Многочисленными исследованиями причин, механизма, а также способов предотвращения отрицательного воздействия на бетон сульфатов установлено, что портландцемент общего назначения не отличается необходимой стойкостью к указанному воздействию.

Установлено, что отрицательному воздействию сульфатов подвержены трехкальциевый алюминат (С₃А) и гидроксид кальция (СН), являющиеся компонентами портландцемента. Сульфат-ионы, присутствующие в различных средах, например, в грунтовых водах, проникают в бетон и взаимодействуют с С₃А или моносульфатом (С₄АSН₁₂) с образованием эттрингита (С₆АS₃Н₃₂), на долю которого приходится более 55 % в объеме цементного камня. В результате образования эттрингита в цементном камне развиваются внутренние напряжения, что приводит к возникновению в нем трещин. Таким образом, воздействие сульфатов приводит к потере прочности бетона, увеличению его объема, образованию в нем трещин и разрушению.

Отрицательное воздействие сульфатов на свойства бетона может быть минимизировано путем снижения его проницаемости за счет снижения В/В, а также за счет применения некоторых дополнительных материалов (добавок), в том числе микрокремнезема и золы-унос.

Специалистами Канады изучена сульфатостойкость строительных растворов, содержащих высококальциевую и низкокальциевую золу-унос, в составе которых использовалась смесь золы-унос и гипса, а также микрокремнезем. Химический состав применявшихся при проведении исследований портландцемента общего назначения (с содержанием С₃А=10,3 %), золы-унос трех типов, шлака и микрокремнезема приведен в таблице 1.

Таблица 1

При проведении экспериментов из растворов на основе портландцемента в сочетании с рассматриваемыми добавками были изготовлены образцы. Все добавки водились в портландцемент в процессе перемешивания растворов. Гипс вводился в растворы вместе с другими компонентами или предварительно в течение 1 ч перемешивался с золой-унос (для улучшения контакта между ними).

Количество вводимых в растворы добавок составляло, % по массе портландцемента: микрокремнезем – 3 и 5; зола-унос F, СН₁ и СН₂ – 20 и 40; шлак – 20, 30 и 40; микрокремнезем/зола-унос СН₁ – 3/20 и 5/20; зола-унос СН₁ или СН₂ – 20+оптимальное количество гипса.

В возрасте 6 мес, 1; 1,5; 2; 2,5 и года определялось увеличение объема образцов из раствора с добавками. Результаты замеров приведены в таблице 2.

Таблица 2

Примечание. *В образцах появились трещины, но они не разрушились.
**Нет необходимых результатов испытаний.

Как следует из приведенных в таблице 2 данных, сульфатостойкость растворов возрастала с увеличением содержания в них добавок. Однако в ряде случаев применение добавок не давало ожидаемого эффекта. В частности, образцы из растворов, содержавших 20 и 40 % золы-унос СН1, разрушались до истечения 6 мес испытаний. Но образцы с золой-унос СН2 разрушались после 1,5 и 2 лет испытаний. Хорошие результаты дали также испытания образцов из растворов, содержавших 40 % низкокальциевой золы-унос F.

Низкая сульфатостойкость высококальциевой золы-унос обусловлена содержанием в ней стекловидного глинозема. Однако ее сульфатостойкость может быть повышена за счет ее применения в сочетании с оптимальным количеством гипса. Применение портландцемента общего назначения с добавкой такой смеси дает возможность получать растворы, сульфатостойкость которых в возрасте 1 года близка или выше, чем умеренно сульфатостойкого цемента.

Установлено также, что применение высококальциевой золы-унос в сочетании с микрокремнеземом существенно повышало сульфатостойкость растворов. В частности, образцы из растворов с такой добавкой в течение 3 лет выдерживали воздействие сульфатных растворов. При этом отмечалось, что образцы из растворов с указанной добавкой характеризовались повышенной сульфатостойкостью по сравнению с обарзцами из растворов, содержавших в качестве добавки смесь золы-унос и гипса.

Выявлено, что образцы из растворов. содержавших рассмотренные добавки, отличались пониженным содержанием гидроксида кальция по сравнению с образцами из бездобавочных растворов. Таким образом, потребление кальция является одним из механизмов, за счет которых добавки придают сульфатостойкость растворам или бетонам.

Shehata M.H., Adhikari G., Radomski Sh. Long-term durability of blended cement against sulfate attack//ACI Materials Journal. – 2008. – Vol. 105. - № 6. – P. 594-602, il., tabl. – Bibliogr.: 33 ref. (англ.).

C текущей ситуацией и прогнозом развития российского рынка цемента можно познакомиться в отчетах Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков  «Рынок цемента в России».

В.А. Беренфельд