Стойкость керамзитобетона при действии морской воды и хлористых солей высокой концентрации
В НИИЖБе Госстроя СССР проводятся исследования долговечности плотного керамзитобетона. Долговечность этого материала, подвергающегося агрессивному воздействию физического характера (или коррозии III вида по В. М. Москвину), в значительной степени зависит от способности структурных элементов бетона выдерживать без разрушения напряжения, возникающие в его микрообъемах. Напряжения могут возникать от давления растущих кристаллов солей в порах или перехода отложившихся в них и микрощелях кристаллов солей в кристаллогидраты, а также от давления замерзшей воды (льдообразования).
Условиям возникновения этих напряжений предшествуют и сопутствуют знакопеременные деформации бетона, связанные с изменением его температуры и влажности. В итоге суммарного влияния этих явлений структура бетона разрушается. Опытами требовалось выяснить возможность применения легких бетонов для эксплуатации в агрессивных средах наравне с тяжелыми бетонами.
Керамзитобетонные образцы характеризовались прочностью при сжатии 150 и 400; для сравнения готовили образцы из равиоподвижных смесей тяжелого бетона марки 500 на гранитном щебне, содержащего примерно столько же цемента, как и керамзитобетон марки 400. Заполнителем для керамзитобетона марки 400 служил керченский керамзитовый гравий объемной массой 760 кг/м3 и прочностью при сжатии в цилиндре 40—50 кг/см2, (5 Мн/м2), а для бетона марки 150—.керамзитовый гравий Пермского завода объемной массой 570 кг/м3 и прочностью при сжатии 16 кг/см2 (—1,6 Мн/м2); мелкий заполнитель для тяжелого бетона и легкого бетона марки 400 — (кварцевый песок с модулем крупности 1,8, а для керамзитобетона. марки 150—дробленый керамзитовый песок крупностью 2,5. Вяжущим для всех видов бетонов был портландцемент марки 500 с содержанием алюмината кальция до 6%.
Для повышения стойкости керамзитобетона в смесь вводили добавки, благоприятно влияющие на структуру бетона. В частности, использованы два вида добавок: добавки кремнийорганические, способствующие воздухововлечению или газообразованию (ГКЖ-10 и ГКЖ-94) и пластификаторы ССБ и Са(ЦОз)г, а также комбинированные добавки (ГКЖ-94+ FeCl3 и nOKI0+Ca(NO3)2. Оптимальные количества добавок определены заранее.
Основные составы испытанных бетонов приведены в табл. 1. Расход материалов в составах с добавками разнился на +—3% ручалась стойкость бетонов при действии морской воды соленостью 34 г/л, синтезированной в лаборатории; води Синашскнх озер (раин) соленостью около 250 г/л н насыщенных водных растворов хлористых солей NaCI и KCI (концентрация около 250 с/л).
Стойкость керамзитобетона при действии морокой воды н специально приготовленных раствор он хлористых солей изучалась при переменном его увлажнении н высушивании. Обновление -растворов производилось один раз в 2—3 мес. Кроме того, образцы керамзитобетона нормального твердении н пропаренные выдерживались длительное время в морской воде. Действие рады на легкий и тяжелый бетоны изучалось нрп испытаниях в натурных условиях на стенде, расположенном на Сивашском озере в районе г. Красноперекопск.
Стойкость бетонов оценивалась по изменению показателя прочности при сжатии, изменению внешнего вида образцов и проницаемости попов хлора в бетон в процессе испытания.
Изготовлено три серии образцов. В паршой из них образцы-кубы размером 10х10х10 см из пропаренного керамзитобетопа марки 400 с добавками и без них после I мес. твердения в нормальных условиях проходили циклические испытания на переменное увлажнение морской водой — 4 ч, высушивание при температуре 90—100°С— 4 ч на воздухе при 20±5°С в течение .16 ч. Один цикл испытания переменным увлажнением н высушиванием продолжался 1 сут.
После 150 циклов таких испытаний (в течение 6 мес.) часть образцов испытана на прочность при сжатии, а вторая часть оставлена па дальнейшее хранение в камере нормального твердения на 17 мес. Контрольные образцы после пропаривания в течение 7 мес. находились в камере нормального твердения. Результаты испытания образцов после попеременного увлажнения морской водой н высыхания показаны на рнс. 1.
Сравнивали прочность образцов, которые сразу после пропаривания хранились более 22 мес. в морской воде (рис. 2). Дополнительно уточнялось изменение прочности пропаренного керамзитобетона при хранении 3 мес. в нормальной камере, а затем 2 мес. в морокой воде; эти данные показаны на рис. 3.
Вторая серия—образцы-призми 7X7X14 см н кубы 10X10X10 см из пропаренного керамзитобетона- марки 400 п тяжелого бетона марки 500 после 1 мес. твердения в нормальных условиях отправлены на натурные испытания на Сивашское озеро Старое, где проходили испытания, связанные с климатическими и другими условиями. Первоначально все образцы располагали на высоте 15—20 см над рапой. Через 1—3 мес. уровень рапы в озере поднялся и о-ни оказались под водой, где находились приблизительно полгода, а затем вновь на уровне воды. Такое положение способствовало интенсивному капиллярному подсосу воды с нижней поверхности и испарению ее с других открытых сторон кубов н призм. При этом испытании контрольные образцы находились все время в камере нормального твердения.
Третья серия — образцы-кубы 10X10X10 см пропаренного керамзитобетона марки 150 после 1 мес. твердения в нормальных условиях проходили испытания на переменное насыщение концентрированными (250 г/л) водными растворами хлористых солей и высушивание.
Результаты испытаний показывают, что высокопрочный керамзитобетон марки 400 способен выдерживать без разрушения длительные испытания на переменное увлажнение в морокой воде и высушивание (рис. 1). После 150 циклов такого испытания прочность при сжатии может даже возрасти, что связано, очевидно, с накоплением в порах бетона солей, а также с усилением гидратации цемента во влажной среде. Так, после 150 циклов образцы в возрасте 7 мес. без добавки и с добавкой ГКЖ-94 обладали прочностью при сжатии 526 и 482 кг/см2 (52,6 и 48,2 ), а- контрольные образцы 525 и 512 кг/см2 ( —52,5 и 51,2 Мн/м2). Дальнейшее длительное хранение керамзитобетона в нормальных условиях приводит к снижению его прочности.
Испытания дополнительных партий керамзитобетона в морокой воде (без периодического высушивания) показали, что у пропаренных образцов (рис. 2) и у образцов стандартного твердения (рис, 3) при длительном хранении в течение более 20 мес. в морской воде не наблюдается снижения прочности.
Необходимо особо отметить, что во всех случаях испытания прочность керамзитобетона с добавкой ГКЖ-94 снижается меньше, чем прочность керамзитобетона без добавок.
Наименьшей прочностью после такого испытания обладает керамзитобетон (потеря прочности около 45%); тяжелый бетон потерял 35% прочности. Введение химических добавок значительно повысило стойкость керамзитобетона и особенно при использовании добавки ГКЖ-94. В этом случае бетон полностью сохранил прочность при суровых условиях
После 15 мес. испытания лучшие результаты показал керамзитобетон с добавками ГКЖ-94 и ГКЖ-ИО. Тяжелый бетон, как ш керамзитобетон без добавок, имел следы разрушения к в местах нахождения арматуры появились трещины следствие коррозии металлических стержней. Таким образом, стойкость керамзитобетона не отличается от стойкости тяжелого бетона.
Проницаемость тяжелого бетона мало отличается от пронициаемости керамзитобетона. Добавки кремнийорганических значительно уменьшают проницаемость/
Исследования третьей партии образцов (керамзитобетон марки 450) выявили стойкость плотного стенового материала для строительства калийных комбинатов.
Циклические испытания в насыщенных растворах КС1 и NaCl (основных солях этого производства) показали, что « плотный керамзитобетон более низких марок обладает /высокой стойкостью (рис. 5). Так, керамзитобетон без добавок выдерживает (при потере прочности до 25% от первоначальной) около 100 циклов. Хлористые соли проникли на всю глубину образца, уже после первых 25 циклов. Хлористый калий является в данном случае более агрессивным, чем хлористый «атрий, хотя, по данным А. И. Мниаса, может увеличиваться при образовании кристаллогидратов на 130%, а КС1 кристаллизуется в безводной форме. Аналогичные результаты по агрессивному действию этих двух солей получены М. И. Субботкиным. По-видимому, рост кристаллов КО кубической формы вызывает более значительные напряжения в объеме бетона, на определенном этапе испытания, к быстрому разрушению.
Выводы
Высокопрочный керамзитобетон марки 400 и плотный керамзитобетон марки 150 обладают высокой стойкостью в агрессивных солевых растворах.
Уменьшение волоцементного отношения в керамзитобетоне, введение эффективных поверхностно-активных добавок увеличивают стойкость керамзитобетона и арматуры в нем. Добавки делают /керамзитобетон более стойким по сравнению с тяжелым бетоном.
Наиболее благоприятное действие оказывают кремнийорганические добавки. Добавки ССБ и Ca(N03)2, увеличивая плотность и прочность керамзитобетона, не способствуют такой длительной стойкости в агрессивных соловых растворах как кремнийорганические добавки.
Результаты исследований НИИЖБа и других организаций подтверждают возможность снятия ограничений по применению плотного керамзитобетона в средах, вызывающих; физическую коррозию. Такой бетон может быть использован наравне с тяжелым бетоном плотности. То же можно сказать и о других видах легких бетонов, изготовленных на пористых заполнителях высокого качества.