Действие сульфатов.

Твердые соли не действуют на бетон, но, находясь в растворе, они вступают в реакцию с цементным камнем. Некоторые глины содержат щелочи, сульфаты магния и кальция, а грунтовые воды в таких глинах являются растворами сульфатов. Сульфаты вступают в реакцию с гидратом окиси кальция и гидроалюминатом кальция цементного камня.

Продукты реакции — гипс и сульфоалюминат кальция — имеют значительно больший объем, чем исходные компоненты, поэтому взаимодействие с сульфатами вызывает расширение и разрушение бетона, Реакцию сульфата натрия и Са(ОН)2 можно записать следующим образом:
Ca(OH)2+Na2SO4.10H2O->CaSO4.2H2O+2NaOH+10H2O.
Са(ОН)2 может полностью выщелачиваться фильтрующей водой, но если происходит накопление NaOH, устанавливается равновесие и только через S03 осаждается в виде гипса.

Гидроалюминат кальция реагирует по следующему уравнению
2(ЗСаО- А1203- 12H20)+3(Na2S04.10Н2О)-> ->3CaO.Al203-3CaS04.31H20+2Al(OH)3+6NaOH+17H20.
Сульфат кальция действует только на гидроалюминат кальция, образуя гидросульфоалюминат кальция (ЗСаО • А1203 • 3CaS04 • 31Н20).

Сульфат магния вступает в реакцию с гидросиликатом кальция, так же, как с гидратом окиси кальция и гидроалюминатом кальция, например:
3Ca0.2Si02 aq + MgS04- 7H20->CaS04.2HaO+Mg(OH)a+Si08 aq.

Вследствие очень малой растворимости Mg(OH)2 эта реакция идет до конца, поэтому в ряде случаев воздействие сульфата магния опаснее, чем других сульфатов.
Агрессивное действие сульфатов повышается с увеличением их концентрации, но при содержании более 0,5% MgS04 и 1% Na2S04 степень агрессивного воздействия возрастет медленнее. Концентрация сульфатов выражается обычно количеством весовых частей S03 на миллион и принимается: при 1000 как среднеагрессивное воздействие, а при 2000 — как сильно агрессивное, особенно если это относится
к MgS04.

Интенсивность воздействия на бетон зависит кроме концентрации сульфатов также от возможности замещения сульфатов, удаляемых из раствора вследствие реакции с цементом. При оценке опасности воздействия сульфатов следует учитывать также движение грунтовых вод.

При действии на бетон одностороннего давления воды, насыщенной сульфатами, степень агрессивности наибольшая. Попеременное насыщение и высушивание также ведет к быстрому разрушению. С другой стороны, условия, когда бетон полностью насыщен и грунтовые воды не могут в него проникнуть, значительно менее опасны. О действии сульфатов можно судить по внешнему виду бетона. Разрушение обычно начинается на углах и гранях, затем наблюдается растрескивание и шелушение с последующим переходом бетона в рыхлое состояние.

Стойкость бетона при действии сульфатов может быть повышена применением цементов с низким содержанием СзА. Из практики известно, что содержание С3А, равное 7%, разделяет цементы на стойкие и нестойкие в растворах сульфатов. Имеются, очевидно, и другие, не изученные до настоящего времени, факторы, влияющие на сульфатостойкость цементов.

Сульфатостойкость увеличивается при добавлении в цемент пуццоланы или при замене ею части цемента. При этом связывается свободный Са(ОН)2, но такой бетон нужно выдержать определенное время, прежде чем помещать его в среду, содержащую сульфаты.

Сульфатостойкость бетона зависит также от его непроницаемости. Это отмечалось уже ранее, но не будет лишним вернуться к вопросу снова. Например, применение тощего бетона в фундаментах приводит к повреждению конструкций, в других условиях достаточно долговечных. Плотный бетон должен иметь низкое водоцементное отношение, т.е. содержать достаточное количество цемента. Даже бетон на глиноземистом цементе не должен иметь состав более тощий, чем 1 :9, иначе бетон будет пористым, а следовательно, нестойким. На рис. 7.3 показано влияние пятилетних натурных испытаний на прочность при сжатии следующих составов.
Условия испытания: № 1 —в сульфате натрия, № 2 — в сульфатах натрия и магния в разных состояниях.

Можно заметить, что бетоны с расходом цемента 385 кг/м3 разрушаются медленно, даже если они приготовлены на обычном портландцементе. При низком содержании цемента действие сульфатов происходит быстрее и состав цемента оказывает большее влияние на долговечность бетона. Автоклавная обработка повышает сульфатостойкость бетона. Это относится к бетонам на сульфатостойком и обычном цементе и объясняется переходом С3АНб в менее реакционноспособную (более стабильную) форму и удалением Са(ОН)2 вследствие реакции с кремнеземом.

Введение в бетонную смесь добавки хлористого кальция снижает сульфатостойкость независимо от вида применяемого цемента.