УДК 691.335: 620.193

ОЦЕНКА РИСКА ЩЕЛОЧНОЙ КОРРОЗИИ ГЕОПОЛИМЕРНОГО БЕТОНА

Ерошкина Надежда Александровна1, Коровкин Марк Олимпиевич2, Тымчук Екатерина Ильинична3
1ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», к.т.н., инженер-исследователь
2ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», к.т.н., доцент
3ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», студент

Аннотация
Рассмотрены факторы, обуславливающие щелочную (внутреннюю) коррозию бетона в результате взаимодействия щелочи, содержащейся в вяжущем, с активным кремнеземом заполнителем. Показано, что геополимерный бетон, несмотря на более высокое содержание в нем щелочи, менее склонен к щелочной коррозии, чем портландцементный бетон.

Ключевые слова: геополимерный бетон, заполнитель, щелочная коррозия, щелочной активатор


RISK ASSESSMENT OF ALKALINE CORROSION OF GEOPOLYMER CONCRETE

Eroshkina Nadezda Alexandrovna1, Korovkin Mark Olimpievich2, Tymchuk Ekaterina Ilyinichna3
1Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Technical Sciences, Engineer-researcher
2Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor
3Penza State University of Architecture and Construction, Student

Abstract
The factors causing the alkaline (inside) corrosion of concrete as a result of the interaction of alkali contained in the binder, with the active silica aggregate were considered. It is shown that geopolymer concrete with a high alkali content in its composition has low tendency to alkaline corrosion than the portland cement concrete.

Keywords: aggregate, alkaline activator, alkaline corrosion, geopolymer concrete


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Ерошкина Н.А., Коровкин М.О., Тымчук Е.И. Оценка риска щелочной коррозии геополимерного бетона // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 3. Ч. 2 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/03/50853 (дата обращения: 03.06.2017).

Для активации твердения геополимерных вяжущих используются щелочные растворы при концентрациях обеспечивающих отношение Na2O и К2О в несколько % от массы вяжущего. По данным [1, 2, 3] только часть щелочи химически связывается в структуре геополимера. Значительная доля гидроксида натрия или калия остается в поровом пространстве материла. При высыхании геополимерного камня щелочь мигрирует к поверхности материала, образуя после карбонизации высолы. Снижение дозировки щелочного активатора с целью снижения высолообразования приводит к замедлению твердения и недобору прочности геополимера. В работе [4] для снижения содержания в геополимерном камне щелочи предлагается вводить в состав вяжущего активные минеральные добавки на основе вулканических пород.

Содержание в геополимерном бетоне свободной щелочи сопряжено с риском развития реакций щелочи с активным кремнеземом заполнителя. Эти реакции, также как и в портландцементном бетоне, содержащем в своем составе до 1 % щелочей, при неблагоприятных условиях вызывают образование трещин в геополимерном бетоне. В связи с этим при выборе заполнителя необходимо учитывать наряду с содержанием щелочного компонента в вяжущем, количество реакционно-активного заполнителя, который при взаимодействии с щелочью на поверхности контакта заполнителя с цементным камнем образует гидратированные продукты, которые вызывают деформации, приводя к разрушению бетона (см. рис. 1).

а)

б)

Рис. 1. Трещины в мостовой конструкции (а) и бортовом камне (б), образовавшиеся в результате реакции диоксида кремния заполнителя со щелочами цемента

Заполнители, содержащие в своем составе диоксид кремния в аморфной и скрытокристаллической форме, способны вступать в химическую реакцию с щелочами вяжущего. При этом на поверхности заполнителя образуется силикатный гель, который поглощая воду, увеличивается в объеме (рис. 2) и может вызывать образование трещин в бетоне (рис. 1), а некоторых случаях – разрушение конструкции. Образующиеся в бетоне трещины увеличивают его проницаемость, что снижает морозостойкость и способствует ускорению химической коррозии. Это явление иногда называют внутренней коррозией бетона.

Рис. 2. Схема разрушения бетона при реакции щелочь – заполнитель по данным [5]

Химическая реакция диоксида кремния со щелочами развивается во влажных условиях. Ее скорость зависит от вида минералов, структуры и размера зерен заполнителя, содержания щелочей в вяжущем. Повреждение бетона может проявляться через несколько месяцев после его изготовления и развивается в течение нескольких лет.

К реакционноспособным относят заполнители, в которые входят минералы, содержащие аморфный и скрытокристаллический кремнезем (опал, халцедон, тридимит, кристобалит, цеолит, иллит), и некоторые другие, содержащие некристаллизованный диоксид кремния. Эти минералы слагают следующие горные породы: базальты, андезиты, андезито-базальты, сланцы кремнистые кристаллические, кремни халцедоновые и кварцевохалцедоновые, песчаники, кварциты, траппы – микродолериты и др. породы.

В последние годы участились случаи разрушения цементного бетона в результате реакции активного диоксида кремния заполнителя со щелочами цемента. Это связано с несколькими факторами, основным из которых является увеличение объемов использования для приготовления бетона более дешевых некондиционных песков, содержащих реакционноактивный кремнезем. Кроме того, широкое применение высокоэффективных водоредуцирующих добавок позволяет получать бетоны с повышенной прочностью за счет снижения водоцементного отношения, что является фактором, увеличивающим риск растрескивания бетона, так как при этом снижается проницаемость цементного камня для геля, образующегося в контактной зоне заполнителя (см. рис. 1), что повышает давление на цементный камень, а сам камень при снижении водоцементного отношения и повышения прочности становится более хрупким.

При изготовлении геополимерного бетона щелочной активации возникает опасность развития щелочных реакций с кремнеземом заполнителя, которые могут привести к трещинообразованию.

По некоторым данным [6], предотвратить образование щелочных реакций с заполнителем помогает введение глинистого компонента (Al2O3·2SiO2), который образует над проницаемым слоем (Na2O·SiO2·nH2O-гель) заполнителя защитную плотную прочную пленку на основе Na2O·Al2O3·mSiO2·nH2O в виде цеолита, препятствующую миграции новообразований из заполнителя в структуру бетона.

Экспериментальные сравнительные исследования проявлений щелочной коррозии геополимерного и портландцементного растворов показали [7], что, несмотря на то, что содержание щелочи в геополимерном вяжущем в несколько раз выше, чем в портландцементе, расширение и трещинообразование геополимерного раствора при использовании заполнителя реакционно-активного опалового песка имело намного меньшие значения. Это характеризует геополимерное вяжущее как более безопасное с точки зрения внутренней коррозии.

Несоответствие между содержанием щелочи в геополимерном вяжущем и портландцементе и уровнем трещинообразования в бетонах на основе этих материалов объясняется тем, что благодаря более высокой щелочности в геополимерном бетоне реакции взаимодействия щелочи с кремнеземом протекают намного более интенсивно и заканчиваются до окончания процесса схватывания, то есть до того как вяжущее тесто утрачивает способность к пластическим деформациям.

Геополимерные бетоны характеризуются меньшим риском щелочной коррозии. В связи с этим требования к содержанию в заполнителе активного кремнезема, в сравнении с заполнителем для портландцементного бетона, могут быть значительно снижены.


Библиографический список
  1. Ерошкина Н.А. Геополимерные вяжущие на базе магматических горных пород и бетоны на их основе / Н.А. Ерошкина, М.О. Коровкин // Цемент и его применение. 2014. № 4. С. 107-113.
  2. Ерошкина Н.А. Оценка процесса структурообразования геополимерного вяжущего по кинетике изменения содержания несвязанного активатора твердения / Н.А. Ерошкина, С.В. Аксенов, М.О. Коровкин // Экология и ресурсо- и энергосберегающие технологии на промышленных предприятиях, в строительстве, на транспорте и в сельском хозяйстве: сб. статей XIII Международная научно-практическая конференция. Пенза: Приволжский Дом знаний, 2013. – С.62-65.
  3. Barbosa V.F.F. Synthesis and characterisation of materials based on inorganic polymers of alumina and silica: sodium polysialate polymers / V.F.F. Barbosa, K.J.D. MacKenzie, C. Thaumaturgo // International Journal of Inorganic Materials. 2000. Vol. 2, Iss. 4. P. 309–317.
  4. Bondar D. Effect of type, form, and dosage of activators on strength of alkali-activated natural pozzolans / D. Bondar, C.J. Lynsdale, N.B. Milestone, N. Hassani, A.A. Ramezanianpour // Cement and Concrete Composites. 2011. N.33. P. 251–260.
  5. Штарк Й. Долговечность бетона / Й. Штарк, Б. Вихт. – Киев: Оранта, 2004. – 295 с.
  6. Ерошкина Н.А. Геополимерные строительные материалы на основе промышленных отходов: моногр. / Н.А. Ерошкина, М.О. Коровкин. – Пенза: ПГУАС, 2014. – 128 с.
  7. Muhd Fadhil Nuruddin, Nooriza Abd Razak Siti. Effects of Geopolymer Concrete Fly Ash Based on Alkali Silica Reaction (ASR) // Applied Mechanics and Materials. 2014. Vol. 567. P. 405.


Все статьи автора «Коровкин Марк Олимпиевич»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: