Прогнозы щелочной коррозии бетона
Процессы взаимодействия щелочей цемента с заполнителями в бетоне с образованием гелеобразной оболочки вокруг частиц заполнителя и появлением трещин в бетонном сооружении еще не достаточно изучены из-за отсутствия надежной методики исследований. Методы ускоренного определения аморфного кремнезема в заполнителях петрографическими, термическими и химическими исследованиями не всегда надежны для прогноза развития щелочной коррозии бетона в сооружениях. Замеры растворных балочек с измельченным потенциально реакционно-способным заполнителем (ПРС) по методике ASTM, предложенной в США, являются относительным показателем возможной коррозии.
В ряде стран приходят к выводу о том, что (поведение образцов бетона «а основе исследуемых заполнителей и цементов может обеспечить более приближенный к практике прогноз возникновения пли отсутствия щелочной коррозии в бетоне сооружений. Но продолжительный срок этих испытаний, по видимому, служит причиной того, что почти нет опубликованных данных о лабораторных исследованиях бетона с различными видами ПРС заполнителей.
При исследованиях бетонных образцов важно выбрать наиболее характерный показатель свойств, по которому можно без разрушения образцов на протяжении ряда лет судить о процессах деструкции бетона. Таким показателем является упругость бетона, выражаемая динамическим модулем. Она изменяется в зависимости от происходящих в бетоне процессов твердения и одновременной деструкции.
Когда заполнителями бетона, служат потенциально реакцнонноспособные горные породы, а в цементе имеется высокое содержание щелочей или щелочной является вода затворения, изменение модуля упругости достаточно четко проявляется уже через несколько лет твердения, а иногда и через 2 года.
Только при реакционных компонентах (ПРС — в заполнителях и свободные щелочи в растворе) модуль упругости будет колебаться вначале (повышаться, а затем резко снижаться и «а поверхности таких образцов бетона иногда будут заметны трещины,
В лаборатории каменных материалов НИС Гидропроекта с 1963 по 1969 г. были изготовлены 179 образцов-призм размером 70Х70Х220 мм из бетона «а основе заполнителей фракции 6—20 мм с различной реакционной способностью. Заполнители отобраны из производственных проб карьеров различных- областей страны и зарубежных.
Портландцемент для приготовления бетонной смеси содержал от 0,4 до 0,8% щелочных окислов в пересчете на Na20. Половина образцов готовилась на воде с добавкойNaOII в количестве 1% от массы цемента, другая половина призм— на обычной воде. Три призмы бетона (заполнители: гранитный щебень и кварцевый песок) и две призмы раствора служили эталонами.
Заполнители для бетона (кремни, песчаники, андезиты, диабазы, и др.) выбраны из гравия либо из щебяя, дробленого до размеров 5—20 мм разнообразных горных пород с различным содержанием потенциально реакционно- способных примесей — опала, халцедона, вулканического стекла. Для приготовления -призм применялся кварцевый песок.
Чтобы определить содержание растворимого кремнезема, все пробы заполнителей до затворения в бетоне подвергались петрографическому изучению, термическому испытанию н химическому анализу. Бетонные призмы хранили в камере влажного режима и каждые 6 мес. определяли динамический модуль Упругости на модулемере ИЧМ.К-2... Для удобства сопоставления принята не абсолютная величина модуля, а коэффициент модуля упругости Луир, который выводился как среднеарифметическое из замеров всех призм по данной пробе для обычного и щелочного бетонов.
Призмы бетона разделены па 4 группы, в зависимости от петрографического состава и формы заполнителей:
1) щебень из ПРС изверженных пород—андезита, диабаза, базальта и игнимбрит.а, а также из заведомо породы-гранита, служащей для бетона эталоном упругости (рисунок, а);
2) щебень из ПРС осадочных н метаморфических пород—кремней и аргиллита, а также (песок дробленый (для растворных призм) из кремня (рисунок, б);
3) гравий из ПРС пород—туфогенных алевролитов, песчаников и андезитов (рисунок, в);
4) гравий из ПРС пород — кремней и песчаников с халцедоново-опаловым цементом (рисунок, г).
Одновременно в Ленинградском институте инженеров железнодорожного транспорта и Среднеазиатском отделении Гидропроекта в Ташкенте приготовлены образцы-балочки (по методике, рекомендованной ASTM для лабораторий США, с пятью видами гравийного заполнителя) , замеры которых через 1 год полностью совпали с результатами испытания описываемых призм бетона. Обоснованием методики опытов служили следующие соображения.
Поведение гравия и щебня ,в бетоне различно. Поверхность зерен гравия покрыта «корочкой» выветривания, препятствующей взаимодействию со щелочами в бетоне, а щебень имеет свежую, активную поверхность.
Песчаные частицы в бетоне составляют меньше четверти его объема п даже и случае их со щелочами сумма напряжений, возникших оболочке, вокруг зерен 0,5 мм должна быть меньше, чем когезии цементного камня. В растворных образцах это напряжение может быть ниже, и тогда в них возникает деструкция.
Призмы с заполнителем гравия портландцементе, содержащем 0,4—0,8% щелочей за 3—7 лет твердения, характеризовались Куцр более 1,-1, что указывает на отсутствие выраженной реакционной способности заполнителей. У образцов «а гравии и цементе с введением 1% щелочи в воду затворения отмечался такой же коэффициент модуля упругости (рисунок, в, г).
Частичное снижение КУЕр до 1,02 установлено только для призм на основе гравия, содержащего обломки туфогенных песчаников и андезитов из долины р. Енисея или для бетона с гравием из р. П-рут, состоящим из кремней.
Выводы
Лишь при содержании в портлаидцементах повышенного количества коррозия бетона может проявиться, причем только в случае использования заполнителя-щебня из свежедробленых кремней с водопоглощением менее 0,7%.