Важно, что это происходит не только при введении их взамен песка (т. е. в варианте повышения прочности), но и для равнопрочных бетонов с золой (т. е. при одновременной экономии цемента) Повышается коррозионная стойкость бетона, водонепроницаемость, снижается тепловыделение.
В то же время отдельные свойства бетона могут и ухудшаться. Это морозостойкость, скорость твердения в раннем возрасте и при пониженных температурах.
Коррозионная стойкость бетона
Активные МД повышают коррозионную стойкость бетона.
Это происходит благодаря двум эффектам их действия:
- уменьшаются размеры пор, что понижает проницаемость бетона. Снижается не только проникновение агрессивных жидких сред, но и диффузия газов, например СO2;
- связывается Са(ОН)2, что повышает стойкость бетона против коррозии выщелачивания. Кроме того, при уменьшении количества Са(ОН)2 образуются менее основные соединения, в частности двухкальциевый гидроалюминат, не подверженный действию сульфатной коррозии.
Поэтому повышается общая коррозионная стойкость бетона (вследствие снижения проницаемости). Из отдельных видов коррозии наиболее существенно увеличение сульфатостойкости и стойкости против выщелачивания. Следует отметить, что эти эффекты являются следствием пуццолановой реакции. Поэтому они проявляются только при введении активных МД и более выражены при длительном влажном твердении.
Тепловыделение бетона
Тепловыделение бетона при твердении создает большие проблемы при изготовлении массивных конструкций. Температура в их центре при твердении может повышаться до 50-70 °С. При этом в более холодных поверхностных слоях возникают растягивающие напряжения и трещины. Введение МД и прежде всего зол ТЭС позволяет снизить расход цемента — источника тепловыделения — при сохранении свойств бетона.
Наибольшая часть тепловыделения бетона происходит в начальные сроки. За 3 суток выделяется 60—80% месячного количества тепла. При введении золы начальное тепловыделение уменьшается пропорционально сокращаемому цементу. Количество вводимой золы значения не имеет, так как она не участвует в твердении в этот период.
При отсутствии к бетону массивных сооружений повышенных требований к морозостойкости в него вводят повышенные количества золы — до 200 кг/м3. Это позволяет сократить расход цемента и тепловыделение бетона на 20-30%. Не случайно зола стала сначала вводиться именно в бетон гидротехнических сооружений. В нашей стране зола Ангарской ТЭС вводилась в бетон плотины Братской ГЭС еще в 1960 г.
Морозостойкость бетоне
При введении МД в количестве более 15—20% (от массы цемента) морозостойкость бетона, как правило, может ухудшаться.
Вопрос наиболее изучен для зол ТЭС. Результаты различных экспериментов достаточно противоречивы. Для практически важного случая равнопрочных бетонов чаще наблюдается понижение морозостойкости бетонов с золой, чем ее повышение. При небольших ее расходах, порядка 60 кг/м3 бетона, понижения морозостойкости не наблюдается. Но повышенные расходы золы обычно негативно сказываются на морозостойкости.
Следует отметить, что морозостойкость бетона определяется в 28-суточном возрасте, когда пуццолановая реакция незначительна. При длительном влажном уходе за бетоном или его эксплуатации во влажных условиях до начала морозного воздействия ситуация может измениться. По данным немецких исследований, бетон с золой после 28 суток твердения имел морозостойкость на 30% ниже, а после 180 суток нахождения во влажных условиях — уже на 30% выше, чем контрольный бетон.
Таким образом, возможность применения МД для бетонов с нормированной морозостойкостью порядка 100 и более циклов требует изучения в каждом конкретном случае. Вероятно, рациональном решением в таких случаях является введение воздухо-вовлекающих добавок. Они позволяют существенно повысить морозостойкость не только обычных бетонов, но и бетонов с МД.
Защитное действие бетона по отношению к арматуре
Бетон защищает арматуру от коррозии благодаря наличию Са(ОН)2, выделяющегося при гидратации цемента. Растворяясь в воде, содержащейся в порах, гидроксид кальция повышает ее щелочность до рН > 12, что и пассивирует сталь.
Активные МД связывают Са(ОН)2 в нерастворимые соединения и могут нарушить защитное действие бетона. Поэтому их содержание ограничивается, чтобы обеспечить сохранение в бетоне некоторого «щелочного резерва». Так, для золы ТЭС стандарт предусматривает максимально допустимое отношение зола: цемент в бетоне 1:1. Расход микрокремнезема с его высокой химической активностью обычно не превышает 50 кг/м3 бетона.
Поэтому при назначении расхода МД в бетоне следует учитывать их активность). При применении портландцементов с минеральной добавкой предельное отношение зола: цемент может быть уменьшено до 0,8.
