За время практики я ознакомился с лабораториями химического и физико-химического анализа, получил теоретические и практические знания в области строительного материаловедения и коррозии бетона и физико-химических методов анализа, а именно термогравиметрический метод исследования цементов и бетонов.

Также мною был проведен информационный поиск по тематике термогравиметрические методы исследования.

1. Что такое бетон

Бетон – сложный композиционный материал, состоящий из цементного вяжущего, минеральных заполнителей, воды и модифицирующих добавок.

Основными компонентами гидравлического цементного вяжущего являются двойные и тройные соединения, состоящие из оксидов кальция, алюминия, кремния и железа. К ним относятся: монокальциевый силикат CaO × SiO₂ , двухкальциевый силикат 2CaO × SiO₂ (белит), трехкальциевый силикат 3СаО *SiO2 (алит), трехкальциевый алюминат 3СаО × Al₂ O₃ , четырехкальциевый алюмоферрит 4СаО × Al₂ O₃ × Fe₂ O₃ (целит). Следует отметить, что данные обозначения условны, поскольку традиционно представляемые в виде оксидов соединения являются сложными солями и диссоциируют в воде с образованием катионов кальция, а также силикатных, алюминатных и ферритных анионов.

В основе твердения цементного вяжущего лежат химические реакции гидратации силикатов и алюминатов кальция. В качестве побочного продукта образуется гидроксид кальция или свободная известь Са(ОН)₂ .

2(3СаО × SiO₂ ) + 6Н₂ О → 3СаО × SiO₂ × 3Н₂ О + 3Са(ОН)₂

2. Причины коррозии бетона

Капиллярно-пористая структура бетона обусловлена многокомпонентностью состава различной степени дисперсности и физико-химическими процессами усадки. Для получения необходимой подвижности бетонной смеси добавляется от 50 до 70 масс.% воды. В процессе твердения химически связывается лишь 24 – 28%. Усадка бетона вызывается, во-первых, потерей лишней воды при твердении (физическая усадка) и, во-вторых, образованием при гидратации менее объемных гидратированных структур (контракционная усадка). Это приводит к трещинообразованию и дальнейшему развитию сети капилляров и пор. Поверхность бетона становится уязвимой для воды и присутствующих в окружающей атмосфере газов. Кроме того, свободная известь в бетоне обладает высокой химической активностью и реагирует с атмосферными газами и грунтовыми водами, что вносит существенный вклад в коррозию поверхности [1].

3. Основные процессы коррозии бетона

1. Замораживание – оттаивание. Находящаяся в порах бетона вода при замерзании увеличивается в объеме, создавая давление кристаллизации и провоцируя механическую деструкцию материала.

2. Свободная известь вступает в химические реакции с углекислым газом воздуха (карбонизация), сернистым газом, оксидами азота, попадающими в атмосферу из выхлопных газов и промышленных выбросов, что приводит в условиях влаги к кислотному разрушению бетона.

3. Гигроскопичные водорастворимые соли грунтовых вод разрушающе действуют на материал за счет давления кристаллизации и гидратации солей, а также за счет возможных химических реакций со свободной известью и составляющими цементного камня.

4. Все органические и неорганические растворы кислого характера (рН<6) в той или иной степени разрушают бетон, нейтрализуя свободную известь и повреждая цементный камень.

5. Нефтепродукты ослабляют связи между заполнителем и цементом, а также между бетоном и арматурой.

6. Аммиак и мочевина сорбируются бетоном, вызывая т.н. аммиачную коррозию цементного камня.

7. Сероводород очистных сооружений под действием кислорода и серных бактерий окисляется в сернистую и серную кислоты и разрушает бетон

8. Непрофессиональное совмещение цементных и гипсовых материалов может привести во влажной среде к образованию объемного соединения эттрингита – цементной бациллы 3СаО × Al₂ O₃ × 3CaSO₄ × 31H₂ O.

Процессы коррозии можно предотвратить или затормозить, используя поверхностные или объемные способы защиты бетона [1,2].

4. Объемная защита. Модификация добавками

К объемным методам относится модификация строительных растворов добавками – важнейший рычаг управления технологическими параметрами материалов. Широкий спектр наименований, насыщенность современного строительного рынка отечественными и импортными предложениями диктуют необходимость направленного выбора средств.

Действие модифицирующих добавок проявляется в следующих основных направлениях:

1. Пластификация – изменение реологических свойств смесей в сторону большей подвижности и соответственно удобоукладываемости; снижение в/ц отношения;

2. Гидрофобизация – появление у материала водоотталкивающих свойств;

3. Регулирование сроков схватывания и твердения: ускорение или замедление;

4. Изменение структуры бетона: уплотнение, расширение, газообразование;

5. Изменение состава за счет химических реакций с компонентами бетонной смеси.

6. Эластификация – приобретение жесткими цементно-песчаными растворами эластичных свойств за счет действия полимеров

5. Характер действия добавок, их виды и возможность комплексной модификации

5.1 Пластифицирующие добавки

Пластификация строительных растворов – это действие поверхностно-активных веществ, имеющих в своем составе функциональные группы разной степени полярности. Эти группы размещаются среди разнородных по полярности компонентов раствора (цемент-песок-вода), создавая своего рода гидродинамическую смазку. Уменьшая внутреннее трение, молекулы поверхностно-активного вещества ориентируются по принципу: "полярное к полярному", "неполярное к неполярному", способствуя тем самым птимальному совмещению составных частей смеси. При этом изменяются реологические свойства бетонной смеси, снижается водоцементное отношение, увеличиваются плотность и водонепроницаемость, уменьшается расслоение, снижается риск усадочных явлений и трещинообразования, формируется плотная и однородная структура поверхности.

5.2 Гидрофобизирующие добавки

Молекулы поверхностно-активных веществ, имеющих многоатомные неполярные углеводородные цепочки, располагаются полярными группами внутрь по направлению к гидрофильным молекулам цемента, прочно адсорбируясь на них. Неполярная гидрофобизирующая часть молекулы добавки фиксируется на поверхности твердой фазы, обеспечивая водоооталкивающие свойства. Часто эффекты гидрофобизации и пластификации совпадают особенно в современных комплексных системах добавок, основу которых составляют, как правило, соли длинноцепных органических кислот, а также кремнийорганические соединения.