Взаимодействия кремнеземсодержащих добавок в цементных композициях в условиях щелочного расширения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.11, кандидат наук Воронков, Михаил Евгеньевич

• Воронков, Михаил Евгеньевич
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Воронков, Михаил Евгеньевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР. ЩЕЛОЧЕ-СИЛИКАТНЫЕ РЕАКЦИИ В ПОРТЛАНДЦЕМЕНТНЫХ БЕТОНАХ

1.1 Основные факторы, влияющие на протекание ЩСР

1.1.1 Реакционная способность заполнителя

1.1.2 Щелочность бетона

1.1.3 Моделирование щелочной коррозии

1.2 Механизм щелоче-силикатного расширения и роль кальция

1.3 Ингибирование щелоче-силикатных реакций активными минеральными добавками

1.3.1 Механизмы действия минеральных добавок

1.3.2 Активные минеральные добавки, используемые для ингибирования ЩСР

1.3.2.1 Микрокремнезем

1.3.2.2 Метакаолин

1.3.2.3 Золы-унос

1.3.2.4 Доменный шлак

Выводы по Главе 1

Глава 2. ЦЕЛЬ РАБОТЫ, ПРЕДМЕТЫ, ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Предметы и задачи исследования

2.2 Испытания по ускоренной методике (метод растворных балочек)

2.3 Испытания добавок по долгосрочной методике

Глава 3 ПРЕВРАЩЕНИЯ КРЕМНЕЗЕМС О ДЕРЖАЩИХ ДОБАВОК ПРИ ИСПЫТАНИЯХ ЦЕМЕНТНЫХ КОМПОЗИЦИЙ В УСЛОВИЯХ УСКОРЕННОЙ МЕТОДИКИ

3.1 Цементные композиции с добавками микрокремнезема, осажденного

кремнезема и метакаолина

3.2 Цементные композиции с добавкой золы-унос

Выводы по главе 3

Глава 4 ПРЕВРАЩЕНИЯ КРЕМНЕЗЕМСОДЕРЖАЩИХ ДОБАВОК ПРИ ИСПЫТАНИЯХ ЦЕМЕНТНЫХ КОМПОЗИЦИЙ В УСЛОВИЯХ ДОЛГОСРОЧНОЙ МЕ ТОДИКИ

Выводы по главе 4

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Взаимодействия кремнеземсодержащих добавок в цементных композициях в условиях щелочного расширения»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Для долговечности бетона серьезную опасность представляет реакция между щелочным раствором поровой жидкости и некоторыми видами заполнителей, содержащих реакционноспособные включения (например, халцедон). В результате этой реакции образуется объемный щелоче-силикатный гидрогель, вызывающий разупрочнение бетона, появление в нем трещин и в конечном итоге - его разрушение. Проблема щелочной коррозии бетона становится все более актуальной в связи с постепенным истощением запасов чистых видов сырья и усиливающимся воздействием на бетон техногенных факторов.

Наиболее эффективным способом подавления щелоче-кремнеземных реакций, применяемым на практике, является использование высокодисперсных активных минеральных добавок - зол-унос, микрокремнезема, метакаолина, - известных также своей высокой пуццоланической активностью, т.е. способностью взаимодействовать с Са(ОН)2 с образованием кальциево-силикатного гидрогеля. Специальных стандартизованных методов, предназначенных для оценки ингибирующей активности минеральных добавок, в России не существует. С этой целью в настоящее время используются методики, предназначенные для оценки реакционной способности заполнителей цементных растворов и бетонов по отношению к щелочной среде, где мерой реакционной способности заполнителя является линейное расширение образцов бетона (ускоренный и долгосрочный методы). Эти методы имеют универсальный характер, поскольку с незначительными отличиями используются во многих странах. В условиях этих методов, предусматривающих применение повышенных температур, процессы с добавками могут происходить иначе, чем в обычных условиях, что может повлиять на оценку их ингибирующих свойств. Между тем, исследования, выполненные до настоящего времени, преимущественно были направлены на изучение влияния минеральных добавок на состав

поровой жидкости цементного камня. В связи с этим в научном и практическом отношении представляется важным установить в целом особенности гидратации портландцемента с кремнеземсодержащими добавками в условиях ускоренного и долгосрочного методов и соотнести полученные результаты с ингибирующим действием добавок в этих условиях.

Цель работы заключается в исследовании превращений кремнеземсодержащих добавок (микрокремнезема, метакаолина, осажденного БЮг - высокоактивных добавок, а также низкокальциевой золы-унос) при установлении их эффективности в качестве ингибиторов щелоче-кремнеземных реакций в условиях, регламентированных методами ускоренных и долгосрочных испытаний растворных и бетонных образцов на щелочное расширение.

Методы исследования. С помощью твердотельной спектроскопии ЯМР на ядрах 2981 (ЯМР спектрометр Вгикег Ауапсе-1ШВ-500, 99.35 МГц, частота вращения ротора 10 кГц) и термогравиметрического анализа (дериватограф системы РаиНк-РаиНк-Егёеу, навеска 500 мг, скорость нагрева 10 град/мин) определены: степень гидратации портландцемента и степень превращения добавки, средняя длина алюмокремнекислородных цепочек в совместном продукте гидратации цемента и добавки, соотношение атомов А1 и 81 в алюмокремнекислородных цепочках, молярное отношение для продукта, образуемого добавкой в результате ее взаимодействия с Са(ОН)2, и значения общей основности геля С-Б-Н, образуемого в результате гидратации цемента и добавки на различных этапах твердения. В работе также использовали спектроскопию ИК пропускания (ИК спектрофотометр РТ1Ы-8400 ЗЫтаёги, образцы в таблетках КВг) и петрографический анализ. Оценка эффективности добавок в качестве ингибиторов щелоче-кремнеземных реакций выполнена по ускоренной и долгосрочной методикам ГОСТ 8269.097. Удельную поверхность некоторых минеральных добавок определяли с помощью прибора Блейна. Линейные деформации образцов были

определены с помощью прибора для измерения усадки с индикатором часового типа.

Научная новизна. Впервые с помощью метода твердотельной спектроскопии ЯМР на ядрах 29Si исследованы превращения высокодисперсных кремнеземсодержащих добавок (микрокремнезема, метакаолина, осажденного SÍO2, низкокальциевой золы-унос) в составе цементного камня и цементно-песчаных растворов в условиях ускоренной и долгосрочной методик испытаний портландцементных растворов и бетонов на щелочное расширение.

Установлено, что в условиях ускоренного метода высокоактивные минеральные добавки (микрокремнезем, осажденный SÍÜ2, метакаолин) полностью вступают в пуццолановую реакцию и утрачивают фазовую индивидуальность до начала расширения (до погружения в раствор NaOH). При этом отношение скорости взаимодействия добавки к скорости гидратации цемента выше, чем при обычной температуре. Гель C-S-H, образуемый совместной гидратацией портландцемента и пуццолановой реакцией добавок в условиях ускоренной методики, характеризуется длинноцепочечной структурой (порядка 10 единиц) и повышенным отношением Al/Si (~0.13-0.25).

Показано, что ингибирующий эффект высокоактивных минеральных добавок, проявляемый в условиях ускоренной методики, обусловлен преимущественно связыванием Са(ОН)2, являющегося участником деструктивных процессов расширения. Ингибирующий эффект золы-унос может быть обусловлен низкой основностью образуемого ею пуццоланового продукта, и его способностью в связи с этим абсорбировать значительное количество щелочных соединений непосредственно во время образования. Установлено, что условия долгосрочного метода не влияют существенно на соотношение скоростей гидратации цемента и пуццолановой реакции минеральных добавок, и на состав продуктов гидратации. Минеральные добавки, в зависимости от их активности, вступают в пуццолановую реакцию

в период от нескольких суток (осажденный SiC^) до нескольких месяцев (зола-унос).

Практическая значимость. Установлено, что в условиях, предусмотренных в ускоренном методе испытаний, различия в ингибирующей эффективности минеральных добавок, включая золу-унос, нивелируются. По сравнению с долгосрочными испытаниями, ускоренный метод завышает ингибирующую активность добавок.

Испытания минеральных добавок в составе цементно-песчаных растворов в условиях метода долгосрочных испытаний позволяют дифференцировать минеральные добавки по способности ингибировать щелочное расширение. Результаты, полученные на основании долгосрочного метода, не меняющего характер превращений в цементных системах с активными добавками по сравнению с обычными условиями, следует считать наиболее надежными.

Метакаолин среди высокоактивных добавок обладает наибольшей эффективностью, что может быть обусловлено участием алюминия в дополнительной пассивации частиц реакционноспособного заполнителя.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы представлены в виде устных докладов на конференциях:

- научно-техническая конференция «Популярное бетоноведение-2011» (Санкт-Петербург, 2011 г.);

- конференции Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета) «Неделя науки» (Санкт-Петербург, 2011,2012, 2013 гг.);

- конференция 18 Int. Baustofftagung "ibausil" (Weimar, 2012 г.).

Положения, выносимые на защиту 1 Значение активных минеральных добавок в повышении устойчивости портландцементных бетонов к щелочной коррозии и механизмы их действия. Методы испытаний цементных растворов и бетонов на устойчивость к щелочному расширению.

2 Возможности метода твердотельной спектроскопии ЯМР и других физико-химических методов в исследованиях гидратации портландцементных композиций с активными минеральными добавками.

3 Особенности химических превращений минеральных добавок и портландцемента в условиях испытаний на щелочное расширение по ускоренной и долгосрочной методикам.

4 Влияние условий испытаний на эффективность кремнеземсодержащих добавок в качестве ингибиторов щелоче-кремнеземных реакций.

Публикации По теме диссертации автором опубликовано семь научных работ, в том числе 2 статьи в рецензируемых журналах по списку ВАК РФ.

Структура диссертации Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, библиографического списка. Работа изложена на 117 страницах машинописного текста, включающего 5 таблиц, 42 рисунка, список литературы из 106 наименований.

Глава 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР. ЩЕЛОЧЕ-СИЛИКАТНЫЕ РЕАКЦИИ В ПОРТЛАНДЦЕМЕНТНЫХ БЕТОНАХ

Взаимодействие щелочных соединений из поровой жидкости бетона с некоторыми видами кремнеземсодержащих заполнителей, продуктом которого является объемный щелоче-силикатный гидрогель, в отечественной научно-технической литературе принято называть щелоче-силикатной реакцией (ЩСР) [1,2]. Следствием протекания ЩСР в теле бетона является развитие внутренних растягивающих напряжений и деструктивных процессов - образования трещин, деформаций, разупрочнения бетонных конструкций (рисунок 1). Совокупность негативных последствий ЩСР представляет собой щелочную коррозию бетона.

Развитие щелочной коррозии не всегда влечет за собой существенное разупрочнение бетона при осевом сжатии, но существенно ослабляет бетон в отношении изгибающих и разрывных напряжений [3]. Армированный бетон лучше сопротивляется деформациям, вызванным ЩСР, и, как показывает практика, в контролируемых условиях сооружение из армированного бетона с признаками ЩСР может эксплуатироваться и дальше. В крайне редких случаях повреждения, вызванные собственно щелочной коррозией, могут быть настолько серьезными, что это приводит к необходимости прекратить эксплуатацию сооружения (рисунок 1, г). Тем не менее, ЩСР способствуют развитию других видов коррозионного воздействия на бетон, поскольку образование трещин в результате ЩСР увеличивает его проницаемость [4,5]. Как следствие, снижается устойчивость бетонной конструкции к циклам замораживания-оттаивания, к действию сульфатов (сульфатная коррозия), С02 и хлоридов (хлоридная коррозия арматуры) (рисунок 1, д) и других агрессивных по отношению к бетону сред [6]. Таким образом, в некоторых случаях щелочная коррозия может служить первопричиной, инициатором более опасных коррозионных процессов.

Рисунок 1 - Проявления щелочной коррозии: а-в - характерная для щелочной коррозии мозаичная сеть трещин (а - фрагмент бетонной стены [6], б- опора моста [7], в - дорожное полотно [7]; г - разрушение придорожного ограждения [7]; д - ограждение с признаками щелочной и хлоридной коррозии [7]; е - деформации дорожного полотна вызвали деформации и появление трещин в бетонных колоннах расположенного рядом сооружения [8]

Кроме этого, деформированные в результате ЩСР элементы конструкции вызывают опасные напряжения и образование трещин в смежных структурах, не подверженных щелочной коррозии (рисунок 1, е).

Впервые на признаки неизвестного ранее вида коррозионного разрушения бетона обратили внимание в США в 1930-ых гг, а впоследствии американский инженер Т.Стэнтон установил связь между деструктивными процессами и присутствием в бетоне избыточного количества щелочных соединений и заполнителей, способных с ними взаимодействовать [9, 10]. В дальнейшем, сооружения с признаками щелочной коррозии были обнаружены во многих странах по всему миру [11-14]. Среди объектов, пострадавших от коррозии, - сооружения транспортной инфраструктуры (дорожные покрытия на основе портландцементного бетона, мосты, бетонные ограждения, многоярусные паркинги, взлетно-посадочные полосы), гидротехнические сооружения (дамбы, пристани), жилые дома.

В течение 80-ти лет щелоче-силикатная коррозия портландцементных бетонов продолжает оставаться одной из наиболее актуальных проблем строительного материаловедения. Она освещена в большом количестве обзорных публикаций [15-19] и монографий [10, 16, 20-24], не говоря уже о значительном количестве научных работ, ежегодно публикуемых в периодических изданиях. Огромную практическую ценность имеют результаты специальных исследований, выполненных по заказу государственных отраслевых ведомств ряда стран - (США, Канады); эти результаты, опубликованные в виде научно-технических отчетов [4-6, 25-31], являются общедоступными. Тем не менее, ввиду сложности тех процессов, которые происходят при взаимодействии разнообразных реакционноспособных заполнителей и поровой жидкости бетона, их зависимости от большого числа факторов, многие аспекты щелочной коррозии бетона остаются невыясненными.

1.1 Основные факторы, влияющие на протекание ЩСР

Для инициализации и протекания деструктивных щелоче-силикатных реакций необходимо выполнение одновременно трех условий [4, 6, 32]: 1) заполнитель бетона должен содержать включения кремнезема, способного к реакции со щелочами при нормальных условиях; 2) бетон должен содержать достаточное количество щелочных соединений; 3) эксплуатация бетона в условиях повышенной влажности, или прямого воздействия воды.

1.1.1 Реакционная способность заполнителя

Заполнители, используемые для изготовления бетона, могут быть как естественного, так и техногенного происхождения [33]. Условно их можно разделить на три группы: 1) заполнители, не реагирующие со щелочами бетона при нормальных условиях; 2) медленно реагирующие заполнители; 3) быстрореагирующие заполнители. Определяющим фактором реакционной способности заполнителя по отношению к щелочным соединениям является структура и свойства входящего в его состав кремнезема, обусловленные происхождением кремнеземсодержащей породы.

К первой группе относится обычный кристаллический кварц, стабильный к воздействию щелочей вследствие своего упорядоченного кристаллического строения [34].

К медленно-реагирующим заполнителям относятся такие виды кремнезема, взаимодействие которых со щелочами проявляется спустя длительный период времени - до десяти и более лет [35, 36]. Реакционную способность частиц 8Ю2 принято связывать с наличием напряжений в структуре кристалла, неупорядоченности и дефектов кристаллической решетки. Скрытокристаллические и микрокристаллические виды кремнезема также обладают активностью по отношению к щелочной среде. Таким образом, реакционная способность минерала напрямую зависит от размера кристаллов 8Ю2, то есть их удельной поверхности [37]. К группе медленно-

реагирующих заполнителей относятся, например, скрытокристаллический халцедон и метастабильные кристобалит и тридимит.

Заполнители, активно реагирующие со щелочными соединениями, представлены аморфными и стекловидными формами диоксида кремния. К ним, среди прочих, относятся опаловидный кремнезем, обсидиан и иные стекла вулканической природы с различным содержанием БЮг-

Техногенные материалы, используемые в качестве заполнителя в бетон, также могут оказаться реакционноспособными по отношению к щелочам. К подобным продуктам относятся, например, бой силикатного кирпича или стекла [29, 38].

Разделение кремнезема на реакционноспособный и нереакционноспособный является в некоторой степени условным. Любая форма 810г при определенных условиях способна к растворению в щелочной среде, однако именно различия в скорости реакции при нормальных условиях обуславливает разделение заполнителей на реагирующие и не реагирующие со щелочными соединениями. Скорость растворения кварца в поровой жидкости бетона пренебрежимо мала по сравнению со сроком эксплуатации бетонного сооружения на подобном заполнителе, в то время как некоторые стекловидные формы кремнезема способны полностью прореагировать в течение короткого времени.

Наиболее очевидным решением проблемы щелочной коррозии представляется использование заполнителя, не содержащего реакционноспособные формы 8Ю2, однако на практике это условие почти всегда невыполнимо. Зачастую нереакционноспособный заполнитель просто отсутствует в той местности, где ведется строительство, а транспортировка нужного сырья из других месторождений экономически нецелесообразна. Кроме того, даже заполнители, признанные безопасными по результатам предварительных испытаний, могут впоследствии проявлять активность по отношению к щелочам. Причина этого заключается в несовершенстве методик испытаний и несоответствии условий лабораторных тестов

реальным условиям эксплуатации бетона. Однако возможность повлиять на развитие реакции посредством свойств заполнителя все же существует.

Исследования показывают, что для развития негативных эффектов ЩСР достаточно, чтобы заполнитель содержал по крайней мере 2 масс. % реакционноспособных включений [9]. При этом далеко не всегда скорость ЩСР находится в прямой зависимости от содержания реакционноспособного 8Ю2 в заполнителе. Как правило, деформации бетона происходят наиболее активно при определенном содержании реакционного 8Ю2; при большем или меньшем содержании реакционноспособного БЮ2 в заполнителе скорость ЩСР падает. Это явление получило названия эффекта «пессимума» - при определенном соотношении реакционноспособного кремнезема заполнителя и щелочей цемента достигается максимально возможное при данных условиях расширение [27, 39]. Объяснение эффекта пессимума основано на предположении об ограниченной доступности щелочных гидроксидов в поровой жидкости бетона: при увеличении содержания кремнезема до некоторого предела скорость щелоче-силикатного взаимодействия возрастает, однако дальнейший рост концентрации кремнезема приводит к исчерпанию запасов доступной щелочи и реакция останавливается [40]. Таким образом, представляется возможным уменьшить негативные последствия ЩСР, снизить вероятность разрушений или отсрочить момент их проявления путем подбора такого соотношения реакционных и нереакционных компонентов в заполнителе, чтобы избежать данного эффекта. Однако в реальных условиях щелочные соединения могут неограниченно поступать в бетон из внешних источников, что рано или поздно приведет к возобновлению реакции. Скорость реакции, таким образом, будет зависеть от скорости поступления щелочных соединений из окружающей среды к частицам заполнителя.

1.1.2 Щелочность бетона

Скорость ЩСР зависит от количества щелочных соединений в бетоне. Повышение концентрации ионов ОН" в поровой жидкости повышает скорость растворения 8Ю2 [41]. В химии цемента и бетона к щелочным соединениям относятся не только гидроксиды щелочных металлов, но и другие растворимые соединения натрия и калия, которые в результате обменных реакций образуют свободные щелочи и таким образом способствуют повышению рН поровой жидкости бетона. Суммарное содержание растворимых щелочей в цементе и бетоне принято выражать через эквивалентное содержание №2Оэки по формуле [41, 42]:

^2Оэкв = N320 + 0.658 • К20

где Ка20, К20 - массовая доля растворимых оксидов натрия и калия в цементе или бетоне, %.

Не все щелочные катионы, содержащиеся в бетоне, способны перейти в поровую жидкость и стать доступными для образования свободных щелочей. Для определения содержания растворимых форм щелочей в бетоне разработаны специальные методики [21].

Обобщение многочисленных исследований указывает на существование определенного порогового значения содержания растворимых щелочных соединений в бетоне, ниже которого расширение не наблюдается. По всей видимости, это обусловлено низкой скоростью растворения кремнезема при значениях рН, соответствующих содержанию щелочей ниже порогового уровня. В среднем, по результатам лабораторных исследований, для большинства видов заполнителя пороговым является содержание щелочей в диапазоне от 3 до 5 кг На2Оэкв на 1 м бетона; это значение может быть выше или ниже в зависимости от активности заполнителя. Следует также учитывать, что щелочные соединения в бетоне могут распределяться неравномерно, и, кроме того, они могут переноситься в

теле бетона поровой жидкостью, накапливаясь в отдельных зонах. По системе микропор вода способна просачиваться сквозь камень и обеспечивать транспорт растворимых соединений. Таким образом, если градиент влажности внутри тела бетона постоянен, образуется переносимый водой поток щелочных соединений, при этом одни из областей камня обедняются, а другие становятся насыщенными щелочами. Вследствие этого возможно образование локальных очагов коррозии, при этом усредненная щелочность бетона может находиться на низком уровне.

Щелочные соединения могут поступать в бетон из нескольких источников:

• Портландцемент

• Внешние источники, например антигололендые реагенты, такие как ЫаС1, а также морские и грунтовые воды [43]

• Некоторые виды заполнителей способны высвобождать в поровую жидкость значительные количества катионов Ыа+ и К+ [44]

Портландцемент является одним из основных источников щелочей в бетоне [45]. Количество щелочей в цементном клинкере, используемом для производства обычных конструкционных портландцементов, составляет порядка 0,2-1,5% [46, 47]. Большое количество ионов щелочных металлов представлено в портландцементе в виде хорошо растворимых сульфатов натрия и калия, а также в виде смешанных солей. Некоторое количество щелочей присутствует в виде твердых растворов в минералах портландцемента; большинство таких соединений высвобождаются в процессе гидратации цемента в течение первого месяца [48].

Превентивной мерой, позволяющей снизить риск возникновения ЩСР, является использование цемента с низким содержанием растворимых щелочей. В ряде практических рекомендаций и национальных стандартов эта величина ограничивается значением 0,6 масс% в пересчете на На20Экв* Однако это значение весьма условно, так как не учитывает щелочи,

привносимые в бетон из других источников - внутренних (заполнители, добавки) и внешних (грунтовые воды, противогололедные препараты). Если количество щелочных соединений, поступающих в бетон из отдельных его компонентов, поддается контролю и может быть ограничено во время проектирования бетонного сооружения, то блокировать их поступление в бетон из окружающей среды практически невозможно.

1.1.3 Моделирование щелочной коррозии

Наиболее достоверную и ценную научную информацию о ЩСР дают постоянные наблюдения за реальными объектами с признаками щелочной коррозии. Не менее полезными и в большей степени целенаправленными являются натурные испытания специально изготовленных массивных образцов бетона, проводимые в течение десятков лет (рисунок 2). В состав образцов намеренно вводят реакционноспособные заполнители, минеральные и химические добавки, изучая их влияние на устойчивость бетона к щелочной деструкции. В некоторых случаях, если это технически возможно, таким же образом экспериментируют на реальных объектах, -например, на участках автотрасс с покрытием из портландцементного бетона испытывают действие некоторых ингибиторов коррозии.

Нацеленные на отдаленную перспективу, натурные испытания не могут быть полезными для принятия оперативных решений о последствии введения в состав бетона тех или иных компонентов - вяжущих веществ, заполнителей, минеральных или химических добавок.

Для того, чтобы в приемлемые сроки оценить устойчивость портландцементного раствора, бетона или отдельных их компонентов к щелочной коррозии, образцы хранят в условиях, стимулирующих протекание ЩСР (малые размеры образцов, повышенная температура, и щелочность среды) [49-53]. Для оценки степени интенсивности щелочной коррозии

Рисунок 2 -Испытания бетона в естественных условиях [54]

периодически производят измерение линейных деформаций (расширения) образцов-призм стандартных размеров

В настоящее время наиболее широкое распространение получили два метода, которые по условиям хранения испытываемых образцов и срокам проведения испытаний можно охарактеризовать как ускоренный и долгосрочный. Эти методы отличаются универсальностью в том смысле, что с небольшими различиями используются во многих странах: в США, европейских государствах, России и других. Хотя изначально эти методы были разработаны для установления реакционной способности заполнителей бетона, в дальнейшем их стали широко использовать и в других задачах, связанных с проблемами щелочной коррозии, в том числе для определения влияния минеральных добавок на щелочное расширение портландцементных композиций с реакционноспособными заполнителями.

Ускоренный метод позволяет в короткие сроки охарактеризовать устойчивость к щелочной коррозии заполнителей или портландцементной композиции в целом [49-52]. В соответствии с этим методом, из цементно-песчаного раствора, содержащего испытуемые компоненты - заполнители, минеральные добавки, - изготавливают образцы-балки стандартных размеров, которые хранят при 80°С в 1М растворе КаОН, производя

периодические измерения линейных деформаций в течение двух недель. Цементная композиция (или заполнитель) считается выдержавшей испытания, если относительное удлинение в конце испытаний не превысило 0,1% [49].

Поскольку при нормальной эксплуатации бетона никогда не складываются условия, предусмотренные ускоренной методикой (температура, высокая щелочность), некоторые заполнители, причисленные в соответствии с результатами испытаний к реакционноспособным, могут не проявлять признаков участия в ЩСР на протяжении всего срока службы конструкции. Сложности возникают и при испытании медленно-реагирующих заполнителей. Бетон на основе таких заполнителей может в течение нескольких лет не проявлять признаков ЩСР, но растрескаться в дальнейшем. Тем не менее, подобного рода заполнители зачастую определяются ускоренным тестом как нереакционноспособные, так как не успевают в достаточной степени прореагировать даже в условиях повышенной температуры и рН [55, 56].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Воронков, Михаил Евгеньевич, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Тейлор X. Химия цемента : [пер. с англ.] - М.: Мир, 1996. - 560 с.

2. Брыков А. С. Щелоче-силикатные реакции и коррозия бетона / А. С. Брыков // Цемент и его применение. - 2009. - № 5. - С. 31 - 37.

3. Newman J. Advanced Concrete Technology 2: Concrete Properties. / J. Newman, B. S. Choo. - Butterworth-Heinemann. - 2003. - 352 p.

4. Bauer S. Alkali-silica reaction and delayed ettringite formation in concrete: A literature review / S. Bauer [et al.] - Texas Department of Transportation. -2006. - 74 p.

5. Stutzman P.E. Deterioration of Iowa highway concrete. A petrographic study. Report N. NISTIR 6399 / P.E. Stuntzman. - Gaithersburg: Building and Fire Research Laboratory. National Institute of Standards and Technology. - 1999. -72 p.

6. Silva A. State-of-the-Art Report: Key Parameters Influencing the Alkali Aggregate Reaction / Silva A. [et al.]. - SINTEF Building and infrastructure: Trondheim. - 2006. - 55 p.

7. Thomas, M.D.A. Alkali-silica reactivity field identification handbook. / M.D.A. Thomas [et al.]. - Washington: U.S. Dept. of Transportation, Federal Highway Administration. - 2011. - 80 p.

8. Sarkar S.L. Handbook for identification of ASR in airfield pavements. / S.L. Sarkar. - Washington: U.S. Department of Transportation. Federal Aviation Administration, 2004. - 79 p.

9. Swamy R. N. The alkali-silica reaction in concrete. / R.N.Swamy Glasgow/New York: Blackie/Van Nostrand Reinhold. - 1992. - 348 p.

10. Блэнкс P. Технология цемента и бетона / Р. Блэнкс, Г. Кеннеди : [пер. с англ.] - М.: Государственное издательство литературы по строительным материалам - 1957. - 327 с.

11. Bektas F. Evaluation of the alkali reactivity of cherts from Turkey / F. Bektas [et al.] // Construction and Building Materials. - 2008. - V. 22, № 6. - P. 1183-1190.

12. Richardson M. Minimising the risk of deleterious alkali-silica reaction in Irish concrete practice / M. Richardson // Construction and Building Materials. -2005. - V. 19, № 9. - P. 654-660.

13. Vola G. Petrographic quantitative analysis of ASR susceptible Italian aggregates for concrete / G. Vola, M. Berra, E. Rondena // 13th Euroseminar on Microscopy Applied to Building Materials. - Ljubljana, 2011. - P. 82-83.

14. Ono K. Damaged concrete structures in Japan due to alkali silica reaction / K. Ono // International Journal of Cement Composites and Lightweight Concrete. - 1988. -V. 10, № 4. P. 247-257.

15. Розенталь H.K. Коррозия бетона при взаимодействии щелочей с диоксидом кремния заполнителя / Н.К. Розенталь // Бетон и железобетон. - 2012. № 1 . - С. 50-60.

16. Thomas М. The effect of supplementary cementing materials on alkali-silica reaction: a review / M. Thomas // Cem. Concr. Res. - 2011. - V. 41, № 12. -P. 1224-1231.

17. Ichikawa T. Modified model of alkali-silica reaction / T. Ichikawa, M. Miura // Cem. Concr. Res. - 2007. - V. 37. № 9. - P. 1291-1297.

18. Feng X. Studies on lithium salts to mitigate ASR-induced expansion in new concrete: a critical review / X. Feng [et al.] // Cem.Concr.Res. - 2005. - V. 35, №9.-P. 1789-1796.

19. Siddique R. Influence of metakaolin on the properties of mortar and concrete / R. Siddique, J. Klaus // Applied Clay Science. - 2009. - V. 43, № 3-4. P. 392—400.

20. St John D.A. Concrete petrography. A handbook of investigative techniques. / A.B. Poole, I. Sims. - London: Arnold, 1998. - 566 p.

21. Ramachandran, V. S. Handbook of analytical techniques in concrete science and technology. - Norwich, NY [etc]: William Andrew Publishin, 2001. -990 p.

22. Durability of concrete and cement composites / под ред. C.L. Page, M.M. Page. - New York: CRC Press, 2007. - 404 p.

23. Бодуэн Дж. Наука о бетоне / Дж. Бодуэн, Р. Фельдман, В. Рамачандран : [пер. с англ.] - М.: Стройиздат, 1986. - 280 с.

24. Siddique R. Waste materials and by-products in concrete / R. Siddique. -Springer, 2008.-413 pp.

25. Carlos C. Accelerated laboratory testing for alkali-Silica reaction using ASTM 1293 and comparison with ASTM 1260. Draft report. / C. Carlos. -Davis: Pavement Research Center Institute of Transportation Studies University of California, Berkeley University of California, 2004. - 72 p.

26. Lukschova S. Alkali-silica reaction of aggregates in real concrete and mortar specimen / S. Lukschova // ACTA research reports. - 2009. - № 18. P. 7986.

27. Wissam E. T. Alkali-silica reaction in Portland cement concrete: testing methods and mitigation alternatives. / F. F. David, L. C. Ramon. - ICAR Research Report, 2000. - 548 p.

28. Stephen W. F. State of the art report on alkali aggregate reactivity. / W. F. Stephen [et al.] - American Concrete Institute, 1998. - 31 p.

29. Tayabji S. Advanced high-performance materials for highway applications. A report of the state of technology. / S. Tayabji, K. D. Smidth, T. Van Dam -Washington: U.S. Dept. of Transportation, Federal Highway Administration, 2011.-69 p.

30. Munn C.J. Alkali silica reaction. Minimizing the risk of damage to concrete. Guidance notes and recommended practice (Second Edition) / C. J. Munn [et al.] - Cement and Concrete Association of New Zeland, 2003. - 84 p.

31. Thomas M.D. A. The use of lithium to prevent or mitigate alkali silica reaction in concrete pavements and structure / M. D. A. Thomas [et al.] - Washington: U.S. Dept. of Transportation, Federal Highway Administration, 2007. - 47 p.

32. Pan J. W. Modeling of alkali-silica reaction in concrete: a review / W. J. Pan [et al.] // Front. Struct. Civ. Eng. - 2012. - V. 6, № 1. - P. 1-18.

33. Chandra S. Waste materials used in concrete manufacturing. / S. Chandra. -New Jersey: Noyes Publications Westwood, 1977. - 651 p.

34. Broekmans M. A.T.M. Structural properties of quartz and their potential role for ASR / M. A.T.M. Broekmans // Materials Characterization. - 2004. - V. 53, №. 2-4.-P. 129-140.

35. Ponce J.M., Batic O.R. Different manifestations of the alkali-silica reaction in concrete according to the reaction kinetics of the reactive aggregate / J. M. Ponce, O. R. Batic // Cem. Concr. Res. - 2006. - V. 36, №. 6. - P. 11481156.

36. Giaccio G. Mechanical behavior of concretes damaged by alkali-silica reaction / G. Giaccio [et al.] // Cem. Concr. Res. - 2008. - V. 38, № 7. - P. 993-1004.

37. Alaejos P. Influence of equivalent reactive quartz content on expansion due to alkali silica reaction / P. Alaejos, V. Lanza // Cem. Concr. Res. - 2012. - V. 42, № l.-P. 99-104.

38. Federico L. M. Waste glass as a supplementary cementitious material in concrete - Critical review of treatment methods / L. M. Federico, S. E. Chidiac // Cem. Concr. Comp. -2009. - V. 31, №. 8. - P. 606-610.

39. Gao X. X. Alkali-silica reaction (ASR) expansion: Pessimum effect versus scale effect / X. X. Gao [et al.] // Cem. Concr. Res. - 2013. - V. 44. - P. 2533.

40. Ichikawa T. Alkali-silica reaction, pessimum effects and pozzolanic effect / T. Ichikawa // Cem. Concr. Res. - 2009. - V. 39, №. 8. - P. 716-726.

41. Lindgard J. Alkali-silica reactions (ASR): Literature review on parameters influencing laboratory performance testing / J. Lindgard // Cem. Concr. Res. -2012. - V. 42, №. 2. - P. 223-243.

42. Lea's Chemistry of Cement and Concrete, Fourth Edition / под ред. Peter Hewlett. - Elsevier Science & Technology Books, 2003. - 1092 pp.

43. Shayan A. Effects of seawater on AAR expansion of concrete / A. Shayan // Cem. Concr. Res. - 2010. - V. 40, № 4. - P. 563-568.

44. Constantiner D. Alkali release from feldspars into pore solutions / D. Constantiner, S. Diamond // Cem. Concr. Res. - 2003. - V. 33, № 4. - P. 549554.

45. Shehata M. H. The role of alkali content of Portland cement on the expansion of concrete prisms containing reactive aggregates and supplementary cementing materials / M. H. Shehata, M. D.A Thomas // Cem. Concr. Res. -2010. - V. 40, №. 4. - P. 569-574.

46. Штарк Й. Цемент и известь / Й. Штарк, Б. Вихт : [пер. с нем.] - К, 2008. -469 с.

47. Качество продукции цементных заводов России и ближнего зарубежья в 2000-2001 годах. Справочник, СПб.: ЗАО «НИИ Гипроцемент-Наука» -2002.

48. Helmuth R. Alkali-Silica reactivity: an overview of research. / R. Helmuth -Washington: National Research Council, 1993. - 108 pp.

49. Standard Test Method for Potential Alkali Reactivity of Aggregates (Mortar-Bar Method): ASTM С1260-94.

50. Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов промышленного производства для строительных работ. Методы физико-механических испытаний: ГОСТ 8269.0- 97. - введ. 1998-07-01 М.: Изд-во стандартов, 1999.-98 с.

51. Standard Test Method for Determination of Length Change of Concrete Due to Alkali-Silica Reaction: ASTM C1293-08b.

52. Standard Test Method for Determining the Potential Alkali-Silica Reactivity of Combinations of Cementitious Materials and Aggregate (Accelerated Mortar-Bar Method): ASTM CI567-13

53. Sims I. RILEM Recommended Test Method AAR-0 Detection of potential alkali-reactivity in concrete. Outline guide to the use of RILEM methods in assessments of alkali-reactivity potential / I. Sims, P. Nixon // Materials and structures. -2003. -V. 36, №. 261. - P. 480-496.

54. Thomas M. Test methods for evaluating preventive measures for controlling expansion due to alkali-silica reaction in concrete / Thomas M. [et al.] // Cem. Concr. Res. - 2006. V. 36, № 10. - P. 1842-1856.

55. Shon C.-S. Can modifications to ASTM C 1260 Alkali-silica reactivity test method alleviate its inherent limitations? / C.-S. Shon [et al.] // International Center for Aggregates Research 11th Annual Symposium: Aggregates -Asphalt Concrete, Bases and Fines. - Texas, 2003. - 11 p.

56. Grattan-Bellew P.E. A Critical Review of Ultra-accelerated Tests for Alkali-silica Reactivity / P.E. Grattan-Bellew // Cem. Concr. Comp. - 1997. - V. 19, №. 5-6.-P. 403-414.

57. Standard Test Method for Potential Alkali Reactivity of Cement- Aggregate Combinations (Mortar-Bar Method): ASTM C227 - 10.

58. Garcia-Diaz E. Mechanism of damage for the alkali-silica reaction / E. Garcia-Diaz // Cem. Concr. Res. - 2006. - V. 36, №. 2. - P. 395-400.

59. Bleszynski R.F. Microstructural Studies of Alkali-Silica Reaction in Fly Ash Concrete Immersed in Alkaline Solutions / R.F. Bleszynski // Advn. Cem. Bas. Mat. - 1998. - V. 7, №. 2. - P. 66-78.

60. Chatterji S. Studies of alkali-silica reaction. Part 3. Mechanisms by which NaCl and Ca(OH)2 affect the reaction / S. Chatterji [et al.] // Cem. Concr. Res.- 1986.-V. 16, №2.-P. 246-254.

61. Chatterji S. Studies of alkali-silica reaction. Part 5. Verification of a newly proposed reaction mechanism / S. Chatterji, N. Thaulow, A. D. Jensen // Cem. Concr. Res.- 1986.-V. 19, №. 2.-P. 177-183.

62. Wang H. Mechanism of alkali-silica reaction and the significance of calcium hydroxide / H. Wang, J. E. Gillitt // Cem. Concr. Res. - 1991. - V. 21, № 4. -P. 647-654.

63. Powers T.C., Steinor H.H. An interpretation of some published researches on the alkali-aggregate reaction. Part 1 - The chemical reactions and mechanism of expansion / T.C. Powers, H. H. Steinor // Journal of the American concrete institute. - 1955.-P. 497-516.

64. Hou X. Formation of ASR gel and the roles of C-S-H and portlandite / X. Hou, L. J. Strubleb, R. J. Kirkpatrick // Cem. Concr. Res. - 2004. - V. 34, №. 9.-P. 1683-1696.

65. Glasser L.S.D. On the role of calcium in the alkali-aggregate reaction / L.S.D Glasser. N. Kataoka// Cem. Concr. Res. 2012. V. 12. N. 3. P. 321-331.

66. Zhuang Y. Calculation of alkali silica reaction (ASR) induced expansion before cracking of concrete / Y. Zhuang, C. Qian, W. Xu // Journal of Wuhan University of Technology-Mater. Sci. Ed. - 2013. - V. 28, № 1. - P. 110-116.

67. Berube M.-A. Does silica fume merely postpone expansion due to alkaliaggregate reactivity? / M.-A. Berube, J. Duchesne // Constr.Build.Mat. - 1993 V. 7,№. 3. -P. 137-143.

68. Shafaatian S. M. H. How does fly ash mitigate alkali-silica reaction (ASR) in accelerated mortar bar test (ASTM CI567)? / S. M. H. Shafaatian [et al.] // Cem. Concr. Comp. -2013 - V. 37. - P. 143-153.

69. Shehata M.H. Use of ternary blends containing silica fume and fly ash to suppress expansion due to alkali-silica reaction in concrete / M. H. Shehata, M. D. A. Thomas // Cem. Concr. Res. - 2002. - V. 32, №. 3. - P. 341-349.

70. Hong S.-Y. Alkali sorption by C-S-H and C-A-S-H gels: Part II. Role of alumina / S.-Y. Hong, F. P. Glasser // Cem. Concr. Res. - 2002. - V. 32, №. 8. - P. 1101-1111.

71. Ramlochan T. The effect of metakaolin on alkali-silica reaction in concrete / T. Ramlochan, M. Thomas, K. A. Gruber // Cem. Concr. Res. - 2002. - V. 30, №.3.-P. 339-344.

72. Chappex T. Alkali fixation of C-S-H in blended cement pastes and its relation to alkali silica reaction / T. Chappex, K. Scrivener // Cem. Concr. Res. - 2012. - V. 42, № 8. - P. 1049-1054.

73. Chappex T. The influence of aluminium on the dissolution of amorphous silica and its relation to alkali silica reaction / T. Chappex, K. Scrivener // Cem. Concr. Res. - 2012. - V. 42, № 12. - P. 1645-1649.

74. Chatterji S. Some fundamental aspects of alkali-silica reaction. / S. Chatterji, N. Thaulow // 11th international conference on alkali-aggregate reaction. -Quebec, 2000. - P. 21-29.

75. Duchesne J. The effectiveness of supplementary cementing materials in suppressing expansion due to ASR: another look at reaction mechanisms: Part 1. Concrete expansion and portlandite depletion / J. Duchesne, M.-A. Berube // Cem. Concr. Res. - 1994. - V. 24, №. 1. - P. 73-82.

76. Maas A.J. Alkali silica reactivity of agglomerated silica fume / AJ. Maas, J.H. Ideker, C.G. Juenger // Cem. Concr. Res. - 2007. - V. 37, №. 2. - P. 166174.

77. Khan M.I. Utilization of silica fume in concrete: Review of durability properties / M.I. Khan, R. Siddique // Resources, Conservation and Recycling. - 2011. - V. 57. - P. 30-35.

78. Gudmundsson G. Alkali-silica reactions and silica fume. 20 years of experience in Iceland / G. Gudmundsson, H. Olafsson // Cem. Concr. Res. -1999. - V. 29, №. 8. - P. 1289-1297.

79. Larbi J. A. The chemistry of the pore fluid of silica fume-blended cement systems / J. A. Larbi, A. L. A. Fraay, J. M. J. M. Bijen // Cem. Concr. Res. -1990. - V. 20, №. 4. - P. 506-516.

80. Boddy A. M. The effect of product form of silica fume on its ability to control alkali-silica reaction / A. M. Boddy, R. D. Hooton, M. D. A. Thomas // Cem. Concr. Res. - 2000. - V. 30, №. 7. - P. 1139-1150.

81. Juenger M. С. G. Alkali-silica reactivity of large silica fume-derived particles / M. C. G. Juenger, C. P. Ostertag // Cem. Concr. Res. - 2004. - V. 34, №. 8. -P. 1389-1402.

82. Shehata M. H. The effect of fly ash composition on the expansion of concrete due to alkali-silica reaction / M. H. Shehata, M. D. A. Thomas // Cem. Concr. Res. - 2000. - V. 30, № 7. - P. 1063-1072.

83. Zerbino R. Alkali-silica reaction in mortars and concretes incorporating natural rice husk ash / R. Zerbino [et al.] // Constr. Build. Mat. - 2012. - V. 36.-P. 796-806.

84. Bouikni A. Durability properties of concrete containing 50% and 65% slag / A. Bouikni, R. N. Swamy, A. Bali // Constr. Build. Mat. - 2009 - V. 23, № 8. -P. 2836-2845.

85. Lumley J. S. The ASR expansion of concrete prisms made from cements partially replaced by ground granulated blastfurnace slag / J. S. Lumley // Constr. Build. Mat. - 1993 - V. 7, №. 2. - P. 95-99.

86. Hester D. A study of the influence of slag alkali level on the alkali-silica reactivity of slag concrete / D. Hester, C. McNally, M. Richardson // Constr. Build. Mat. - 2005. - V. 19, №. 9. - P. 661-665.

87. Айлер P. - Химия кремнезема: Пер. с англ. - М.: Мир, 1982. ч. 2. - 712 с.

88. Lauriente D. Н. СЕН Marketing Research Report. Silicates and Silical / D. H. Lauriente [et al.] - SRI International, 2002. - 151 p.

89. Agarwal S. K. Pozzolanic activity of various siliceous materials / S. K. Agarwal // Cem. Concr. Res. - 2006. - V. 36, № 9. - P. 1735-1739.

90. Брыков А. Гидратация портландцементных систем с ультрадисперсными кремнеземами. Теория и практические применения. / А. Брыков, Р. Камалиев. - Saarbrucken: LAP Lambert Academic Publishing, 2011.-112 с.

91. Lazaro A. Production and application of a new type of nano-silica in concrete / A. Lazaro, G. Quercia., H. J. H. Brouwers //18 Int. Baustofftagung "ibausil" (Weimar, 2012), Tagungsbericht - Band 2, - P.353-360.

92. Chandrasekhar S. Processing, properties and applications of reactive silica from rice husk - an overview / S. Chandrasekhar // J. Mat. Sci. - 2003. - V. 38, № 15.-P. 3159-3168.

93. Bastien. J. Cement grout containing precipitated silica and superplasticizers for post-tensioning / J. Bastien, J. Dugat, E. Prat. // Materials Journal. - 1997. -V. 94, №4.-P. 291-295.

94. Richardson I.G. The nature of C-S-H in hardened cements / I.G. Richardson // Cem. Concr. Res. - 1999. - V. 29, №. 8. - P. 1131-1147.

95. Andersen M.D. Characterization of white Portland cement hydration and the C-S-H structure in the presence of sodium aluminate by 27A1 and 29Si MAS NMR spectroscopy / M. D. Andersen, H. J. Jakobsen, J. Skibsted // Cem. Concr. Res. - 2004. - V. 34, № 5. - P. 857-868.

96. Брыков А. С. Превращения кремнеземсодержащих добавок при испытаниях цементных композиций на щелочное расширение / А. С. Брыков, М. Е. Воронков, М. В. Мокеев // Ж. прикл. химии. - 2012. - Т. 85, Вып. 9.-С. 1391-1399.

97. Брыков А.С. Ингибирующая активность и превращения минеральных добавок в условиях испытаний цементных композиций на щелочное расширение / А. С. Брыков, М. Е. Воронков, М. В. Мокеев // Цемент и его применение. - 2012. - Вып. 6. - С. 111-117.

98. Sun G.K., Young J.F., Kirkpatrick R.J. The role of A1 in C-S-H: NMR, XRD, and compositional results for precipitated samples// Cem.Concr.Res. 2006. V.36.N. l.P. 18-29.

99. Love C.A. Composition and structure of C-S-H in white Portland cement-20% metakaolin pastes hydrated at 25 °C Original Research Article / C. A. Love, I. G. Richardson, A. R. Brough // Cem. Concr. Res. - 2007. - V. 37, №. 2.-P. 109-117.

100. Lothenbach B. Supplementary cementitious materials / B. Lothenbach, K. Scrivener, R.D. Hooton // Cem. Concr. Res. - 2011. - V. 41, № 12. - P. 1244-1256.

101.Брыков А.С. Ингибирование щелочного расширения цементных композиций ультрадиспесрными кремнеземами / А. С. Брыков, М. Е. Воронков, М. В. Мокеев // Популярное бетоноведение. - 2011. - Вып. 38.-С. 77-81.

102. Yajun J. Effects of densified silica fume on microstructure and compressive strength of blended cement pastes / J. Yajun, J. H. Cahyadi // Cem. Concr. Res.-2003.-V. 33, №. 10.-P. 1543-1548.

103. Brykov A. S. The evaluation of ultrafine siliceous additives in Portland cement compositions during "mortar-bar" test by 29Si-MAS NMR spectroscopy / Brykov A.S., Voronkov M.E., Mokeev M.V. // 18 Int. Baustofftagung "ibausil" (Weimar, 2012), Tagungsbericht - Band 2, - P.353-360.

104. Воронков M. E. Ингибирование щелочного расширения цементных композиций ультрадисперсными кремнеземами / М.Е. Воронков, А.С. Брыков // Сборник тезисов второй научно-технической конференции молодых ученых «Неделя науки 2011». - СПбГТИ(ТУ), 2011. - С. 45.

105. Воронков М. Е. Пуццолановая активность кремнеземсодержащих добавок и их способность ингибировать щелочную коррозию цементных компози-ций / М. Е. Воронков, А. С. Брыков // Сборник тезисов второй научно-технической конференции молодых ученых «Неделя науки 2012». - СПбГТИ(ТУ), 2012. - С. 68.

106. Воронков М.Е. Ингибирующая активность и превращения мине-ральных добавок в условиях испытаний цементных композиций на щелочное расширение / М. Е. Воронков, А. С. Брыков // Сборник тезисов третьей научно-технической конференции молодых ученых «Неделя науки 2013». - СПбГТИ(ТУ), 2013. - С. 96.