Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Особенности коррозии и защита арматуры в железобе тонных конструкциях . 7
1.1. Анализ причин снижения первоначальной пассивности стали в бетоне 7
1.2. Роль пористых заполнителей в обеспечении пассивности стали в легких бетонах 27
1.3. Опыт исследования и применения зол и шлаков ТЭС в бетонах 37
1.4. Цель и задачи исследований 46
Глава 2. Влияние пористого заполнителя на сохранность арматуры в легком бетоне 53
2.1. Влияние физико-химических свойств пористого заполнителя на пассивирующее действие бетона по отношению к стальной арматуре 53
2.2. Влияние некоторых физических характеристик зерна пористого заполнителя на проницаемость легкого бетона 73
2.3. Исследование влияния ингибитора коррозии стали на кинетику процесса пассивации на границе металл-бетон. 92 Выводы по главе 2 -102
Глава 3. Влияние смешанных вяжущих на коррозию стальной арматуры 104
3.1. Характеристика использованных материалов 108
3.2. Смешанное вяжущее с пониженным содержанием клинкерного фонда как коррозионная среда для арматурной стали 117
3.3. Влияние золы и золошлаковых смесей на коррозию арматуры 140
3.3.1. Выбор режима ускоренных испытаний и критериев оценки коррозионного состояния стали в бетоне с использованием золы и золошлаковых смесей 142
3.3.2. Выявление ведущих факторов коррозии арматуры в бетонах на золе и золошлаковых смесях 162
3.3.3. Влияние содержания сернистых соединений в золе на
состояние арматуры в золобетоне 173
Выводы по главе 3 176
Выводы по главе 5 237
Общие выводы 238
Список использованной литературы 243
- Анализ причин снижения первоначальной пассивности стали в бетоне
- Роль пористых заполнителей в обеспечении пассивности стали в легких бетонах
- Влияние физико-химических свойств пористого заполнителя на пассивирующее действие бетона по отношению к стальной арматуре
- Характеристика использованных материалов
Введение к работе
Защита строительных конструкций от коррозии является важнейшей проблемой, решение которой направлено на увеличение срока службы конструкций зданий и сооружений различного назначения.
Начатые В.М. Москвиным работы в 30-е годы 20-го столетия неразрывно связаны с исследованиями и созданием бетонов стойких в экстремальных условиях. Им показаны возможности создания коррозионно-стойких бетонов, созданы наука о коррозии бетона и школа коррозионистов, продолжающая и развивающая начатые им работы.
Защита от коррозии является важнейшей мировой проблемой, т.к. по разным статистическим оценкам от 15 до 75% конструкций подвергаются воздействию агрессивных сред и около 30% из них требуется защита. Кроме того, по различным экспертным оценкам от 5 до 10% строительных конструкций ежегодно выходят из строя.
Вопросы качества и долговечности строительных конструкций как в техническом, там и в экономическом аспекте привлекают все большее внимание строителей. Очевидно, что во многих случаях экономически оправдано увеличение первоначальных затрат на изготовление конструкций и их надежную защиту, если это позволяет сократить число и стоимость ремонтов в процессе эксплуатации. В особенности это относится к железобетонным конструкциям из легких бетонов на различных минеральных вяжущих, в которых стальная арматура может быть хорошо защищена легким бетоном, а последнему можно придать значительную стойкость к воздействию среды.
Бетоны на пористых заполнителях в конструкциях зданий и сооружений отвечают задачам технического прогресса в строительстве, снижая материалоемкость, стоимость и трудоемкость, а, также способствуя улучшению теплотехнических свойств наружных ограждений, что ведет к существенной экономии топливно-энергетических ресурсов.
Многочисленными исследованиями в области технологии легких бетонов показано, что бетоны на пористых заполнителях по ряду важных техни ческих свойств (водонепроницаемость, морозостойкость, трещиностойкость,
коррозионная стойкость и др.) не уступают тяжелым бетонам. Однако, долговечность армированных конструкций из легких бетонов, также как и из тяжелых бетонов зависит не только от стойкости самого бетона, но и от его способности длительно защищать стальную арматуру от коррозии. В практике строительства не редки случаи, когда железобетонные конструкции выходят из строя вследствие коррозии арматуры, как из-за уменьшения ее сечения, так и в результате разрушения защитного слоя бетона давлением продуктов коррозии стали.
В настоящей работе излагаются результаты экспериментальных и теоретических исследований, проведенных автором в течение 35 лет, и обобщаются данные, полученные другими исследователями в области коррозии и защиты арматуры железобетонных конструкций.
На основании электрохимической теории коррозии металлов рассмотрены условия пассивности стали в бетонах с пониженным содержанием клинкерного фонда, к которым могут быть отнесены легкие бетоны на искусственных и природных пористых заполнителях, а также на базе отходов промышленности. Разобран механизм защитного действия легких бетонов и установлены причины коррозии стальной арматуры в них.
Исследованы основные факторы, влияющие на состояние арматуры в легких бетонах: особенности окружающей среды (среды эксплуатации конструкций), строение легкого бетона и толщина защитного слоя, вид крупных и мелких гидравлически активных пористых заполнителей, вид и состав цементов с минеральными добавками, различные ингибиторы коррозии, вводимые в легкобетонную смесь. Выявлены ведущие факторы коррозии арматуры в таких бетонах и установлено оптимальное соотношение цемента и минеральной добавки, включая золу, из условия обеспечения длительной сохранности арматуры и рациональной области применения конструкций.
Разработаны теоретические основы повышения защитных свойств легких бетонов по отношению к стальной арматуре.
Изложены включенные в последние годы в нормы проектирования практические рекомендации по выбору видов конструкций и формования, назначению толщины защитного слоя и плотности бетона. Сформулированы основные требования к технологии изготовления железобетонных конструкций из легких бетонов, обеспечивающие сохранность арматуры в них.
Анализ причин снижения первоначальной пассивности стали в бетоне
Многолетний опыт применения железобетона и наблюдение за состоянием конструкций из него позволяют справедливо считать, что железобетонные конструкции являются долговечным строительным материалом при соблюдении мероприятий, направленных на обеспечение их длительной и безремонтной эксплуатации.
Причиной повреждения железобетонных конструкций в условиях практически неагрессивной или слабо агрессивной среды чаще всего является коррозия арматуры.
Поэтому эффективная и безаварийная эксплуатация железобетонных конструкций в ряде сред может быть достигнута не увеличением стойкости железобетона, а повышением его способности длительно защищать армату РУ Однако при современном состоянии развития железобетона длительная защита арматуры в ряде случаев не может быть обеспечена. В связи с этим необходимо иметь представление об основных особенностях коррозионного поведения арматуры, чтобы оценить реальную опасность в процессе эксплуатации конструкций.
Из числа важнейших технических металлов (железо, алюминий, титан, цинк, хром, кадмий) железо - наименее стоек к коррозии в природных условиях. В кислотах-окислителях (HNO3, Н3РО4 и т.п.) железо пассивируется, так же как в щелочах при обычной температуре. На последнем свойстве и основана способность плотных цементных бетонов защищать от коррозии стальную арматуру [8,131].
Коррозия железа в нейтральных и щелочных растворах происходит с участием растворенного кислорода (коррозия с кислородной деполяризацией). Первичный продукт коррозии - гидроокись железа на воздухе неустой 8 чива и окисляется до гидроокиси РегОз-НгО. При избытке кислорода получается а-модификация (парамагнитная); при недостатке кислорода или во влажном воздухе - у-модификация, имеющая цвет от черного до темно-зеленого, что связано с присутствием соединений двух- и трехвалентного железа. Объем продуктов коррозии стали, откладывающихся у ее поверхности, превышает объем растворенного металла в 2-2,5 раза (в зависимости от условий образования), что вызывает появление трещин в защитном слое бетона.
Коррозионное разрушение стали может проявляться в виде сплошной (общей) коррозии, которая охватывает всю поверхность металла и бывает равномерной или неравномерной по глубине, или местной коррозии, поражающей лишь отдельные участки поверхности металла (пятна, язвы, коррозионные трещины) [227].
Коррозионную стойкость металла в соответствии с ГОСТ характери-зуют показателями потерь по массе [г/(м -ч)] или по глубине поражения (мм/год). Для арматуры железобетонных конструкций эти показатели, как правило, неприемлемы по двум причинам: во-первых, длительное развитие коррозии арматуры даже с малой скоростью приводит к растрескиванию защитного слоя бетона под давлением растущего слоя ржавчины; во-вторых, высокопрочная напрягаемая арматура может хрупко разрушаться под напряжением. В первом случае конструкция теряет часть несущей способности, а ее ремонт трудоемок и обычно малоэффективен в связи с тем, что практически невозможно полностью удалить ржавчину с арматуры перед восстановлением защитного слоя, во втором - происходит внезапное обрушение конструкции.
Развитие теории коррозии и защиты арматуры в железобетонных конструкциях получило в работах Москвина В.М., Алексеева С.Н., Артамонова B.C., Бабушкина В.И., Иванова Ф.М., Полака А.Ф., Розенталя Н.К. и др. [7,8,9,26,30,32,87,90,131,134,148,149,174,175,176]. Из зарубежных известны работы Кишитани, Шалон, Штельцеля и др. [257,258,260,264,265]. К этому направлению примыкают многочисленные исследования химических добавок (Ратинов В.Б., Батраков В.Г., Довжик В.Г., Комиссаренко Б.С., Ойт Л.В. и др.), используемых для регулирования свойств бетонов, в том числе ингибиторов коррозии стали в бетоне [37,76,93,95,100,141,149,150,151]. Скорость коррозии стали в бетоне зависит от степени агрессивности воды - среды, которая для этого случая может оцениваться рН, и содержанием кислорода (рис. 1.1). Отсутствие коррозии стали в бетоне объясняется ее пассивностью в щелочной среде бетона.
Термодинамическая возможность коррозии стали в бетоне наглядно определяется с помощью диафаммы Пурбэ (рис. 1.2), которая отражает влияние водородного показателя рН среды и потенциала на электрохимическое состояние стали [29].
В область II попадают очень многие практические случаи устойчивости стали в условиях, когда термодинамически они вполне реакционноспособны, но кинетически резко заторможен анодный процесс растворения (ионизации) железа. Классические примеры: устойчивость стали в крепкой азотной кислоте, алюминия и магния в воздухе и воде.
Ионный состав электролита существенно влияет на положение фаниц между областями на диафамме «потенциал-рН». Влияние состава и концентрации солей на коррозию стали в жидких средах достаточно хорошо изучено и проявляется через воздействие на формирование или разрушение защитных пленок на поверхности металла и изменение электропроводности растворов [130,131].
Роль пористых заполнителей в обеспечении пассивности стали в легких бетонах
Долговечность армированных конструкций из легких бетонов, так же как и из тяжелых, определяется коррозионной стойкостью бетона и его способностью защищать арматуру. Способность легких бетонов защищать арматуру исследовалась многократно [ 11,20,100,101,197,198,209,223,254].
В 1938г. Москвиным В.М. было установлено, что для предохранения арматуры от коррозии в железобетоне расход цемента должен составлять 220-250 кг/м3 [130]. В 1936г. Симонов М.З. при обследовании ряда жилых и общественных зданий в г. Тбилиси констатировал, что состояние арматуры в легком и тяжелом бетоне не различаются, с его участием в 1937 г. была выпущена работа по проектированию и возведению конструкций и сооружений из легкого железобетона, где допускалось содержание 150 кг портландцемента на 1 м3 бетона при условии суммарного содержания пылевидных частиц и портландцемента 250 кг/м3. Более поздними работами Нерсесяна Н.Г. [139] показано, что после годичных коррозионных испытаний арматуры в бетоне на арктическом туфе в условиях атмосферы коррозия не наблюдалась при расходе цемента не менее 250 кг/м3; им же проведенные испытания в бетоне на литоидной пемзе показали, что арматура не корродирует при расходе цемента 175 кг/м , при этом сумма массы цемента и пылевидных частиц составляла 280 кг/м3.
Пористый заполнитель придает легким бетонам повышенную, по сравнению с тяжелыми, проницаемость. По данным Саввиной [186], плотный керамзитобетон на кварцевом песке с В/Ц=0,4 имеет коэффициент газопроницаемости при давлении 1атм, примерно в 10 раз больше, чем бетон с заполнителем из гранита при В/Ц=0,45. Конструктивно-теплоизоляционные бетоны еще более проницаемы, вследствие повышенной пористости растворной части и межзерновой пустотности. При крупнопористой структуре арматура местами покрыта лишь тонкой пленкой цементного теста, а участки ее поверхности, лишенные контакта с цементным камнем, активны.
В результате связывания в процессе твердения извести мелким заполнителем и молотыми добавками, обладающими гидравлической активностью, возможно понижение рН жидкой фазы. Наиболее полно связывание проходит при автоклавном твердении, что подтверждается многочисленными результатами определения рН автоклавных ячеистых бетонов, приведенными в монографии автора [7].
Согласно зарубежным нормам практически для всех конструкций из легкого бетона требуется увеличение толщины защитного слоя до арматуры на 10-15 мм, а при эксплуатации в агрессивных средах - защита арматуры специальными покрытиями.
В монографии Алексеева С.Н. и Якуб И.А. [254] отмечается недостаточная изученность вопросов коррозии арматуры в легком бетоне и рекомендуется ограничивать их применение неагрессивными условиями эксплуатации. В дальнейшем в книге Алексеева С.Н., Иванова Ф.М., Модры С. и Ши-селя П. [18], останавливаясь на вопросах коррозии арматуры в легком бетоне, Шисель П. констатирует, что щелочность жидкой фазы легкого бетона понижается быстрее, чем тяжелого, связывая это с проницаемостью зерна по 29 ристого заполнителя. Однако необходимо отметить, что автор рассматривает только крупнопористые легкие бетоны, а также ячеистые, газо- и пенобетоны и считает необходимым защищать арматуру в них специальными покрытиями. В работах Скрамтаева Б.Г., Симонова М.З., Виноградова Б.Н., Ларионовой З.М. [57,105,108,197,199,201] и др. изучались вопросы влияния пористых песков на физико-механические свойства легких бетонов. Авторы отмечали упрочнение контактных зон заполнителя с цементом за счет способности пористых песков реагировать с гидроксидом кальция, т.е. проявлять свойство так называемой «гидравлической активности», что дает возможность снижения (за счет этого явления) расхода цемента на 10-15% при сохранении марочной прочности бетона [57,108].
В отечественной нормативной литературе до 1975 года предусматривалась защита арматуры от коррозии специальными покрытиями в конструкционно-теплоизоляционных легких бетонах, ограничивалась область применения ограждающих и несущих конструкций из легких бетонов сухим режимом эксплуатации (ф 60%). При более высокой влажности среды требовалась поверхностная (вторичная) защита бетона конструкций.
В литературе неоднократно отмечалось взаимодействие гидроксида кальция с пористыми песками в результате проявления ими гидравлической активности, особенно в процессе термообработки.
Поповым Н.А. и Красновой Т.В. [155] рассматривалось взаимодействие керамзитового гравия и песка с гидратом окиси кальция и было высказано предположение что взаимодействие между ними протекает по реакции: Ah03 + 2Si02 + 3,5CaO +1Ш2О = = 1,5 CaOSi02 п Н2 О + 2 СаОА12 Оз Si02 Н2 О
При повышении температуры характер взаимодействия меняется, и конечным продуктом являются гидрогранаты ряда трехкальциевого алюмината: ЗСаО -АЬОз тЗЮтНгО Влияние гидравлической активности различных пористых песков на физико-механические свойства бетона рассматриваются в работах Скрамтаева Б.Г., Якуб И.А. [202]. Наибольший прирост прочности бетона получен ими при добавке шлаковой, керамзитовой и перлитовой пыли, что позволяет при термообработке снизить расход цемента на 10%. Нудельман Б.И. и Смирнова А.А. [140] исследовали изменение свойств искусственных пористых заполнителей в процессе твердения легкого бетона. Упрочнение зон контакта заполнителя с цементным камнем авторы объясняют образованием гидросиликатов и гидроалюминатов кальция в процессе взаимодействия Са(ОН)2 с активным Si02 и А120з, присутствующими в заполнителе. После выдерживания заполнителей в насыщенном растворе Са(ОН)2 при температуре 99 и 174С значительно возрастает их прочность при сжатии, а водопоглощение и газопроницаемость снижается почти в 3 раза.
Курасовой Л.П. и Ларионовой З.М. [105,108] обнаружена высокая степень гидратации цементов в присутствии пористых песков. Одновременно отмечается плотная микроструктура цементного камня и прочные контакты между ним и керамзитовыми частицами при добавке керамзитовой пыли до 20% от массы цемента. При увеличении содержания ее до 50% структура цементного камня становится рыхлой, а контактные связи - ослабленными.
Положительное влияние пористых заполнителей на прочностные свойства легких бетонов отмечается в работах Хитрова, Хохрина, Виноградова и др. [57,223,241]. Авторы считают, что «контактная зона» в легких бетонах является важнейшим структурным элементом, определяющим их прочность и стойкость. А процессы взаимодействия керамзита с продуктами гидролиза и гидратации цемента приводят к уплотнению цементного камня бетона, снижают его проницаемость и повышают стойкость бетона в жидких агрессивных средах.
Влияние физико-химических свойств пористого заполнителя на пассивирующее действие бетона по отношению к стальной арматуре
Основываясь на электрохимической теории коррозии металла и механизме коррозии стали в бетоне, сохранность арматуры в бетоне будет обеспечиваться щелочной средой жидкой фазы бетона (рН 11,8) и длительностью ее сохранности. Первоначальная пассивность стали в легком бетоне на портландцементе, как правило, всегда обеспечена, т.к. рН жидкой фазы такого бетона находится в интервале 12,1-5-13,0. Однако, учитывая возможное снижение рН жидкой фазы легкого бетона уже в процессе его твердения, нами были проведены исследования влияния заполнителей с различными физико-химическими свойствами на кинетику связывания гидроксида кальция. Были исследованы 2 группы заполнителей: искусственные и природные. В группе искусственных заполнителей были рассмотрены заполнители с закрытой и открытой пористостью (гравий и щебень).
Выбор заполнителей основывался на различии в химическом составе заполнителей, а именно, на содержании активных Si02 и А12Оз, а также водо-поглощении зерен заполнителя. Основные свойства крупного и мелкого пористых заполнителей приведены в табл. 2.1 и 2.2
Для определения способности пористого заполнителя связывать гидро I ксид кальция нами была разработана ускоренная методика, приближающая условия исследования к условиям твердения бетона.
Наименование заполнителя Фракция, мм Марка понасыпнойплотности,кг/м3 Прочностьпри сжатии вцилиндре,МПа Водопоглощение, % по массе Межзерноваяпустотность,% 1. Керамзит бескудниковский 5-Ю 10-20 600 500 2,40 2,03 17,2 18,0 41,9 43,3 2. КерамзитНИКОЛЬСКИЙ 5-Ю 10-20 700 700 7,30 5,10 8,0 9,5 39,2 42,0 3. Шлаковая пемза 5-Ю 10-20 800 700 1,29 1,19 15,6 12,3 49,9 51,2 4. Вулканический туф 5-Ю 10-20 1000 1100 2,50 2,70 10,3 13,1 48,5 47,8 5. Вулканический шлак 5-Ю 10-20 400 400 0,75 0,76 27,3 27,6 5354 6. Шунгизит 5-Ю 10-20 500 500 1,20 1,17 18,3 19,6 43,7 47,5 7. Зольный гравий (безобжиговый) 5-20 1000 5,62 9-12 39,0 водопоглощение после термообработки гранул. Таблица 2.2 Химический состав пористых песков Наименованиематериала п.п.п. Si02 Fe203 AI2O3 CaO MgO S03 к2о +Na20 1. Керамзитовый гравий Н 0,47 63,68 7,62 17,96 1,53 3,00 0,08 5,19 2. Керамзитовый гравий Б 4,80 71,00 4,70 13,50 1,00 1,60 — — 3. Шлаковая пемза 0,45 37,3 0,31 8,40 38,98 10,35 0,90 1,40 4. Шунгизитовый гравий 0,75 51,72 16,76 16,54 4,26 5,36 0,25 3,80 5. Вулканический шлак 1,68 57,55 7,47 17,40 5,85 2,78 следы 6,23 6. Вулканический туф 2,43 63,25 4,69 17,43 3,62 1,54 0,46 6,90 7.
Количество СаО, связанное 1 г пористого заполнителя (керамзит, шлаковая пемза, вулканический туф) в относительной величине. В исследованиях использованы среднеалюминатный бездобавочный портландцемент различных заводов. Минералогический состав исходного клинкера в %: C3S - 62; C2S - 17; С3А - 6; C4AF - 12.
Анализ полученных результатов позволяет констатировать, что практически все пористые заполнители обладают способностью связывать оксид кальция. Способность вступать в химическое взаимодействие увеличивается в зависимости от суммарного содержания Si02 и А12Оз и снижается с увеличением крупности заполнителя, что объясняется малой удельной поверхностью взаимодействия крупных фракций по сравнению с мелкими фракциями и большим содержанием активных составляющих в пористом песке.
Роль крупных фракций пористого заполнителя при взаимодействии с оксидом кальция незначительна и не может оказывать существенного влияния на снижение рН жидкой фазы бетона в объеме цементного камня.
Для подтверждения данного положения нами были выполнены измерения величины водородного показателя на контакте с крупным пористым заполнителем с помощью специально заделанных в бетоне стеклянных электродов. Измерения проводили на образцах, насыщенных в воде после пропарки, в течение 6 мес. Результаты, приведенные в табл. 2.3, подтвердили высказанное положение, т.к. рН жидкой фазы цементного камня на контакте с зернами заполнителя не снижается ниже 12, что достаточно для пассивации стали.
Таблица 2. № п/п Вид заполнителя Изменение рН во времени в цементном камне на контакте с заполнителем, мес 2 3 4 5 6 1 Керамзит 13,0/12,5 13,0/12,5 12,9/12,5 13,0/12,6 12,8/12,5 12,8/12,5 2 Шлаковая пемза 13,1/12,6 12,0/12,5 12,8/12,4 13,0/12,7 12,7/12,4 12,7/12,4 3 Шунгизит 12,9/12,5 12,8/12,5 12,7/12,4 12,9/12,5 12,7/12,3 12,7/12,4 4 Вулканический туф 12,8/12,5 12,9/12,4 12,7/12,5 12,8/12,4 12,7/12,3 12,6/12,2 5 Вулканический шлак 13,0/12,6 12,8/12,3 12,8/12,4 12,8/12,4 12,6/12,1 12,5/12,0 6 Зольный гравий 12,8/12,5 12,7/12,3 12,8/12,4 12,7/12,3 12,6/12,1 12,5/12,0 Учитывая, что наибольшей способностью связывать гидроксид кальция обладает пористый песок фракций от 0 до 5, особенно его пылевидная фракция, дальнейшие исследования проводили на цементном камне с добавкой пылевидной фракции пористых песков (крупностью 0,15 мм), в качестве эталонного песка был взят кварцевый. Пылевидные фракции вводились в количестве 5, 10, 15, 20 и 30% от массы цемента, водовяжущее отношение принималось 0,5.
Одна часть образцов подвергалась термообработке по режиму 2+8+естественное остывание при температуре 85С, после термообработки образцы хранились в эксикаторе с относительной влажностью 75%. Другая часть образцов твердела в нормальных условиях. О кинетике связывания оксида кальция активным кремнеземом судили по содержанию «свободной» окиси кальция в водной вытяжке из цементного камня.
Содержание СаО определяли этиленгликолевым методом в образцах сразу после их термообработки и в образцах нормального твердения на 14 сутки. Последующие определения проводили через 28, 90 и 360 суток воздушно-влажного хранения.
Статистически обработанные экспериментальные данные с достоверностью 0,95 позволили очертить область расположения линий изменения содержания СаО в вытяжках из цементного камня с добавкой пылевидной составляющей исследуемых пористых песков при нормальном твердении образцов и гидротермальной обработки (рис. 2.2 и 2.3).
Характеристика использованных материалов
Выбор неклинкерных компонентов для смешанных вяжущих проводили на основе анализа литературных данных, который показывает, что в настоящее время наиболее широко в их составе применяются кварцевый песок и различные золы [26,32,71,81,213]. Кроме того, выбор этих материалов был предопределен задачами исследования: отбирались гидравлически активная и инертная добавки.
Кварцевые пески применялись с Люберецкого и Сычевского карьеров. Так как свойства смешанных вяжущих зависят как от свойств неклинкерного компонента, так и от свойств клинкерной составляющей, то выбор клинкерной составляющей осуществлялся с учетом ее активности, минерального и химического состава. Химический состав применяемых цементов и минералогический состав исходных клинкеров приведены в табл. 3.2. В целом, выбранные цементы по своим показателям находятся в интервалах наиболее применяемых цементов в нашей стране.
На основе указанных цементов путем совместного помола были получены смешанные вяжущие, различающиеся химическим, фазовым, вещественным составом, а также наличием в составе готового вяжущего суперпластификатора (табл. 3.3).
Основной объем экспериментов проводился на цементе Белгородского завода и смешанных вяжущих ТМЦВ-50 с песком и золой, а также на ВНВ-50 и ВНВ-30 с песком. На рис. 3.1 и 3.2 представлены рентгенограммы этих вяжущих. Анализ рентгенограмм и микроскопические исследования показывают, что в ТМЦВ-50 с песком основной фазой является кварц. Из клинкерных минералов присутствуют алит - C3S, белит - C2S, браунмиллерит -C4AF. Дифракционные линии СзА отсутствуют и, учитывая повышенный фон рентгенограмм, следует полагать, что СзА содержится в стекло фазе. Кроме этого, в пробе содержится кальцит СаСОз. Средний размер зерен: песка 35-50 мкм, клинкера 20-30 мкм.
Фазовый состав ТМЦВ-50 с золой представлен C3S, C2S, C4AF. С3А не обнаружена, по-видимому, из-за разбавления цемента золой. Присутствуют несколько алюмосиликатных фаз: муллит - 3Al203-2Si02, силлиманит -Al203-Si02, кианит - Al203-2Si02. Из серосодержащих соединений присутствуют в небольшом количестве пирротит — FeS и гипс - CaS04-2H20. В небольших количествах присутствуют также кварц - Si02, спуррит — CaOSi02CaC03, ранкинит - 3Ca02Si02 и волластонит - CaOSi02. Частицы золы в основном шарообразные различной степени прозрачности. Средний их размер 15-20 мкм. Углесодержащих частиц неправильной формы немного. Дисперсность клинкерных зерен 20-30 мкм.
Основные составляющие фазы ВНВ-50 с песком: C3S, C2S, C4AF, СзА, а также кварц - Si02. Характер рентгенограммы указывает на достаточно высокий уровень раскристаллизации материала. Преобладающий размер зерен: песка 20-30 мкм, клинкера - 10-15 мкм.
Проба образца ВНВ-30 имеет сложный спектр, однако, фон рентгенограммы невысокий, флуктуация фона не велика, гало в интервале углов 18-39 практически отсутствует, что обусловлено большой долей кварца (70%), присутствующего в образце. Кроме него в составе вяжущего определяются C3S, C2S, C4AF. Из-за разбавления кварцем не определяется СзА. Средний размер зерен песка 30-35 мкм, клинкера- 15-20 мкм.
Рентгенограмма образца Белгородского портландцемента характерна для алитового цемента. Образец хорошо раскристаллизован, на что указывает присутствие кристаллической фазы СзА, обычно рентгеноаморфной. Из алюминатов присутствует также майонит Ci2A7. Кроме алита - C3S, в меньшем количестве присутствует белит - C2S, браумиллерит - C4AF и бассанит CaSO4-0,5H2O.
В целом, анализ рентгенограмм и основных физико-механических характеристик применяемых смешанных вяжущих показывает, что наличие суперпластификатора в составах ВНВ благоприятно влияет на их механическую прочность. Так, прочность на сжатие ВНВ-50 (с песком) после 28 сут. нормального твердения равна 77,7 МПа, у ТМЦВ-50 (с песком) - 43,8 МПа, а у контрольного Белгородского цемента - 47,6 МПа. Сопоставление смешанных вяжущих по фазовому составу показывает, что основной фазой в песко-содержащих вяжущих является кварц, а в золосодержащих вяжущих - муллит. Однако обращает на себя внимание дисперсность зерен кварца и клинкера в различных смешанных вяжущих. В композициях ВНВ средний размер зерен кварца - 20-30 мкм, а в ТМЦВ - 35-50 мкм. Дисперсность клинкерных зерен ВЫВ, в среднем, равна 15-20 мкм, а в композициях ТМЦВ - 20-30 мкм, что наряду с низким В/Ц, характерным для композиций ВНВ, по-видимому, обуславливает их высокую механическую прочность.
С целью исключения влияния пористого заполнителя на процессы гидратации и структурообразования цементного камня коррозионные исследования проводили на растворных образцах, в качестве мелкого заполнителя применяли кварцевый песок, отвечающий требованиям ГОСТ 8736-93 и имеющий следующие физико-механические характеристики (ГОСТ 8735-93): средняя насыпная плотность - 1420 кг/м3; истинная плотность - 2670 кг/м3; содержание глины, ила и т.п., определяемое отмучиванием — 1,1%; модуль крупности - 2,74.
