О влиянии сернокислых солей на микроструктуру и фазовый состав бетона
Бетоны и растворы, подвергаюшиеся воздействию агрессивных солей, претерпевают сложные фазовые и микроструктурные изменения. Представляет интерес изучение характера взаимодействия солей сернокислого натрия и магния с компонентами цементного камня. Как известно, при длительном воздействии указанных солей происходит деструкция бетона.
Основной причиной разрушения бетона (1, 2] является об разовапие кристаллов гипса и гидросульфоалюмииата кальция. Гипс в этих условиях кристаллизуется в результате взаимодействия гидрата окиси кальция с анионом S04 указанных солей. Двуводпый гипс образуется при высоких концентрациях
Учитывая, что образование этих соединений сопровождается увеличением объема относительно исходных реагирующих компонентов более чем п 2 раза, в теле затвердевшего бетона возникают значительные кристаллизационные напряжения, приводящие к образованию микротрещин и разрушению бетона. Таким образом, результаты исследований показывают, что разрушение бетона при воздействии как сернокислого магния, так и сернокислого натрия происходит за счет образования двуводного гипса млн гидросульфоалюмината кальция.
В АзербНПИстройматериалов проведено тщательное петрохимическое исследование многочисленных образцов цементного камня н бетона, хранившихся длительное время в 2%-ном растворе MgS04 и 5%-ном растворе Na2S04.
Образцы, подвергшиеся воздействию 2%-ного раствора MgS04, в микроструктурном отношении характеризуются неплотным строением, наличием многочисленных микротрещин н большого количества гипса, арагонита. Последние являются основными кристаллическими новообразованиями крупных размеров и различной морфологии.
Распределение CaS04 2Н20 неравномерное н нередко наблюдаются скопления гипса в поровых участках бетона. Об интенсивности кристаллизации в этих участках свидетельствуют крупные кристаллы гипса длиной до 1 мм. Подобные формы обычно содержат включения мелких зерен заполнителя и цементирующего материала, которые были захвачены в процессе роста и развития кристаллов.
Местами игольчатые формы как бы внедрены в цементную часть бетона. Наблюдаются также призматические кристаллы с гладкой поверхностью. Отмечены удлиненные кристаллы мшеа. состоящие из блоков, свидетельствующие о прерывистости притока питающих продуктов. Часто встречается гипс параллельно-волокнистого строения (рис. I). Интересно отметить наличие в пределах одного микроучастка морфологически различных типов гипса, а именно: ориентированные параллельно и спутанно-волокнистые, а также лучистые и радиально-лучистые кристаллы. Кстати, лучистые кристаллы гипса характеризуются общей направленностью клиньев к центру пор.
При воздействии 2%-ного раствора MgS04 в составе цементного камня, помимо гипса, впервые обнаружены кристаллы арагонита. Он встречается в виде игольчатых, лучистых (рис. 2), спутанно-волокнистых, сноповидных, радиально-лучистых форм в паровых участках бетона, где большей частью кристаллы гипса отсутствуют. Однако местами наблюдается ассоциация гипса и арагонита в пределах одной поры. Каждый из этих составляющих располагается отдельными колониями.
Следует отметить, что арагонит был обнаружен и при воздействии на цементный камень морской воды [4]. При этом установлено, что из числа компонентов морской воды только сернокислый магний создает условия для образования арагонита.
Ввиду неравномерною развитии вышеуказанных минера дои на отдельных участках затвердевшего бетона образуются скоплении, которые создают очаги кристаллизационного напряжении. Как показали микроскопические наблюдения, трещины причудливых форм и различной протяженности связаны именно с этими очагами. Большей частью трещины пустые и только на стенках некоторых из них отмечаются незначительные отложения кристаллических новообразований.
Особенно интересные данные получены при изучении бетонов, подвергшихся воздействию 5%-ного раствора. Образцы характеризуются неплотной цементацией заполнителя продуктами гидратации, наличием многочисленных пор различных форм и размеров. Часто отмечаются открытые поры, достигает размера 150 мк. Основная часть продуктов гидратации представлена гелеобразной массой с неопределенной структурой. Наряду с порами, па контакте заполнителя, с продуктом гидратации отмечены открытые полосы шириной 5—10 мк. Заметное количество микротрещин рассекает образцы на отдельные блоки, нарушая целостность структуры
ГИПС и гидросульфоалюминат кальция содержатся в незначительном количестве. В количественном отношении по характеру распределения и морфологии эти кристаллы не могут вызвать разрушение бетона.
В отличие от указанных минералов большое развитие в образцах имеют кристаллы кальцита. На отдельных участках почти весь цементирующий материал калциизирован. При этом, п зависимости от места образования н размеров исходных продуктов, кальцит имеет различное микростроенне. Так, например, на участках цементирующего материала образовались перлитоморфные разности кальцита, а в порах, трещинах м зазорах кальцит представлен хорошо оформленными кристаллами значительных размеров. Некоторые мелкие поры диаметром до 6С мк и микротрещины почти полностью заполнены кальцитом.