WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 |

Карбонизация цементного камня в ячеистых бетонах неавтоклавного твердения

(В.В. Тысячук, А.В. Свинарев ООО «Экостройматериалы», г. Белгород)

Карбонизацией, как явлением химической коррозии цементного камня, можно охарактеризовать все явления связанные с воздействием на цементный камень углекислого газа или агрессивной углекислоты. Углекислота может находиться в водных растворах как самостоятельное вещество, либо возникать в них в результате взаимодействия углекислого газа воздуха с водой. Поскольку карбонизация в результате воздействия на цементный камень водных растворов углекислого газа несравнима с карбонизацией цементного камня при воздействии на него самого углекислого газа, то в дальнейшем мы будем рассматривать именно второй вариант карбонизации. Явление карбонизации может возникать как самопроизвольно (при реакции компонентов цементного камня с СО2, содержащимся в атмосфере или водных растворах), так и искусственно – направленной подачей углекислого газа к бетонным изделиям.

Углекислый газ, содержащийся в атмосфере, в присутствии влаги, может вступать в реакцию как с продуктами гидратации портландцемента, так и с минералами цементного камня. Это взаимодействие происходит при весьма малых концентрациях СО2 для прохождения реакции достаточно парциального давления паров углекислого газа 3*105 МПа (в непроветриваемой комнате давление паров углекислого газа может составлять 12*105 МПа).

Наибольшему влиянию карбонизации поддается Са(ОН)2 (гидрооксид кальция). Его взаимодействие с углекислым газом описывается следующей реакцией:

 Са(ОН)2 + СО2 = СаСО3 + Н2О При этой реакции объем твердой фазы увеличивается на 12%, за счет образования карбоната кальция (кальцита). Соответственно увеличивается и плотность цементного камня, в котором прошла реакция карбонизации.

Гидратные новообразования цементного камня также могут подвергаться карбонизации, причем конечными продуктами реакции является целый спектр различных минералов: карбонат кальция, гидратированный кремнезем, глинозем, оксид железа. Полная реакция карбонизации С3S2Н3 (тоберморита) в представлении одного из исследователей выглядит следующим образом:

 3СаО*2SiO2 * 3H2O + 3CO2 = 3CaCO3 + 2SiO2 + 3H2O  По данным других исследователей эта же реакция может проходить в два этапа.

Некоторые работы говорят о том, что карбонизация действует, главным образом, на силикаты и алюминаты, в результате чего образуются различные виды карбоната кальция, а также эттрингит (не совсем верное «тривиальное» название этого минерала – «цементная бацилла»). Другие авторы показывают, что эттрингит, вступая в реакцию с углекислым газом, растворенным в воде, образует кальцит.

Карбонизация бетона и цементного камня зависит от множества внешних и внутренних факторов: относительная влажность атмосферного воздуха, проницаемость и пористость материала, температура, давление, условия гидратации и влажность цементного камня.

В общем случае кинетика (скорость) процесса карбонизации описывается уравнением:

где t – время, а и b – коэффициенты, зависящие от перечисленных выше факторов.

Надо отметить, что увеличение веса, вызванное карбонизацией Са(ОН)2 сопровождается усадкой цементного камня, поскольку кристаллы Са(ОН)2 (портландит) растворяются под действием сжимающих напряжений, вызванных усадкой при высушивании, а СаСО3 (кальцит) кристаллизуется в ненапряженных объемах. Следствием карбонизационной усадки является постепенное перерождение цементного камня. Основные минералы разрушаются, понижается щелочность жидкой фазы, прочностные и деформативные свойства бетона ухудшаются, утрачивается пассивирующее действие щелочной среды цементного камня на арматуру. (Для пенобетонных изделий, впрочем, последнее значения практически не имеет, поскольку армирование в таких изделиях применяется крайне редко и требует специальных мероприятий по защите арматуры).   Карбонизационная усадка тесно связана с влажностью материала и атмосферного воздуха. На рис.1 приведены кривые усадки при высыхании растворных образцов, хранившихся в атмосфере свободной от СО2, но с различной влажностью, а также кривые усадки под действием последующей карбонизации. Исходя из приведенных графических зависимостей, можно сделать вывод, что карбонизация приводит к увеличению усадки при значениях относительной влажности воздуха, от 25% до 100%. При малой влажности воздуха в поровом пространстве цементного камня содержится недостаточно влаги для образования из СО2 углекислоты. При 100% влажности поры бетона заполнены водой и диффузия СО2 в цементный камень протекает очень медленно. (Для ячеистых бетонов, по данным некоторых исследователей, минимальное значение влажности, при котором реакция карбонизации не происходит 10…12 %).



Рис. 1. Усадка при высыхании и усадка при карбонизации бетона при различной влажности воздуха усадка: 1 при карбонизации; 2 при высыхании; 3 суммарная Не менее важна последовательность протекания процессов высыхания и карбонизации. Она в значительной степени определяет величину общей усадки цементного камня.

Одновременное высыхание и карбонизация бетона приводит к меньшей усадке, чем в случае, когда карбонизация происходит после высыхания, так как в первом случае карбонизация происходит при относительной влажности более 50%, а при этих условиях усадка за счет карбонизации очень мала. (рис.2) В случае, когда бетон подвергается попеременному увлажнению и высушиванию в атмосфере, содержащей СО2, усадка, обусловленная карбонизацией (в цикле высыхания), становится значительно более заметной.

Рис. 2. Влияние высушивания и карбонизации на усадку На этом основан метод предварительной карбонизации бетонов, поскольку проведение принудительной карбонизации, предшествующей переменному увлажнению и высушиванию уменьшает влажностные деформации до 50% от максимальной величины усадки. Таким образом, строго соблюдая влажностные условия карбонизации, предварительной карбонизацией бетонных изделий получают бетоны с малыми величинами влажностных деформаций.

В некоторых случаях карбонизация может иметь положительное значение для увеличения долговечности бетонных изделий. Но это относится к изделиям из тяжелых бетонов, плотность которых велика и слой карбонизированного материала, имеющего меньшую проницаемость, чем слой некарбонизированного материала, может выступать в качестве «барьера» уплотняющего наружную поверхность бетона и уменьшающего его проницаемость.

Реакция карбонизации в ЯЧЕИСТЫХ бетонах протекает намного интенсивнее, чем бетонах ТЯЖЕЛЫХ, это обусловлено тем, что газопроницаемость ячеистых бетонов на порядок выше газопроницаемости тяжелых бетонов. Так по данным В. М. Москвина скорость карбонизации в плотных бетонах 1…3 мм в год, а при тех же условиях у бетонов ячеистых 10…20 мм в год. В тяжелых бетонах описывая процесс карбонизации надо отметить, что довольно многие ученые склоняются к тому, что карбонизация изделий из него ограничивается поверхностным слоем бетона. В ячеистых бетонах такого «самозатухания» процесса не происходит.

Именно поэтому до 60…70х годов прошлого века явлению карбонизации и карбонизационной усадки как у автоклавных ячеистых бетонов, так и ячеистых бетонов неавтоклавного твердения не придавали большого значения, и до этого времени в экспериментальных данных величина влажностной усадки включала в себя и усадку при карбонизации. В опытах И. Т. Кудряшова, А. Т. Баранова, А. В. Волженского, Л. Н. Розенфельда, С. А. Миронова, М. Я. Кривицкого усадка ячеистых бетонов при высыхании на стеллажах в лаборатории составляла 0,4…0,5 мм. Поэтому не возникло опасений в склонности к трещиноообразованию крупных элементов стен, покрытий и перекрытий.

Первый же опыт производства и применения крупноразмерных изделий из ячеистых бетонов автоклавного твердения показал, что ширина и интенсивность развития трещин на этих изделиях значительно превосходит такие значения этих величин, которые можно ожидать на основании сложившихся представлений о том, что усадка ячеистых бетонов составляет 0,4…0,5 мм.

 Описанная выше ситуация имела место при исследованиях автоклавного ячеистого бетона, ровно постольку поскольку неавтоклавный пенобетон в то время практически не производился и, соответственно – не исследовался.

Карбонизация автоклавного ячеистого бетона была достаточно подробно исследована после 70х годов. Эти работы продолжаются до сих пор и показывают важность процессов происходящих при карбонизации ячеистых бетонов для его долговечности и эксплуатационных характеристик. Разработаны простые и эффективные методики определения толщины карбонизированного слоя ячеистого бетона, исследована кинетика карбонизации, определен минеральный и химический состав продуктов реакции гидратации.





Карбонизация же неавтоклавного пенобетона еще ждет своего часа. На данный момент научные работы, касающиеся исследований неавтоклавного пенобетона, в основном посвящены технологии производства этого материала. Исследования долговечности неавтоклавного пенобетона, особенно «свежие» можно пересчитать на пальцах. Упоминание о карбонизации неавтоклавного пенобетона есть у Силаенкова(6), из последних работ надо отметить исследования Белгородского Государственного Технологического университета им. Шухова (7).

Исследований долговечности неавтоклавного пенобетона явно не хватает, а когда нет химии, тогда мгновенно появляются «алхимики». Задачей вдумчивого читателя является отличать одно от другого, а когда этот читатель еще и производитель того самого неавтоклавного пенобетона, исследований которого катастрофически не хватает – то тут решение этой задачи несет за собой либо выгоду, либо пустые траты.

Список литературы:

1. Москвин В. М. Коррозия бетона. Госстройиздат, М., 1952 г.

2. Алексеев С. Н., Розенталь Н. К. Коррозионная стойкость железобетонных конструкций в агрессивной промышленной среде., Бетон и железобетон, 1976 г., № 6.

3. Баженов Ю. М. Технология бетона. М, Высшая школа, 1987 г.

4. Бутт Ю. М., Окороков С. Д., Сычев М. М., Тимашев В. В. Технология вяжущих веществ, Высшая школа, 1965 г.

5. Невилль А. М. Свойства бетона. Стройиздат, М., 1972 г.

6. Силаенков Е. С. Долговечность изделий из ячеистых бетонов., Стройиздат, М., 1986 г.

7. Коломацкий А. С. Процессы твердения цемента в пенобетоне., Вестник БГТУ №4, 2003 г.

 Приложение 1. (Информационное) Карбонизация в ячеистого цементного бетона неавтоклавного твердения малой плотности. Анализ натурных испытаний образцов теплоизоляционного пенобетона.

Образцы теплоизоляционного неавтоклавного пенобетона средней плотностью в сухом состоянии 250 кг/м. куб после изготовления были помещены в два смежных помещения: подвальное и бытовое. Влажность воздуха в подвальном помещении в течении испытании (1.5 года) составляла 80%...90%. Влажность в бытовом помещении изменялась от 25 до 60%. Образцы пенобетона, находившиеся в бытовом помещении через несколько месяцев хранения изменили цвет с серого на бледножелтый и были покрыты множественными волосяными трещинами. Ширина раскрытия трещин была 0,1…0,5 мм. Цвет образцов, находившихся в подвальном помещении, не изменился, трещины на поверхности отсутствовали. Дифрактометрический анализ образцов показал наличие в пенобетоне из подвального помещения характерного для цементного камня нормального твердения минерала портландита (Са(ОН)2). В образцах из бытового помещения портландит был замещен кальцитом (СаСО3), что свидетельствует о прохождении в теле пенобетона реакции карбонизации. Кроме того, наличие этих минералов было зафиксировано другими методиками, описанными в литературе. На основании этого был сделан вывод, что кинетика реакции карбонизации ячеистых бетонов определяется влажностью воздуха, и при влажности его 80…90 % карбонизация пенобетона замедляется вплоть до полной остановки. Кроме экспериментальных данных, сделанный вывод подтверждается некоторыми литературными источниками.

В статье «Усадка пенобетона: причины возникновения и способы борьбы», опубликованной на нашем сетевом ресурсе ранее, авторы не ставили цели полностью раскрыть сущность физикохимических процессов, происходящих при твердении цементного камня. Главной задачей, на наш взгляд, являлось обращение внимания читателей на важность карбонизационной усадки, как явления, во многом определяющего долговечность неавтоклавного пенобетона, особенно теплоизоляционного, обладающего наибольшей газопроницаемостью.

Приложение 2. (Информационное) Карбонизация неавтоклавного пенобетона. Анализ опытного производства теплоизоляционного особо легкого пенобетона.

Pages:     || 2 | 3 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.