59. Щелочность жидкой фазы цементного камня. Защита стали от коррозии.

В воде, находящейся в капиллярах и крупных порах цементного камня, содержатся в растворенном состоянии различные вещества и в первую очередь гидроксиды кальция, натрия, калия и др. Характерно, что в первые дни твердения содержание гидроксида кальция в жидкой фазе смеси портландцемента с водой часто достигает 1,4—1,5 г/л (считая на СаО), что свидетельствует о пересыщении его растворов. Наличие этих соединений в водной среде обусловливает высокую ее щелочность, характеризуемую показателями концентрации ионов водорода рН = 12...13.

Многочисленные исследования показали, что сталь подвержена значительной коррозии уже при рН = 5...Ю; при рН = 10 и более скорость коррозии быстро падает. При рН = 14 ее практически нет. Это обусловлено тем, что в щелочных средах на поверхности стали образуется тонкая защитная пленка из нерастворимых оксидных железных соединений Fe(OH)3 и др., предохраняющих металл от дальнейшей коррозии. Чем выше щелочность окружающей водной среды, тем меньше растворимость оксидной пленки и тем выше ее защитные свойства. Происходит так называемое пассивирование железа.

Нижняя граница защитного действия гидроксида кальция при свободном доступе воздуха к поверхности железа соответствует приблизительно рН = 12; при весьма ограниченном доступе кислорода рН равно примерно 11,5. В обычном железобетоне, находящемся в воздушной среде с относительной влажностью ниже 60 %, коррозии арматуры нет.

Если в портландцементиом бетоне создаются условия для уменьшения щелочности водной среды до рН<11,5... ...12, то опасность коррозии нарастает. Одной из причин снижения щелочности является карбонизация гидроксида кальция в цементном бетоне при действии на него углекислоты воздуха. В карбонизированном бетоне рН = 9. Отсюда вытекает важное требование — защищать стальную арматуру в конструкциях слоем плотного бетона надлежащей толщины (1,5—2 см и более).

На интенсивность коррозии стали в бетоне могут влиять различные вещества. Те из них, которые увеличивают скорость коррозии, называются стимуляторами (ионы хлора, серная кислота и др.); вещества, уменьшающие скорость коррозии, называются ингибиторами (нитриты и хроматы натрия и др.). Жидкая фаза смесей шлакового или пуццолапового портландцемента с водой характеризуется более низкой щелочностью, чем смеси воды с портландцементом, поэтому защитные свойства бетонов на этих цементах несколько слабее.

Таким образом, при применении бетонов на тех или иных вяжущих в армированных сталью конструкциях особое внимание следует уделять вопросу обеспечения надлежащей защиты металла от коррозии самим бетоном. В противном случае должны проводиться специальные мероприятия по защите от коррозии (покрытие арматуры защитными пленками и т. п.).

60. Свойства пц. Плотность, водопотребность, схватывание.

Истинная плотность портландцементов без добавок в зависимости от химического и фазового состава, а также различных добавок колеблется в пределах 3,1—3,2 г/см3. Цементы и другие вяжущие вещества, используемые при изготовлении бетонов, обычно дозируют по массе. При этом частички вяжущего размещаются в промежутках между частичками мелкого и крупного заполнителя бетона. Чем больше промежутки заполнены частичками вяжущего, тем меньше пористость и выше прочность и показатели других свойств (при прочих равных условиях). В этом отношении цементы и другие вяжущие оказываются неравноценными. Цементы с пониженной истинной плотностью более экономичны по сравнению с цементами с повышенной плотностью, так как при одинаковом расходе по массе дают более пластичные бетонные смеси с меньшей пористостью. Цементы с повышенной истинной плотностью используют при возведении защитных устройств от ядерных излучений. Их применяют также при цементационных работах и для тампонирования нефтяных скважин. Такие цементы получают за счет увеличения в их составе железистых фаз QAF и C2F. В необходимых случаях в состав цементов при изготовлении вводят оксид бария ВаО, который реагирует с кремнеземом с образованием 2ВаО-•Si02 (истинная плотность 5,4 г/см3). Под водопотребностью вяжущего вещества понимают то количество воды, которое необходимо ввести в него для получения теста с так называемой нормальной густотой. Нормальной густотой цементного теста условно называют такую консистенцию, при которой пестик Тетмайера погружается в него на определенную, нормированную ГОСТ 310.3—76 глубину. Водопотребность цемента при получении теста нормальной густоты равна количеству воды, рассчитанному в процентах по массе цемента. Водопотребность портландцементов обычно 24—28%.

Водопотребность портландцемента зависит от многих факторов и, в частности, от его минерального состава. Чем больше в нем алюминатов кальция, тем она выше. Более тонкое измельчение также несколько увеличивает ее. Этому способствует также введение трепела, диатомита и других активных добавок осадочного происхождения, даже в количестве 10—15%.

Водопотребность цементов можно регулировать в значительных пределах с помощью добавок ПАВ. Они оказывают разжижающее действие. В качестве ПАВ чаще всего применяют ССБ и СДБ (а также их производные), абиетат натрия и многие другие материалы. ПАВ в количестве 0,1—0,3 % вводят в цементы при помоле, причем получают так называемые пластифицированные портландцемента. Их можно добавлять и при изготовлении растворных и бетонных смесей.

Схватывание теста. Большое практическое значение при использовании вяжущих веществ имеет скорость их схватывания и твердения. Схватыванием называется процесс, при котором относительно подвижная смесь цемента с водой постепенно густеет и приобретает такую начальную прочность, при которой ее механическая переработка становится практически затруднительной и даже невозможной (в конце схватывания). Поэтому вяжущие вещества, в том числе и цементы, должны характеризоваться такими сроками схватывания, которые дают возможность приготовлять растворные и бетонные смеси и использовать их в деле.

Различают начало и конец схватывания теста из того или иного вяжущего. Условно в соответствии со стандартами эти сроки схватывания определяют на тесте нормальной густоты при температуре 20°С±2 по глубине погружения в него иглы Вика. По ГОСТ 10178—76 (с изм.) начало схватывания теста из этого вяжущего должно наступать не ранее 45 мин, а конец схватывания не позднее 10 ч, считая от момента смешения цемента с водой.