3СаО • а12о3 • 3CaSо4 • 32н2о

Ввиду химического связывания значительного количества воды, суммар­ный объем образующихся кристаллов эттрингита в 2 - 2,5 раза превышает объем исходных гидроалюминатов. Поэтому их рост вызывает разрушение стенок пор, вспучивание, искривление и растрескивание бетонных изделий.

При воздействии на бетон воды, содержащей любой другой раствори­мый сульфат, например сульфат натрия или магния (как в случае морской воды), агрессивный состав возникает за счет обменной реакции:

Na₂SО₄ + Са(ОН)₂ = CaSО₄ + 2NaOH

Известны также и другие разновидности химической коррозии, менее распространенные или менее опасные с точки зрения своих последствий.

Наиболее разрушительной среди них является общекислотная корро­зия, происходящая под влиянием растворенных в воде кислот (сильных или средней силы). Такая ситуация может иметь место на предприятиях хими­ческой промышленности, в системах удаления и переработки сточных вод.

В первую очередь с кислотой взаимодействует гидроксид кальция, на­пример:

Са(ОН)₂ + 2НС1 = СаС1₂ + 2Н₂О

При достаточной кислотности раствора может последовать также раз­ложение всех других компонентов цементного камня, вплоть до полного перехода в раствор кальция, алюминия и железа в виде растворимых хло­ридов с одновременным образованием геля кремневой кислоты, например:

nСаО • SiО₂ • mH₂О + 2nНС1 = nСаС1₂ + SiО₂ • (m+n)Н₂О

рСаО • А1₂О₃ • qH₂О + (2р+6)НС1 = рСаС1₂ + 2А1С1₃ + (p+q+3)H₂О

хСаО • Fe₂О₃ • уН₂О + (2х+6)НС1 = xCaCI₂ + 2FeCl₃ + (х+у+3)Н₂О

В результате происходит полное разрушение цементного камня, а вме­сте с ним и бетона. Таким образом, портландцементный камень не является кислостойким материалом.

Методы защиты бетона от коррозии могут быть сведены в три ос­новные группы: регулирование состава цемента; 2) снижение пористости цементного камня; 3) применение защитных покрытий; 4) воздействие на коррозионную среду.

Регулирование состава и правильный выбор типа цемента предпола­гают, что должен быть выбран цемент такого состава, который бы обеспе­чил максимальное сопротивление агрессивному воздействию среды. На­пример, при наличии опасности сульфатной коррозии (морская вода, высо­кая концентрация гипса в почвенной влаге и т.д.) используют бетон, приго­товленный на сульфатостойком портландцементе, содержащем менее 5% С₃А. В этом случае образующийся эттрингит может разместиться в порах цементного камня, и внутренних напряжений в бетоне не возникает. Физи­ческая, магнезиальная и углекислотная коррозия (основные типы коррозии в мягкой воде) могут быть предотвращены максимальным снижением со­держания в цементном камне Са(ОН)₂, например, путем использования пуццоланового, глиноземистого цемента или шлакопортландцемента.

Снижение пористости цементного камня или повышение его плотности - эффективный и универсальный способ борьбы со всеми типами коррозии, так как, во-первых, уменьшается общая поверхность взаимодействия камня с водой, а следовательно, и общая скорость кор­розионного процесса, во-вторых, замедляется проникновение агрессив­ной жидкости внутрь бетона. Чтобы снизить пористость, уменьшают содержание в тесте избыточной воды, но так, чтобы это не привело к существенному снижению его пластичности. Для этого в цементное тес­то вводят так называемые водопонижающие добавки, или пластифика­торы, представляющие собой поверхностно-активные вещества (ПАВ), снижающие внутреннее трение частиц в тесте и повышающие его пла­стичность. Традиционные пластификаторы позволяют снизить водоцементное отношение (в/ц) на 5 - 15%, а более сильные водопонижающие добавки (суперпластификаторы) - на 30%

Защитные покрытия и облицовки полностью изолируют бетон от аг­рессивной среды. Простейшими видами таких покрытий являются масля­ные краски и полимерные лаки, наносимые на сухую поверхность бетона.

Для защиты бетона от коррозии используют также неорганические по­крытия. Примером создания таких покрытий является флюатирование, при котором на поверхность бетона наносят водный раствор MgSiF₆ или какого-либо другого флюата, то есть водорастворимой соли H₂SiF₆. В результате реакции образуется прочная и водонепроницаемая пленка, состоящая из нерастворимых фторидов и геля кремневой кислоты:

MgSiF₆ + 2Са(ОН)₂ = MgF₂ + 2CaF₂ + SiО₂ • 0,5Н₂О + l,5H₂О

Используют также защитные силикатные обмазки, включающие на­триевое жидкое стекло вместе с фторосиликатом натрия.

Воздействие на коррозионную среду заключается в выведении из её состава коррозионно-активных веществ (нейтрализация кислот, устранение жёсткости воды, то есть удаление растворённых солей магния и CaSO₄).

Глиноземистый цемент

Глиноземистый цемент (ГЦ) - это быстротвердеющее гидравлическое вяжущее. В качестве сырьевых материалов для его получения используют известняк (или негашеную известь) и природные минералы с высоким со­держанием глинозема, например низшие сорта бокситов (смесь различных оксидов и гидроксидов алюминия, содержащая 43 - 55% А1₂О₃).

Сырьевую смесь (прокалённые известняк и боксит) подвергают высо­котемпературному нагреву при 1400 - 1800°С. Основная происходящая при этом реакция сводится к образованию однокальциевого алюмината:

СаО + А1₂О₃ = СаО • А1₂О₃

Минералогический состав ГЦ значительно проще, чем портландце­мента. Главным его минералом является однокальциевый алюминат СаО А1₂О₃ (сокращенно - СА), или метаалюминат кальция Са(А1О₂)₂. Именно этот минерал обеспечивает быстрое твердение цемента.

Твердение ГЦ происходит в две стадии. Сначала СА подвергается гид­ратации по реакции:

СаО • А1₂О₃ + 10Н₂О = СаО • А1₂О₃ ∙ 10Н₂О

с образованием однокальциевого гидроалюмината, который неустойчив, и уже при 20°С довольно быстро распадается, образуя двухкальциевый гидро­алюминат и гидроксид алюминия:

2(СаО • А1₂О₃∙ 10Н₂О) = 2СаО • А1₂О₃ • 8Н₂О + 2А1(ОН)₃ + 9Н₂О

Освобождающаяся вода вступает в реакцию с еще не прореагировав­шими частицами цемента. Таким образом, затвердевший камень ГЦ состо­ит из двух главных компонентов: кристаллического двухкальциевого гид­роалюмината и аморфного гидроксида алюминия.

ГЦ достигает марочной прочности через 3 суток (портландцемент -через 28 суток). Высока и скорость тепловыделения - за первые сутки твердения выделяется до 80% суммарной теплоты твердения. Это дает воз­можность применять ГЦ при пониженных температурах, но не позволяет применять его в массивных бетонных конструкциях, в условиях жаркого климата и при пропаривании. Причина таких ограничений - изменение со­става цементного камня при температурах выше 25°С. При таких температу­рах происходит превращение:

3(2СаО • А1₂О₃ • 8Н₂О) = 2(3СаО • А1₂О₃ • 6Н₂О) + 2А1(ОН)₃ + 9Н₂О

Такое превращение сопровождается значительным повышением объё­ма (на 25 - 35%), что приводит к возникновению в камне внутренних на­пряжений, появлению микротрещин и резкой потере прочности.

Пористость камня ГЦ ниже, а морозостойкость и коррозионная стой­кость - выше, чем у портландцемента. Однако даже слабые растворы ще­лочей разрушают его, вымывая амфотерный гидроксид алюминия:

NaOH + Al(OH)₃ = Na[Al(OH)₄,

поэтому ГЦ нельзя смешивать с портландцементом или известью и приме­нять в щелочных средах.

Высокая стоимость глиноземистого цемента, превышающая стоимость портландцемента в 4 - 5 раз, ограничивает возможные области его приме­нения. Его используют при аварийных работах, скоростном строительстве, зимнем бетонировании.