Сульфатостойкие бетоны

Сульфатостойкие бетоны – бетоны, изготовленные либо на основе сульфатостойких цементов (соответствующих ГОСТу 22266-2013 «Цементы сульфатостойкие. Технические условия.») на основе портландцементного клинкера, в том числе с минеральными и химическими добавками (в большинстве случаев встречается бетон, произведенный именно данным способом), либо на основе несульфатостойких цементов с введением специальных добавок (сульфата кальция, электротермофосфорные шлаков, пуццоланов). Данные бетоны эксплуатируются при постоянном воздействии жидких сульфатных сред, содержащих сульфат-ионы. К сульфатным средам относят морские и подземные воды, а в некоторых случаях и природные осадки.

Для лучшего понимания особенностей сульфатостойкого бетона и способов его применения нужно знать, что такое сульфатная коррозия. Она относится к коррозии третьего типа и связана с разрушением искусственного камня солями серной кислоты.

Процесс коррозии происходит следующим образом:

1. Гидроалюминаты кальция взаимодействуют с гипсом, который добавляется в бетон либо синтезируется после взаимодействия солей серной кислоты с гашеной известью.

2. Вследствие этого образуется гидросульфоалюминат кальция – Ca₆Al₂(SO₄)₃(OH)₁₂·26H₂O (он же эттринит или цементная бацилла). Эта нерастворимая соль связывает около 30 молекул воды, что ведет к увеличению объема кристаллов в 1,5-2,3 раза.

3. Если реакция происходит до затвердения раствора, она не ведет к разрушению. В готовом же бетоне образование нерастворимых солей, связывание воды и увеличение объема кристаллов ведет к нарушению целостности конструкции. Материал трескается, его прочность резко падает, и из-за малейших внешних воздействий он полностью разрушается.

Кристаллы сульфатов имеют продолговатую игольчатую форму. Именно поэтому их часто называют цементной бациллой.

Проблему сульфатной коррозии решают несколькими способами:

• уменьшением количества трехкальциевого алюмината (в обычном цементе его содержание 8-12%, в сульфатостойком – от 3,5% до 7%);
  
  
• уменьшением количества оксидов алюминия и магния в цементе до 5%;
  
  
• введением активных минеральных добавок (пуццоланов, шлаков, микрокремнезема, золу уноса), превращающих гидроксид кальция в труднорастворимые соединения, которые не могут вступать в реакцию с солями серной кислоты;
  
  
• использованием шлакопортландцемента, содержащего не более 7% трехкальциевого алюмината и до 2-3% оксида серы;
  
  
• использованием пуццоланового цемента (с добавлением вулканического пепла, туфа или пемзы), способного связывать гидроксид кальция.

Следует отметить, что количество крупного и мелкого заполнителя в смеси сульфатостойкого бетона составляет 80%; для его приготовления обычно используют речной песок с размером зерен от 2-3 мм, гранитный, амфиболитовый или базальтовый щебень.

Прочность на сжатие сульфатостойкого бетона превышает 20 МПа.

Метод определения сульфатостойкости бетона описан в действующем национальном стандарте Российской Федерации ГОСТ Р 56687-2015 «Защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии. Метод определения сульфатостойкости бетона.».

К преимуществам сульфатостойкого бетона относят:

• устойчивость к агрессивному воздействию солей серной кислоты и, соответственно, к сульфатной коррозии;
• устойчивость к влаге и гидростатическому давлению;
• высокую водонепроницаемость (от W4 до W20);
• устойчивость к перепадам температур при агрессивном воздействии сульфатов;
• качественную защиту арматуры от коррозии.

Недостатками сульфатостойкого бетона являются:

• относительно низкая морозостойкость бетона на пуццолановом цементе (проблема решается путем использования пластификаторов либо добавлением шлакопортландцемента);
  
  
• чувствительность к перепадам температур (это касается в первую очередь материалов на шлакопортландцементе или пуццолановом цементе);
  
  
• высокая вязкость на пуццолановом цементе, что снижает пластичность и удобство укладки раствора (решается путем добавления пластификаторов);
  
  
• необходимость, как правило, использования специального оборудования (виброоборудования) для получения максимальной плотности бетона;
  
  
• высокая стоимость.

Сульфатостойкий бетон применяется в: (но только там, где он реально экономически и эксплуатационно обоснован)

• строительстве (для заливки фундаментов зданий всех типов - домов, хозяйственных построек, опор заборов, промышленных сооружений, военных объектов; для создания антикоррозийной изоляции фундаментов; для обустройства полов и перекрытий на промышленных предприятиях и складах; для обустройства дренажных систем и колодцев; обустройства конструкций плотин, дамб, причалов, каналов, подземных хранилищ, шахт, туннелей метро. ГЭС; производстве ЖБИ для вышеперечисленных задач – фундаментных плит, колодезных колец, тетраподов);
  
  
• дорожном строительстве (для обустройства оснований дорог и нижних слоев дорожных покрытий, взлетных полос аэродромов; производстве дорожных и аэродромных плит);
  
  
• благоустройстве территории (для изготовления фонтанов и бассейнов с морской водой; укрепления морских берегов и берегов водоемов с высоким содержанием солей серной кислоты; бетонирования морских пляжей; обустройства прудов, питающихся грунтовыми водами с высоким содержанием сульфатов);

Тетраподы (тетраподы - это рассеивающие волны бетонные блоки особой формы, используемые для предотвращения эрозии, вызванной погодными условиями и дрейфом воды вдоль берега, в первую очередь - для укрепления береговых сооружений, таких как дамбы и волнорезы) из сульфатостойкого бетона на морском побережье:

Фотография с сайта stroiteh-msk.ru.

В статье использована информация с сайта gruntovozov.ru.