Выбор материалов для растворной составляющей легких бетонов
Долговечность железобетонных конструкций, как известно, связана со способностью сохранения высокой щелочности бетона как среды, предохраняющей стальною арматуру от коррозии. Понижение щелочности, вызванное уменьшением количества Са(ОН)2, может происходить вследствие взаимодействия с кислыми газами агрессивной среды, а также в результате связывания извести пористыми вулканогенными заполнителями (пуццоланивирующий эффект).
Ниже рассмотрены вопросы, связанные с уменьшением количества Са(ОН)2 только химически активным заполнителем бетона. Исследование проводили по специально разработанной методике дериватографического определения количества гидроксида кальция непосредственно в затвердевших образцах растворной составляющей бетона. Необходимость разработки методики была обусловлена тем, что существующие химические методы обладают рядом недостатков. Они основаны на экстрагировании Са(ОН)2 различными растворителями. Однако применяемые растворители наряду со свободным гидроксидом кальция в какой-то мере затрагивают и гидросиликаты кальция, что приводит к искажению результатов. Кроме того, значительное влияние на определяемое количество Са(ОН)2 оказывает и зерновой состав препарата. Сушка образцов для их измельчения и просева связана с большими трудностями. и сегодня нет общепринятого метода цементного камня [1]. Что касается разработанной нами методики, то она позволяет даже при небольших содержаниях Са(ОН)2 (до 0,3%) определять его с достаточной точностью практически независимо от измельчения пробил.
Параллельное определение Са(ОН) - по разработанной нами дсрпватографнчс- емщ методике и химическое (этилеиглн- ьолевым методом) (2] в образцах цементного камня и мелкозернистого бетона наглядно показало, что зерновой состав препаратов сильно влияет на результаты химического и практически не влияет на результаты дериватографического определения (табл. 1).
Кроме того, проводили исследование влияния времени экстрагирования и величины навески на результаты химического определения Са(ОН)2 в цементном камне и мелкозернистом бетоне, которое выявило нестабильность получаемых результатов, в то время как результаты Дериватографии были достаточно стабильны.
Влияние активности мелких фракций пористого заполнителя на содержание Са(ОН)2 в растворной части бетона исследовалось дериватографическим методом на образцах-моделях, где наиболее .интенсивно проявляется влияние заполнителей за счет мелких фракций, особенно пылевидной (проход сквозь сито Лг9 014). Образцы готовили из клинкерного цемента Араратского ЦШК и вулканических песков — пемзы литоидной Лусаванского, туфов Ахавнатунского и Артикского месторождений. Эталоном служил Вольский кварцевый песок, практически не обладающий активностью.
Соотношение цемента и песка 1:1 примерно соответствовало их соотношению в растворной части легкого бетона (с учетом пылевидной фракции песка, содержание которой по ГОСТ 9758—73 допускается до 30%, а также активной минеральной добавки цемента). Следует отметить, что соотношение 1:1 отображает наиболее благоприятную ситуацию, когда цемента в смеси довольно много.
Результаты показали, что более 30% выделившегося гидроксида кальция связывается песками лнтоидной пемзы и ахавнатунского туфа, в то время как песок артикского туфа связывает всего 11,4% Са(ОН),2. О количестве связанной извести судили по разности между содержанием Са(ОН), в образцах на кварцевом песке и на песках исследуемых заполнителей после гидротермальной обработки (табл. 2).
Влияние активной минеральной добавки на содержание Са(ОН),2 в цементном камие исследовали на составе с пемзой Ашшского месторождения, которая обычно используется на Араратском ЦШК в качестве активной минеральной добавки. Количество гидроксида кальция определялось в затвердевших образцах чистого клинкерного цемента и цемента с-добавкой 10% анийской пемзы (совместный помол), пропаренных и после нормального твердения в течение 28 сут. Результаты дериватографического определения Са(ОН)е в образцах цементного камня (табл. 3) показали, что 10% анийской пемзы в условиях пропарки поглощают более 30% выделившейся при гидратации цемента извести, а в условиях нормального твердения — более 10% после 28 сут.
Полученные данные наглядно свидетельствуют о том, насколько существенно может быть снижено содержание гидроксида кальция в бетоне с активными вулканическими пористыми песками и активной добавкой в цементе при гидротермальной обработке. Однако повысить защитную способность легких бетонов на пористом заполнителе по отношению к арматуре можно, не прибегая к антикоррозионным мероприятиям, заменив активные пески менее активными, например песками артикского туфа.
Таким образом, количественная оделка активности заполнителя становится настоятельной необходимостью. Существующие методики определения количества связываемой извести заполнителем (по п. 6 ГОСТ 9758—77 [3) и предложенная НИИЖБ [4]) основываются фактически на одном из методов определения активности минеральных добавок к портландцементу, но при термообработке. Именно это обстоятельство приводит к искажению результатов, так как не учитынается химическая активность стеклянной пт-суды, в которой при 95—10СГС проведят опыт. Использование этих методик приводит к получению завышенных величин активности пористых пескоз.
Нами была разработана методика определения активности заполнителя з зависимости от содержания реакционно- способных компонентов S:02 и А1:Оз заполнителя с последующим расчетом количества связанной мг СаО 1 г заполнителя. Преимущество предлагаемой методики — в возможности полностью заявить химическую активность заполнителя. Это достигается тем, что благодазя избытку извести в жидкой фазе всегда насыщенный раствор Са(ОН)е. Погрешность за счет активности стекла посуды поддается учету и составляет примерно 5% в отличие от [4], где она равна Солее 70%, а при определении по [3] из-за нарушения условий титрования результаты искажаются (например, при «холостом» опыте снижение концентрации Са(ОН)2 больше, чем в сосудах с активными заполнителями).
Активность мелких фракций (0— 0,14 мм) некоторых природных и искусственных песков в мг СаО/г приведена:
Как видно из этих данных, искусственные пористые пески обладают большей активностью, чем вулканические. Поэтому учет активности мелких фракций песков и активности минеральной добавки к цементам важен не только для железобетона с природными заполнителями, но в большей степени для бетонов на искусственных пористых заполнителях с цементами, в состав которых входят активные минеральные добавки осадочного Происхождения типа диатомита и трепела.
Выводы
Непосредственное определение содержания гидроксида кальция в растворных образцах позволило установить, что пемза и ахавнатунский туф связывают более 30% выделившейся при гидротермальной обработке извести, а артикскин — всего 11%. Таким образом, используя менее активные пески, можно значительно повысить содержание гидроксида кальция в легком бетоне даже в условиях пропаривания.
В бетонах с активными вулканическими заполнителями и цементом с активной минеральной добавкой снижение содержания Са(ОН)0 будет происходить за счет активного заполнителя, а также минеральной добавки.
Активность пористых заполнителей необходимо определять по предлагаемой методике, так как она позволяет исключить искажение результатов.
Необходимо пересмотреть и. 6 ГОСТ 9758—77 и прил. 4 [4] и внести в них соответствующие изменения.
Искусственные пористые заполнители при гидротермальной обработке обладают большей активностью, чем пемзы и туфы; кроме того, активность минеральных добавок осадочного происхождения к цементам типа диатомита и трепела более чем вдвое превосходит активность вулканических добавок, поэтому в бетонах с заполнителями такого типа и цементом количество гидроксида кальция снижается гораздо больше.
При подборе состава легких бетонов для железобетонных конструкций индустриального производства для эксплуатации в агрессивных средах необходимо использовать менее активные пористые пески, например артикский туф, и менее активные минеральные добавки к цементу.