8.2.6 Влияние минеарологического состава клинкера и выбор вяжущего

Один из решающих факторов обеспечения коррозионной устойчивости цементного бетона – изготовление плотного водонепроницаемого бетона путем предварительного подбора его состава с учетом условий эксплуатации. Так, например, стойкость портландцемента в пресных водах можно повысить, уменьшив в нем содержание трехкальциевого силиката – минерала, твердеющего с выделением большого количества свободной извести.

Для повышения стойкости в сульфатных водах нужно уменьшить содержание трехкальциевого алюмината и повысить количество алюмоферритов кальция. Поэтому, C₄AF более устойчив против сульфатной коррозии, хотя он также может образовывать гидросульфоалюминат и анологичный ему гидросульфоферрит кальция, вызывающие деформацию цементного камня.

Согласно В.С. Горшкову, клинкерные минералы по скорости связывания гипса могут быть расположены в ряд:

C₃A > C₆A₂F > C₄AF > C₆AF₂ > C₂F

По мере повышения содержания алюмоферритов кальция за счёт снижения содержания С₃А при постоянном содержании С₃S и C₂S сульфатостойкость цементов значительно повышается. Стандарт на сульфатостойкий цемент предусматривает следующие требования: С₃А не более 5%, сумма С₃А + C₄AF – не более 22%, C₃S – не более 50%.

Однако в ряде случаев наблюдается отклонение от этого общего положения. Цемент, содержащий С₃А и C₃S менее 5% и 50% соответственно, оказывается менее сульфатостойким.

Причиной такого явления могут быть плотность цементного камня, присутствие в сульфатных водах ионов хлора, концентрации ионов SО₄^2- в агрессивной среде. Так, например, в морской воде присутствие хлоридов замедляет или прекращает расширение бетона под действием сульфатных растворов. Это связано с повышением растворимости гипса и гидросульфоалюмината кальция в растворах хлоридов.

С учётом этих данных для сред малой и средней агрессивности разработан низкоалюминатный сульфатостойкий портландцемент, в котором содержание C₃S допускается до 60% и С₃А до 8% при обязательном содержании в цементе до 10% активных минеральных добавок.

Скорость действия сульфатных растворов зависит от вида катионов в растворе. Различие в действии MgSО₄ и Na₂SО₄ зависит также от состава цемента. Сульфат магния оказывает более сильное действие на низкоалюминатные цементы, а сульфат натрия на высокоалюминатные. Это объясняется различным химизмом их действия. C₃S разрушается быстрее в растворе MgSО₄, чем в растворе Na₂SО₄; С₂S разрушается под действием MgSO₄, а в растворах других сульфатов устойчив; C₃А и C₄AF не устойчивы в сульфатных средах, но C₄AF реагируют с ними очень медленно.

В цементах с высоким содержанием шлаков по сравнению с портландцементом отмечается отсутствие четырёхкальциевого алюмината. При полном погружении цементы очень слабо подвергаются действию даже морской воды.

В соответствии с представлениями профессором Лафюма, «цементная бацилла», которая будет образовываться при контакте с сульфатами, не даст эффект набухания, потому что она образуется между соединениями, находящимися в растворе. При этом происходит кристаллизация (без разрушения), и образующийся сульфат участвует в увеличении механической прочности.