Главная
Новости
Ремонт
Каркасный дом
Несущие конструкции
Металлические конструкции
Прочность дорог
Дорожные материалы
Стальные конструкции
Воздухоопорные сооружения
Грунтовые основания




17.01.2018


17.01.2018


17.01.2018


16.01.2018


16.01.2018


12.01.2018


12.01.2018


12.01.2018


12.01.2018


11.01.2018





Яндекс.Метрика
         » » Коррозионная стойкость шлакощелочного бетона

Коррозионная стойкость шлакощелочного бетона

31.03.2016

Теория коррозии капиллярно-пористых цементных материалов основывается на классификации видов коррозии бетона В.М. Москвина, в соответствии с которой все физико-химические процессы, определяющие коррозионное разрушение бетона, делятся на три основных вида.
К первому виду относятся процессы, связанные с действием на бетон воды с малой жесткостью и водных растворов некоторых солей, способных растворять цементный камень, не вступая при этом в химическое взаимодействие с его составляющими. Прочность бетона в подобных случаях снижается в результате выноса растворенных компонентов цементного камня во внешнюю среду (коррозия выщелачивания). Особенно интенсивно эти процессы протекают при фильтрации воды через бетон конструкций и сооружений.
Второй вид включает процессы, связанные с химическим взаимодействием между цементным камнем и агрессивными агентами, которые приводят к образованию легко растворимых продуктов, выносимых из бетона во внешнюю среду в результате диффузии или фильтрации, либо аморфных веществ, не обладающих вяжущими свойствами и не способных препятствовать дальнейшему развитию коррозии. Кроме того, названные процессы возникают в тех случаях, когда на бетон воздействуют растворы кислот и некоторых кислых солей. В этих средах бетон разрушается во много раз интенсивнее, чем при коррозии выщелачивания.
К третьему виду относятся процессы, в результате которых в порах и капиллярах бетона накапливаются кристаллические новообразования. По достижении критической степени заполнения порового пространства в толще бетона возникают внутренние напряжения, которые могут привести к его разрушению. Накопление кристаллических продуктов в порах бетона возможно в результате химического взаимодействия агрессивной среды с цементным камнем, при котором в осадок выпадают труднорастворимые вещества, или при циклическом воздействии растворов минеральных солей, когда насыщение бетона раствором чередуется с высушиванием.
Наиболее интенсивно коррозия развивается в условиях, если кристаллизация новообразований сопровождается значительным увеличением объема твердой фазы за счет синтеза солей с большим содержанием кристаллизационной воды. Типичный пример коррозии — разрушение бетона в сульфатосодержащих средах, когда в результате химического взаимодействия между агрессивной средой и алюминатными составляющими цементного камня в порах бетона образуется кристаллический гидросульфоалюминат кальция.
Помимо трех основных видов коррозии, охватывающих подавляющее большинство процессов, вызывающих разрушение бетона, исследованы также некоторые специфические виды коррозионного воздействия. Среди них следует выделить адсорбционное понижение прочности капиллярно-пористых материалов.
В реальных условиях коррозия каждого вида в отдельности встречается редко, что в значительной степени обусловлено сложным составом воздействующих агрессивных факторов и условиями эксплуатации конструкций.
Коррозионная стойкость шлакощелочных вяжущих систем, как и портландцементных, в значительной степени определяется плотностью и непроницаемостью структуры формируемого искусственного камня, однако сопоставление кинетики процессов разрушения бетона при одинаковых условиях позволяет констатировать, что повышенная стойкость и долговечность шлакощелочного бетона обеспечиваются в результате отсутствия в продуктах гидратации гидроксида кальция, а также высокоосновных гидросиликатов и гидроалюминатов кальция. Особенности и кинетика коррозии искусственного камня в значительной степени обусловлены концентрацией и составом агрессивных сред. При прочих равных условиях повышенную агрессивность по отношению к бетону проявляют кислые среды, но активное развитие коррозии возможно и в нейтральных растворах, если они содержат достаточное количество хлоридов либо сульфатов.
Солестойкость шлакощелочного бетона. Долговечность бетона в растворах минеральных солей зависит от ионного состава, концентрации и условий их воздействия, определяется особенностями микро-и макроструктуры бетона, обусловленными вещественным составом шлака, видом и количеством щелочного компонента, а также условиями твердения. Шлакощелочной бетон отличается высокой стойкостью в растворах хлорида и нитрата магния (табл. 4.5), значительно превосходящей стойкость сульфатостойкого портландцемента.
Коррозионная стойкость шлакощелочного бетона

Стойкость шлакощелочного бетона в сульфатных растворах определяется свойствами катиона сульфатной соли, а также составом шлакощелочного вяжущего.
В растворах сульфата натрия шлакощелочной бетон независимо от состава вяжущего не разрушается, что объясняется отсутствием условий для образования растворимых продуктов коррозии.
Более агрессивны сульфаты поливалентных металлов (магния, марганца, алюминия, никеля, меди, цинка и т. д.) (см. табл. 4.5), а также аммония, образующие нерастворимые (гидросиликаты, гидроксиды) или летучие (аммиак) соединения, активно взаимодействующие с твердой фазой шлакощелочного камня с образованием двуводного гипса. Степень агрессивности этих сульфатов определяется свойствами катионов, в частности, проницаемостью продуктов коррозии и величиной pH осаждения гидроксидов.
Установлено, что в зависимости от свойств катиона стойкость шлакощелочного вяжущего в растворах сульфатов убывает в ряду Na+ > Zn2+ > Cu2+ > Ni2+ > Al3+ > NH4+ > Mg2+ > Mn2+.
Коррозия шлакощелочного вяжущего в растворах типа MgSO4 происходит аналогично коррозии портландцементного камня: упрочнение, появление трещин, в основном перпендикулярных продольной оси образцов, искривление образцов, увеличение линейных размеров и объема, разрушение.
При одинаковой плотности щелочного затворителя коррозионная стойкость шлакощелочного вяжущего в растворах MgSO4 увеличивается в зависимости от вида щелочного компонента в ряду NaOH < Na3CO3 = Na2SiO3 < Na2Si2O5 < Na2O*2,65SiO2 (табл. 4.6). При использовании растворов перечисленных компонентов одинаковой плотности количество щелочи в пересчете на единицу массы шлака уменьшается в том же ряду. Уменьшение плотности щелочного компонента снижает относительное содержание щелочей, что также способствует повышению коррозионной стойкости шлакощелочного вяжущего.
Коррозионная стойкость шлакощелочного бетона

Существенное влияние на коррозионную стойкость в растворах MgSO4 оказывает также принятое растворошлаковое отношение. Его увеличение повышает содержание щелочи, увеличивает пористость камня, а следовательно, и его проницаемость.
Тепловлажностная обработка при применении в качестве щелочного компонента растворимого стекла (Mc = 1/3) приводит к уменьшению стойкости по сравнению со стойкостью аналогичных образцов нормального твердения. Использование же в этом случае несиликатных соединений щелочных металлов способствует повышению коррозионной стойкости шлакощелочного вяжущего в растворе MgSO4.
В делом сравнительные испытания шлакощелочного вяжущего, портландцемента и сульфатостойкого портландцемента показали, что при полном погружении первые более стойки в растворах сульфата натрия (Кс24 ≥ 1), хлорида и нитрата магния и не уступают стойкости сульфатостойкого цемента в морской воде (Kc24 ≥ 0,55).
В растворах сульфатов поливалентных металлов стойкостью, близкой к стойкости сульфатостойкого портландцемента, обладают вяжущие на кислых и ЭТФ-шлаках, а также силикатных щелочных компонентах (см. табл. 4.6).
В условиях капиллярного подсоса (при частичном погружении конструкций) стойкость шлакощелочного вяжущего зависит от типа применяемого шлака, вида и плотности раствора, длительности испытания. Кинетика процесса определяется химическим составом коррозионной среды (рис. 4.8).
Прочность образцов в зависимости от типа применяемого щелочного компонента убывает в ряду плав щелочей < Na2SiO3 < Na2Si2O5, что объясняется различной скоростью протекания конденсационно-кристаллизационных процессов при формировании структуры шлакощелочного камня до и во время испытаний. Стойкость вяжущих увеличивается с повышением модуля растворимого стекла. Это связано с уплотняющим действием коллоидного кремнезема, излишек которого выделяется при взаимодействии щелочного и алюмосиликатного компонентов.
Коррозионная стойкость шлакощелочного бетона

В условиях капиллярного подсоса MgSO4 наиболее эффективны вяжущие и бетоны нормального твердения на основе кислых или электротермофосфорных шлаков и высокомодульного жидкого стекла, близкие по стойкости к бетону на сульфатостойком портландцементе.
Согласно результатам проведенных испытаний стойкость шлакощелочного бетона в условиях полного погружения в растворы солей, независимо от состава вяжущего, превосходит стойкость бетона на портландцементе во всех указанных средах, а также стойкость бетона на сульфатостойком портландцементе в растворах сульфатов натрия, нитратов и хлоридов магния. В других сульфатосодержащих средах, особенно при капиллярном подсосе растворов, эффективен щелочной бетон на электротермофосфорных и кислых доменных шлаках, гидратированных растворами высокомодульных натриевых растворимых стекол. Названные составы бетона не уступают по стойкости в данных средах бетону на сульфатостойком портландцементе.
Составы солестойкого щелочного бетона рекомендуется назначать в зависимости от типа и концентрации в соответствии с BCH 67-247-83 (табл. 4.7).
Коррозионная стойкость шлакощелочного бетона

Анализ особенностей механизма процесса разрушения шлакощелочного цементного камня, а также известных классификаций видов коррозии показывает, что в продуктах гидратации щелочных вяжущих содержится четыре группы веществ, обладающих различной устойчивостью к воздействию агрессивных сред:
- наиболее растворимые — свободный щелочной компонент;
- менее растворимые, чем щелочи, но сравнительно легко гидролизирующиеся вещества типа силикатов натрия или кальциево-натриевых силикатов, находящихся в гелевидном состоянии;
- сравнительно устойчивые к растворению гидросиликаты кальция, кальцит;
- наиболее трудно растворимые кристаллические гидросиликаты кальция и гидроалюмосиликаты натрия.
Превалирование какой-либо из этих групп в продуктах гидратации вяжущего определяет колебания его коррозионной стойкости. Поэтому на основании результатов исследований, а также данных рассмотрим возможные способы модифицирования вяжущих и цементного камня на их основе, позволяющие получать одинаково стойкие материалы независимо от вида алюмосиликатного компонента.
Направленное регулирование количества щелочного компонента. Согласно результатам исследований (табл. 4.8) достижение поставленной цели возможно подбором щелочного компонента и его плотности (рис. 4.9), изменением растворошлакового отношения бетонной смеси, введением добавок глин или пропиткой цементного камня, например, в растворах солей хлоридов, нитратов, сульфатов металлов из группы Mg, Zn, Mn, Ni, Cu (см. табл. 4.8), связывающих свободную щелочь в нерастворимые соединения.
Коррозионная стойкость шлакощелочного бетона
Коррозионная стойкость шлакощелочного бетона

Подбор оптимального растворошлакового отношения и плотности щелочного компонента повышает стойкость шлакощелочного вяжущего в растворах сульфата магния, однако не обеспечивает условий для получения высокопрочного цементного камня. Более эффективным для достижения поставленной цели оказывается введение добавок глин или пропитка цементного камня растворами солей.
И в первом и во втором случаях связывание свободной щелочи происходит, преимущественно, в поровом пространстве цементного камня, что обусловливает его уплотнение и соответственно повышение коррозионной стойкости.
Направленное модифицирование новообразований. Данный способ осуществляется с целью повышения плотности структуры или предотвращения катионно-обменных реакций между агрессивной средой и цементным камнем и реализуется, например, введением в состав вяжущего молотой силикат-глыбы. В процессе гидратации в щелочной среде наблюдается растворение по поверхности частиц силикат-глыбы с образованием растворимого силиката, взаимодейструющего с твердой фазой. Это способствует образованию прочных связей между частицами силикат-глыбы и гидратирующейся твердой фазы, что повышает содержание коррозионно-стойких фаз и, как свидетельствуют данные табл. 4.9, уплотняет цементный камень.
Коррозионная стойкость шлакощелочного бетона

Предотвращение развития обменных реакций между ионами коррозионной среды и составными частями камня. Достигается синтезом в структуре цементного камня соединений, включающих ионы агрессивных сред еще до погружения в них цементного камня.
Например, для повышения стойкости шлакощелочного цементного камня в магнезиальной среде возможно введение предварительно дегидратированной при T = 773/973 К серпентинитовой породы (табл. 4.10), которая, участвуя в процессах структурообразования, способствует синтезу в структуре цементного камня определенного количества магниевых гидросиликатов, более устойчивых к воздействию магниевых солей, чем гидросиликаты кальция.
Аналогичный эффект достигается при введении в состав вяжущего тиосульфата натрия, который при нагревании разлагается на Na2S и серу. Первое соединение служит дополнительным резервом щелочного компонента, а второе препятствует развитию обменных реакций в сульфатной среде.
Коррозионная стойкость шлакощелочного бетона

Повышение стабильности новообразований в условиях действия агрессивных сред. Названный способ реализуется за счет увеличения степени кристаллизации гелевидиой фазы введением в состав вяжущего центров кристаллизации или повышения температуры тепловлажностной обработки. Например, использование в составе щелочных вяжущих в качестве затравки кристаллического волластонита (табл. 4.11) повышает степень закристаллизованности низкоосновных гидросиликатов кальция, что благоприятно сказывается на увеличении стойкости цементного камня в растворах солей, в частности сильвинита и карналлита.
Коррозионная стойкость шлакощелочного бетона

Регулирование микро- и макроструктуры цементного камня на основе щелочных вяжущих за счет оптимизации количества вводимого щелочного компонента, синтеза стабильных новообразований, модифицирования их состава, предотвращения развития обменных реакций между ионами коррозионной среды и составными частями искусственного конгломерата позволяет не только повышать стойкость шлакощелочных материалов в растворах солей, но и открывает широкие возможности получения коррозионно-стойких материалов при действии различных агрессивных сред.
Стойкость шлакощелочного бетона в органических средах. Долговечность бетона в названных средах определяется вещественным составом вяжущего, характером поровой структуры искусственного конгломерата, а также реакционной способностью воздействующих агрессивных факторов.
Коррозионная стойкость образцов шлакощелочного бетона после двух лет хранения в таких углеводородных средах, как керосин, дизельное топливо, минеральное масло, нефть (табл. 4.12), превышает стойкость портландцементного бетона за счет образования структуры материала с более низкой капиллярной пористостью и продолжения процессов гидратации вяжущего в органических средах.
В зависимости от щелочного компонента стойкость шлакощелочного бетона в коррозионно-активных нефтяных средах увеличивается в ряду: NaOH ≥ содощелочной плав ≥ Na2CO3 ≥ Na2SiO3 ≥ Na2O*2SiO2 (см. табл. 4.12, 4.13).
При хранении образцов в минеральном масле (см. табл. 4.13) их стойкость превышает стойкость бетона на портландцементе, исключение составляют составы на основе натриевого растворимого стекла (Mо = 2,6) и кислых доменных шлаков.
Коррозионная стойкость шлакощелочного бетона
Коррозионная стойкость шлакощелочного бетона

Наименее агрессивны по отношению к шлакощелочному бетону высокомолекулярные органические среды. После двух лет хранения образцов в тузлуке, животном жире и 30 % -м растворе сахара (см. табл. 4.13) их стойкость более чем в 3 раза превышает стойкость портландцементного бетона. Причем стойкость шлакощелочного бетона в указанных средах увеличивается d уменьшением основности шлака и в зависимости от применяемого щелочного компонента возрастает в ряду: NaOH ≥ содощелочной плав ≥ Na2SiO3 ≥ Na2O*2SiО2. Структура шлакощелочного камня при хранении в названных средах не разрушается вследствие образования в. продуктах твердения малорастворимых натриевых мыл, кольматирующих поры и способствующих повышению плотности синтезируемого материала.
Стойкость шлакощелочного бетона в низкомолекулярных соединениях (глицерине, уксусной и молочной кислотах) соизмерима со стойкостью портландцементного бетона и даже несколько ее превышает (см. табл. 4.12), что объясняется более низкой растворимостью новообразований шлакощелочных вяжущих, отсутствием в составе продуктов гидратации Ca(OH)2 и высокоосновных гидросиликатов и гидроалюминатов кальция.
Таким образом, стойкость шлакощелочного бетона в органических агрессивных средах определяется плотностью, водонепроницаемостью структуры искусственного камня, а также вещественным составом гидратных новообразований. При эксплуатации шлакощелочного бетона в условиях действия названных органических соединений оценка их стойкости регламентируется BCH 67-247-83 «Технические указания по применению бетонов на шлакощелочном вяжущем в агрессивных минеральных и органических средах» и может быть выполнена с учетом их кислотности, определяемой титрованием KOH либо по водородному показателю pH (табл. 4.14).
Коррозионная стойкость шлакощелочного бетона

Стойкость шлакощелочного бетона в условиях действия кислых агрессивных сред. Коррозионная стойкость бетона в основном определяется плотностью и непроницаемостью формируемой структуры искусственного камня, а также фазовым составом продуктов гидратации (низкоосновные гидросиликаты кальция, гидрогранаты, гидросиликаты магния, цеолиты).
При твердении щелочных вяжущих систем формируются аналоги природных долговечных веществ (амфиболовые минералы, гидрогранаты, слюды, цеолиты), причем именно использование щелочных компонентов в составе вяжущих позволяет реализовать возможность моделирования природных процессов синтеза гидратных новообразований, подобных по составу и структуре известным коррозионно-стойким соединениям.
С учетом особенностей процессов структурообразования щелочных вяжущих систем, взаимосвязи коррозионной стойкости и фазового состава продуктов гидратации, данных о кислотостойкости природных и синтетических гидратных новообразований рассмотрим возможности реализации ранее изложенных принципов получения материалов с прогнозируемой долговечностью за счет модифицирования состава и структуры синтезируемого искусственного камня.
Наиболее значительное повышение кислотостойкости шлакощелочного камня достигается вследствие синтеза в составе продуктов гидратации соединений, предотвращающих развитие обменных реакций между ионами коррозионной среды и составными частями твердеющей вяжущей композиции, причем формируемые гидратные фазы могут быть представлены как кислотостойкими веществами, так и веществами, способными окклюдировать ионы агрессивной среды. Рассмотрим некоторые способы получения кислотостойких материалов за счет модифицирования состава шлакощелочного вяжущего корректирующими добавками.
Химическую стойкость вяжущих композиций определяли по показателям: коэффициенту стойкости, потере массы, изменению объема образцов размерами 1х1х6 см после выдержки их в кипящем растворе H2SO4 в течение 50 ч; в качестве объектов сравнения были выбраны сульфатостойкий портландцемент и кварцевый кремнефтористый кислотоупорный цемент.
В соответствии с результатами исследований, приведенными в трудах, при введении в состав шлакощелочного вяжущего дегидратированных магнийсиликатных добавок коррозионная стойкость формируемого искусственного камня повышается в 1,5—2 раза, что объясняется ускорением связывания щелочи в нерастворимые соединения, синтезом в составе продуктов твердения наряду с низкоосновными гидросиликатами кальция продуктов вторичной серпентизации: антигорита, серпентина, асбестовых амфиболовых минералов типа антофиллита и актинолита, обладающих повышенной стойкостью в растворах серной кислоты (рис. 4.10).
Коррозионная стойкость шлакощелочного бетона

Из сравнения релятивной интенсивности дифракционных максимумов продуктов взаимодействия шлакощелочного вяжущего с магнийсиликатными добавками и без-добавочного вяжущего с раствором серной кислоты следует, что наименьшая интенсивность пиков характерна для рентгенограмм образцов на основе вяжущего с добавкой дегидратированного асбеста и составляет в среднем 68 % интенсивности аналогичных пиков без добавочного состава (рис. 4.11; 4.12).
Коррозионная стойкость шлакощелочного бетона

Оптимизация составов исследуемых композиций выполнена в соответствии с трехуровневым трехфакторным планом постановки эксперимента. В результате обработки экспериментальных данных построены изопараметрические диаграммы коэффициента стойкости шлакощелочного вяжущего при изменении варьируемых факторов (рис. 4.13), анализ которых свидетельствует о полифункциональном влиянии расхода и состава вводимой добавки на коррозионную стойкость шлакощелочного вяжущего. Область составов с максимальной коррозионной стойкостью, соответствующей Kc = 1,2, определяется расходом магнийсиликатной добавки по массе в пределах 14,1—27,5 %, при расходе дегидратированной серпентинитовой добавки 48,8—80 % и дегидратированного талька 20—52,2.
Коррозионная стойкость шлакощелочного бетона

По мере увеличения доли серпентинитовой добавки область составов с коэффициентом стойкости Kо = 1,2 увеличивается, однако при этом прочностные характеристики искусственного камня снижаются.
Высокая коррозионная стойкость мелкозернистого бетона на основе модифицированного шлакощелочного вяжущего по сравнению со стойкостью бетона на основе портландцемента и кислотоупорного цемента подтверждена длительными испытаниями, выполненными фирмой «Nippon Steel Corporation» (табл. 4.15).
Коррозионная стойкость шлакощелочного бетона

Более значительное повышение кислотостойкости шлакощелочных вяжущих достигается за счет синтеза в составе продуктов гидратации цеолитоподобных соединений, способных окклюдировать соли, включающие ионы агрессивной среды, и предотвращающих развитие обменных реакций между ионами коррозионной среды и составными частями цементного камня.
Природные и синтетические силикаты групп содалита и канкринита окклюдируют самые различные соли, причем этой способностью отличаются не только минералы вышеперечисленных групп, но и представители других каркасных силикатов, вторичные структурные единицы которых представлены 6-членными кольцами. Модифицированные цеолитоподобные гидратные новообразования отличаются повышенной устойчивостью и стабильностью, так как окклюдированные нелетучие соли выполняют роль аналога цеолитной воды, т. е. они стабилизируют алюмосиликатный каркас, заполняя поры внутри кристаллов, и могут быть удалены только после предварительного разрушения структуры цеолита.
Коррозионная стойкость шлакощелочного бетона

Исследованы шлакощелочные вяжущие, модифицированные добавками цеолитовых минералов. В качестве корректирующих добавок использованы необожженные и термообработанные синтетические цеолиты типа NaA, NaX, NaY, а также породы Закарпатского месторождения, представленные минералами цеолитов, с отношением оксидов SiC2/Al2O3 соответственно 3—4; 4—5; 4—10; как затворитель — натриевое растворимое стекло с силикатным модулем Mc = 2,8 и плотностью р = 1300 кг/м3.
Установлено, что введение добавок термоактивированных цеолитов более эффективно, чем введение добавок исходных цеолитовых пород, причем наибольшей кислотостойкостью отличаются композиции с добавками (по массе) 30 % цеолита типа NaA и 20 % цеолита типа NaX (значения коэффициентов стойкости равны соответственно Kc = 1,22 и Kc = 0,98).
Коррозионная стойкость шлакощелочного бетона

В соответствии с данными физико-химических методов исследований, фазовый состав продуктов гидратации вяжущего на основе доменного гранулированного шлака и добавки дегидратированного синтетического цеолита NaA представлен наряду с низкоосновными гидросиликатами кальция цеолитами типа анальцима Na0,92Са0,01(Al1,0Si2,02О6)*1,11H2O; мезолита Na16Ca16(Al48Si12O240)*64Н2O; сколецита CaAl2Si3O10*3Н2O, жисмондина Ca(Al2Si2O8)*4Н2O, а также фельдшпатоидами Na2O*Al2O3*2SiO2*Na2SiO3*хН2О, гидросодалитом Na6(AlO2)6*(SiO2)6*8Н2O, щелочным канкринитом 3NaAlSiО4*NaOH (рис. 4.14, кр. 1—3). По данным рентгенофазового анализа с увеличением количества вводимой добавки возрастает интенсивность дифракционных максимумов ломонтита и гидросодалита, но уменьшается интенсивность линий содалита, включающего в качестве межкаркасной соли Na2SiO3, что можно объяснить более полным связыванием щелочного компонента в составе гидратных новообразований вяжущего (рис. 4.14, а, кр. 3).
Формирование каркасных цеолитоподобных соединений подтверждается результатами дифференциально-термического анализа и ИК-спектроскопии. На ДТА-кривых (рис. 4.14, б, кр. 2, 3) образцов вяжущего с добавками 20 и 30 % (по массе) дегидратированных цеолитов типа NaA отмечены небольшие эндоэффекты при 943 и 903 К, относимые по данным к природному минералу содалиту и соответствующие процессу удаления кристаллизационной воды с последующим разрушением исходной кристаллической структуры. На ИК-спектрограммах (рис. 4.14, в, кр. 1—3), кроме колебаний ОН-групп (3650— 1630 см-1), отмечены области поглощения, обусловленные наличием фельдшпатоидов, в частности, асимметричными колебаниями внутри тетраэдров TO4, значения волновых чисел которых с увеличением массовой доли, %, добавок цеолитов уменьшаются: 1253 см-1 (рис. 4.14, в, кр. 1), 1247 см-1 (рис. 4.14, в, кр. 2), 1207 см-1 (рис. 4.14, в, кр. 3), и валентными колебаниями внешних связей, вызванных присутствием сдвоенных колец, значения волновых чисел которых при введении 30 % (по массе) цеолита соответствуют значениям, характерным для минералов группы канкринита.
Согласно результатам физико-химического анализа состав продуктов гидратации вяжущего после воздействия разбавленного раствора серной кислоты представлен как фельдшпатоидами типа гидросодалита и основного канкринита, как и нозеаном Na8 (AlO2)6 (SiO2)6 SO4, включающим в качестве межкаркасной соли Na2SO4 при незначительном содержании продуктов коррозии CaSO4*2Н2О и Na2SO4*10H2O (рис. 4.15, а, кр. 1—3).
На ИК-спектрограммах (рис. 4.15, в, кр. 1—3) составов, включающих структуры каркасных гидроалюмосиликатов, с увеличением содержания добавки в составе вяжущего возрастает интенсивность полос поглощения, причем в области деформационных и валентных колебаний Si—О связи идентифицированы слабые полосы (590— 490 см-1), обусловленные группами (SO4)2-. При этом для состава с 30 % вводимой цеолитовой добавки полоса S—О связи в высокочастотной области имеет слабо разрешенный характер, в то время как при введении 10 и 20 % (по массе) цеолита она выражена более четко.
Анализ релятивной интенсивности дифракционных характеристик новообразований показывает, что чем больше в их составе нозеана, содержащего в качестве межкаркасной соли Na2SO4, тем меньше образуется продуктов коррозии с включением сульфат-анионов, и тем выше химическая стойкость вяжущего (рис. 4.15, а).
Коррозионная стойкость шлакощелочного бетона

Аналогичные закономерности формирования фазового состава продуктов гидратации проявляются при введении в
шлакощелочное вяжущее дегидратированных цеолитов NaX и NaY, причем кислотостойкость образцов на основе исследованных составов в значительной степени определяется интенсивностью формирования в продуктах гидратации вяжущего, взаимодействующего с агрессивной средой, новообразований типа фельдшпатоидов (нозеана, гидроканкринита, гидросодалита).
Результаты исследования коррозионной стойкости образцов на основе изученных композиций, представленные на рис. 4.16, обработаны в соответствии с трехуровневым трехфакторным планом постановки эксперимента.
Оптимальные составы вяжущих, обеспечивающих синтез искусственного камня с Kc = 1,2/1,4, достигаются при использовании 20—30 % (по массе) дегидратированных цеолитов NaA и NaX с отношением SiO2/Al2O3 = 2/3, а искусственного камня с Kc = 0,8/1,0 при введении 10—20 % цеолитов NaX и NaY с отношением SiO2/Al2O3 = 3/4 (рис. 4.17).
Коррозионная стойкость шлакощелочного бетона

Кислотостойкость вяжущих композиций определяется фазовым составом продуктов гидратации, который, в свою очередь, в значительной степени обусловлен физико-химической природой и кристаллохимическими особенностями цеолитовой добавки. В подтверждение изложенного исследованы композиции с добавками природных цеолитовых пород, включающих минералы с отношением оксидов SiO2/Al2O3, изменяющимся в интервалах соответственно 3—4; 4—5; 4—10 (табл. 4.16).
Коррозионная стойкость шлакощелочного бетона

В соответствии с принятой классификацией цеолитов, основанной на топологии каркаса с известной структурой, цеолиты разделены на семь групп, в каждую из которых входят структуры с одинаковым характером сочленения тетраэдров (Si, Al)O4. Вторичные структурные единицы, выделяемые при описании цеолитов, представлены на рис. 4.18.
Коррозионная стойкость шлакощелочного бетона

Результаты определения кислотостойкости композиций дегидратированных цеолитовых пород показали, что наибольшей кислотостойкостью (K0 = 1,3/1,56) отличаются образцы вяжущего с добавкой дегидратированной высококремнеземистой цеолитовой породы (проба III), состоящей преимущественно из морденита, структура которого представлена топологически наиболее простыми пространственными структурными единицами в виде двойного шестичленного кольца и комплекса 5—1 (рис. 4.19). Высокая химическая стойкость в растворе серной кислоты образцов на основе шлакощелочного вяжущего с добавкой дегидратированной цеолитовой породы объясняется кристаллохимическими особенностями морденита, интенсифицирующего при гидратации композиции направленный синтез цеолитоподобных фаз, модифицированных за счет необратимой окклюзии солей, включающих сульфат-анионы.
Коррозионная стойкость шлакощелочного бетона

Составы вяжущих композиций с добавкой цеолитовой породы (проба III), предопределяющей получение наиболее кислотостойкого искусственного камня, были оптимизированы с помощью двухфакторного симплекс-суммируемого плана (рис. 4.20).
Наибольшей коррозионной стойкостью отличаются образцы вяжущего, содержащие 25,6—30,0 % добавки цеолита, дегидратированного в интервале температур 923—1173 К (Kc = 1,4/1,6; Δm = 6/10 %; ΔV = 0/2 %).
Выявленные закономерности изменения кислотостойкости шлакощелочных вяжущих и бетонов позволяют отметить перспективность разработки материалов, состав продуктов гидратации которых представлен преимущественно цеолитоподобными соединениями, которые, как известно, определяют не только специальные свойства синтезируемого камня, но и его долговечность. В аспекте рассматриваемой проблемы — повышения коррозионной стойкости материалов, особый интерес представляет разработка методов направленного синтеза модифицированных цеолитоподобных новообразований определенного состава и структуры, способствующих получению коррозионно-стойких материалов с заданными эксплуатационными характеристиками и прогнозируемой долговечностью.
Коррозионная стойкость шлакощелочного бетона