Взаимодействие щелочей цемента с заполнителем

В результате взаимодействия щелочей цемента с заполнителем могут происходить существенные разрушения бетонных сооружений.

Некоторые типы заполнителей, например, содержащие реакционноспособный кремнезем, взаимодействуют с двумя щелочами, которые находятся в цементе:

• солями калия и натрия
• солями этих металлов, которые поступают извне в форме хлорида натрия (противообледенительные реагенты, морская вода).

Взаимодействие щелочей цемента с заполнителями бетона представляет собой медленно протекающий гетерогенный процесс, поскольку он связан с составом заполнителей, содержащих аморфный кремнезем. В результате реакции в подобных условиях образуются силикаты натрия и гидратированный калий, отличающиеся чрезвычайной объемистостью. Реакции взаимодействия щелочей цемента с заполнителями бетона проявляются в защитном слое бетона. При этом на поверхности появляются микро- и макротрещины, или даже начинается подрыв небольших участков бетона над областями, где в заполнителях имеется реакционноспособный кремнезем (явление вспучивания). Этот феномен, в частности, наблюдается на полах промышленных зданий. 

Это характерный пример разрушений, вызванных взаимодействием щелочей цемента с заполнителями бетона. Как только начинается разрушение бетона, ускорить реакцию способны:

• дополнительная влажность
• циклы замерзания
• циклы оттаивания

Диагностика разрушения

Выявить признаки взаимодействия щелочей цемента с заполнителями бетона позволяет тщательная визуальная проверка.

Для этого типа разрушения бетона характерно напоминающее паутину растрескивание, которое носит более или менее упорядоченный характер, в зависимости от наличия арматурных стержней. Кроме того, наряду с трещинами будет наблюдаться набухание, вызванное увеличением объема.

Одним из методов выявления взаимодействия между щелочами цемента и реакционноспособными заполнителями (аморфным кремнеземом) является химический анализ при помощи цветного теста, в котором задействован кобальтинитрит натрия.

Этот тест позволяет выявить гель, возникающий в ходе реакции между щелочами цемента и кремнеземом в заполнителях. Кобальтинитрит натрия реагирует с калием, входящим в состав геля, в результате чего образуется окрашенный осадок. Таким образом, если имела место реакция, цвет изменится на желтый. Чтобы установить степень реакционной способности заполнителей и, таким образом, предпосылки для подобного явления, можно провести также петрографический анализ в соответствии со стандартом UNI EN 932-3. На рисунках показан образец сердцевины бетона, взятый из бетонной структуры, и результат анализа с применением кобальтинитрита натрия, призванного выявить реакцию.