Сульфатное воздействие на цемент, раствор и бетон.
Цемент в основном состоит из двух минералов: силиката кальция (C3S) и силиката кальция (C2S). [1] При гидратации основными продуктами реакции являются гели силиката кальция (CSH) и гидроксид кальция Ca (OH) 2, обозначаемый как CH в обозначениях химии цемента. Для этой реакции необходима влага, которая может вызвать серьезные структурные повреждения стен и стеновых плит в зданиях.
Сульфатные атаки обычно случаются с плитами первого этажа. Эта проблема обычно влияет на свойства 1950-х и 1960-х годов, но может влиять на более ранние конструкции, где была установлена бетонная плита перекрытия. [2] Они возникают, когда заполняющий материал под плитой содержит сульфаты, которые растворяются почвенной влагой, которая затем мигрирует в бетон, который образует плиту перекрытия.
Атаки могут исходить от солей MgSO4, NaSO4 и других солей, содержащих ионы SO3-. При взаимодействии ионов Ca2 + с SO4, присутствующим в растворе, образуется CaSO4 или гипс. Влияние гипса на гель CSH, который является основным компонентом затвердевшего цемента, является дискуссионной темой. [3] Другие компоненты, присутствующие в цементе, такие как трикальциевый алюминат, также взаимодействуют с сульфат-ионами. Эта реакция должным образом описана в литературе.
Они могут быть «внешними» или «внутренними».
Внешняя атака
Это более распространенный тип, который обычно возникает, когда вода, содержащая растворенный сульфат, проникает в бетон. Проникающие в бетон сульфат-ионы реагируют с CH с образованием гипса [3]
ŜH + CH → CSH 2 (обозначение химика цемента)
C 3 A + 3CŜH 2 + 26H → C 3 A.3CŜ.H 32
алюминат трикальция + гипс → эттрингит
при уменьшении концентрации сульфат-ионов эттрингит распадается на моносульфаты.
2C 3 A + C 3 A.3CŜ.H 32 → 3C 3 A.3CŜ.H 12
Когда он вступает в реакцию с бетоном, плита расширяется, поднимается, деформируется и растрескивается, а также оказывает давление на окружающие стены, что может означать смещение конструкции, значительно ослабляющее бетон.
Основные материалы для заполнения сплошного пола, вызывающие сульфатную атаку: [2]
- Красный ясень (сланец)
- Черный ясень
- шлак
- Серая летучая зола
- Могут использоваться другие промышленные материалы и строительный мусор, что представляет потенциальную проблему.
Эти материалы широко использовались на северо-западе Англии, поскольку они были широко доступны и практически не поступали из таких источников, как угольные шахты, сталелитейные заводы, литейные заводы и электростанции. [2]
Внутренняя атака
Эта форма возникает, когда источником сульфатов является избыток гипса. Гипс, присутствующий в бетоне, реагирует с моносульфатами с образованием эттрингита.
C 3 A.3CŜ.H 12 + 2CSH 2 + 16H → C 3 A.3CŜ.H 32
В полированных шлифах часто можно увидеть довольно четко выраженный фронт реакции; перед фасадом бетон нормальный или почти нормальный. За фронтом реакции состав и микроструктура бетона изменится. Эти изменения могут различаться по типу или серьезности, но обычно включают:
- Обширное растрескивание
- Расширение
- Нарушение связи между цементным тестом и заполнителем
- Изменение состава пасты с переходом моносульфатной фазы в эттрингит и, на более поздних стадиях, образованием гипса. Необходимый дополнительный кальций обеспечивается гидроксидом кальция и гидратом силиката кальция в цементном тесте.
Эффект от этих изменений - общая потеря прочности бетона.
Вышеуказанные эффекты типичны при атаке растворами сульфата натрия или сульфата калия. Растворы, содержащие сульфат магния, обычно более агрессивны при той же концентрации. Это связано с тем, что магний также принимает участие в реакциях, замещая кальций в твердых фазах с образованием брусита (гидроксида магния) и гидратов силиката магния. Вытесненный кальций осаждается в основном в виде гипса.
Другие источники сульфата, которые могут вызвать сульфатную атаку, включают:
- Морская вода
- Окисление сульфидных минералов в глине, прилегающей к бетону - это может привести к образованию серной кислоты, которая вступает в реакцию с бетоном.
- Бактериальное действие в канализации - анаэробные бактерии производят диоксид серы, который растворяется в воде, а затем окисляется с образованием серной кислоты.
- В кирпичной кладке сульфаты присутствуют в кирпичах и могут постепенно высвобождаться в течение длительного периода времени, вызывая сульфатное повреждение раствора, особенно там, где сульфаты концентрируются из-за движения влаги. [4]
Как это определяется
Сульфатные атаки выявляются с помощью корректирующего обследования, но их часто можно упустить из виду при проведении обследования сырости, поскольку они могут рассматриваться как структурная, а не проблема сырости, но именно влага вызывает реакцию. [2]
Первоначально будет достаточно визуального осмотра и выравнивания собственности, чтобы определить наличие сульфатов. Чтобы определить тип и глубину заполнения, необходимо использовать пробные отверстия.
Если в конструкции основания пола присутствует вода, возможно, потребуется проинструктировать инженера-строителя в зависимости от уровня повреждений или подвижности стен. [2]
Какие корректирующие действия можно предпринять?
Действия зависят от того, насколько серьезна атака и насколько высок будущий риск. Иногда проверки связаны с ипотекой, поэтому это также может зависеть от степени уверенности, необходимой для кредитора.
Если требуется ремонт для уровня повреждения, плита должна быть выломана и удалена, откос не должен использоваться в качестве твердого материала под заменяющую плиту. [2]
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Lea, FM; Хьюлетт, ПК (1998). Леа химия цемента и бетона (4-е изд.). Лондон: Арнольд. ISBN 0340565896. OCLC 38879581 .
- ^ а б в г д е Доусон, Адриан. «Сертифицированные геодезисты» . Олимпийское строительство . Проверено 7 октября 2019 .
- ^ а б Тиан, Бинг; Коэн, Менаши Д. (январь 2000 г.). «Приводит ли образование гипса при сульфатном воздействии на бетон к расширению?». Цемент и бетонные исследования . 30 (1): 117–123. DOI : 10.1016 / S0008-8846 (99) 00211-2 .
- ^ «Сульфатная атака в бетоне» . Understanding-cement.com . Проверено 3 марта 2015 .