетона может защитить его от разрушения кислотами, она положительно сказывается и при действии сульфатных вод. С другой стороны, карбонизация усиливает усадку, неблагоприятно действует на свежий, незатвердевший бетой.

В мировой практике строительства наибольшее количество случаев разрушения бетона под действием щелочей зарегистрировано в США и Канаде. Здесь наблюдалось разрушение дорог, мостов, плотин и других сооружений. Во всех случаях применялся цемент, содержащий значительное количество щелочей, и заполнители с включениями активного кремнезема. Разрушение начиналось с появления трещин. Исследования разрушенных сооружений показали, что во всех случаях вокруг реакционноспособного заполнителя (активного кремнезема) образовались каемки геля. Наружная поверхность заполнителя была размягчена, хотя внутренние слои оставались твердыми. Детально этот вид коррозии изучали X. Стейнор, Т. Пауэре, В. М. Москвин, Г. С. Рояк и др., ими установлен химизм разрушевия бетона. Большинство изверженных, метаморфических и осадочных горных пород содержит кремнезем. Прн контакте щелочного раствора цемента с кремнеземом протекают химические реакции. Известно, что в водной среде реакция у поверхности кремнезема слабокислая. Под действием щелочи она нейтрализуется, имеет место типичная кислотноосновная реакция, которая приводит к нейтрализации кислотных групп силаиола: = Si — ОН+ ОН + Na+ = = Si — ONa + + Н20.

Другая реакция приводит к образованию элементов полиаиионов за счет разрушения силоксановых мостиков: = Si — О — Si = + 20Н = = = Si—0_+Н20. Эта реакция ведет к разрыву поперечных силоксановых связей и разрыхлению сетки, которая становится менее жесткой, что в дальнейшем приводит к диспергированию кремнезема. Конечным продуктом взаимодействия является щелочной силикатный раствор, содержащий мономерные и полимерные частицы гидратированного кремнезема и силикатов. К активным разновидностям кремнезема относятся опал, халцедон, тридимит, кристобалит, вулканическое стекло, трепел, опока.

Они встречаются чаще всего в осадочных и метаморфических породах, таких как гравий, галька, кварциты, в некоторых разновидностях сланцев, доломитизированиых известняках, а также в излившихся породах — андезитах и других. При определенной концетрации щелочей в цементе создаются условия для взаимодействия активного кремнезема с растворами щелочей твердеющего цемента. В порах и во внутренних слоях и полостях бетона вблизи реакционноспособных заполнителей появляются студнеобразные отложения, возникают деформации, а затем трещины. Расширение, по Г. С. Рояку, происходит в результате набухания продуктов реакции и вызываемого ими давления в контактных зонах заполнителя и цементного теста. В этом случае наблюдается развитие деформаций в довольно большом объеме бетона.