Сульфатостойкий бетон – ГОСТ Р 56687-2015 Защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии. Метод определения сульфатостойкости бетона, ГОСТ Р от 03 ноября 2015 года №56687-2015

Основные компоненты сульфатостойкого бетона те же, что у стандартного бетона: в роли основы выступают песок и цемент, смешивающиеся в соотношении 1:3.

Вводятся минеральные добавки, улучшающие технические характеристики. В состав сульфатостойкого бетона вводят клинкер, гипсовый камень или иное сырье, содержащее сульфат кальция.

Разновидности

Строительные смеси, устойчивые к воздействию агрессивных факторов, делятся на такие типы:

• усиленный минеральными присадками цемент;
• пуццолановый вяжущий гидравлический состав;
• сульфатостойкий портландцемент;
• шлакопортландцемент.

Портландцемент увеличивает устойчивость бетонных смесей к перепадам температур, снижает агрессивность сульфатов, если эти вещества содержатся в материале в большом количестве.

Способы получения

Бетон, имеющий нужные характеристики, получают 2 способами:

1. Изготовление строительного раствора с последующим введением минеральных присадок.
   Если объем добавляемых веществ превышает норму, прочность бетонной конструкции снижается. Повышенная хрупкость становится причиной обрушения сооружения. При изготовлении таких растворов нельзя отклоняться от рекомендаций, содержащихся в нормативных актах.
2. Добавление сульфатостойкого портландцемента.
   Введение этого компонента повышает прочность, защищая конструкцию в течение всего срока эксплуатации. Сульфатостойкий раствор приобретает нужные качества через 28 дней. Портландцемент содержит 20% шлака. При изготовлении шлакопортландцемента этот компонент можно заменять золой, количество которой в объеме раствора не должно превышать 10%.

Виды цементов

При изготовлении сульфатостойкого бетона используют такие виды цемента:

1. Простой портландцемент.
   Введение балластных и минеральных добавок в такой материал запрещено. Цемент универсален, морозоустойчив и нечувствителен к повышенной влажности.
2. Портландцемент, содержащий минеральные присадки.
   В качестве последних применяют шлак, микрокремнезем или пуццолан. Смесь должна содержать не более 10% минерального компонента.
   Материал выдерживает большое количество циклов замораживания, не разрушается под воздействием влаги
3. Шлакопортландцемент. Основой состава является прессованный доменный шлак, который смешивается с клинкером в соотношении 1:1. Этот компонент составляет 40-60% от общего количества бетона. Шлак должен содержать соответствующее норме количество оксида алюминия. Недостатком этого строительного материала является чувствительность к перепадам температур.
4. Пуццолановый цемент.
   В состав входят пуццоланы и печной шлак. Первые представляют собой минеральные вещества, выбрасываемые вулканами. В отличие от предыдущих типов, этот материал более устойчив к воздействию сульфатов, однако чувствителен к резким изменениями температуры и влажности.

Свойства

К основным свойствам сульфатостойких строительных смесей относятся:

1. Быстрое затвердевание.
   Раствор схватывается за 1-10 часов.
2. Водопотребление.
   Этот показатель помогает правильно разводить сухую смесь водой для получения раствора нужной вязкости. У устойчивого к сульфатам цемента этот параметр составляет 22-28%.
3. Размер фракции.
   Объем остающихся про просеивании через сито с ячейками 80 мкм частиц не должен превышать 15%.

Цветной и белый портландцемент

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

Существует 2 вида смесей:

1. 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.
2. Цветной.
   Изготавливается на основе белого цемента путем добавления красителей. В роли последних выступают гематитовая руда, фталоцианиновые пигменты, окись железа, сажа.

Область применения

Сфера использования обуславливается преимуществами цемента.

Еще одна марка сульфатостойкого цемента.

Смеси применяются для строительства объектов, подвергающихся негативным факторам окружающей среды:

• морозы или резкое повышение температуры;
• регулярные атмосферные осадки, повышение влажности, приливные и подземные воды;
• вспучивание или усадка грунта;
• воздействие агрессивных веществ, содержащихся в сточных водах;
• землетрясения.

Сульфатостойкий бетон используют для строительства фундаментов, гидротехнических сооружений, мостовых свай, железобетонных обсадных конструкций колодцев, речных и морских молов.

Маркировки

При покупке устойчивого к сульфатам портландцемента обращают внимание на марку, указанную на упаковке. Этот параметр отражает прочность материала при сдавливании. Шлакопортландцемент обозначается как М300, 400, 500. Маркировки М400 и М500 можно обнаружить на упаковке строительной смеси с минеральными присадками. Цемент без добавок имеет марку М400, пуццолановый — М300, 400.

При долгом хранении наблюдается потеря прочности — за полгода этот показатель может уменьшиться на 10%.

Сульфатостойкий бетон: что это, обозначение, виды, гост, цена

Для начала вспомним, что такое бетон. Бетон – это искусственный каменный материал, состоящий из следующих компонентов:

• песок;
• щебень;
• цемент;
• добавки;
• вода.

Перемешивая эти компоненты получается бетонная смесь, которая при заполнении в формы застывает и через 28 суток образуется плотный искусственный камень, который и называется бетоном.

Надо отличать ещё и растворную смесь, когда ко всем компонентам бетонной смеси не добавляется щебень, но процесс твердения происходит по обычной схеме и также образуется искусственный камень, который назовём бетоном.

Основным скрепляющим компонентом является цемент и именно он называется вяжущим материалом.

При строительстве фундаментов, речных и морских молов, гидротехнических сооружений, мостовых свай, обсадных конструкций железобетонных колодцев в проектной документации может быть указано требование о применении сульфатостойкого бетона.

Опасность сульфатов для бетона

Сульфаты – соли серной кислоты (h3SO4), широко распространённые в природе и в избытке имеющиеся в морской воде, грунтовых водах и других минеральных источниках. Они способствуют развитию III типа коррозии бетона. Такой тип разрушения происходит при образовании в теле бетона — в порах и капиллярах малорастворимых солей. Такое образование приводит к давлению на бетонный камень и его разрушению. Сульфаты, попадая в бетон, взаимодействуют с продуктами гидратации цемента и образуют комплексные различные соли, самой опасной из которых является гидросульфоалюминат кальция (ГСАК).

Опасность ГСАКа заключается в том, что он, взаимодействуя с водой, присоединяет 30-32 её молекулы и расширяется в объёме и разрывает структуру камня. Это образование (ГСАК) возникает как результат реакции гидроалюминатов цементного камня с гипсом, который поступил в бетон в виде растворов или образовался от реакции сульфатов и гашёной извести Ca(OH)2.

Высокая концентрация двухвалентных анионов SO42- в воде и C3A (трёхкальциевый алюминат) в цементе, непременно будут приводить к образованию гидросульфоалюмината кальция.

Воды, с содержанием сульфатов, находятся везде и в этом заключается их опасность для бетонов.

Особенно высока концентрация сульфатов в морской воде, достигающая 2500-2700 мг/л.

Образующийся ГСАК расширяется и ломает структуру бетонного камня, потому что, связывая молекулы h3O, он увеличивается в объёме в 1.63 раза, а когда взаимодействует ещё и с C3A и Ca(OH)2, то увеличение объёма ещё больше – в 2.27 раза. Расширенный состав ГСАКа может вымываться водой и будут образовываться разрывы сплошности в теле бетона. Так происходит коррозия бетона III типа, когда продукты коррозии, иначе говоря, образование гидросульфоната кальция и гашёная известь вымываются водами, которые контактируют с конструкциями.

Способы борьбы с сульфатами

Для того чтобы противостоять вредному воздействию сульфатов из морской воде, природных водоёмов и грунтовых вод, в строительстве применяют следующие материалы:

• Сульфатостойкий портландцемент;
• Шлакопортландцемент;
• Пуццолановый цемент;
• Портландцемент с минеральными добавками.

Применение таких цементов при производстве бетонных смесей и растворов придаёт конечному продукту, т.е. бетонному камню, необходимые сульфатостойкие свойства. Важность этой темы определяется и существованием отдельного ГОСТ 56687 – 2015 Защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии. Методы определения сульфатостойкости бетона.

Как определяется сульфатостойкость

1. Заливают 15 формочек 25х25х254 мм цементно-песчаным раствором.
2. Через 24 часа извлекают образцы и помещают в воду на 27 суток.
3. После выдерживания в воде отбирают 12 образцов и снова помещают 6 — в воду, а остальные 6 — в 5 % раствор сульфата натрия.
4. В таком положении они находятся до 12 месяцев, причём контрольные образцы находятся в несменяемой дистиллированной воде, а испытуемые образцы – в растворе, который периодически меняют на свежий.
5. Периодически их извлекают и осматривают, фиксируя дефекты – сколы, трещины, изгибы образцов.

Все результаты обрабатываются по сложным формулам и в конце концов сводят в таблицу:

Но в этой таблице всё только про цементы. Так вот, сульфатостойкость бетона определяется в каждом конкретном случае в зависимости от агрессивности среды, в которой он будет находиться, т. е. конкретные показатели содержания ионов SO₄^2- в воде. Проектные требования по водонепроницаемости, которые имеют классы W 4 – W20. По этим данным подбирают марку цемента по ряду таблиц в Своде Правил 28.13330. 2012 (Защита строительных конструкций от коррозии), который может быть использован для приготовления бетонной смеси в том или ином проекте. Как вы понимаете, сульфотостойкость бетонов очень сложная тема и по-простому с ней не разобраться.

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.

Шлакопортландцемент

Это гидравлическое вяжущее, которое получается после совместного помола клинкера и высушенного гранулированного доменного шлака, добавляется ещё и гипс в пропорции, как при обычном цементе, то есть до 6%.

ГОСТ требует содержание доменного шлака в пропорциях к общей массе цемента от 20 до 60 %. Шлакопортландцемент подразделяется на обычный, быстротвердеющий и сульфатостойкий. Марки по прочности не отличаются от обычного сулфатостойкого портландцемента – В32.5, В42.5, В52.5. В таблице выше можно понять, что для шлакопортландцемента также важным показателем, который жёстко нормируется ГОСТом, является содержание по минералогическому составу трёхкальциевого алюмината не более 5%. Такое содержание этого минерала и обуславливает сульфатостойкость шлакопортландцемента.

Такой цемент универсален и широко применяется при строительстве крупных гидротехнических сооружений.

У него есть один недостаток – при гидратации цемента выделяется незначительное количество тепла, что ограничивает использование его в зимний период.

Поэтому его используют при производстве железобетонных конструкций, которые подвергаются тепловлажностной обработке, то есть пропариванию.

Одним из самых важных достоинств шлакопортландцемента является его дешевизна, что немаловажно при больших объёмах строительства.

Пуццолановый цемент

Это цементы, которые готовятся из обычных портландцементов и активных минеральных добавок. Активные минеральные добавки – это искусственные или природные вещества, в составе которых обязательно присутствует активный кремнезём, который содержится в пуццоланах.

Пуццолана – материал силикатного или алюмосиликатного состава и их комбинация, получается из туфа, пемзы, вулканического пепла. Название дано от итальянского города Пуццуоли. Если пуццолану залить водой, то ни в какую реакцию она вступать не будет, но в тонкоизмельчённом виде в присутствии воды взаимодействует с раствором гидроксида кальция Ca(OH)2, знакомая нам гашёная известь. Таким образом присутствие измельчённого реакциоспособного диоксида кремния (SiO2), который по массе составляет не менее 25% в пуццолановой добавке, приводит к прохождению реакции взаимодействия с гидратом окиси кальция.

Такая добавка не позволяет формироваться уже хорошо нам известному гидросульфоалюминату кальция, потому что активный кремнезём вступает в реакцию с водой и забирает её и гашёную известь. Таким образом пуццолановый цемент уберегает бетон от разрушающего воздействия пресных и сульфатных вод. Так выглядит природа противостояния сульфатной коррозии.

Приготовление сульфатостойкого бетона своими руками

Если у вас остро возникла необходимость залить ограждающую стену, которая будет находится под воздействием воды, например, у реки или озера, то вот вам рецепт.

Чтобы приготовить 1 м3 сульфатостойкого бетона (М300) своими руками необходимо иметь следующий набор материалов:

• сульфатостойкий портландцемент — 360 кг;
• речной песок — 850 кг;
• щебень гранитный — 1100 кг;
• вода — 190 л;
• при необходимости добавки 5–10 кг.

Видео

Коротко о главном

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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%.

что это такое, бетон и сваи из цинк сульфатного строительного материала, состав клинкера для цемента

Бытует мнение, что железобетонные изделия являются самыми прочными и долговечными. Однако подобная формулировка является заблуждением. При несоответствующих условиях эксплуатации конструкции из бетона также подвержены серьезным деформациям и повреждениям. На них оказывают негативное воздействие сильные морозы, оседание слоев почвы, кислородное окисление, атмосферные осадки и влияние различных химических веществ.

Лучшим вариантом для строительства считается сульфатостойкий цемент. Наибольшую популярность данный строительный материал получил в тех регионах, где погодные условия оставляют желать лучшего. Это касается территорий, для которых характерными особенностями являются резкие перепады температур и большое количество выпадающих осадков.

Что это такое?

Сульфатостойкий цемент или портландцемент – это специальный строительный материал, который отличается от привычного аналога и является устойчивым к негативным воздействиям химических соединений и переменчивым капризам природы. Основная область применения портландцемента включает в себя постройку насосных станций, водосбросных и водовыпускных сооружений. Бетон и сваи из цинк-сульфатного стройматериала используются для постройки большинства промышленных конструкций.

Сульфатостойкий цемент достаточно медленно застывает, но в затвердевшем состоянии имеет очень высокую плотность. Последний фактор является его основным достоинством среди других строительных материалов.

Виды

По своему составу сульфатостойкий цемент разделяется на следующие разновидности:

• пуццолановый портландцемент;
• сульфатостойкий шлакопортландцемент;
• сульфатостойкий портландцемент;
• сульфатостойкий портландцемент с добавлением минеральных веществ.

Теперь рассмотрим вкратце каждый из этих строительных материалов:

• Пуццолановый портландцемент содержит смесь из гранулированного доменного шлака и пуццоланов. Под последними подразумеваются продукты вулканического происхождения в виде пепла, туфа и пемзы. Пуццоланы являются активными минеральными добавками при изготовлении портландцемента. Этот строительный материал сравнительно плохо переносит режим попеременного увлажнения и высыхания, а также оттаивания и резкого замораживания.
• Сульфатостойкий шлакопортландцемент изготавливается путем смешивания клинкера с доменным шлаком в гранулированном виде (примерно 50-60%) и незначительным количеством гипса. Шлак, который используют для производства, должен содержать ограниченное количество оксида алюминия (приблизительно до 10-12%). Сульфатостойкому шлакопортландцементу присваиваются марки М300 и М400. Он относительно устойчив по отношению к воздействию сульфатов, однако плохо переносит сильные морозы.

• Сульфатостойкий портландцемент имеет марку М400. Он склонен к медленному затвердеванию и низкому тепловыделению. Является универсальным и выдерживает любые виды температурных режимов и влажности.
• В сульфатостойкий цемент с минералами добавляется около 15-20% от общей цементной смеси доменного шлака в гранулах или 5-10% минеральных веществ. Этот вид стройматериала выпускается с марками М400 и М500. Сульфатостойкий цемент с минеральными добавками отлично подходит для сооружения различных конструкций, имеет повышенную морозостойкость и устойчивость к сильной влажности и засухе.

Применение

За счет основных компонентов портландцемента, которые можно охарактеризовать, как устойчивые к неблагоприятным факторам природы и вредным химическим соединениям, строения, созданные с его применением, являются долговечными и прочными.

Портландцемент используется для создания сульфатостойкого бетона, а также следующих конструкций:

• сульфатостойкие сваи;
• железобетонные сооружения;
• мостовые опоры;
• гидротехнические постройки.

Отдельное внимание следует уделить сульфатостойким сваям, чтобы понять, что это такое. Сваи – это изделия, представляющие собой большие стержни, которые производятся из портландцемента. Их основное применение – укрепление конструкций и создание прочной опоры при возведении фундамента.

Качество данных изделий всецело влияет на долговечность и безопасность построек. Сваи закапывают глубоко в почву. Они устойчивы к влаге, осадкам, грунтовым водам и химическим элементам, находящимся в покровах почвы. Чаще всего служат для сооружения крупногабаритных мостов, гидротехнических станций и дамб.

Сульфатостойкий бетон можно сделать даже из обычного цемента, если в раствор включить минеральные добавки. Однако лучше использовать портландцемент при создании смеси для сульфатостойкого бетона. Это увеличит прочность сооружения на всех этапах начиная с процесса бетонирования и заканчивая гарантированной защитой на протяжении всего срока эксплуатации железобетонного изделия.

Состав клинкера

Клинкер является промежуточным изделием при производстве портландцемента. Впервые о нем услышали в 1817 году, когда французский инженер Луи Вика изобрел цементный клинкер. Данное полезное открытие помогло впоследствии в 1840 году создать искусственный цемент (портландцемент).

В состав сульфатостойкого цемента входят компоненты дробленого клинкера, состоящего из минералов. При производстве материала в обязательном порядке учитываются точные дозировки всех необходимых компонентов. Как правило, готовая продукция содержит 5% алюмината и 50% силиката. Данное соотношение обусловлено тем, что в самих слоях почвы и выпадающих атмосферных осадках уже имеется достаточно много сульфатных соединений.

При вступлении в реакцию с алюминатом начинается разрушение сульфатов и, как следствие, деформация самого сооружения. По этой причине в исходном сырье для производства портландцемента должно присутствовать лишь небольшое количество алюминатной фазы.

На основной состав клинкера большое влияние оказывает не только исходное сырье, но и условия изготовления. Когда сырье обжигают, то примеси в нем размещаются хаотично. Данный фактор создает переменчивую структуру клинкерных фаз. Под последними принято подразумевать базовые минералы: алит и белит.

• Алит представляет собой важный минерал, имеющий большое значение в составе клинкера. Он быстро затвердевает и имеет высокую прочность. Алит проявляет большую активность в соединении с водой.
• Белит по своей реакции менее активен в отличие от алита. Также его тепловыделение меньше в два раза чем у главного минерала клинкера – алита. Белит медленно застывает и за счет этого обеспечивает высокую прочность материала.

Осноовным промежуточным веществом, участвующим в создании цементного клинкера, является трехкальциевый алюминат. Содержание этого вещества в стандартном замесе сульфатостойкого цемента составляет всего 5-10%. Избыточное количество данного материала может спровоцировать, как уже было отмечено выше, сульфатную коррозию. Этот процесс чреват негативными последствиями в виде разрушения структуры бетона и кристаллизации солей на стенках материалов.

Что касается последнего разрушительного воздействия, то кристаллизация оставляет свой след в виде заметного расширения цементного камня в объеме. Иногда влияние сульфатов приводит к формированию гипса, который также способствует значительному расширению камня и постепенному разрушению построек.

Вредное влияние сульфатов на железобетонные конструкции отмечается при поочередном высушивании и увлажнении почвы и самого сооружения. В качестве примера можно привести постоянно изменяющийся уровень воды в реке. Железобетонные сваи, изготовленные из сульфатостойкого цемента, в ходе этого воздействия влаги подвергаются медленному разъеданию структуры материала и изнашиванию конструкций вплоть до полного разрушения.

Выбирая цемент для работы, следует внимательно изучить его основной состав. Важно учитывать, что для каждого конкретного вида почвы нужен особый вид цемента.

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.

При изготовлении растворов следует придерживаться точных соотношений компонентов.

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.

Использование портландцемента является дорогостоящей процедурой, поэтому применяют его не так часто, как простой аналог. Однако сульфатостойкий цемент просто несравним по своим характеристикам с обычным бетонным раствором.

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.

Сульфатостойкий цемент в кислотных средах

При воздействии сред, агрессивных по содержанию сульфатов

Согласно ГОСТ 22266-2013 цементы сульфатостойкие предназначены «для изготовления бетонных и железобетонных изделий и конструкций, обладающих повышенной коррозионной стойкостью при воздействии сред, агрессивных по содержанию сульфатов».

В таблице В.1 СП 28.13330.2017 «Защита строительных конструкций от коррозии» (актуализированная редакция СНиП 2.03.11-85) установлена «Степень агрессивного воздействия сульфатов в грунтах на бетоны марок по водонепроницаемости W4 — W20»:

Соотвественно, при воздействии сульфатов на бетон требуется либо обеспечить такому бетону крайне высокую водонепроницаемость, либо для изготовления бетона использовать сульфатостойкий цемент. Причем, если содержание сульфатов в пересчете на ионы SO₄ ^2- превышает:

• 5 000 мг/кг, то без сульфатостойкого цемента пратически не обойтись;
• 15 000 мг/кг, то не обойтись без сульфатостойкого цемента и без получения из него водонепроницаемого бетона.   

В природе, встречаются и более минерализованные грунты и воды, например, на Мормышанском озере в Алтайском крае минерализация воды достигает 355 г на литр (плотность более 1200 г/л), то есть около 300 000 мг/кг, основную часть из которых составляют сульфаты и хлориды натрия. Однако, не смотря на сверхвысокую насыщенность солями и запредельно сильную агрессивность для бетона, такие воды широко используются для отдыха и купания туристами:

Другое дело, если среда агрессивна не столько по воздействию сульфатов, как, например, серная кислота

Безусловно, в серной кислоте также имеется сульфат-ион и много, но вот «искупаться» в серной кислоте никому и в голову не придёт. В кислотах лимитирующим показателем агрессивности является не столько образующий их анион (сульфат-ион, нитрат-ион…), как водородный показатель (рН) кислотных растворов. По этой причине бессмысленно применение сульфатостойкого цемента как самостоятельной и самодостаточной защиты от кислотных растворов, включая растворы серной кислоты.

В таблице В.3 СП 28.13330.2017 «Защита строительных конструкций от коррозии» (актуализированная редакция СНиП 2.03.11-85) установлена «Степень агрессивного воздействия жидких неорганических сред на бетон» при воздействии кислотных сред в зависимости от рН раствора:

Соотвественно, при воздействии кислотных растворов на бетон речь о применении или не применении сульфатостойкого бетона уже не идет

В большей мере лимитирует водонепроницаемость бетона. Более того, ГОСТ 22266-2013 не предусматривает использование сульфатостойких цементов в средах, агрессивных по кислотности.

При подготовке решения по защите от коррозии бетона следует также принимать во внимание, что некоторые соли за счёт электролитической диссоциации при контакте с водой, также образуют кислотные растворы. Это, в частности, практически все соли аммония, особенно нитрат аммония и сульфат аммония — широко известные минеральные удобрения. Например, нитрат аммония (аммоний азотнокислый) диссоциирует в воде с образованием азотной кислоты:

H₂O + NH₄NO₃  ↔  (NH₄OН) + HNO₃

В случае аммонийных солей имеет место комбинированная агрессивная среда, включающая такие показатели агрессивности как водородный показатель (рН) и наличие иона аммония (NH₄):

Резюме:

Согласно таблице В3 СП 28.13330.2017 «Защита строительных конструкций от коррозии» (актуализированная редакция СНиП 2.03.11-85) и ГОСТ 22266-2013 сульфатостойкий цемент неприемлемо использовать в кислотной среде как самостоятельный и самодостаточный защитный или кислотостойкий материал для изготовления бетонных и железобетонных конструкций, обладающих коррозионной стойкостью. Бетон на основе сульфатостойкого цемента необходимо защищать от разрушающего воздействия кислотных сред.

Решение есть!

Для защиты бетонных конструкций от коррозии в кислотных средах применяется первичная и вторичная защита согласно СП 28.13330.2017 «Защита строительных конструкций от коррозии»:

Первичная защита

Как первичная защита в кислотных средах используются добавки:

• Бетоноправ люкс марки 2 — позволяет изготавливать бетонную смесь для коррозионностойких конструкций. С этой же целью в отдельных случаях может использоваться Дегидрол люкс марки 10-2, основная задача которого — обеспечение водонепроницаемости бетона.
• На участках бетонных конструкций, подвергающихся особо сильному коррозионному воздействию, например, при наличии галогенводородных кислот, в особенности, когда возможности по устройству целостной вторичной защиты ограничены, целесообрахно использовать бетонные смеси с добавкой Дегидрола люкс марки 20.

Расход материалов

Вторичная защита

Как вторичная защита при опасности кислотной коррозии на участках переменного увлажнения вызываемого воздействием брызг или конденсата кислотных водных сред используются:

• Контацид марки 1 — при эпизодическим контакте жидких кислотных сред с рН=0-5, а также при постоянном воздействии твердофазных и газовых кислотных сред;
• Контацид марки 3 — для гидроизоляции и защиты участков, где требуется дополнительно увеличить коррозионную стойкость подложек (в том числе к воздействию кислотных сред), но не допускается или нецелесообразно нанесение отдельного защитного слоя.

Расход материалов

Характеристика сульфатостойкого бетона

Конструкции из бетона и железобетона являются прочными и надежными строительными элементами, однако они поддаются разрушениям и повреждениям в процессе эксплуатации. Деформации бетона или железобетона возникают под влиянием грунтовых вод, дождей, морозов, под воздействием химических веществ и подвижности грунта. Улучшить свойства смеси сможет сульфатостойкий цемент. При использовании сульфатостойкого цемента обеспечивается надежная защита зданий и сооружений от воздействий атмосферных осадков, в состав которых входят сульфаты. Применение такого цемента обеспечивает конструкцию устойчивостью к морозам, износостойкостью.

Что такое сульфатостойкий бетон?

Цемент сульфатостойкий или как его еще называют портландцемент, представляет собой строительный материал, в состав которого входит клинкер, силикат и трехкальцевый алюминат. Использование сульфатостойких цементов актуально в строительстве гидротехнических построек, так как они способны противостоять агрессивному воздействию атмосферных осадков с содержанием сульфатов.

Свойства

В сульфатостойком бетоне находятся клинкер, гипс и трехкальцевый алюминат, могут быть добавлены минеральные добавки. Трехкальцевый алюминат добавляют в бетонную смесь в количестве не более пяти процентов от общей массы, избыток материала провоцирует сульфатную коррозию. Отличительным свойством при работе сульфатосктойким бетоном является быстрое затвердевание цементно-песчаной смеси, что отрицательно сказывается на прочности готового изделия.

Разновидности

Сульфатостойкая цементно-песчаная смесь подразделяется на следующие виды:

• сульфатостойкий цемент с добавками;
• пуццолановое гидравлическое вяжущее вещество;
• шлакопортландцемент;
• сульфатостойкий портландцемент.

Портландцемент увеличивает сопротивляемость бетонных смесей к замораживанию и оттаиванию, если в них входят сульфаты, уменьшает воздействие агрессивных факторов в бетонном растворе, где содержится количество сульфатов, превышающих норму. Для улучшения качества портландцемента в цементно-песчаное месиво добавляют минеральные добавки и выбирают подходящий метод приготовления цемента для определенных условий строительства зданий и сооружений.

Способы получения

Гидравлическое вяжущее вещество получают двумя способами. Первый способ – изготовление цементного раствора с добавлением специальных минеральных добавок. Второй способ — использование сульфатостойких цементо-песчанных примесей, из-за которых обеспечивается надежность и защита конструкций на протяжении срока эксплуатации.

Раствор со стойкими сульфатами достигает своей окончательной прочности на протяжении двадцати восьми дней. Для получения портландцемента используют смесь шлака в количестве двадцати процентов. Для шлакопортладцемента допускается замена шлака на золу в количестве не превышающем десяти процентов массы раствора. Применение добавок, в объеме превышающих норму, уменьшает прочность раствора и увеличивает хрупкость сооружений, что приводит к разрушениям. Изготовление такого раствора должно соответствовать нормам государственного стандарта.

Как изготовить?

Приготовление сульфатостойкого бетона мало чем отличается от производства обычного бетонного раствора. Для изготовления смеси понадобится песок, цемент в пропорциях один к трем. Перед добавлением минеральных добавок важно проверить их влияние на строительный материал. Все технологические компоненты должны быть подтверждены испытаниями.

Испытание проводится на схватывание раствора, для чего в процессе кипячения обеспечивается равномерность изменений количества смеси и проверяется ее схватывание, которое происходит не раньше сорока пяти минут от процесса твердения.

Также при изготовлении бетона используют гипсовый камень, воду, клинкер или другие материалы с содержанием сульфата кальция. Применение такого цемента по карману не каждому, поэтому используется он не так часто, как обычный бетон, но и характеристики его несравнимы с простой бетонной смесью.

Области применения

Применение портландцемента актуально при возведении подводных или подземных конструкций, для строительства зданий и сооружений, которые поддаются воздействию большого количества атмосферных осадков с содержанием сульфатов. Свойства устойчивого сульфатного бетона обеспечивают защиту конструкций от внешних природных и химических факторов.

Вывод

Портландцемент является неотъемлемым материалом в строительстве зданий и сооружений, которые находятся в местности с переменчивой влагой и температурным режимом.

Однако стоит помнить, что выбирая материал, первым делом обращают внимание на его состав, ведь для разных почв потребуются соответствующие портландцементы.

Источник

что это такое, цинк-сульфатный материал, состав клинкера и применение цемента для изготовления бетона и бетонных свай

В прочности и долговечности железобетонных конструкций мало кто сомневается, но все же стоит отметить, что под воздействием внешних факторов среды материал имеет свойство довольно быстро разрушаться. Основными причинами разрушения бетона являются ветер, грунтовые воды, солнечные лучи, частые дожди и морозы. Именно поэтому применение новых технологий в производстве строительных смесей так важно.

На помощь в борьбе с разрушением бетонных конструкций приходит специализированный сульфатостойкий бетон.

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.

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.

Разновидности сульфатостойкого цемента

Рассмотрим основные виды сульфатостойкого цемента в зависимости от состава:

• Портландцемент без добавок. Введение минеральных и инертных добавок в этот вид цемента недопустимо. Является универсальным материалом, стоек к перепадам температуры и влажности.
• Шлакопортландцемент. Основной добавкой является гранулированный доменный шлак, он перемалывается вместе с клинкером и составляет 40—60% от общего объема смеси. Шлак, используемый в качестве добавки, должен соответствовать норме на присутствие в нем оксида алюминия – не более 10-12%. Слабое место шлакопортландцемента – неустойчивость к замораживанию.
• Портландцемент с добавлением минеральных добавок. В качестве минеральных добавок может быть использован шлак в количестве 15-20% от общего объема, пуццолан, комбинация пуццолана или микрокремнезема со шлаком. Минеральные добавки обычно составляют 5-10%. Этот вид сульфатостойкого цемента обладает отличной стойкостью к замораживанию и перепадам влажности.
• Пуццолановый портландцемент. Содержит в своем составе смесь из доменного шлака и пуццоланов. Пуццоланами называются активные минеральные добавки вулканического происхождения, такие как, например, пепел или пемза. В отличие от портландцемента более стоек к сульфатной коррозии, но при этом хуже переносит резкие перепады температур и перепады влажности.

Маркировки сульфатостойкого цемента

Приобретая сульфатостойкий цемент, стоит уделить внимание маркировке на упаковке. Она означает максимальную прочность при сжатии. Основные распространенные марки – М300, М400, М500. Соответственно, прочность этих цементов будет составлять от 300 до 500 кг/см² (или от 30 до 50 МПа).

Необходимо помнить, что при длительном хранении прочность состава может снижаться, так, за 3 месяца она может снизиться на значение до 10%.

Своей максимальной прочности на сжатие цемент достигает на 28 сутки после заливки.

• Сульфатостойкий шлакопортландцемент бывает всех доступных маркировок – М300, М400 и М500.
• Портландцемент с добавлением минеральных добавок маркируется – М400 и М500.
• Портландцемент без добавок имеет маркировку – М400.
• Пуццолановый маркируется – М300 и М400.

Свойства сульфатостойких цементов

Сульфатостойкие цементы являются быстросохнущими.

• Сроки схватывания – от 45 мин до 10 часов.
• Водопотребность 22-28%. Это важная характеристика, которая используется для правильного разведения исходной смеси с водой, чтобы получить раствор нужной консистенции.
• Тонкость помола. Для цементов с содержанием минеральных добавок осадочного происхождения остаток на сите с ячейками 80 мкм – не более 15%

Цветной и белый портландцемент

Агрессивные условия окружающей среды не повод забыть об эстетическом виде сооружения. Особое распространение имеют белые портландцементы, механизм изготовления которых очень схож с обычным цементом, за исключением использования белого клинкера.

Важным моментом в производстве белого клинкера является применение карбонатных пород и глины с очень низкой концентрацией оксидов железа и марганца. Для усиления белизны клинкера его выбеливают с помощью химического восстановления карбида железа 3 до оксида железа Fe3O4.

В белом портландцементе особо ценится его показатели белизны, так, выделяют 3 степени белизны цемента, которые между собой отличаются степенью отражения света.

На этой основе производится и цветной портландцемент. Его несложно сделать из белого клинкера в смеси с красящими веществами. Чаще всего для окраски используется железная гематитовая руда (для получения красного и коричневого оттенков), фталоцианиновые пигменты (для получения зеленого и голубого), железоокисный пигмент (желтый) и сажа для получения серых и черных оттенков.

Рекомендации

Стоит отметить, что сульфатостойкие цементы являются важной частью в постройке конструкций, подвергающихся суровым испытаниям климатическими условиями, такими как переменчивая влажность и скачки температур.

Необходимо с должной ответственностью относиться к выбору материалов, ведь для разных условий сульфатостойкие цементы подбираются индивидуально.

В большинстве случаев важным критерием выбора является тип почвы, ее кислотность и плотность. Но также стоит при выборе обращать внимание на то, чтобы приобретаемая продукция соответствовала государственным стандартам качества (ГОСТ).



О том, как выбрать цемент, смотрите в следующем видео.