UDK 620.193
Ivashchenko Yuri Grigoryevich
Federal State Educational Institution of Higher Professional Education «Saratov State Technical University named after Y. A. Gagarin»
Ryssland, Saratov
Doktor i tekniska vetenskaper, Professor vid institutionen för «Byggmaterial och teknologi»
E-post: [email protected]
Timokhin Denis Konstantinovich
Federal State Educational Institution of Higher Professional Education «Saratov State Technical University named after Y. A. Gagarin»
Ryssland, Saratov
Lektor vid institutionen för «Byggmaterial och teknologi»
Laushkina Valeria Alexandrovna
Federal State Educational Institution of Higher Professional Education «Saratov State Technical University named after Y. A. Gagarin»
Ryssland, Saratov
Masterstudent
E-post: [email protected]
Interna korrosionsprocesser i cementbetong.
En av typerna av intern korrosion i cementbetong är korrosion som orsakas av interaktionen mellan cementets alkaliska ämnen och kemiska tillsatser med kiseloxid från fyllnadsmedlet. I arbetet behandlas korrosionsmekanismen; metoder för att bromsa eller helt stoppa betongens nedbrytning orsakad av denna typ av korrosion behandlas.
Cementbetong är ett av de vanligaste byggmaterialen och kan ha ett brett spektrum av egenskaper beroende på sammansättningen, porstrukturen och andra egenskaper. En av de viktigaste egenskaperna är betongens förmåga att motstå olika kemiska och fysikaliskt-mekaniska påfrestningar, vilket möjliggör skapandet av byggkonstruktioner med hög hållbarhet, men under vissa driftsförhållanden kan betong utsättas för förtida nedbrytning. [2] En av typerna av förtida nedbrytning är interna korrosionsprocesser i betong, därför är problemet med att studera, diagnostisera och förebygga interna korrosionsprocesser i betong, relaterade till interaktionen mellan fyllmedel och cementstenen, aktuellt i dag. [4] Den vanligaste interna korrosionsprocessen är interaktionen mellan kemiska tillsatser och cementalkalier med kiseloxid eller silikater från fyllmedlets sammansättning (Alkali-silikareaktion - ASR). [2]
ASR-mekanismen har beskrivits av många författare och beskrevs först i USA 1940 av T. Stanton [1]. Forskning på detta område har också genomförts i andra länder. I vårt land började forskning på detta område först av V.M. Moskvin och G.S. Royak. I deras vetenskapliga arbete "Betongkorrosion orsakad av cementalkalier på silikatfyllnadsmaterial" publicerades forskningsdata om betongkorrosion fram till 1962, och forskningen fortsattes av forskare som Ivanov F.M., Alekseev S.N., Guzeev E.A., Rosenthal N.K., Chekhniy G.V., Lyubarskaya G.V., Rosenthal A.N., Helmuth R., Stark D., Diamond S., 1993; Heimuth R., Stark D., Diamond S., Moranville-Regourd M., Swamy R.N., som undersökte betongens och armerad betongs hållbarhet. Trots att problematiken kring ASR har fått mycket uppmärksamhet, finns det praktiska rekommendationer för att minska risken för dess uppkomst och utveckling, men nya fall av fenomenet fortsätter att upptäckas. Idag är forskarnas huvudsakliga fokus på att studera och fastställa mekanismer för alkali-silikareaktionen och att förbättra metoder för att förutsäga konsekvenserna av användningen av olika typer av fyllmedel. Ett annat forskningsområde är att hitta pålitliga metoder för att hämma ASR-processen. [4]
Reaktiva mineraler i cementbetong inkluderar mineraler som innehåller amorf och kryptokristallin kiseloxid (opaler, tridymit, kalcedon, zeolit, kristobalit, illit, som innehåller oorganiserat vulkaniskt glas). Bland bergarter med mineraler som kan reagera med alkali finns kvartsiter, kisel, basalt, sandsten, andesit och andra. [2] I den moderna utvecklingen av byggmaterialvetenskap har termen "silika" ersatts med "kiseldioxid", vilket betonar kemin i de strukturella processerna relaterade till hårdnande och korrosion i cementbetong.
Problemet med betongkorrosion orsakad av ASR uppstod i flera städer i vårt land, där betong till bostadsbyggande tillverkades med fyllmedel som innehöll reaktiva kiseldioxidinklusioner och cementer med höga alkalinivåer, ibland över de nivåer som föreskrivs i normativ teknisk dokumentation.
Inte bara kiseldioxid utan även vissa former av mikrokristallin kvarts med en störd kristallstruktur kan reagera med alkali. Denna interaktion bildar hydratprodukter vid gränsytan mellan fyllmedlet och cementstenen, som sväller under fuktiga förhållanden och orsakar dragspänningar i betongen, vilket leder till deformationer, sprickbildning, förlust av styrka och betongens nedbrytning.
Mekanismen för ASR, som orsakar betongens nedbrytning, kan delas in i enklare, sekventiellt och/eller samtidigt pågående processer: penetration av alkali i fyllmedlets mikrostruktur; interaktion av alkali med kiseldioxid, vilket leder till bildning av en lågviskös gel på fyllmedlets yta, i sprickor och porer; övergång av vissa silikater av kalium och natrium till kalciumsilikat; bildning av kalciumsilikat i gelens yttre lager och i sprickans mynning; ökning av gelens viskositet vid sprickans ingång; bildning av en halvgenomtränglig barriär (genomtränglig för vatten, OH-, Na+, K+ joner och ogenomtränglig för gel); vidare diffusion av vatten och OH-, Na+, K+ joner; ökning av gelens mängd och volym, vilket skapar osmotiskt tryck; hinder för gelens rörelse genom små kapillärer från sprickor och fyllmedlet in i betongens lösande delar, vilket orsakar interna spänningar; bildning och/eller vidare expansion av sprickor vid ett tryck som överstiger fyllmedlets draghållfasthet och betongens draghållfasthet; ytterligare sprickutveckling i fyllmedelskornen och cementmatrisen i betongen.
Fig. 1 Exempel på betongnedbrytning orsakad av ASR.
Det bör noteras att kalciumjoner spelar en huvudroll i gelbildningen, då de ökar gelens viskositet och bildar kalciumsilikater genom reaktion med natrium- och kaliumsilikater. När viskositeten ökar, blir gelens rörelse genom betongens kapillärer svårare, vilket hindrar avkopplingen av spänningar. Därför minskar ämnen som sänker osmotiskt tryck eller fördröjer gelbildningen risken för betongkorrosion orsakad av interaktionen mellan kiseldioxid och cementalkalier. [3]
Idag finns flera huvudmetoder för att lösa problemet med att bromsa eller helt stoppa betongens nedbrytning orsakad av interaktionen mellan reaktiva fyllmedel och cementalkali och/eller kemiska tillsatser med olika kemiska sammansättningar: att minska interna spänningar och öka betongens hållfasthet mot interna spänningar som uppstår vid bildningen av produkter från interaktionen mellan silikater och alkali. För att minska interna spänningar vidtas åtgärder som att minska volymen av korrosionsprodukter. För detta ändamål reduceras alkaliinnehållet i betongen – genom att begränsa alkaliinnehållet i cement, minska cementåtgången, begränsa mängden tillsatser och/eller fyllmedel som innehåller alkali, samt genom att tillsätta tillsatser som hindrar gelbildning. Man vidtar också åtgärder för att begränsa penetrationen av alkali från omgivningen i betongen, genom att använda betong med låg permeabilitet och skyddande, hydrofobiserande beläggningar och impregnering. En annan metod för att minska interna spänningar är att jämnt distribuera gelen över betongens volym genom att tillsätta finfördelade mineraliska tillsatser som reagerar med alkali. En metod för att minska interna spänningar är att skapa förhållanden som möjliggör gelens rörelse, genom att tillsätta mineraliska tillsatser som minskar mängden kalciumhydroxid och därmed minskar risken för kalciumsilikatbildning i gelvolymen, vilket minskar gelens viskositet. Även luftinblåsande och mikrogasbildande tillsatser kan användas för att skapa en reservporositet. En viktig metod för att skydda betongen mot ASR är att öka dess hållfasthet genom att tillsätta metallisk och icke-metallisk fiber i betongen, vilket förbättrar dess draghållfasthet. För att förbättra betongens motståndskraft mot ASR är det också viktigt att begränsa betongens expansion genom extern armering, vilket skapar starka skal som kan motstå betongens expansion. Studier av mekanismen för interna korrosionsprocesser orsakade av ASR kräver fortsatt forskning.
LITTERATUR
Stanton T.E. Expansion of concrete through reaction between cement and aggregate. - Proc. Amer. Soc. Civil Engineers, vol. 66, №10, Dec. 1940, pp. 1781-1811.
Rosenthal A.N., Lyubarskaya G.V. Korrosion av betong vid interaktion mellan alkali och kiseldioxid i fyllmedlet // Betong och armerad betong. №1, 2012, s. 50-60.
Chatterji S. The role of Ca(OH)2 in the breakdown of Portland cement concrete due to alkali-silica reaction // Cement and Concrete Research. - 1979.-V.9. - №2, pp. 185-188.
Brykov A.S. Alkali-silikatreaktioner och betongkorrosion: lärobok / A.S. Brykov. - St. Petersburg: SPbGTI (TU), 2009.
Deutsch
Francais
Nederlands
Svenska
Norsk
Dansk
Suomi
Espanol
Italiano
Portugues
Magyar
Polski
Cestina
Русский