О долговечности строительных изделий из бетонов на гипсоцементном вяжущем

УДК 666.941.4.

Опубликована с редакционными изменениями
в журнале "Строительные материалы" N 8, в 1997 г.

Научно-производственная фирма "GIPSO" - самостоятельное подразделение при ЛатНИИстроительства (Латвия, г. Рига). Основным научным и практическим достижением фирмы считаем значительные успехи в решении проблемы совмещения гипсового вяжущего и цемента. Такое смешанное вяжущее позволяет исключить из технологий пропарку и сушку изделий с расформовкой через 5 - 20 минут, а готовые изделия использовать, в качестве несущих нагрузку при эксплуатации во влажных условиях и при возможном замораживании и оттаивании. Мы считаем, что решили проблему исключения гипсоцементной (ГЦ) коррозии изделий при атмосферном воздействии.

Создание водостойких гипсовых вяжущих (гипсоцементно-пуццолановых) позволило значительно расширить область применения гипсовых изделий в наружных несущих и ограждающих конструкциях. Этому также способствовали исследования по использованию различных химических добавок (поверхностно-активных и, прежде всего, суперпластификаторов, ингибирующих, пропиточных и др.), позволяющих управлять свойствами гипсовых материалов (1).

Долгое время считалось, что бетоны на ГЦ-вяжущем являются коррозионно-стойкими, если их состав отвечал требованиям ОСТ 2129-77 и последующим стандартам , а долговечность, оцениваемая лишь по морозостойкости,находилась в соответствии с требованиями СНиП 2-В2-81. Главным условием в упомянутых ОСТ являлось наличие в ГЦ-материалах необходимого количества активной пуццолановой добавки.

В 1977 году были опубликованы результаты экспериментов ставящие под сомнение способ обеспечения коррозионной стойкости при помощи введения в ГЦ-составы различных количеств пуццолановых добавок (2). Подобные результаты были получены и в нашем институте, что дало новый толчек для исследований в этой области.

В 1986-88 годах появились публикации о научных исследованиях доказывающих, что коррозионная стойкость ГЦ-материалов гарантируется, если происходит карбонизация в естественных или искусственных условиях на всю толщину изделия (3,4). Это объясняется связыванием гидроокиси кальция, выделяющейся при гидратации цемента. Скорость карбонизации изделий зависит от таких основных факторов, как толщина изделия, пористость (газопроницаемость), влажность, температура, возможность доступа через поверхность изделия углекислого газа, степени гидратации цемента.

Время карбонизации изделия по всему объему определяют по скорости карбонизации экспериментальных образцов, учитывая толщину изделия. Скорость карбонизации у образцов определяют обрабатывая поверхности скола бетона спиртовым раствором фенолфталеина, который обеспечивает при величине рН > 9 появление красно-фиолетовой окраски. При этом, образцы хранятся в атмосферных условиях при влажности 4 - 10 % по массе и температуре между 5 и 20 град. С.

В естественных атмосферных условиях карбонизация на всю толщину экспериментальных образцов или тонкостенных изделий из бетонов на ГЦ-вяжущем может пройти в течение 2 - 5 месяцев, что обеспечит коррозионную стойкость. В то же время у массивных изделий, или у защищенных от проникновения углекислого газа из атмосферы, карбонизация может быть существенно замедлена.

Так как в обитаемых помещениях концентрация углекислого газа примерно в два раза превышает его наличие в атмосферных условиях были возможны случаи, когда лабораторные образцы из ГЦ-бетонов с различными видами добавок оказывались коррозионно стойкими. А когда из этих якобы проверенных бетонов изготавливались изделия, которые из-за толщины или из-за атмосферных условий не успевали прокарбонизироваться на всю толщину, на практике получали недолговечный бетон со случаями разрушения из-за химической коррозии.

В 1975-85 годах появились публикации о провоцировании ГЦ-коррозии различными исследователями в лабораторных условиях (5-8).

Группой наших экспериментаторов подтверждено,что ГЦ-коррозия (или один из её основных видов) происходит в кратчайшие сроки, если испытываемые образцы в водонасыщенном состоянии находятся в условиях пониженных положительных температур(около 4 гр.С). В экспериментах исследовались так же такие методы провоцирования коррозии, как хранение в воде при температуре 20 и 40 град. С., выдержка в проточной воде и под гидравлическим затвором при 20 и 40 град. С. и т.д. Все эти исследования проводились на образцах, защищенных от карбонизации. Не вызывает сомнения, что такие условия пониженных положительных температур вероятны при хранении изделий под открытым небом, особенно в осенне-зимне-весенний периоды.


Как только способ провоцирования коррозии был найден, мы приступили к исследованиям различных видов добавок, отодвигающих во времени начало коррозионных процессов.

Специальными исследованиями была разработана методика определения начала коррозионного процесса. За начало принято время, за которое линейные деформации расширения образцов превысили 0,4%. После таких деформаций происходит лавинообразное разрушение ГЦ образца по всему объёму от химических новообразований.

Нам удалось найти добавки к ГЦ-бетонам,отодвигающие начало коррозии в экстремальном режиме провоцирования до 12 и более лет. Те же составы, но без добавок, разрушались через месяц. Здесь речь идет не о долговечности материала, а о его стойкости в самых опасных для него условиях. Вводя в составы промежуточные количества добавок, мы получали время начала коррозии через 1, 3 и 5 лет. По данным метереологических служб Латвии подобные экстремальному режиму условия возможны только в осенние и весенние месяцы года.

Сотрудники фирмы провели исследования влияния на коррозию таких факторов, как вид и химический состав гипсового вяжущего, количества в цементе пуццолановых добавок, количества цемента в вяжущем, степени гидратации цемента и т.д.

Экспериментами доказано, что любое количество пуццолановой добавки к цементу ( до 40 % ), не влияет на время начала разрушения ГЦ-материала в экстремальном режиме провоцирования коррозии.

В 1992 году нами проведены работы совместно со специалистами Московского Государственного Университета, в которых использовалось самое современное оборудование. Исследования проводились с помощью ренгено-структурного, дифференциального-термического, электронномикроскопического и химического анализов.

Исследовались гидратированные гипсовые и гипсоцементные образцы после различных воздействий: высушенные сразу после изготовления, подвергнутые провоцированию коррозии и с полной карбонизацией. Анализ проведен также всех исходных порошков-составляющих вяжущее.

Полученные результаты подтвердили наличие определенных новообразований разрушающих материал, у образцов подвергнутых коррозии и их отсутствие в образцах прокарбонизированных. 

Исходя из вышеизложенного, по нашему мнению, для прогнозирования и обеспечения долговечности изделий из ГЦ-бетонов необходимо:

1. Подобрать состав для данного изделия, удовлетворяющий требованиям нормативных документов по физико-механическим и эксплуатационным свойствам ( в том числе и по морозостойкости).

2. Зная толщину и условия эксплуатации, исследуя карбонизацию экспериментальных образцов, методом расчета определить время полной карбонизации изделия.

3. Определить время начала коррозионных процессов для принятого состава, испытывая экспериментальные образцы по описанной ранее методике провоцирования коррозии.

4. Сравнить время до полной карбонизации изделия и время коррозионной стойкости, и если первое будет на 20 % (принятый нами коэффициент запаса) меньше второго, можно утверждать, что принятый состав ГЦ-бетона будет долговечен в изготавливаемом из него изделии. 

На основании результатов проведенных длительных экспериментов нами подобраны составы для изделий с обеспеченной долговечностью, а именно:

- опилкобетонные блоки для наружных и внутренних стен зданий, не требующие температурно-влажностной обработки при изготовлении и оштукатуривания возведенных ограждений. До 1994 года в Латвии построено 14 минизаводов производящих от 5 до 10 м. куб. блоков в смену при численности рабочих 2 - 3 человека. Фирма имеет пятнадцатилетний опыт возведения домов из таких блоков и изучения их в процессе эксплуатации;

- гипсовые пазогребневые плиты перегородок не требующие при производстве специальной сушки. По технологии фирмы работают три завода выпускающие плиты и использующие оборудование изготавливаемое в России. Перегородки из таких плит возводятся методом склеивания, не штукатурятся и имеют улучшенные звукоизолирующие свойства.

- самонивелирующиеся стяжки под полы, бетон для которых перекачивается по шлангам и твердеет через 1 - 2 часа. В 1990 - 91 годах в Латвии работало 5 передвижных установок, производящих такие стяжки.

- пеногипсовый негорючий утеплитель из бетона со сроками твердения 10...60 минут. Возможно изготовление конструкций по литьевой технологии ( при этом смесь укладывается через шланги при помощи насосов) или штучных изделий. В качестве наполнителя исследовано применение полистирольных гранул, опилок, стружки, камышитовых или соломенных матов.

Фирма имеет опыт монолитного возведения теплоизоляционного слоя чердачных покрытий , изготовления вкладышей монолитных перекрытий, трехслойных стеновых панелей и плит покрытия кошар армированных камышом.

По рекомендациям фирмы три завода выпускали санитарно-технические кабины из бетона на гипсоцементном вяжущем не применяя пуццолановые добавки. Благодаря введенным пластификаторам, отпала необходимость в сушке изделий, существенно увеличилась их прочность. Фирма отвечает за патентную чистоту предлагаемых разработок.

Список литературы:

1. Ферронская А.В. Долговечность гипсовых материалов, изделий и конструкций. М.:Стройиздат, 1984. 254 с.

2. Скворцова Н.И. Долговечность. // Бетон и железо-бетон.М. N 11, 1977. 35 с.

3. Марков С.С., Янюшкин В.Ф. О долговечности гипсоцементных бетонов. Сб.науч.тр. вузов ЛитССР. Исследования строительных материалов. Вильнюс: Мокслас, 1988. N 14, с.67-78.

4. Мещеряков Ю.Г., Нестеренко В.В. Водостойкий искусственный камень из гипсоцементного вяжущего.// Строительные материалы из попутных продуктов промышленности.- Л., 1988. 94-98.

5. Lukas W. Betonzerstorung durch SO 3- Angriff unter Bildung von Thaumasit und Woodfordit // Cem. and Concr. Res. 1975. Vol. 5, N 5. S. 503-517.

6. Van Aardt J.H.P., Visser S. Thaumasite formation : a cause of deterioration of Portland cement and related substances in the presence of sulphates // Cem. and Concr. Res. 1975, Vol.5, N 3, P. 225-232.

7. Ostrowski Czeslaw. Wplyw karbonizacji na wlasnosci zyw gipsowo-cementowych. Cz.1 // Cement. Wapno. Gips. 1983. N36. S. 7-8, 194-195, 197-202.

8. Алкснис Ф.Ф., Алксне В.И. Гипсоцементные материалы для наружных стен зданий (опыт Латвийской ССР) // Обзорная информация. Рига: ЛатНИИНТИ, 1984, 57 с.

Автор: директор фирмы "GIPSO" - Янюшкин Владимир Федорович.