Можно ли использовать морскую воду для бетона

В большинстве стран мира не возникает потребности в использовании морской воды для приготовления бетона и раствора. Однако есть такие территории, где пресная вода настолько дефицитна, что для строительных работ приходится пользоваться морской водой. В таком случае морская вода должна применяться только для неармированного бетона. Однако большая часть бетонных несущих конструкций должна армироваться. В некоторых случаях имеется вода, засоленность которой гораздо меньше, чем у морской воды.

Было отмечено, что во многих местностях, где для замеса бетона приходится использовать морскую или солоноватую воду, заполнитель (особенно песок) также содержит соль. Каковы же опасные последствия использования морской воды для замеса бетона и строительного раствора?

Прежде всего, если вода для затворения очень солона, то для приготовления бетона и раствора нельзя использовать глиноземистый цемент. Во всех случаях, когда для замеса нет нормальной (пригодной для питья) воды, следует обратиться за консультацией к изготовителям цемента. Все рассматриваемые ниже вопросы относятся к бетону и раствору на портландцементе. Общее количество растворенных твердых веществ (солей) в воде Атлантического океана составляет около 32 000 мг/л. Из них примерно 2000 мг/л являются сульфатами (в основном сульфат магния) и 18 000 мг/л — хлоридами (в основном хлорид натрия). Установлено, что наличие сульфатов в нормальной воде Атлантического океана, используемой для приготовления бетона и раствора на портландцементе, не приводит к значительному снижению прочности и проницаемости бетона в течение длительного промежутка времени. Хлориды ускоряют схватывание и твердение цемента.

Общее влияние растворенных солей в количестве 32 000 мг/л в воде для затворения может вызвать значительные выцветы на наружных поверхностях бетонных элементов. Хлористый натрий очень агрессивен по отношению к черным металлам, поэтому подробное рассмотрение влияния концентрации хлорида может оказаться полезным.

Как отмечалось ранее, содержание хлоридов в водах Атлантики составляет примерно 18 000 мг/л; в Персидском заливе и Красном море концентрация, вероятно, будет около 22 000 мг/л, пли 2,2% по массе. Если водоцементное отношение смеси 0,45, то содержание хлорида в смеси, выраженное г процентах массы цемента, составит: 0,45-2,2=0,99%≈1%. Чтобы перевести это содержание хлорида в более часто употребляемый показатель содержания хлорида кальция, применяют следующее выражение: хлорид кальция СаСl2=40+2(35,5) = 110.

Если максимальная допускаемая доза безводного хлорида кальция в бетоне (при наиболее благоприятных условиях контроля ка строительной площадке) составляет 1,5% по массе цемента, то эквивалентное допускаемое содержание хлорида 70/110·1.5=1%.

Ранее отмечалось, что в тех районах, где для затворення бетона приходится пользоваться морской водой, заполнители, в особенности песок, могут также содержать значительное количество соли. Отсюда следует, что морская вода, используемая при производстве бетона, может вызвать коррозию арматуры. Необходимо учитывать также и то, что в морских сооружениях содержание соли в бетоне, вероятно, будет со временем увеличиваться за счет водяных брызг при ветре.

В статье Гриффина в журнале «Защита материалов» (ноябрь, 1965 г.) говорится об экспериментальном использовании соленой воды затворения и воздействии водяных брызг при ветре. Если сооружение не запроектировано специально для временного использования с относительно небольшим сроком службы, то следует уделить внимание методам исключения или уменьшения воздействия хлоридов на арматуру. Необходимые мероприятия определяются производственными возможностями и должны включать как можно больше из перечисленных ниже операций.

1. Необходимо предусматривать использование плотного непроницаемого бетона с определенной толщиной защитного слоя. Это соответствует нормативным значениям минимального расхода цемента, равного 360 кг на 1 м3 бетона, максимального водоцементного отношения 0,45, минимальной толщины защитного слоя 50 мм, а также требованиям, предъявляемым к тщательному уплотнению и выдерживанию бетона. Автор считает, что максимальная толщина защитного слоя, как правило, не должна превышать 60 мм. В противном случае толщина бетона, в котором могут возникать трещины, становится слишком большой.

2. При проектировании необходимо обращать особое внимание на то, чтобы предельная ширина трещин на наружных поверхностях не превышала 0,1 мм.

3. Рекомендуется по возможности применять оцинкованную арматуру. При этом целесообразно использовать портландцемент с содержанием хроматов не менее 65 мг/л. При отсутствии такого цемента хроматы можно добавлять в ванны горячего цинкования.

4. Наряду с мероприятиями по п. 3 арматуру можно покрывать двумя плотными слоями эпоксидной смолы после удаления ржавчины и рыхлой заводской окалины. Затвердевшее эпоксидное покрытие уменьшает сцепление, однако это можно учесть либо при проектировании (если сцепление является определяющим), либо применив арматуру с повышенным сцеплением.

В заключение этого краткого обзора, посвященного использованию морской воды при приготовлении бетона, следует упомянуть работу Дьюэра из Ассоциации цемента и бетона. Дьюэр показал, что при использовании морской воды прочность бетона при сжатии улучшается в любом возрасте, начиная от 1 сут до 4 лет по сравнению с прочностью такой же смеси, изготовленной на водопроводной воде. Следует отметить, что хотя бетон на глиноземистом цементе (при условии правильного дозирования и выдерживания) очень долговечен в морской воде, ее ни в коем случае нельзя использовать для затворения бетона или раствора на этом типе цемента.

Источник

Влияние морской воды на бетон

В некоторых странах из-за большого дефицита нет возможности использовать пресную воду для строительных работ. В этом случае не остается иного выбора, как добавлять в раствор морскую воду. Но из-за ее негативного влияния на портландцемент подобное допустимо только при использовании неармированного бетона. Соответственно несущие части построек возвести не получится. Однако все зависит от засоленности воды и некоторых других параметров.

Негативное влияние морской воды

Если в местности есть возможность использовать только соленую воду, то и песок в таких регионах будет содержать соли. Он используется в качестве заполнителя для бетонного раствора. То есть концентрация соли в замесе получается еще выше.

Соли ионов вступают в реакцию с компонентами бетона, разрушая его. Например, из-за наличия сульфатов в такой воде происходит процесс сульфатации свободного гидроксида кальция.

После этого полученный сульфат кальция начинает взаимодействовать с алюминатами, содержащимися в цементе.

Образуется сульфоалюминат кальция или, как ее называют в строительстве, цементная бацилла. Она может расширяться в 2-2,5 раза, что разрушительно для готовой бетонной постройки.

Негативное воздействие оказывают и ионы магния. Они вступают в реакцию с кальциевым алюминатом, в ходе которой, из него вытесняется кальций. После этого свободный гидроксид кальция вступает в реакцию с хлоридом магния и образует растворимые соли, которые в дальнейшем вымываются из бетона. В массе появляются аморфные вещества студнеобразного вида. Они заполняют микропоры и микротрещины бетона, превращая его в несвязную массу.

Уровень растворенных солей

Соли — это твердые составляющие, объем которых может отличаться в морской воде. Например, в Атлантическом океане содержится 32 000 мг/л растворенных веществ. Порядка 2000 мг/л приходится на сульфаты (преимущественно сульфат магния), а еще 18 000 мг/л — хлориды (как правило, хлорид натрия). Считается, что нормальная вода Атлантического океана за счет хлоридов не способна нанести серьезный вред портландцементу. Хлориды способны ускорить твердение и схватывание смеси. Тем не менее показатель солей 32 000 мг/л может стать причиной выцветы на наружной части бетона. Также нужно помнить, что речь идет именно о воде. Если используется также и соленый песок, нужно учитывать и его параметры и содержание хлоридов.

Если рассматривать воду из Персидского залива или Красного моря, то концентрация хлоридов составит 22 000 мг/л. Это примерно 1% вещества в массе цемента. При этом максимально допустимая доля безводного хлорида кальция в бетоне может составлять не более 1,5% от общей массы. Поэтому с этой точки зрения использовать морскую соль допустимо, хоть и настоятельно не рекомендуется. Важно узнать объем твердых веществ в воде, чтобы понять, можно ли использовать ее для раствора. Но это относится только к неармированным конструкциям, так как хлорид является очень губительным для металлов.

Разрушение усугубляется за счет механического воздействия. Но морская вода опасна не только, когда она входит в состав цементно-песчаной смеси.

Негативное влияние воды на подводную часть бетонных построек

Если раствор приготовлен по всем правилам, но при этом он находится в морской воде, то в этом случае он также разрушается быстрее. Дело в том, что морская вода является естественной средой для многих животных и растительных микроорганизмов. Существуют виды, которые поселяются на подводных предметах, ж/б или бетонных конструкциях. Такие «обрастатели» как мидии и морские желуди-балянусы активно выделяют углекислый газ, который постепенно разрушает защитную корку бетона.

Если периодически конструкция оказывается не под водой (например, во время отлива), это также усугубляет ситуацию.

Условия, которые снижают влияние соленой воды на бетон

В 1985 году начали проводиться эксперименты по применению соленой воды при создании бетонных конструкций. Преимущественно такие смеси использовались для временных построек. Если же бетон нужен для более продолжительной эксплуатации, то важно уменьшить влияние хлоридов на железную арматуру.

Для этого нужно следовать следующим правилам:

• Необходимо использовать плотный бетон с низким показателем проницаемости и защитным слоем толщиной от 50 до 60 мм. Поэтому для приготовления смеси нужно использовать 360 кг/м3 цемента. Максимальное водоцементное отношение должно составить 0,45. Во время заливки бетона его обязательно нужно уплотнять. В противном случае в постройке быстрее появятся трещины.
• При создании ж/б сооружений допускается применять исключительно оцинкованную арматуру. Для замеса лучше использовать ПЦ с содержанием хроматов не меньше 65 мг/л. Если такого портландцемента нет, то хроматы нужно добавить, используя ванны горячего цинкования.
• Для усиления устойчивости арматуры к воздействию хлоридов прутья необходимо покрыть эпоксидной смолой в два слоя. Перед этим нужно очистить арматуру от заводской окалины и ржавчины, которая могла образоваться в процессе хранения прутьев. После того как эпоксидное покрытие затвердеет, сцепление арматуры уменьшится. Этот нюанс также важно учитывать в ходе проектирования.
• Если готовая конструкция будет находиться в воде или на нее будут оказывать влияние брызги соленой воды, то из-за попеременного увлажнения и высушивания, разрушение произойдет быстрее. Чтобы исключить такое негативное влияние бетон можно обработать жидким стеклом (силикатом натрия). Образовавшиеся силикаты кальция заполнят поры массы, благодаря чему повысится кислотостойкость бетона. Также для этих целей применяют каменноугольный деготь, резиновую или битумную мастику и многое другое.

Разумеется, такие мероприятия значительно увеличиваю конечную стоимость изготовленного бетонного сооружения и срок его возведения. Морская соль не так разрушительна для самого бетона, иногда хлориды и вовсе оказываются полезны. Но арматуру она разрушает очень быстро. Поэтому лучше и выгоднее даже приобрести пресную воду, чем использовать дополнительные защитные составы.

Источник

Всего из-за одного ингредиента — морской воды — римский бетон крепче, чем какой бы то ни было современный

Почти 2000 лет назад знаменитый римский историк Плиний Старший писал о бетоне, который при контакте с морской водой превращается в сверхпрочную каменную массу. И его слова не были бахвальством. Римский бетон сохранился до наших дней во многом из-за своей прочности. Почему же тогда современный так быстро разрушается? Геологи выяснили, что все дело в секретном ингредиенте древних римлян — морской воде.

Римляне использовали бетон повсюду

В Италии до сих пор сохранились образцы древнего бетона. И он по-прежнему остается прочнее современных конструкций из портландцемента, которые разрушаются в течение 10 лет.

Древние римляне повсеместно использовали бетон. Им укреплялись морские гавани, из него строили пантеоны и рынки, часть из которых сохранилась до наших дней. Бетон делали по необычному рецепту: римляне брали вулканический пепел, смешивали его с известью, а потом добавляли морскую воду. У них получался строительный раствор, которым поливали крупные куски вулканической породы. Затем они затвердевали, превращаясь в плотную массу.

Считается, что римляне первыми в мире придумали рецепт бетона. Они приготовили эту смесь, годами наблюдая за отложениями вулканического пепла.

После падения Римской империи рецепт бетона был утерян

Римляне бережно оберегали секрет изготовления бетона. А после падения их империи он был безвозвратно утерян. Человечество смогло изобрести его только в 1824 году, когда англичанин Джозеф Аспдин открыл портландцемент. Но его рецепт был совершенно иным. Ученый сжигал в печи измельченный мел и глину, удаляя с их поверхности углекислый газ. Смесь назвали цементом. Чтобы строить из нее что-то, достаточно было просто залить ее водой.

Современный бетон и вовсе не похож на древнеримский. Сегодня он представляет собой смесь из известняка, песчаника, золы, мела и глины. Также в его состав добавляют железо и стекловидный материал — заполнитель. Как правило, ими выступают песок или щебень. Но между ними не происходит никакой химической реакции, как в древнеримском бетоне.

Секрет прочности

Геолог Мари Джексон из университета Юты была первой, кто заинтересовался секретом прочности римского бетона. После заливки современного цемента на нем через пару-тройку лет появляются трещины, которые имеют тенденцию разрастаться. Римский бетон остается прочным, он почти не подвержен коррозии.

Джексон и ее коллеги изучили образцы бетона, взятого из римской гавани. Во время анализа они обнаружили очень редкий минерал — глиноземистый тоберморит. Его и сейчас сложно приготовить, так как он образуется при крайне высоких температурах. У древних римлян точно не было возможности выплавлять его в печах для массового производства.

Как же тогда они его получали?

«Никак, — отвечает Мари. — Римляне не подозревали о существовании этого минерала. Он появился намного позже благодаря морской воде. Она просачивалась внутрь бетона через трещины, растворяя компоненты вулканического пепла. Это провоцировало химическую реакцию, которая и провоцировала рост тоберморита. А он уже, в свою очередь, делал бетон невероятно прочным».

Можно ли заменить современный бетон на римский?

«Тот же самый состав каменной смеси мы обнаружили у основания подводных вулканов, — объясняет Джексон. — Там также происходила реакция между морской водой и пеплом, в результате которой образовывался бетон».

Каждый год только в США производится более 80 миллионов тонн портландцемента. Современный бетон постоянно разрушается, его приходится обновлять. Бетонная промышленность ежегодно выбрасывает тонны углекислого газа. Римский рецепт намного экологичнее, но наладить его массовое производство сейчас невозможно.

«Вулканический пепел — редкий продукт, — объясняет Мари. — Римлянам посчастливилось жить рядом с Этной и Везувием. Но в других странах вулканов нет, а в мире нет столько пепла, чтобы полностью заменить современный цемент. К тому же римский бетон не сразу становится прочным. На его затвердевание уходят годы, а современные потребители не готовы ждать так долго».

Нашли нарушение? Пожаловаться на содержание

Источник