Kontaktai UAB "Vizgintos statyba"
Savanorių pr. 192, 44151 Kaunas
Tel/Fax: 8 37 330686

Betono apsauga nuo sulfatų poveikio

Betonas įvairiuose konstrukcijose neišvengiamai kenčia nuo erozijos kuri atsiranda dėl cheminių reakcijų veikiant rūkštingai aplinkai kaip pavyzdžiui rūgštusis lietus, užterštas vanduo, pramoninės nuotekos, rūgštinis upių vanduo ir kita. Skverbiantis skysčiams kuriuose yra sulfatų per betoną (dažniausiai tai gali būti gruntinis vanduo), sulfatai reaguoja su su trikalcio aliuminatais kurie yra cemento sudėtyje. Šios reakcijos produktas vadinamas etringitas kurio tūris yra žymiai didesnis nei pradinių komponentų. Šio proceso rezultatas: porų sistema užsipildo sulfatų reakcijos produktais. Iš pradžių tai padidina betono stiprumą. Kai tūris užpildomas reakcijos produktais, vidinis slėgis tampa ardomoji jėga kuri griauna betono microstruktūrą iš pradžių tempimo jėga, o vėliau spaudimo jėga.
Cheminės erozijos padariniai kiekvienais metais vis didėja. Vienas iš galimų konstrukcinio betono apsaugos nuo rūgštinės aplinkos poveikio būdų yra kristalų auginimas cementinėje struktūroje. Neorganinė cementinė kristalinė struktūra suformuojama reaguojant Xypex chemikalams su betone esančiomis druskomis ir nehidratavusiomis ar dalinai hidratavusiomis cemento dalelėmis. Xypex pasaulyje naudojamas vis daugiau, tad vis daugiau atliekama bandymų ir gaunama duomenų įrodančių technologijos efektyvumą. Sulfatai betono konstrukcijas veikia nuotekų valymo įrenginiuose, gamyklose ir daugybėje kitų vietų. Buvo atlikta daug bandymų siekaint išsiaiškinti kaip Xypex apsaugo betoną nuo sieros rūgšties tirpalo Šiame straipsnyje aptarsime keletą tokių bendymų. Bandymai buvo daromi lyginant bandinius su Xypex ir be jo.

Įprastinio betono atsparumo sulfatams padidinimas

1996 metais atlikti bandymai Japonijoje bandinių paruošimui naudojant įprastą portlancementą. Pavyzdžiai buvo padaryti maišant cementą ir kalco karbonatą santykiu 1:1. Vandens buvo maišoma 60% pagal cemento kiekį.
Buvo pagamintos dvi pavyzdžių formos. Korozijos, arba masės praradimui bei dinaminio elastingumui nustatyti buvo pagamintos. 10x10x40 cm3 stačiakampės formos bandiniai. Atsparumo gniuždymui matuoti buvo pagaminti cilindrinės formos 5cm diametro ir 10 cm aukščio. Praėjus 24 valandom po pagaminimo mėginiai buvo išimti iš formos ir pamerkti į vandenį 14 dienų. Po šio laikotarpio pavyzdžiai buvo paskirstyti į 2 grupes. Vieni buvo užtepti Xypex Concentrate ant viso paviršiaus išdžiovinti ir buvo prižiūrimi 14 dienų papildomai užpurškiant džiūvimą reguliuojančia danga Xypex Gamma Cure 3 kartus per dieną. Kitiems, be Xypex, pavyzdžiams buvo taikomos tos pačios salygos, bei laikotarpis. Vėliau mėginiai buvo pamerkti į 5% sieros rūgšties tirpalą 10 savaičių. Buvo matuojama masės pokyčiai, dinaminio elastingumo koeficientas ir atsparumas gniuždymui kiekvienos savaitės gale.
Tirta masės praradimo priklausomybę nuo laiko mirkant bandinius 5% sieros rūgšties tirpale. Bandiniai kuriuose buvo naudojama Xypex, per pirmas 3 savaites masės praradimas buvo labai mažas, o po 10 savaičių jis padidėjo iki 20%. Mėginiai kurie buvo nedengti Xypex Concentrate, iškarto pradėjo irti ir po 10 savaičių prarado apie 60% pradinės masės.
Tirta dinaminio elastingumo koeficiento keitimasis. Pokyčiai parodė panašius rezultatus kokie buvo gauti su masės pokyčiu. Bandinių kuriuose buvo naudotas Xypex Concentrate, dinaminio elastingumo koeficiento sumažėjimas per pirmas 3 savaites buvo labai mažas.
Tirta atsparumas slėgiui įmerkus į 5% sieros rūgšties tirpalą. Buvo pastebėtas ganėtinai didelis skirtumas tarp dviejų pavyzdžių. Kaip ir buvo minėta anksčiau, buvo atlikti bandymai, kad patvirtintti Xypex efektyvumą apsaugant betoną nuo sieros rūgšties tirpalo poveikio. Priežastis kodėl taip stipriai krenta masė, dinaminis elastingumo koeficientas bei atsparumas slėgiui pavyzdžiuose kuriuose nebuvo padengta Xypex Concentrate yra tai, kad korozija dėl rūgšties poveikio plečiasi labai greitai. Xypex stabdo rugšties poveikį suformuodama betone kristalines struktūras kurios yra atsparios šiam poveikiui. Xypex reaguoja su aktyviu silicio dioksidu įskaitant nehidratuotą cementą ir gamina silikato kristalus kurie turi gerą atsparumą rugštims.

Bandymo išvada

Galima daryti išvadą, kad naudojant Xypex Concentrate kaip dangą ant betono paviršiaus, yra įmanoma apie 8 kartus pristabdyti cheminę eroziją lyginant su standartiniu betonu be Xypex. Šiuo tyrimu galime teigti, kad naudojant betono kristalizacijos technologiją galima labai efektyviai apsaugoti betono ir gelžbetonio konstrukcijas nuo cheminės erozijos. Tai akivaizdžiai galima matyti foto.

Sulfatams atsparaus betono savybių pagerinimas

Buvo analizuota III tipui priskiriama betono korozija dėl sulfatų poveikio. Esant normaliai ir net padidintai sulfatų koncentracijai atitinkančias XA2 ir XA3 aplinkai, šios reakcijos trunka mėnesius ar net metus. Todėl, testuojant skirtingo tipo betoną atliekami pagretinti testai naudojant padidinos koncentracijos koroziją sukeliantį tirpalą. Tokia aplinka gali pažeisti paviršių per kelias savaites ar mėnesius.
Standartinė koncentracija, naudojama laboratoriniuose testuose yra 36,000mg/l SO4. Ši koncentracija yra 6 kartus didesnė nei yra riba leidžiama aplinkoje XA3 (nuo 3,000 iki 6,000 mg/l)
Testuojant atsparumą sulfatų korozijai yra įmanoma įvertinti betono mechaninių savybių pokyčius tai yra pakitimus tamprume arba atsparume gniuždymui. Kadangi veikiant sulfatams pirmiausia pažeidžiamas paviršius, tai šių parametrų polyčiai santykinai nėra dideli. Norint objektyviai įvertinti pasikeitimus reikalinga atlikti išsamius didelio bandinių skaičiaus tyrimus bandant ilgame poveikio laikotarpyje.
Kita galimybė yra naudoti CSN 73 1326 testų metodus, kurie įvertina agresyvios aplinkos įtaką masės praradimui. Šiuo metodu pavyzdžių masės praradimas matuojamas kaip irimo reakcijos paviršiuje rezultatas. Masės praradimas yra perskaičiuojamas kubiniais metrais ir vertinamas kaip esminis kokybinis dydis vertinant atsparumą šilimo/šalimo ciklams ir druskų poveikiui. Šis metodas buvo naudojamas šioje bandymų programoje.

Bandymų vykdymas ir rezultatai

Testai buvo atlikti su 10 kubelių, kurių šonai 150 mm. Kubeliai pagaminti 2009 metais liepą ir rugpjūtį, tilto 205 Sudenec, Čekijoje statybvietėje, kelyje D1, Studenec – Jablonov. Betonas visuose kubuose buvo C30/37 klasės. Gauti pavyzdžiai buvo sunumeruoti laboratorijoje, kur pavyzdžiai nr. 1-6 turėjo Xypex priedo, o nr. 7-10 neturėjo.
Pavyzdžiai buvo įdėti į plastikinę talpyklą su pastovia sulfatų koncentracija 36,000 mg/l per visą eksperimento laikotarpį. Testai prasidėjo Gruodžio 15, 2009. Po 7 dienų poveikio ( Gruodžio 21, 2009) pavyzdžiai buvo išimti iš tirpalo. Paviršius išdžiovintas ir tada buvo pamatuota masė. Masė, pilnai prisotinta betono buvo panaudota kaip pagrindinis ataskaitos taškas. Pavyzdžiai buvo išimti iš tirpalo po 60 dienų poveikio (Vasario 19, 2010 metais). Mėginiai buvo skalaujami vandeniu ir pasverti su 0,1 g tikslumu. Masės sumažėjimas yra laikomas sulfatų korozijos sukeltu padariniu. Tuo pačiu metu buvo daromos pavyzdžių fotografijos. Masės praradimas buvo perskaičiuotas masės praradimui viename paviršiaus kvadratiniame metre.
Rezultatai rodo, kad masės praradimas pavyzdžiuose su C30/37 klasės betonu ir Xypex Admix C-1000NF priedu yra tarp 38,6 g/m2 ir 90,5 g/m2. Kitų mėginių kurie buvo pagaminti taip pat, tik be Xypex priedo masės praradimas buvo tarp 2.473,0 g/m2 ir 3.693,3 g/m2.
Jeigu palygintumėme rezultatus su tipiniais kriterijais pagal CSN 73 1326 naudojamais įvertinti betono žalai veikiant šalimo/šilimo ciklams ir druskų poveikiams (viršutinė galima riba 1000g/m2), akivaizdu, kad su Xypex netgi mažesnis net esant dideliai sulfatų koncentracijai, tuo tarpu kai kontrolinių bandinių be Xypex betono paviršius suiro ir korozija tęsis gilyn.
Kaip sutarta su klientu, pavyzdžiai buvo gražinti į sulfatų tirpalą ir bus vėl įvertinti po 4, galbūt 6 mėnesių poveikio.

Kaip parodyta atliktuose bandymuose, Xypex kristalinio priedo naudojimas yra dominuojantis faktorius. Po visų išvardintų aspektų vertinimų, betonui su Xypex Admix C 1000 NF veikiamam agresyvios aplinkos klasifikuotos kaip XA3 gali būti garantuojama 100 metų tarnavimo laikas. Masės praradimas betone su Xypex Admix veikiant padidintą koroziją sukeliančio poveikio, irimo koeficientas yra beveik dviem (100 kartų) eilėm lėtesnis.
Jeigu korozijos testai būtų atlikti, su standartiniu betonu be Xypex Admix veikiant sulfatų tirpalo koncentracijos tarp 3.000 ir 6.000 mg SO4/l, tikėtina, kad po 5 metų nebūtų didelių irimo požymių ir pakitimų mechaninėse savybėse. Jei šis laikotarpis būtų padaugintas iš kiek skiriasi betono irimas su Xypex, gautą atliekant šiuos padidintos korozijos testus, būtų galima padauginti 5 metų intervalą iš 40 ar net 64. Pagal šiuos teoriškai gautus rezultatus galima gauti betono tarnavimo amžių net iki 200-300 metų.
Visi turimi duomenys, įtikinamai patvirtina, kad betonas su Xypex Admix C-1000NF patalpintas XA3 klesės pagal CSN EN 206-1 agresyvioje aplinkoje, bus neveikiamas sulfatų korozijos visu eksploatacijos laikotarpiu, ypač tilto konstrukcijose.

Šių bandymų metu buvo tiriama skirtingi betonai. Pirmame bandyme buvo tiriamas betonas neskirtas naudoti veikiant sulfatams. Naudotas įprastinis portlando cementas. Testas buvo atliekamas Japonijoje vadovaujantis vietiniais standartais. Buvo naudojama Xypex danga. Bandymo rezultate gauta, kad atsparumas korozijai padidėjo apie 8 kartus.
Antrame bandyme buvo naudojamas sulfatams atsparus betonas kuriame naudojamas atitinkamos rūšies cementas ir papildomi specialūs priedai. Xypex buvo naudotas kaip priedas. Bandymai buvo atliekami vadovaujantis Europoje priimtais standartais.
Dėl išvardintų priežasčių Xypex panaudojimo efektyvumas skyrėsi, bet vienareikšmiškai galima konstatuoti, kad naudojant Xypex medžiagas, betono atsparumą agresyviam sulfatų poveikiui galima padidinti daug kartų ir labai prailginti betoninės konstrukcijos tarnavimo laiką.