Щелочно-Силикатная Реакция (ASR)

Описание щелочно-силикатных реакций широко распространены на сайтах Рунета, существует множество трактовок и описаний. Мы не будем пытаться изобрести велосипед  и приведем выдержку из книги "Химия цемента" автора Х. Тейлора 1997г.

__________________________________________________________________

12.4 Щелоче-Силикатные Реакции

12.4.1 Общие понятия

Основные черты щелоче-силикатных реакций были впервые описаны Стентоном [1142]. Гидроксид-ионы в поровом растворе реагируют с определенными типами кремнезема, которые могут находиться в заполнителе, что ведет к внутренним напряжениям, могущим вызвать разрушение или трещинообразование. Разрушение может произойти в течение нескольких дней или же только через многие годы. На поверхности непреднапряженного бетона они обычно образовывают сетку мелких трещин и иногда крупные трещины ("карточные трещины"). В напряженном бетоне трещины имеют тенденцию образовываться параллельно арматуре. На тонких шлифах видны трещины, которые могут проходить через заполнитель. Присутствует характерный гель, который может находиться в трещинах в виде оболочек вокруг частиц заполнителя или  где-то еще в тесте (рис. 12.3). Гель может выделяться из бетона.

Электронная микрофотография бетона

Рис. 12.3. Электронная микрофотография бетона (изображение в обратно рассеянных электронах), показывающая гель (темные части), образованный при щелоче-силикатной реакции и присутствующий в цементном тесте в местах, удаленных от реакционноспособного заполнителя. Светлые участки - негидратированный клинкер [531]. С любезного разрешения WHD Microanalysis Consultants Ltd., Ipswich, UK

Необходимым условием протекания щелоче-силикатных реакций в портландцементном бетоне являются достаточно высокое содержание оксидов щелочных металлов в цементе и реакционно-способной составляющей в заполнителе и доступ воды. K+ и Na+ присутствуют в цементе в виде сульфатов и в силикатной и алюминатной фазах. При реакции соединений, содержащих эти ионы, их анионы входят в продукты с низкой растворимостью, такие как эттрингит, C-S-H или AFm-фаза, и одновременно эквивалентное количество OH-. K+ и Na+ на этой стадии играют негативную роль, так как их гидроксиды растворимы, что позволяет OH- переходить в поровый раствор. Маловероятно, чтобы щелоче-силикатные реакции имели место в бетоне на основе портландцемента (не композиционного) при условии, что содержание эквивалента Na2O (Na2Oe = Na2O + 0,66K2O) в бетоне ниже 4 кг/м3. Был предложен допустимый на практике предел в 3 кг/м3 для постоянно колеблющегося состава цемента [532]. Альтернативный критерий, основанный на составе цемента (Na2Oe < 0,6%) не позволяет колебаться расходу цемента в бетоне. Катионы щелочных элементов могут поступать также из внешних источников, таких как растворы Na2SO4 [953, 1208] или NaCl [859], из минеральных добавок (разд. 12.4.4) или заполнителей. Во всех случаях они будут давать эквивалентные количества OH-, за исключением того, когда они входят в твердые фазы или находятся в равновесии с другими анионами в растворе.

Даймонд [318] описал типы кремнезема, которые могут участвовать в щелоче-силикатных реакциях. К ним относятся кварц, если он достаточно деформирован или микрокристалличен, тридимит, кристобалит и стекло или аморфные формы, встречающиеся в различных комбинациях в опалах, кремневой гальке, сланцах и других горных породах. Опалы особенно реакционноспособны. Макроскопические недеформированные кристаллы кварца оказываются нереакционноспособными, но, возможно, и не полностью инертными. Некоторые силикатные минералы и вулканические стекла могут вступать в реакции, аналогичные щелоче-силикатным.

Если все другие переменные фиксированы, то кривая расширения в зависимости от процентного содержание реакционно-способной составляющей в заполнителе часто проходит  через максимум для "наихудшего" состава. Для опалов и других высокоактивных компонентов в растворах он обычно < 10% (рис. 12.4) [533], но для менее реакционноспособных составляющих он может быть гораздо выше и находиться даже при 100%.

Рис. 12.4. Соотношение между расширением раствора (в/ц=0,4; заполнитель/цемент=2; возраст 200 сут.) и содержанием Белтанского опала, выраженного в масс.% от общего количества заполнителя [533].

Расширение зависит также от размеров частиц реакционноспособного компонента. Данные разных исследователей значительно расходятся, возможно, из-за различий в использованных материалах, но расширение всегда оказывается наибольшим для материала в интервале 0,1-1,0 мм и может быть равным нулю или отрицательным при размере частиц менее 10 мкм. По крайней мере,  некоторые образцы опала, если их достаточно тонко помолоть, действуют как пуццоланы [188].

__________________________________________________________________

Если подытожить приведенную выдержку, то можно сказать, что действительно, применение упрочнителей бетона на натриевой или калиевой основе может в перспективе повлечь ASR в обработанной ими бетонной поверхности.

Материалы LITSIL® созданы на основе литиевых или наносиликатных материалах и лишены этого недостатка, т.к. они не содержат щелочных соединений натрия или калия, а концентрация ионов лития в разы меньше концентрации ионов натрия или калия в химических упрочнителях бетона.