Щелочные составляющие цемента

Реакция между щелочными частями цемента и кремнийсодержащими заполнителями (Alkali-silica reaction) встречается в практике эксплуатации железобетонных сооружений в значительном объеме. Это реакция между ионами ОН, находящимися в цементе щелочей NaOH и КОН, и кремнийсодержащими составляющими, которые могут присутствовать в заполнителе определенного качества. Начало обсуждения этой проблемы в литературе относится к 1940 г. Оно было связано с тем, что в бетоне при определенных условиях между соединениями щелочных металлов и аморфным кремнеземом наполнителя стали происходить реакции, приводящие к увеличению объема образований и трещинообразованию.

Этот процесс не потерял своей актуальности и сегодня, когда использование бетона на различных заполнителях приобрело мировое значение. Обычно реакционноспособные заполнители содержались в метаморфических и изверженных горных породах, включающих аморфные или стекловидные разновидности кремнезема. Щелочи в цементе вступают в реакцию с восприимчивыми к их действию частицами заполнителя, вокруг которых образуется реакционная каемка из щелочного силикагеля или щелочно-карбонатного геля. Если этот гель подвергается воздействию влаги, то он расширяется, и бетонный массив в объеме увеличивается. Установлено, что такое расширение происходит в том случае, если относительная влажность в бетоне превышает 80 — 85 % при температуре от 20 до 24 °С.

Реакция между щелочными частями цемента и заполнителями бетона в бетонном массиве приводит к трещинообразованию, при котором трещины имеют гораздо большую ширину по сравнению с трещинообразованием, вызываемым другими типами разрушения.

Степень растрескивания в большой степени зависит от интенсивности расширения, условий внешней среды и степени ограничения свободы деформаций конструкцией на данном участке. Образование трещин в крупных сооружениях из монолитного бетона портит внешний вид, но это часто имеет только эстетический характер. Тем не менее, расширение бетона может привести к серьезным проблемам в эксплуатации сооружения (например, коррозия арматурного каркаса и нарушение конструктивной целостности объекта).

Изменение линейных и объемных параметров постройки или ухудшение состояния бетона при этом процессе не обязательно продолжается в течение всего периода эксплуатации. У некоторых строительных объектов бетонный массив в раннем возрасте обнаруживал признаки расширения и растрескивания, которые достаточно быстро прогрессировали, а затем, после примерно десятилетнего периода эксплуатации, практически прекратились. Реакция, по-видимому, стабилизировалась вследствие истощения запаса щелочей в бетоне или из-за изменения условий протекания реакции.

Наиболее реакционно способными скальными породами являются: опалсодержащие кремнистые сланцы; халцедонсодержащие кремнистые сланцы; кварцсодержащие кремнистые сланцы; кремнистые известняки; кремнистые доломиты, андезиты, дациты, риолиты и туфы; кремнийсодержащие глинистые сланцы; филлиты; опаловые конкреции; кварцы и кварциты в напряженном состоянии, трещиноватые, с включениями.