ПРОЦЕССЫ КАРБОНИЗАЦИОННОЙ УСАДКИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Актуальность исследования обусловлена наличием проблемы долговечности сооружений из различных строительных материалов и необходимостью изучения механизма воздействия углекислого газа воздуха на строительные материалы с целью уменьшения его агрессивного и разрушающего воздействия.
Цель исследования – выяснить причины разрушения строительных материалов при их карбонизации и предложить способы уменьшения этого воздействия.
Объектом исследования является силикатный кирпич, цементный камень и бетон.
В результате исследования выявлены причины разрушения ограждающих стеновых конструкций из силикатного кирпича, установлены природа и механизм воздействия углекислоты на продукты гидратации в силикатном кирпиче и цементный камень в бетоне. Установлено, что при карбонизационном воздействии на продукты гидратации происходит их переход в более плотное состояние, сопровождающийся сокращением объёма и возникновением усадочных деформаций, иногда приводящих к нарушению сплошности структуры материала и даже к разрушению. На примере системы «цемент – вода» показано, что более наглядные и достоверные результаты исследований усадочных процессов можно получить при использовании характеристик объёмного фазового состава системы, позволяющих контролировать изменение параметров перестройки структуры от начального до конечного состояний системы, т. е. от цементного теста до цементного камня при различных сроках твердения. Показано, что степень заполнения исходного порового пространства продуктами гидратации достигает к 28 сут твердения одинаковой величины в пределах 67–70 %, а пористость цементного камня в конечном состоянии при начальном содержании твёрдой фазы Кт1 = 0,5 составляет 16,5 %, при Кт1 = 0,55 – 13,5 %, при Кт1 = 0,6 – 12,8 %, при Кт1 = 0,65 – 11,2 %, при Кт1 = 0,7 – 9,0 %. Из этого следует, что усадочные процессы более интенсивно будут протекать в цементном тесте с начальной пористостью более 40–50 %. Снизить негативное действие усадочных процессов можно путём введения в состав цемента или известково-песчаного вяжущего добавок карбонатных пород – известняка или доломита.

1. Москвин В.М., Иванов Ф.М., Алексеев С.Н., Гузеев Е.А. Коррозия бетона и железобетона, методы их защиты. М. : Стройиздат, 1980. 536 с.

2. Rao N.V., Meena T. A review on carbonation cement carbon dioxide // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2017. V. 263. I. 3. № 032011.

3. Yin S.-H., Yang Y.-F., Zhang T.-S. Guo G.-F., Yu F. Effekt of carbonic acid water on the degradation of Portland cement paste: Corrosion process and kinetics // Construction and Building Materials. 2015. V. 91. P. 39-46.

4. Savija B., Lukovic M. Carbonation of cement paste: Understanding, challeges, and opportunities // Construction and Building Materials. 2016. V. 117. P. 285–301.

5. Федосов С.В., Базанов С.М. Сульфатная коррозия бетона. М. : Изд-во Ассоциации строительных вузов, 2003. 168 с.

6. Gilmutdinov T.Z., Fedorov P.A., Latypov V.M., Lutsyk E.V., LatypovaT.V. Carbonation of concrete taking into account the cracks in the protective concrete layer // Journal of Engineering and Applied Scienes. 2017. V. 12. I. 15. P. 4406–4413.

7. Gu T., Guo X., Li Z., Cheng X., Fan X., Korayem A. Duan W.H. Coupled effect of CO2 attack and tensile stress on well cement under CO2storage conditions // Construction and Building Materials. 2017. V. 130. P. 92–102.

8. Булатов А.И., Данюшевский В.С. Тампонажные материалы. М. : Недра, 1987. 280 с.

9. Alsaiari H.A., Aramco S., Sayed M., Reddy B.R., Metouri S., Al-Taie I. The importance of stability of cement sheaths: Interaction between cement, acid, carbon steel and formation and treatment fluids // Society of Petroleum Engineers. SPE Abu-Dhabi International Petroleum Exhibition and Conference. 2017. V. 2017.

10. Elgalhud A.A., Dhir R.K., GhataoraG.S. Carbonation resistance of concrete: Limestone addition effect // Magazine of Concrete Research. 2017. V. 69. I. 2. P. 84–106.

11. Бабушкин В.И. Физико-химические процессы коррозии бетона и железобетона. М. : Стройиздат, 1968. 186 с.

12. Gawel R., Todorovic J., Liebscher A., Wiese B., Opedal N. Study of Materials Retrieved from CO2 Monitoring Well // Conference Paper. Energy Procedia. 2017. V. 114. P. 5799–5815.

13. Olsen R., Leirvik K.N., Kvamme B., Kuznetsova N. // Journal of Physical Chemistry. 2016. V. 120. I. 51. P. 29264–29271.

14. Вольф А.В., Божок Е.В, Козлова В.К. О необходимости повышения требований к показателям, характеризующим долговечность силикатного кирпича // Стройсиб 2016 : сб. научных трудов. Новосибирск, 2016. С. 37–41.

15. Тейлор Х. Химия цемента. М. : Мир, 1996. 560 с.

16. Beck J., Feng R., Hall D.M., Buyuksagis A., Ziomek-Moroz M., Lvov S.N. Effects of H2S and CO2 on cement/casing interface corrosion integrity for cold climate oil and gas well applicatios // ECS Transactions. 2016. V. 72. I. 17. P. 107–122.

17. Фекличев В.Г. Диагностические спектры минералов. М. : Недра, 1977. 228 с.

18. Глуховский В.Д., Рунова Р.Ф. Свойства дисперсных продуктов гидратации цемента // Шестой Международный конгресс по химии цемента. М. : Стройиздат, 1976. Т. 2. Кн. 1. С. 90–94.

19. Patel V.N., Shah N. Durability study of binary blendet high performance concrete // Indian Concrete Journal. 2016. V. 90. I. 10. P. 24–31.

20. Козлова В.К., Карпова Ю.В. О составе продуктов гидротермального синтеза и их устойчивости при действии углекислого газа // Резервы производства строительных материалов : материалы Международной научно-технической конференции. Ч. 1. Барнаул : Изд-во АлтГТУ, 1997. С. 37.

21. Невиль А.М. Свойства бетона. М. : Изд-во литературы по строительству, 1972. 343 с.

22. Aguirre-Guerrero A.M., Mejia-De-Gutierrez R., Montes-Correia M.J.R. Corrosion performance of blended concretes explosed to different aggressive environments // Construction and Building Materials. 2016. V. 121. P. 704–716.

23. Саркисов Ю.С., Козлова В.К., Божок Е.В., Малова Е.Ю., Маноха А.М. Влияние карбонатных добавок на усадочные деформации цементного камня // Техника и технология силикатов. 2004. Т. 25. № 1. С. 7–11.

24. Pan H., Yang Z., Xu F. Studi on concrete structures durability considering the interaction of multi-factors // Construction and Building Materials. 2016. V. 118. P. 256–261.

25. Лотов В.А. Изменение фазового состава системы цемент-вода при гидратации и твердении // Известия Томского политехнического университета. 2012. Т. 321. № 3. С. 42–45.

26. Лотов В.А. О взаимодействии частиц цемента с водой или вариант механизма процессов гидратации и твердения цемента // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2018. Т. 329. № 1. С. 99–110.