Сульфатостойкий бетон: зашита от всех видов коррозии

Соли серной кислоты (сульфаты), содержащиеся в грунте или воде, при контакте с бетоном вступают в реакцию с гидроксидом кальция и алюминатными составляющими цементного камня. Это вызывает постепенное разрушение конструкций. Интенсивность процесса зависит, прежде всего, от количества алюмосодержащих компонентов.

В производстве бетонных смесей, устойчивых к коррозии этого типа, в качестве вяжущего вещества используют специальный сульфатостойкий цемент (ГОСТ 22266-2013).

Производство и состав

Технология изготовления сульфатостойкого портландцемента и цемента обычного отличается очень незначительно, но необходима организация более жесткого технического контроля. Эти вяжущие получаются после одновременного тонкого помола гипса и портландцементного клинкера. В качестве применяемых минеральных добавок используют электротермофосфорные и гарнулированные доменные шлаки объем которых составляет 10-20%, а для сульфатостойкого шлакопортландцемента от 40 до 60%. В качестве активных добавок применяют осадочные породы объемом от 5 до 10%.
Большое значение имеет состав клинкера применяемого при производстве. В нем должно быть не больше 50% трехкальциевого силиката, не больше пяти — трехкальциевого алюмината. Глиноземный модуль должен быть 0,7 или более. Нужно учесть, что сумма C3A+C4AF в клинкере должна быть не больше 22%. В состав включают оксид магния и оксид алюминия по 5%. Требования, предъявляемые к сырью, предопределяются необходимостью подготовки клинкера с нормированным химико-минералогического составом. В составе глинистой составляющей рекомендуется применять опоку или трепел.

Активные добавки не применяются, и только при достижения соглашения между заказчиком и поставщиком и при наличии благоприятных условий работы можно внести их незначительное количество при производстве помола. Все добавки должны соответствовать требованиям ГОСТов. Активные минеральные добавки — 6269-54, а добавки шлаков — 3476-60. Для повышения сопротивляемости сульфатостойких видов цемента в их состав вводят поверхностно-активные. По рекомендациям ГОСТ 970-61 для этой цели используют мылонафт или сульфитно-спиртовую барду, и после этого получает название гидрофобного или пластифицированного.

Применение в строительстве

Рекомендуется использование для производства монолитных бетонных и железобетонных конструкций для строительства гидротехнических сооружений и конструкций, которые подвергаются сульфатной агрессии и работают в подводном положении под воздействием морской и океанской воды.

Целесообразно применение при изготовлении бетонных и железобетонных конструктивных элементов, включая и предварительно напряженные, которые впоследствии станут частью сооружений моловых опор, морских и речных молов, а так же любых разновидностей строительных сооружений которые подвержены попеременному увлажнению и высыханию. В связи с пониженным содержанием тепловыделяющих компонентов и пониженной экзотермией допускается применение при строительстве наружной зоны гидротехнических сооружений с большой массой.

Приобретение

Купить сульфатостойкий цемент несложно: производители реализуют его через биржи, через оптовые торговые организации, а закупка через биржи, например Московскую Фондовую Биржу, позволяет значительно сэкономить на стоимости приобретаемого материала, особенно если покупатель готов приобретать навалом и партией от 300 тонн. Цена в этом случае колеблется от 3 030 до 3 730 рублей за тонну. Закупка фасованного или более мелкими партиями повлечет возрастание цены.

Марка бетона по водонепроницаемости

Каждой марке смеси соответствует класс водонепроницаемости. Это можно увидеть в таблице водонепроницаемости бетона:

Водонепроницаемость бетона w2 w4 w6 w8 w12

Класс водонепроницаемости бетона (w2 w4 w6 w8 w12) выбирают в зависимости от того, как и где будет эксплуатироваться материал. W2 – самый низкий показатель влагостойкости. Использование бетона данного класса требует дополнительных гидроизоляционных мер. Такой бетон используют для подготовительных работ перед заливкой фундамента или в дорожном строительстве в качестве бетонной подушки.

Состав и свойства

Портландцемент производят из клинкера. Ввиду того, что в природе готовые гранулы практически невозможно найти, клинкерная крошка создается искусственно из смеси глинистых и карбоновых смесей. Готовым клинкер смешивается с гипсом (его доля не превышает 5%), чтобы сделать раствор подвижным.

Высокие эксплуатационные и технические характеристики определяются пропорцией и типом вводимых в состав портландцемента компонентов. Данный аспект регулируется ГОСТом 10178-85 «Портландцемент и шлакопортландцемент». На упаковке с порошком обязательно указывают особенности производства, соответствие ГОСТу.

Если на таре указано ТУ (технические условия) вместо ГОСТа, это говорит о том, что свойства материала могут отличаться от регламентированных.

Чтобы придать цементу те или иные свойства, в порошок добавляют разнообразные минеральные добавки (в объеме, равном максимум 20-25% общего веса). Их взаимодействие влияет на химический состав портландцемента, во многом определяет характеристики и параметры.

Самые популярные минеральные добавки:

Алюминат – продлевает время схватывания, но демонстрирует низкую прочность, в связи с чем вводится в смесь в объеме, не превышающем 15%.
Алюмоферрит – обладает идентичными свойствами алюминату, но его в составе не должно быть больше 10-18%.
Белит – вяжет, продлевает время затвердевания, но в больших объемах понижает прочность (добавляют не более 37%).
Алит – чаще всего вводится в составы жидких марок для ускорения твердения (до 60%).

Основные свойства портландцемента определяются его составом. При выборе порошка для приготовления раствора необходимо сразу определиться со сферой применения и требуемыми (желаемыми) характеристиками, оптимальными параметрами.

Основные критерии при выборе портландцемента:

Скорость схватывания – стандартным считается время в 40-45 минут. На данный показатель влияют тонкость помола, состав минеральных добавок, температура на объекте.
Водопотребность – нужный для затворения объем воды (обычно не больше 25% общей массы раствора). Для понижения нужного объема воды могут применяться пластификаторы, сульфитно-дрожжевая бражка.
Морозостойкость – определяется количеством циклов замораживания/оттаивания, которые способен перенести камень без потери качеств и деформаций. С целью повышения уровня морозостойкости часто в смесь вводят смыленный древесный пек или абиетат натрия, специальные присадки.
Водоотделение – отжим воды в замешанном растворе, который появляется из-за оседания тяжелых частиц цемента. Для понижения показателя используют минеральные добавки.
Тепловыделение – в процессе гидратации (затвердения). Если состав очень быстро отдает тепло, он может деформироваться. Чтобы этого избежать, используют активные минеральные добавки.
Стойкость к коррозии – определяется степенью пористости застывшего монолита (тонкостью помола смеси).

Характеристики, влияющие на водонепроницаемость бетона

На эту характеристику влияет комплекс факторов:

Возраст бетона. Чем он больше (до определенных пределов), тем выше устойчивость материала к проникновению воды. Это правило выполняется при соблюдении условий твердения смеси. При увлажнении поверхность твердеющего бетона быстрее набирает нормативную прочность, по сравнению с поверхностью, находящейся на воздухе с относительной влажностью 50-70%. В условиях редкой смачиваемости максимальная водонепроницаемость наступает через полгода-год после заливки смеси. Увлажнение поверхности при твердении смеси особенно актуально для бетонов с низким водоцементным соотношением.
Пористость материала. Чем она больше, тем менее устойчив искусственный камень к проникновению воды вглубь бетонной конструкции. Наиболее устойчивы к проникновению влаги плотные бетоны. Наиболее влагопроницаемы пено- и газобетоны, особенно последние, для которых характерна открытая форма воздушных ячеек. У пенобетонов такие ячейки имеют закрытую структуру.
Скорость схватывания и твердения смеси. Слишком быстрое протекание этого процесса провоцирует появление трещин и воздушных пузырьков, снижающих влагоустойчивость материала.
Применяемое вяжущее. Лучшие показатели водонепроницаемости показывают бетоны на высокопрочном портландцементе и глиноземистом цементе. В период гидратации компоненты таких цементов формируют наиболее плотный цементный камень. Чем выше класс прочности бетона, тем выше марка его водонепроницаемости.
Наличие или отсутствие специализированных присадок – сульфатов железа и алюминия.

Удалить из смеси лишнюю воду, сделав затвердевший продукт более плотным, помогут рациональные технологии замеса, вакуумные установки, тщательное вибрирование вибраторами поверхностного и глубинного воздействия, прессование, вибропрессование.

Таблица соотношения классов прочности и марок водонепроницаемости бетонов

Коротко о главном

Противостояние сульфатной агрессии морских, речных, сточных и грунтовых вод проводится двумя способами: • применение сульфатостойкого портландцемента, шлакопортландцемента и пуццоланового цемента; • применение модифицирующих добавок, которые улучшают качество бетонной или растворной смеси, повышая долговечность конечного продукта – железобетонных конструкций. Такие добавки могут быть гидрофобными, что в итоге придаёт бетону водоотталкивающие свойства и пластифицирующими, что позволяет при формовании изделий и конструкций снизить водоцементное отношение В/Ц и, как результат, повысить плотность бетонного камня.
Наиболее агрессивными солями, которые разрушающе воздействуют на бетон, будут сульфаты магния и натрия. Не зря испытания на сульфатостойкость цемента проводятся на 5 % растворе сульфата натрия.
Основная опасность сульфатной коррозии заключается от реакции трёхкальциевого алюмината с сульфатами из окружающей среды и образованием гидросульфоалюмината кальция (ГСАК), который в порах и трещинах расширяется в объёме (на 227%) и создаёт давление на бетонный камень. Такое воздействие совместно с вымыванием водами этих образований приводит к коррозии бетона III типа.
Сульфатостойкие цементы – это цементы с низким содержанием C3A или трёхкальциевого алюмината. Напомним содержание основных минералов в цементном клинкере основном компоненте цемента: • Алит, трехкальциевый силикат – C3S. Основной минерал, оказывающий влияние на качество цемента. Алит обладает свойствами быстротвердеющего гидравлического вещества высокой прочности. Цементы высоких марок и быстротвердеющие цементы изготавливают с повышенным содержанием трехкальциевого силиката. Содержание в цементе – 37-60%. • Белит, двухкальциевый силикат – C2S. Медленнотвердеющее гидравлическое вяжущее средней прочности. Цементы с повышенным содержанием белита медленно твердеют, однако прочность их нарастает в течение длительного времени. Содержание в цементе – 15-37%. • Трехкальциевый алюминат – С3A. Минерал-плавень, главная задача которого понижение температуры спекания сырьевой смеси. Твердеет быстро, но имеет низкую прочность. Содержание в цементе – 5-15%. • Четырехкальциевый алюмоферрит – С4AF. Минерал-плавень. Твердеет быстрее силикатов, но медленнее алюмината. Содержание в цементе – 10-18%.

Сульфатостойкий бетон — зашита от всех видов коррозии

Главная » Бетон и кирпич »
Качество большинства строительной конструкций на прямую зависит от качества и свойств используемого бетона. Особенно это касается тех частей, который соприкасаются с грунтовыми водами или другим видом влаги, содержащим сульфатные добавки.

При проникновении сульфатов извне, бетон может разрушиться, так как в увеличивается его объём и внутри образуются трещины. Поэтому, для фундаментов зданий, береговых бетонных конструкций, сооружений для сооружений, связанных с повышенной влажностью применяют сульфатостойкий бетон.

Как сульфаты действуют на бетонные основания

В грунте, воде, промышленных стоках наиболее часто встречаются соли калия, натрия, магния. Ионы сульфатов присутствуют ещё в заполнителях.

Сульфатное воздействие участвует во всех трёх видах коррозии бетона:

ускоряют коррозию I вида, повышая растворимость цементного камня;
вызывают реакцию обмена, что приводит к коррозии II вида;
участвуют в образовании гипса и гидросульфоалюмината кальция, накопление которых в порах и капиллярах является причиной коррозии III вида.

В бетоне значительно увеличивается в объёме гидросульфоалюминат кальция, который образуется из гипса и гидроалюминатов цементного камня. Гипс в небольших количествах поступает в бетонную смесь с добавками или в результате химических реакций. Третий вид коррозии протекает медленно и начинается с появления кристаллической плёнки кристаллического гипса на поверхности бетонного сооружения.

С течением времени кристаллы гипса накапливаются во внутренних слоях цементного камня и, одновременно, принимают участие в образовании гидросульфоалюмината кальция. Последний так же проникает вглубь бетона. Гипс и алюминаты являются источниками значительного давления на стенки пор, в которых они разрастаются. Это приводит к постепенному разрушению бетона.

Для защиты бетонных конструкций от влагопроницаемости и действия агрессивных вод используют несколько способов, но самые распространённые два:

введение модифицирующих, воздухововлекающих добавок, пластификаторов в сочетании с обыкновенным цементом;
затворять бетонную смесь на специальном сульфатостойком цементе.

Модифицирующие добавки

Первый способ существенно улучшает качество бетона без значительного повышения цены. Форма выпуска модификаторов — это растворы, порошки, эмульсии, которые растворяются в воде. Подборка дозировки достаточно трудоёмкий процесс, так как перебор или недостаток какого либо элемента может привески к ускорению протекания разрушающих химических реакций.

Подбор необходимого количества химических модификаторов на производстве проводится в лаборатории, а при частном строительстве опытным путём.

Оптимальное количество дозировки зависит от таких факторов:

вида цемента;
состава бетонной смеси;
технологии производства всей конструкции;
условий, в которых будет функционировать бетонное сооружение.

Граничное количество добавок рассчитывается в % соотношении к массе бетонной смеси по таким нормативам:

для пластификаторов от 0,1 до 0,3%;
для воздухововлекающих добавок от 0,01 до 0,05%;
для суперпластификаторов от 0,5 до 1%;
для добавок ускоряющих твердение от 1 до 2%.

При оптимальном подборе вида и количества добавки получаю сульфатостойкий цемент, который сможет продолжительное время не разрушаться под действием сульфатных вод.

Виды сульфатостойких цементов

Второй способ дает более качественную защиту бетонных сооружений от чрезмерно агрессивного и очень губительного воздействия сульфатных сред. Бетон на сульфатостойком цементе значительно дороже обычного, но позволяет защищать строительные конструкции на всех стадиях эксплуатации.

Существует несколько видов сульфатостойких цементов:

сульфатостойкий и пуццолановый портландцемент;
с минеральными добавками;
шлакопортландцемент.

Наиболее часто используют сульфатостойкий портландцемент, который отлично себя зарекомендовал в двух крайних вариантах условий работы бетонных контсрукций:

повышает сопротивляемость бетонов замораживанию и оттаиванию в присутствии сульфатной агрессии;
уменьшает совокупное влияние агрессивных физических и химических факторов в зонах бетона, которые находятся в переменном уровне воды с большим содержанием сульфатов.

Чтобы бетон на сульфатостойком портландцементе обладал всеми необходимыми эксплуатационными качествами, применяют несколько методов:

заменяют С3А на C4AF;
увеличивают количество стекловидного С3А, заменяя им кристаллический С3А;
вводят минеральные добавки;
пропаривают для образования гидрантов, имеющих устойчивость в действию сульфатов.

Количество добавок и метод изготовления сульфатостойкого цемента зависит от конкретных условий строительства и эксплуатации конечного сооружения.

stroitel5.ru

Состав гидробетона

При подборе компонентов для состава гидротехнического бетона, важно учесть все функции, которые он должен выполнять, а именно: морозоустойчивость, водонепроницаемость и прочность. В зависимости от требований подбирается особый состав

То как бетон будет справляться со своими обязанностями, зависит от многих факторов таких как: соотношение воды и цемента, виброуплотнение, качество, время, на протяжении которого выдерживают смесь, качество добавленных компонентов и т. д.

Видео применение гидротехнической добавки в бетон

Рассмотрим компоненты входящие в состав бетона подробнее. Цемент является основным компонентом, который используется при изготовлении данного вида бетона. Имеется несколько видов такого цемента:

Сульфатостойкий цемент используется в случае, когда омываемая область постройки будет контактировать с жесткой водой.
Портландцемент и пластифицированный является основой смесей, которая используется для возведения построек, находящихся в месте, где уровень воды постоянно меняется, а температура всегда ниже нуля.
Гидрофобный цемент используется для создания бетона, который будет применяться при возведении сооружения, на которое постоянно будет воздействовать вода.
Шлаковый и пуццолановый цемент имеют химические характеристики, которые способны противостоять разрушению конструкции водой. Жесткая вода имеет свои разрушительные свойства благодаря присутствию в ней минералов.

Важно! Нужная плотность бетона достигается именно за счет наличия цемента в смеси. Гидробетон включает в себя, помимо цемента, множество других компонентов

Одними из них являются кварцевые пески, они служат в качестве заполнителей. Песок значительно повышает уровень водостойкости. Кварцевые пески обязательны к использованию, так как без них уровень водостойкости падает.

Используемый для гидробетона песок должен быть высокого качества, а также в нем не должно быть почти никаких примесей. Плотность песка соответственно ГОСТу должна быть 2т/м3. Размер зерен должен быть не более 2-х миллиметров. Пренебрежение этим фактором грозит тем, что уровень подвижности смеси будет нежелательным. Все гидротехнические постройки будь то дамбы, причалы или мосты, должны быть очень прочными и надежными. Для получения этих качеств, крупные компоненты для заполнения нужно выбирать очень внимательно. Достаточно часто для этих целей используют гранит из-за его возможности не пропускать воду и не разрушаться под большими нагрузками.

Щебень и гравий используется в составе гидробетона, для обеспечения морозостойкости. Особенности строения гравия и щебня позволяют переносить резкие перепады температур.

Лещадность является очень важным фактором при постройке гидротехнических сооружений. Она делает компоненты более плоскими. Наличие в составе бетона щебня, очень позитивно сказывается на его прочности благодаря его форме. Плоские края зерен позволяют более равномерно распределять нагрузку по всей конструкции, так как они достаточно плотно прилегают друг к другу. Эти характеристики позволяют экономить цемент и песок, потому что их расход в данной ситуации значительно сокращается.

Важно! Когда укладывается гидробетон, его уплотняют с помощью глубинных вибраторов. Подобные операции проводятся с целью повышения нужных показателей

Также в состав бетона входят различные микронаполнители. Их наличие в смеси обеспечивает предотвращение деформации сооружения. Микронаполнители значительно повышают уровень теплопроводимости, это очень позитивно сказывается на долговечности конструкции. В состав гидротехнического бетона входит достаточно много различный химических компонентов, которые делают смесь очень качественной. В наше время ученые химики трудятся над разработкой компонента ЦМИД – 4. Этот компонент позволит сооружать постройки, которые будут постоянно находиться в контакте с питьевой водой. Одним из очень значимых плюсов микронаполнителей, является тот факт, что при их дополнении цемент расходится гораздо меньше.

Важно! При подборе состава для гидробетона нужно обязательно учитывать соотношение пропорций компонентов согласно ГОСТ 26633 2012

Видео: Защита бетонных поверхностей гидротехнических сооружений

Применение, укладка

В связи со своими особенностями водостойкий бетон должен укладываться в сжатые сроки и большими объемами.

Требования к параметрам

Для обеспечения сохранности свойств при укладке, раствор должен отвечать требованием уменьшенного тепловыделения при высыхании. Его значение ограничивается допустимым увеличением температуры, назначенным с целью сведения к нулю возможностей образования трещин в элементах гидротехнических сооружений толщиной от 2,5 м.

Для уменьшения тепловыделения в состав раствора подмешивают цементные смеси с низкой теплотой гидратации или измельченный лед. Он уменьшает температуры составляющих и самого раствора. Для охлаждения бетонной кладки используют также трубы с холодной водой. Содержание цемента определяется назначением бетона. Для внутренних зон рекомендуемый показатель 120–160 кг/м3, а для наружных участков – 230–275 кг/м3 и выше.

Соотношение между фракциями заполнителя:

Наибольшая крупность зерна, мм	Содержание заполнителя
Наибольшая крупность зерна, мм	5-20 мм	5-40 мм	20-40 мм	20-60 мм	40-80 мм	80-150 мм
40	45-60%	40-55%
60	35-50%
80	25-35%	25-35%	35-50%
80	50-65%	35-50%
150	15-25%	15-25%	25-35%	30-45%
150	30-40%	25-35%	30-45%

Крупность частиц заполнителей для бетонного раствора достигает 150 мм в некоторых случаях – 200 мм и больше. Кроме мелкого заполнителя используются большие сплошные камни или их куски от 400 мм. При приготовлении смеси их утапливают вибрационными трамбовочными механизмами. Это экономит расход цемента и снижает тепловыделение.

Жесткие растворы

При строительстве современных гидротехнических сооружений широко используются малопластичные бетонные растворы. Их еще называют жесткими.

Они имеют несколько особенностей при укладке, а именно их укладывают механизированным способом посредством специальной техники – разравнивающих бульдозеров, самоходок с навесными механизмами для виброутрамбовки, число которых может достигать шести.

На строительстве крупных сооружений (гидростанций, дамб и т. д.) применяют непрерывно-поточную укладку.

Гидрофобный портландцемент

Отличительной характеристикой гидрофобного портландцемента является повышенная водонепроницаемость. Он изготавливается путём совместного помола портландцементного клинкера, гипса и специальной гидрофобной добавки, которая придаёт цементу гидрофобные свойства. В состав гидрофобной добавки входят кубовые остатки синтетических жирных кислот, асидол мылонафт, олеиновая кислота, окисленный петролатум и другие. Добавку вводят в цемент в соотношении 0,1-0,3% от массы всего раствора. В процессе схватывания цемента они образуют на его поверхности частицы мономолекулярные гидрофобные плёнки, которые снижают гигроскопичность цемента. Благодаря этому цемент можно длительное время хранить во влажных условиях. Бетоны и растворы, изготовленные с использованием гидрофобной добавки, обладают повышенной водонепроницаемостью и имеют меньшее водопоглощение. Кроме того, они более устойчивы к низким температурам.

Благодаря добавке, портландцемент становится гидрофобным, при этом сохраняет все остальные преимущества обычного портландцемента, но только при условии, что в состав было введено оптимальное добавки. Если в состав цемента было введено слишком мало гидрофобной добавки, то он не будет обладать гидрофобностью, при этом остальные качества не пострадают. Если в состав цемента будет введено слишком много добавки, тогда раствор будет слишком пористый, так как в нём будет содержаться слишком много воздуха, из-за чего прочность значительно уменьшается.

Этот вид цемента используют в тех случаях, когда материал приходится перевозить на большие расстояния или длительное время хранить до использования.

Изготовление сырья

При приготовлении бетона используется специальный материал, который состоит из сульфатостойких компонентов.
Строительная промышленность отличает два метода приготовления сульфатостойкого бетона, а именно:

Обычный раствор. Основа материала — обычный цемент, совмещенный со специфическими добавками.
Специальный раствор. Состоит из активного сульфатостойкого компонента. Существует две формы выпуска — с минеральными добавками и в чистом виде.

Чтобы приготовленный состав отвечал всем возможным положительным качествам, его изготовление должно соответствовать нормам по ГОСТ. Оптимальная пропорция цемента и песка составляет 1 часть активного компонента к 3 частям вспомогательных веществ. Прочность материала, как правило, проверяется пластификатором. Влагоустойчивость бетона проверяют конусом расплыва смеси, норма — 135 мм при гидроцементном соотношении 0,44.

Для тестирования гидрофобного цемента нужно раствор поддать водному воздействию. Материал не должен абсорбировать в себя воду в течение 5—7 мин.

Процесс приготовления сульфатостойкого бетона предусматривает замену некоторых компонентов другими ингредиентами, содержащими сульфат кальция. Это могут быть различные гранулированные и минеральные вещества, которые будут использованы в виде добавок. Если цемент будет изготавливаться из электоротермофосфорного шлака, применяется трехкальцевый алюминат уже в пропорции 8, а не 5%.

Что представляет из себя сульфатостойкий цемент

Сульфатостойкий цемент — материал, значительно расширяющий возможности использования бетонных растворов при строительстве для агрессивных условий. Потребность в нем диктуется объективными обстоятельствами, когда обычные бетоны разрушаются при эксплуатации. Требования к материалу нормируются государственными и международными стандартами.

Что представляет из себя материал

Сульфатостойкий цемент представляет собой коррозионностойкий материал, в состав которого вводятся специальные добавки (алюминаты и силикаты) для повышения стойкости к агрессивным воздействиям. Имеет специфическую область применения, когда присутствуют воды с большим содержанием сульфатов и отмечается циклическое воздействие воды в больших количествах.

Высокая концентрация сульфатов во влажной среде провоцирует сульфатную коррозию. При этом процессе в химическую реакцию вступают бетонные компоненты, что ведет к образованию цементного камня внутри и к выпадению солевых кристаллов на стенках. Структура бетона нарушается и он разрушается. Разрушительное воздействие оказывает на бетон и циклическая влага — постоянные циклы высушивания и обильного увлажнения, замораживания и оттаивания. Именно поэтому был разработан цемент, стойкий к сульфатной коррозии.

Виды материала

Пуццолановый цемент. Его основу составляет доменный шлак и вулканические породы (пуццоланы). Среди последних компонентов выделяются туф, пемза, вулканический пепел. Это активные минеральные добавки, обеспечивающие сульфатостойкость. Данный материал не предназначен для условий с циклической влажностью.

Портландцемент с повышенной стойкостью к сульфатам. Изготавливается с добавлением в марку М400 минеральных добавок. Материал медленно затвердевает с постепенным набором прочности и пониженным выделением тепла при схватывании. Применять его можно в любых эксплуатационных условиях.

Портландцемент с повышенным содержанием сульфатостойких минеральных веществ. Содержание добавок составляет 6-10%. Выпускается материал марок М400 и М500. Отличается он повышенной морозостойкостью и устойчивостью к циклической влажности.

Сульфатостойкий шлакопортландцемент. Это смесь доменных шлаков с клинкером из портландцемента с добавлением алюминатов

Важное требование — шлак не должен состоять более чем из 10% оксида алюминия. Выпускается материал марок М300 и М400

Имеет высокую сульфатостойкость, но боится морозов.

Помимо подразделения по составу, рассматриваемый цемент имеет градацию по прочности на сжатие. Данный показатель вводится в маркировку — от М200 до М500.

Состав

По технологии производства стойкий к сульфатам цемент не отличается от изготовления обычного. По сути, оба материала являются тонкодисперсным порошком с вяжущими способностями. Структура обеспечивается особым режимом сушки и тщательным помолом в бункерах специальных мельниц. Различие обеспечивается нужным составом смеси.
Основу минеральных добавок составляют доменные шлаки электротермофосфорного или гранулированного типа. Обычно их содержание колеблется в интервале 10-22%, а для стойкого к сульфатам шлакопортландцемента — 42-55%. Активные составляющие — добавки из горных пород осадочного типа. Они вводятся в количестве 6-12%.

Для обеспечения повышенной стойкости к агрессивным воздействиям особые требования выдвигаются к составу используемого клинкера. Содержание в нем трехкальциевого силиката не должно превышать 52%, трехкальциевого алюмината — не более 6%, а C3A+C4AF — не более 23%. В состав входят оксиды алюминия и магния, но не более 4-5%. Глиноземный модуль клинкера превышает 0,7. В глинистый компонент портландцемента рекомендуется вводить опоку и трепел.

Основу клинкера составляют алит или белит. В первом случае обеспечивается ускоренное затвердение и быстрый набор прочности. Белит характеризуется длительным схватыванием, но конечная прочность превышает алит.

Активные добавки применяются с большой осторожностью. Чрезмерное их содержание способно ухудшить технические характеристики цемента

По ГОСТу повышение стойкости к сульфатам достигается введением поверхностно-активных веществ. Так гидрофобные, пластифицированные материалы имеют добавки в виде мылонафта или спиртово-сульфитной барды.

Особенности

Сульфатостойкий цемент производится на основе крошки портландцементного клинкера тонкого помола в смеси с гипсом, частный случай обычного портландцемента с особенностью в виде повышенной устойчивости к воздействию сульфатов.

Особые требования выдвигаются к качеству клинкера, используемого в изготовлении сульфатостойкого цемента. Так, его химический состав строго нормируется:

концентрация трехкальциевого силиката не более 50%;
концентрация алюмината – не более 5%;
глиноземный модуль – должен быть более 0,7%;
совместное содержание C3A+C4AF – менее 22%.

Такие ограничения вводятся, чтобы обезопасить полученную конструкцию от сульфатной коррозии.

Разновидности материала

В строительной отрасли используются различные виды цементных материалов, отличающиеся следующими параметрами:

составом;
концентрацией ингредиентов;
наличием специальных добавок;
назначением;
свойствами.

На упаковке, помимо марки, указывается также процентный состав добавок

Различают следующие виды портландцемента:

быстротвердеющий. Содержит добавки минерального происхождения, которые сокращают продолжительность набора прочности. Применяется для ускоренного выполнения строительных мероприятий и изготовления железобетонных конструкций;
сульфатостойкий. Основное достоинство – устойчивость к воздействию сульфатов, достигается уменьшением в клинкере кальциевых алюминатов. Используется для конструкций, эксплуатирующихся во влажной или агрессивной среде;
гидрофобный. Содержит поверхностно-активные компоненты, значительно снижающие гигроскопичность. Результат введения добавок – повышение подвижности, удобство укладки раствора. Материал сохраняет свойства при повышенной влажности;
белый. Его легко отличить от других цементных составов. Имеет светло-серый цвет, не содержит титановых оксидов, солей железа и марганца. Используется для отделочных мероприятий;
цветной. Содержит специальные пигменты органического и неорганического происхождения, добавляемые в клинкерный материал перед измельчением. Цветные составы, например, желтый цемент, используются при отделочных мероприятиях;
пуццолановый. Устойчив к воздействию сульфатов, быстро твердеет при повышенной температуре. Автоклавная обработка значительно повышает прочностные характеристики. Предназначен для эксплуатации в почве, а также во влажной среде;
тампонажный. Производится исключительно для герметизации скважин на газовых и нефтяных разработках. Обеспечивает надежную изоляцию от грунтовых вод, устойчив к давлению и температуре. Приобретает прочность на начальном этапе твердения.

Цемент является сухой смесью, которая используется именно для приготовления бетонного раствора

На основе извести, шлаков и глины производят следующие цементные составы:

Использование

Использование сульфатостойких цементов обосновано для строительства сооружений, подверженных агрессивным воздействиям окружающей среды.

А именно:

сильные морозы и перепады температур;
частые атмосферные осадки и перепады влажности, затопления, приливы и отливы, паводок, грунтовые воды;
движение грунта, его просаживание или, наоборот, вспучивание;
воздействие агрессивных химических жидкостей, например, грунтовые воды с нестабильным составом;
сейсмическая активность.

Поэтому чаще всего сфера применения сульфатостойких цементов – это:

цинк-сульфатные мостовые сваи;
гидротехнические сооружения, работающие с морской или океанической водой;
подводные и подземные массивы;
морские и речные молы;
железобетонные сооружения;
конструкции с повышенной напряженностью.

Как сделать?

Получение сульфатостойкого цемента возможно двумя методами:

изготавливают цементный раствор со специальными добавками из минеральных веществ;
применение особой цинк-сульфатной цементно-песчаной смеси, изготовленной промышленным способом, которая отличается долговечностью и гарантирует защиту сооружения во время всего периода эксплуатации.

В том случае, если минеральные добавки в несколько раз превышают стандартную норму, прочность раствора значительно снижается, соответственно увеличивается и хрупкость строений, из-за чего происходит их разрушение. Раствор сульфатостойкого цемента обязательно должен соответствовать основным нормам государственных стандартов.

Ведь долговечность портландцемента в несколько раз выше аналогичного показателя обычных материалов. Следует отметить, что его главные отличительные свойства полностью оправдывают высокую стоимость.

Сульфатостойкий цемент надежно защищает здания и постройки от влияния влаги и морозов, повышает износостойкость конструкций. Он также может значительно улучшить качество простого бетонного раствора, в результате чего такой строительный материал прослужит дольше обычного заявленного срока.

О том, как правильнозамешивать цементный раствор, смотрите в видео ниже.

Водонепроницаемый бетон

Водонепроницаемость бетона – одно из основных качеств строительного материала. Он не имеет пустот в своем строении, плотный. Швы между участками заполняют гидроизолирующим веществом. У бетона специфические характеристики, отличается рядом преимуществ и широким применением. Водонепроницаемый бетон используют только в монолитных конструкциях (для фундамента), потому что в сборных постройках много швов, из-за чего достичь непроницаемости влаги нереально.

Водонепроницаемые бетоны обозначают буквой W, четными цифрами от двух до двадцати. Под ними подразумевается уровень давления (измеряется в МПа х 10 -1 степени), при нем водонепроницаемый бетон выдерживает водный напор и предотвращает прохождение влаги.

Технические характеристики

Обыкновенный или железобетонный раствор имеет очень слабую сопротивляемость к таким природным факторам:

низкие и высокие температуры (мороз и жара);
морское, речное и грунтовое течение вод;
кислотное, сульфатное и солевое воздействие.

Сульфатостойкий бетон отличается такими положительными характеристиками:

Даже при высоком гидростатическом давлении остается целостным и стабильным, конструкция не разрушается и сохраняет свой изначальный вид.
Сроки эксплуатации значительно увеличиваются.
Благодаря составу исключается процесс коррозии от постоянного контакта с водой.
Не вступает во взаимодействие со сульфатосодержащими веществами.

Использование в строительстве

Сульфатостойкая сухая смесь имеет высокую стоимость, поэтому используется обычно там, где без нее трудно обойтись. К таким сооружениям относятся бетонные и железобетонные элементы гидротехнического назначения, конструкции, эксплуатирующиеся под водой, особенно в повышенной солености (морская или океаническая вода).

Указанный материал в основном используют в сооружениях, подверженных периодическому воздействию воды. Среди них особо выделяются речные и морские молы, мостовые элементы, укрепление набережных, дамбы и плотины. С учетом малого тепловыделения при затвердении, такой цемент используют для наружного покрытия большой толщины и массы.

Сульфатостойкий цемент

Напомним, что такое цемент – это искусственный материал, который получают из магнезиальных и карбонатно-силикатных горных пород методом спекания в огромных печах обжига (до 180м). Полученный после обжига клинкер засыпают в шаровые мельницы с добавлением до 6 % гипса (CaSO4х2Н2О). Далее полученный порошок пневмотранспортом перекачивается в силосы. Так получается обычный портландцемент, названный в честь английского острова Портленд, на котором впервые он был получен в 1824 году.

Для того чтобы придать портландцементу сульфатостойкие свойства, ему на стадии производства задают определённый минералогический состав. В маркировке добавляются две буквы С, что означает сульфатостойкий. Таблица регулирования содержания минералов в клинкере взята из ГОСТа 22266 – 2013.

Из этой таблицы видно, что важно удерживать в норме трёхкальциевый алюминат, который и есть вредоносная составляющая при взаимодействии с сульфатами. Об этом мы говорили в начале статьи

Образование гидросульфоалюмината кальция (ГСАК) приводит к повреждениям бетонного камня от расширения при протекании реакции, а в последующем к вымыванию этого образования из тела бетона. Так протекает коррозия бетона III типа.

Марки сульфатостойкого цемента по прочности – В32.5, В42.5, В52.5.

Обозначение

Сульфатостойкие цементы отличить просто – достаточно правильно истолковать маркировку. В ней содержится основная информация о материале.

На примере ЦЕМ I 42,5Б СС ГОСТ 22266-2013:
ЦЕМ I – портландцемент без минеральных дополнительных добавок;
42,5Б – класс прочности цемента через 28 суток по ГОСТ 31108, соответствует М500 (ГОСТ 10178-85);
СС – обозначение сульфатостойкости портландцемента;
ГОСТ 22266-2013 – госстандарт, которому соответствует данный материал.

Таким же образом можно прочитать маркировки других видов.

Кроме того, цемент с пластификаторами (ПЛ) и гидрофобизаторами (ГФ) должен иметь в маркировке соответствующие обозначения, например: ЦЕМ I 42,5Н СС ПЛ ГОСТ 22266-2013 (сульфатостойкий цемент класса прочности 42,5Н с пластификатором).

Низкощелочной цемент с содержанием R2O не более 0,6% обозначают как НЩ (ЦЕМ I 32,5Б СС НЩ ПЛ ГОСТ 22266-2013).

Виды

Портландцемент бывает чистым и с добавками. Вяжущее без добавок не включает в состав минеральных веществ, только гипс. Такой материал используют в монтаже подземных/наземных и подводных монолитных объектов, сборных бетонных/железобетонных конструкций, эксплуатируемых при отсутствии явно выраженной агрессивной среды.

Минеральные добавки способны значительно улучшить определенные свойства материала, который может применяться в воде, агрессивных условиях. Самые популярные добавки: активные минеральные вещества, доменный шлак. Они улучшают стойкость к коррозии, воде, морозу, химии и т.д.

Виды портландцемента по добавкам (из чего сделано вяжущее):

Нормально твердеющий – без добавок.
Быстросохнущий – твердеет в течение 3 суток после заливки за счет вхождения в состав миндобавок и шлака. Помол смеси должен быть минимальным, есть марки М400 и М500. Благодаря применению вещества можно ускорить выполнение работ, актуально для быстровозводимых и ЖБ объектов.
Пластифицированный – в составе есть специальные добавки для уменьшения водопоглощения, повышения подвижности и термостойкости. Пластификаторы вводятся в порошок на этапе помола, они обволакивают частицы цемента, не позволяя им склеиваться. Состав получается комфортным в работе, актуален для работы со сложными архитектурными конструкциями.
Гидрофобный – не впитывает влагу, быстро схватывается благодаря наличию в составе асидолов, мылонафт. Используется в условиях повышенной влажности, на объектах с риском подтопления.
Портландцемент тампонажный – защищает скважины от грунтовых вод, актуален в газовой/нефтяной сферах, так как не боится температуры и давления, держит конструкцию даже в начале застывания. Есть тампонажный облегченный состав, содержащий соответствующие добавки.

Расширяющийся – увеличивается в объеме при замесе. Используется при заполнении трещин и швов, в разного типа ремонтных работах.
Портландцемент со шлаком – с добавлением доменных шлаков, повышающих объем частиц металла в составе и делающих застывший камень стойким к огню. Так получают , который используется при создании объектов под водой, землей, на значительной высоте. А вот морозостойкость у состава невысокая.
Сульфатостойкий – не боится сульфатных вод, провоцирующих коррозию. Чаще всего данный тип цемента также обладает стойкостью к морозу и выполняется в марках М300-М500.
– используется в декоративных целях при проведении архитектурных и отделочных работ, часто окрашивается разными пигментами. Белый цемент производитель получает за счет использования белых глин, чистых известняков, а также охлаждения клинкера водой.
Шлакощелочной цемент – демонстрирует еще более высокие показатели и свойства в сравнении с обычным портландцементом. Стоек к агрессивным воздействиям, средам, температурным перепадам, жаре и морозу, влаге. Такие характеристики удается получить благодаря введению в состав щелочи и молотого шлака, реже – глины.
Цветной – актуален для декоративных работ, получают путем добавления к белому портландцементу пигментов (охра, железный сурик, оксид хрома и т.д.).
Магнезиальный – производится на базе нагрева оксидов магния до высокой температуры и добавления водного раствора хлорида магния 30%. Технология создания и компоненты делают цемент прочным и хорошо поддающимся отделке (полировка, противодействие микроорганизмам и т.д.). Часто применяют для отделки, выполнения сложных конструкций.

– создают из цветного цемента, гипса, добавок осадочного либо вулканического происхождения. Раствор стоек к воде, застывает даже под водой, поэтому применяется в сооружении гидротехнических конструкций, для облицовки разного типа резервуаров, поверхностей, пребывающих в контакте с хлорированной либо морской водой. Застывший камень получается прочным, стойким к воде и химикатам, не дающим высолов.
Глиноземистый – прочный, быстро твердеющий цемент на базе клинкера и известняков в расплавленном виде. В порошке содержится много алюминатов кальция (низкоосновных). Застывает при +25С и ниже, иначе теряет половину прочности. Материал с другими видами цемента и добавками смешивать запрещено. Обычно порошок используют для создания стойких к кислоте растворов, заполнения гранита, бештаунита и иных кислостойких пород. Схватывается такая смесь в течение 8 суток.

Цветной и белый портландцемент

Вместе с защищенностью от воздействия агрессивных факторов цемент должен обладать хорошими эстетическими качествами.

Существует 2 вида смесей:

Белый портландцемент.
Изготавливается по той же технологии, что и простой цемент. Отличием является содержание белого клинкера. Важный показатель — тип используемой глины. Она должна содержать небольшое количество оксидов металлов, придающих желтизну. Белизны добиваются путем превращения карбида железа в окись.
Цветной.
Изготавливается на основе белого цемента путем добавления красителей. В роли последних выступают гематитовая руда, фталоцианиновые пигменты, окись железа, сажа.

История цемента

Слово «цемент» происходит от латинского caementum, что переводится как «дробленый, битый камень». Это вещество стало результатом поиска способов справиться с низкой водостойкостью гипсовых и известняковых пород. С этой целью в их состав вводились водостойкие минеральные вещества. В самом начале ими выступали остатки кирпичей из обожженной глины и вулканические породы. Древние римляне применяли отложения пепла знаменитого вулкана Везувия – пуццоланы.

Оптимальная технология производства цемента была выработана много лет спустя, когда потребность в большом количестве недорого и прочного вяжущего не стала наиболее острой. Наибольший вклад в исследования внесли:

Каменщик Джон Аспинд, который в 1824 г. получил патент на портландцемент.
Русский строитель Егор Челиев, написавший в 1825 г. книгу о цементе для подводных работ.

Название портландцемент происходит от английского острова Портленд, состоящего из известковых пород. В Англии камни с этого острова считались самым престижным строительным материалом. Аспинду удалось получить искусственный камень, который по прочности и цвету был очень похож на указанный материал.

Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

Пропитка свай битумными материалами с применением поверхностно-активных веществ

Широкое применение свайных фундаментов вместо монолитных или сборных дает значительный выигрыш во времени и экономию в материалах. Но в ряде районов применение таких фундаментов затруднено вследствие засоленности грунтов и грунтовых вод, значительно превышающей предусмотренную нормативами предельную концентрацию растворенных в них веществ.
При обследовании фундаментов опор магистральных трубопроводов на территории г. Гурьева в бетоне, не имевшем защиты, через 7—8 лет было обнаружено большое количество новообразований (продуктов коррозии) и повреждений. Химический анализ водной вытяжки показал, что в фундаментах, соприкасающихся с минерализованными грунтовыми водами, содержится свыше 14000 мг/кг сульфатов (в пересчете на ионы SO»). Это говорит о необходимости изоляции бетона от агрессивных вод.

Защита железобетонных забивных свай от коррозии может быть выполнена путем повышения плотности бетона, применения сульфатостойких цементов, окраской раствором битума в бензине, нанесением защитных покрытий из эпоксидных смол, пропиткой битумом или петролатумом. Однако сваи, выполненные из бетона повышенной плотности на сульфатостойком цементе или окрашенные растворами битума, могли быть применены только в грунтах с меньшей степенью засоленности вод [3]. Защитные покрытия из эпоксидных смол не используются из-за их дефицитности и высокой стоимости.

Пропитка бетона защитными материалами выгодно отличается от других способов защиты долговечностью и надежностью. Пропиточный материал, проникая в бетон на некоторую глубину, не теряет своей сплошности при транспортировке и забивке свай.

В настоящее время пропитку свай производят:

в открытых ваннах при атмосферном давлении, где проникание раствора или расплава пропиточного материала происходит, в основном, за счет капиллярного подсоса;

в открытых ваннах с одновременным применением внутреннего вакуума, для чего откачивают воздух, находящийся внутри изделия;

методом конденсационного вакуума, возникающего при снижении температуры изделия в результате охлаждения пропиточного материала или при использовании метода холодных и горячих ванн;

в автоклавах, из которых откачивают воздух для удаления его из пор бетона; затем /вводят пропиточный материал и создают избыточное давление.

Следует отметить, что первые три способа мало производительны, а четвертый требует сложного оборудования. Основным недостатком пропитки является медленное проникновение пропитывающего материала в бетон. Например, пропитка железобетонных свай и деталей опор трубопроводов в расплаве битума на глубину 20 мм при температуре 180—230°С продолжается от 20 до 26 ч в зависимости от плотности бетона. Кроме того, по существующей технологии ее невозможно выполнить без предварительной сушки и подогрева в течение 15—20 ч. Все это требует больших расходов тепла и значительных производственных площадей.

В результате поисков наиболее экономичного решения был разработан метод пропитки бетона с применением поверхностно-активных веществ. Его сущность заключается в следующем. Стенки пор бетона имеют гидрофильные свойства, т. е. хорошо смачиваются водой и водными растворами [5]. При пропитке бетона в капилляры с гидрофильными стенками пор проникает жидкость, имеющая гидрофобные свойства. Такими свойствами обладают битумы — смолообразные натуральные (нефтяные асфальты) и искусственные веществ. получаемые при переработке нефти (6J. Битумы являются коллоидными системами, в которых роль дисперсной среды играют смолы и масла, а диспергированной частью являются асфальтеиы, поэтому их наиболее часто применяют в качестве защитных материалов.

Производство ЖБИ для обустройства фундаментов

Область применения свай – исключительно создание опор для зданий и сооружений самого разного назначения. С их помощью обустраиваются свайные фундаменты и каркасы, представляющие собой единственно возможный вариант на песчаных и глинистых почвах, слабом и подвижном грунте. В регионах с сейсмически активным грунтом сваи являются незаменимым фундаментным элементом.

Используют эти ЖБИ не для всех сооружений, а лишь для многоэтажного строительства. Их применение существенно ускоряет ход строительства, делает постройку более крепкой, надежной и прочной. Свайный фундамент или каркас не только укрепляют строение, но и предотвращают появление трещин вследствие движения грунта.

При производстве ЖБИ свай их прочности и долговечности уделяется огромное внимание. В грунт их погружают при помощи копровой установки – молота, забивающего длинные сваи в землю.