Файл: Михайлов В.В. Расширяющийся и напрягающий цементы и самонапряженные железобетонные конструкции.pdf

Т а б л и ц а 3.9. Предполагаемое поведение бетонов на различных расширяющихся и напрягающих цементах при внешней сульфатной агрессии

даться дополнительным дозированием CS для связыва­ ния в гндросульфоалюминат кальция СзА портландцементного клинкера.

Сульфатостойкость японского расширяющегося на­ прягающего цемента исследовал Т. Оно [ 1 4 2 С в о б о д н о расширяющийся цемент с содержанием (CAS) от 10 до 13%, исследованный в агрессивной среде (0,2%-ной серной кислоте), показал понижение прочности в такой же сте­ пени, как и исходный портландцемент, и поэтому явля­ ется несульфатостойким.

В Калифорнийском университете исследовали суль­ фатостойкость бетонов на К-цементе на бетонных кубах размером 15X15X15 см, изготовленных с расходом вя­ жущего 307 и 417 кг/м3, и с двухосным ограничением рас­ ширения соответственно р,=0,17 и р,=0,82%. Образцы выдерживали 28 суток в воде, затем 1 год в растворе, со­ держащем 5 г M g O + 5 г N a 2 S 0 4 на 100 г воды, и периоди­ чески взвешивали. Наблюдалось увеличение веса всех образцов без понижения прочности. На поверхности всех образцов возникало шелушение, углы ослаблялись. Луч­ ше сохранялись образцы напрягающего цемента, когда портландцементный клинкер НЦ содержал мало С3 А— от 1,8 до 5,9%; в образцах, содержащих С3 А 11,4—12,4%, явления поверхностной коррозии были значитель­ ными.

В НИИЖБ [173] на протяжении ряда лет ведутся исследования сульфатостойкости растворов 1:1 на на­ прягающем цементе, твердеющих как в свободном, так и в связанном состоянии. Всесторонне исследовались об­ разцы бетона, выпиленные из самонапряженных кон­ струкций.

Результаты испытаний образцов в условиях периоди­ ческого увлажнения в 5-ном растворе сульфата натрия с последующим высушиванием представлены на рис. 3.9,

а в условиях постоянного воздействия такого же раство­

ра — на рис. 3.10. Анализ полученных данных показы­ вает, что образцы, изготовленные из НЦ со свободным расширением 5—7%, имеют значительно меньшую суль­ фатостойкость, чем аналогичные образцы, изготовленные из НЦ со свободным расширением 3—4%. Уменьшение свободного расширения до 3—4% повышает сульфато­ стойкость НЦ до уровня сульфатостойкости низкоалюминатного портландцемента.

Для выяснения причины разрушения образцов в про­ цессе их испытания на сульфатостойкость были примене­ ны петрографические и термографические методы иссле­ дования*. Макроструктуру образцов изучали стереоско-

5^ 100

?Че>

200 Ш В00 800 WOO 1200 ПОО

•3* s

Рис. 3.9. Зависимость динамического модуля упругости и веса образцов из торкрет-бетона от числа циклов по­ переменного увлажнения и высушивания

; Сеток на напрягающем цементе со свободным расширением 5,12—7,08%; 2 — бетон на портландцементе марки 400 Воскресен­ ского'завода; 3 — бетон на напрягающем цементе со свободным расширением 3,1—4%

162

пическим микроскопом при увеличении 45, микрострук­ туру — под поляризационным микроскопом при увеличе­ нии 160 и больше.

Петрографический анализ показал, что эталонные * образцы, изготовленные из портландцемента, после пе­ риодического воздействия 5%-ного раствора сульфата натрия имеют в основном плотную структуру: визуаль­ но было установлено, что углы и ребра не разрушены, наблюдаются округлые поры с плотными краями. Гидратированная часть портландцемента очень мелкозерниста, общий показатель светопреломления ее равен N—\,507. В массе с трудом можно различить новообразования — кристаллы извести, кальцита, двуводного гипса и гидро­ сульфоалюмината высокосульфатной формы. На неко­ торых участках образцов обнаружены большие зазоры между цементным камнем и зернами заполнителя. На поверхности образцов и в порах хорошо виден мучнис­ тый налет, состоящий из кристаллов извести, кальцита, гипса и единичных иголок гидросульфоалюмината каль­ ция. Эндотермический эффект при 125° С на термограмме подтверждает наличие в образце кристаллических ново­ образований, в том числе кристаллов гидросульфоалю­ мината кальция высокосульфатной формы. Эндотерми­ ческие эффекты при 500 и 800° С соответствуют дегидра­ тации С а ( О Н ) 2 и разложению СаСОз.

Такие же эталонные образцы, находившиеся в усло­ виях постоянного воздействия 5%-ного раствора сульфа­ та натрия, по микроструктуре мало отличаются от пре­ дыдущих. Однако среди перечисленных выше кристал­ лических новообразований отмечено большое количество иголок гидросульфоалюмината кальция; это подтвержда­

но пронизана кристаллами кальцита и извести, показа­ тель светопреломления ее около 1,500. В массе образцов и inopax обнаружены бруски двуводного гипса и большое ко­ личество иголок гидросульфоалюмината кальция трехсульфатной формы. Термограмма показала большой эн­ дотермический эффект при 130° С, свидетельствующий о значительном количестве кристаллических новообразо­ ваний.

Образцы из трубы, изготовленной из НЦ, свободное расширение которого характеризовалось величиной 3— 4%, после периодического и постоянного воздействия 5%-

гюго раствора сульфата натрия имеют относительно плотную структуру; наблюдаются лишь отдельные мел­ кие трещины и небольшое округление углов. В кристал­ лических новообразованиях обнаружены в большом ко­ личестве кристаллы извести, в меньшем — зерна кальци­ та и небольшое количество кристаллов гипса, гндросульфоалюмината кальция трехсульфатной формы, отдель­ ные кристаллы тенардита и гидроалюмината кальция. Сцепление между цементным камнем и зернами запол­ нителя хорошее.

Таким образом, результаты петрографического и тер­ мографического анализов подтвердили полученные дан­ ные по коррозионной стойкости образцов на напрягающем цементе с различной величиной свободного расши­ рения. Следует обратить внимание на то, что испытани­ ям были подвергнуты образцы, выпиленные из труб, са­ монапряжение которых проходило в условиях ограниче­ ния свободных деформаций сопротивлением арматуры, т. е. имелось связанное расширение бетона на НЦ, а даль­ нейшее выдерживание в агрессивной среде осуществля­ лось в условиях свободной, неограниченной деформации. Однако даже в том случае, когда величина связанного расширения бетона при самонапряжении из обоих со­ ставов НЦ была примерно в 10 раз меньше значения его свободного расширения, различие характеристик расши­ рения НЦ решающим образом отразилось иа сульфатостойкости образцов, дальнейшее расширение которых происходило в свободном состоянии.

В самонапряженном железобетоне в угловых и тор­ цовых частях изделия, а также в защитных слоях, осо­ бенно в трубах, бетон при самонапряжении и при даль­ нейшей эксплуатации не имеет необходимого ограниче­ ния деформаций свободного расширения. Поэтому ис­ пользование для самочапряженного железобетона НЦ с повышенными показателями свободного расширения неминуемо должно привести к ослаблению бетона в ука­ занных частях изделия.

По той же методике на сульфатостойкость испытыва­ ли образцы, выпиленные из самонапряженных труб, из­

72 : 20 : 8 (портландцемент : глиноземистый цемент : гипс) со свободным расширением 3—4%. Кроме того, были ис­ пытаны образцы на НЦ, изготовленные вибрированием

164