vestnikcstroyВестник НИЦ «Строительство»Bulletin of Science and Research Center of Construction2224-94942782-3938АО «НИЦ «Строительство»10.37538/2224-9494-2024-4(43)-141-155OBMIJUvestnikcstroy-480Research ArticleСТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯBUILDING MATERIALS AND PRODUCTSРеакционноспособные со щелочами заполнители: коррозия и защита бетонаAlkali-reactive aggregates: corrosion and protection of concreteРозентальН. К.RozentalN. K.

Николай Константинович Розенталь, д-р техн. наук, профессор кафедры «Строительные сооружения, конструкции и материалы», АО «НИЦ «Строительство», Москва

2-я Институтская ул., д. 6, к. 1, г. Москва, 109428, Российская Федерация

e-mail: rosental08@mail.ru

Nikolai K. Rozental, Dr. Sci. (Engineering), Professor, Department of Buildings, Structures, and Materials, JSC Research Center of Construction, Moscow

2nd Institutskaya str., 6, bld. 1, Moscow, 109428, Russian Federation

e-mail: rosental08@mail.ru

ЧехнийГ. В.ChekhniiG. V.

Галина Васильевна Чехний*, канд. техн. наук, заведующий сектором коррозии бетона лаборатории коррозии и долговечности бетонных и железобетонных конструкций, НИИЖБ им. А.А. Гвоздева АО «НИЦ «Строительство», Москва

2-я Институтская ул., д. 6, к. 5, г. Москва, 109428, Российская Федерация

e-mail: chehniy@mail.ruтел.: +7 (499) 174-76-97

Galina V. Chekhii*, Cand. Sci. (Engineering), Head of Concrete Corrosion Section, Laboratory of Corrosion and Durability of Concrete and Reinforced Concrete Structures, Research Institute of Concrete and Reinforced Concrete named after A.A. Gvozdev, JSC Research Center of Construction, Moscow

2nd Institutskaya str., 6, bld. 5, Moscow, 109428, Russian Federation

e-mail: chehniy@mail.rutel.: +7 (499) 174-76-97

РозентальА. Н.RozentalA. N.

Александр Николаевич Розенталь, инженер-технолог, аспирант, Москва

2-я Институтская ул., д. 6, к. 1, г. Москва, 109428, Российская Федерация

e-mail: top 2003@mail.ru

Aleksandr N. Rozental, Process Engineer, Postgraduate Student, Moscow

2nd Institutskaya str., 6, bld. 1, Moscow, 109428, Russian Federation

e-mail: top 2003@mail.ru

АО «НИЦ «Строительство»РоссияJSC Research Center of ConstructionRussian FederationНаучно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт бетона и железобетона (НИИЖБ) им. А.А. Гвоздева АО «НИЦ «Строительство»РоссияResearch Institute of Concrete and Reinforced Concrete named after A.A. Gvozdev, JSC Research Center of ConstructionRussian Federation202424122024434141155Copyright © Розенталь Н.К., Чехний Г.В., Розенталь А.Н., 20252025Розенталь Н.К., Чехний Г.В., Розенталь А.Н.Rozental N.K., Chekhnii G.V., Rozental A.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.cstroy.ru/jour/article/view/OBMIJUВведение

Введение. Один из видов коррозии бетона вызван химическим взаимодействием аморфного кремнезема в заполнителе со щелочами цементного камня. Процесс развивается медленно, повреждения бетона обнаруживаются лишь через несколько лет с момента завершения строительства. Первоначально повреждения, вызванные щелочной коррозией бетона, обнаруживали в крупных сооружениях – плотинах, мостах, дорожных покрытиях. Ремонт и защита поврежденных бетонных сооружений сложен. Настоящая статья посвящена вопросам предотвращения и защиты конструкций, повреждаемых названным видом коррозии.

Цель

Цель. Оценка методов защиты бетона от внутренней щелочной коррозии.

Материалы и методы

Материалы и методы. Приведены результаты определения реакционной способности заполнителей из щебня и песка различных месторождений. Испытан метод защиты от щелочной коррозии пропиткой бетона раствором нитрата лития. Для ускорения пропитки применена обработка бетона постоянным электрическим током.

Результаты

Результаты. Показана неравноценность результатов, полученных стандартными методами испытаний. Показано, что наиболее надежными являются результаты, полученные длительными, не менее одного года, испытаниями бетона на исследуемых заполнителях и цементах. Оценена возможность ремонта бетона с признаками щелочной коррозии путем пропитки растворами литиевых соединений с наложением электрического тока.

Выводы

Выводы. Выполнены исследования расширения бетона вследствие щелочной коррозии заполнителей, полученных из различных месторождений. Подтверждена необходимость длительных испытаний бетонов на заполнителях конкретных поставщиков с учетом особенностей применяемых цементов и минеральных добавок. Проверена возможность защиты бетона от щелочной коррозии введением добавок соединений лития, в том числе с использованием электрического тока. Наложение тока ускоряет пропитку бетона растворами солей лития, однако создает определенные трудности. Пропитка наружного слоя создает предпосылки для растрескивания наружного пропитанного слоя бетона вследствие разности деформаций наружного слоя и внутренних слоев, не подвергшихся пропитке. При подозрении на реакционную способность заполнителя со щелочами цемента рекомендуется вводить в состав бетона тонкомолотые кремнеземсодержащие добавки для связывания щелочей и предотвращения развития повреждения бетона.

Introduction

Introduction. One type of concrete corrosion is caused by the chemical interaction of amorphous silica in aggregates with alkalis in the cement paste. This process develops slowly, and damage to the concrete is often detected only several years after construction is completed. Initially, damage caused by alkali-silica reaction was observed in large structures such as dams, bridges, and road pavements. Repairing and protecting damaged concrete structures is considered a complex process. The present paper addresses issues related to the prevention and protection of structures affected by this type of corrosion.

Aim

Aim. To evaluate methods for protecting concrete from internal alkali corrosion.

Materials and methods

Materials and methods. The paper presents the results of determining the reactivity of aggregates from crushed stone and sand of various deposits. A method for protecting against alkali corrosion using lithium nitrate solution for impregnating concrete was tested in the process. To accelerate the impregnation process, concrete was treated with a direct current.

Results

Results. The study demonstrates the inconsistency of results obtained through standard testing methods. The most reliable results are achieved through long-term testing (at least one year) of concrete made with the studied aggregates and cements. The study involved assessing feasibility of repairing concrete with signs of alkali corrosion through impregnation with lithium compound solutions while applying electric current.

Conclusions

Conclusions. The expansion of concrete due to alkali corrosion from aggregates sourced from various deposits has been investigated. The study confirmed the necessity for long-term testing of concretes using aggregates of specific suppliers, considering the characteristics of the applied cements and mineral additives. The authors examined the potential for protecting concrete from alkali corrosion through the introduction of lithium compound additives, including the use of current. The application of current accelerates the impregnation of concrete with lithium salt solutions; however, it poses certain challenges. Impregnation of the outer layer creates conditions for cracking due to differences in deformation between the outer layer and the inner layers that have not undergone impregnation. If the reactivity of the aggregate with cement alkalis is suspected, it is recommended to introduce finely ground silica-containing additives into the concrete to bind alkalis and prevent the development of concrete damage.

щелочная коррозия бетонареакционноспособный кремнеземметоды испытанийлитиевые соединенияметод пропиткиобработка электрическим токомalkaline corrosion of concretereactive silicatest methodslithium compoundsimpregnation methodtreatment by currentReferences<i>Stanton T.E.</i> Expansion of concrete through reaction between cement and aggregate. Transactions of the American Society of Civil Engineers. 1942;107(1):54–84. https://doi.org/10.1061/taceat.0005540<i> Stanton T.E.</i> Expansion of concrete through reaction between cement and aggregate. Transactions of the<i>Викторов А.М., Ложкин А.Н.</i> Проблема щелочной коррозии бетонных плотин. Гидротехническое строительство. 1992;(11):52–53.American Society of Civil Engineers. 1942;107(1):54–84. https://doi.org/10.1061/taceat.0005540<i>Викторов А.М.</i> Причины щелочной коррозии бетонных плотин. Гидротехническое строительство. 1992;(11).<i>Viktorov A.M., Lozhkin A.N.</i> The problem of alkaline corrosion of concrete dams. Gidrotekhnicheskoe Stroitel’stvo. 1992;(11):52–53. (In Russian).<i>Викторов А.М.</i> Предотвращение щелочной коррозии увлажняемого бетона. Бетон и железобетон. 1986;(8):36–38.Viktorov A.M. Causes of alkaline corrosion of concrete dams. Hydraulic engineering construction. 1992;(11). (In Russian).<i>Москвин В.М., Рояк Г.С.</i> Коррозия бетона при действии щелочей цемента на кремнезем заполнителей. Москва: Госстройиздат; 1962.<i>Viktorov A.M.</i> Prevention of alkaline corrosion of wetted concrete. Beton i Zhelezobeton = Concrete and Reinforced Concrete. 1986;(8):36–38. (In Russian).<i>Рояк Г.С.</i> О составе и гидратации щелочесодержащих фаз цемента. Цемент. 1958;(5):21–24.<i>Moskvin V.M., Royak G.S.</i> Corrosion of concrete under the action of cement alkalis on silica fillers. Moscow:<i>Рояк Г.С.</i> Щелочи в цементе и стойкость бетона. Бетон и железобетон. 1959;(7):295–299.Gosstroyizdat Publ.; 1962. (In Russian).<i>Москвин В.М., Рояк Г.С.</i> Один из сложных вопросов коррозии бетона. Изв. Акад. стр-ва и архит. СССР. 1961;(4):48–53.<i>Royak G.S.</i> On the composition and hydration of alkali-containing phases of cement. Cement. 1958;(5):21–24.ГОСТ 8269.0-97. Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов промышленного производства для строительных работ. Методы физико-механических испытаний. Москва: Стандартинформ; 2018.(In Russian).<i>Иванов Ф.М.</i> Внутренняя коррозия бетона. Бетон и железобетон. 1992;(8):8–10.<i>Royak G.S.</i> Alkalis in cement and the durability of concrete. Beton i Zhelezobeton = Concrete and Reinforced Concrete. 1959;(7):295–299. (In Russian).<i>Буянов Ю.Д., Харо О.Е., Буткевич Г.Р., Левкова Г.С.</i> Перспективы улучшения качества заполнителей бетона. Бетон и железобетон. 2005;(4):26–29.<i>Moskvin V.M., Royak G.S.</i> One of the difficult issues of concrete corrosion. Izvestiya Akademii stroitel’stva i arkhitektury SSSR. 1961;(4):48–53. (In Russian).<i>Лопатников М.И., Тедеев Т.Р.</i> Песчано-гравийные месторождения как возможные источники местного прочного сырья. Строительные материалы. 2007;(5):18–19.State Standard 8269.0-97. Mauntainous rock road-metal a nd gravel, industrial waste products for construction works methods of physical and mechanical tests. Moscow: Standartinform Publ.; 2018. (In Russian).<i>Буянов Ю.Д., Левкова Н.С.</i> Влияние качества заполнителей на долговечность и коррозионную стойкость конструкций. В: Долговечность и защита конструкций от коррозии: Сб. тр. Междунар. конф. Москва; 1999, с. 255–260.<i>Ivanov F.M.</i> Internal corrosion of con crete. Beton i Zhelezobeton = Concrete and Reinforced Concrete. 1992;(8):8–10. (In Russian).<i>Розенталь Н.К., Любарская Г.В., Розенталь А.Н.</i> Испытание бетона на реакционноспособных заполнителях. Бетон и железобетон. 2014;(5):24–29.<i>Buyanov Yu.D., Kharo O.E., Butkevich G.R., Levkova G.S.</i> Prospects for improving concrete aggregates. Beton i Zhelezobeton = Concrete and Reinforced Concrete. 2005;(4):26–29. (In Russian).ГОСТ 8267-93. Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия. Москва: Стандартинформ; 2018.<i>Lopatnikov M.I., Tedeev T.R.</i> Sand and gravel deposits as possible sources of local durable raw materials. Stroitel’nye Materialy = Construction Materials. 2007;(5):18–19. (In Russian).ГОСТ 8736-93. Песок для строительных работ. Технические условия. Москва: Стандартинформ; 2009.<i>Buyanov Yu.D., Levkova N.S.</i> The influence of the quality of aggregates on the durability and corrosion resistance of structures. In: Durability and protection of structures from corrosion. Proceedings of the International Conference. Moscow; 1999, pp. 255–260. (In Russian).ГОСТ 26633 -91. Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия. Москва: Стандартинформ; 2005.<i>Rosenthal N.K., Lyubarskaya G.V., Rosenthal A.N.</i> Testing of concrete on reactive aggregates. Beton i Zhelezobeton = Concrete and Reinforced Concrete. 2014;(5):24–29. (In Russian).<i>Мубаракшин Р.К., Изотов В.С., Строгинов В.Ф.</i> О некоторых проблемах качества в строительной практике республики Татарстан. Известия Государственного Казанского архитектурно-строительного университета. 2009;(2):15–21.State Standard 8267-93. Crushed stone and gravel of solid rocks for construction works. Specifications. Moscow: Standartinform Publ.; 2018. (In Russian).<i>Изотов В.С.</i> Особенности щелочной коррозии и высолообразования в бетоне на смешанных вяжущих. Известия Государственного Казанского архитектурно-строительного университета. 2003;(1):68–69.State Standard 8736-93. Sand for construction works. Specifications. Moscow: Standartinform Publ.; 2009. (In Russian).<i>Thomas M.D., Fournier B., Folliard K.J., I deker J.H., Resendez Y.</i> The use of lithium to prevent or mitigate alkali-silica reaction in concrete pavements and structures. No. FHWA-HRT-06-133. Turner-Fairbank Highway Research Center; 2007.State Standard 26633-91. Heavy-weight and sand concretes. Specifications. Moscow: Standartinform Publ.; 2005. (In Russian).<i>Whitmore D., Abbott S.</i> Use of an applid electric fields us drive lithium ions into alcali-silica reactive structure. In: Proceedings of the 11 International Conference on Alcali-Aggregate Reaction in Concrete. Quebec, Canada; 2000, pp. 1089–1098.<i>Mubarakshin R.K., Stroginov V.F.</i> About some quality problems in the construction practice of the Republic of Tatarstan. News of the Kazan State University of Architecture and Engineering. 2009;(2):15–21. (In Russian).<i>Розенталь Н.К., Чехний Г.В., Любарская Г.В., Розенталь А.Н.</i> Защита бетона на реакционноспособном заполнителе от внутренней коррозии соединениями лития. Строительные материалы. 2009;(3):68–71.<i>Izotov V.S.</i> Features of alkaline corrosion and salinity formation in concrete on mixed binders. News of the Kazan State University of Architecture and Engineering. 2003;(1):68–69. (In Russian).<i>McCoy W.J., Caldwell A.G</i>. New approach to inhibi ting alkali-aggregate expansion. Journal of the American Concrete Institute. 1951;47(5):693–706. https://doi.org/10.14359/12030<i>Thomas M.D., Fournier B., Folliard K.J., Ideker J.H., Resendez Y.</i> The use of lithium to prevent or mitigate alkali-silica reaction in concrete pavements and structures. No. FHWA-HRT-06-133. Turner-Fairbank Highway Research Center; 2007.<i>Whitmore D., Abbott S.</i> Use of an applid electric fields us drive lithium ions into alcali-silica reactive structure. In: Proceedings of the 11 International Conference on Alcali-Aggregate Reaction in Concrete. Quebec, Canada; 2000, pp. 1089–1098.<i>Whitmore D., Abbott S.</i> Use of an applid electric fields us drive lithium ions into alcali-silica reactive structure. In: Proceedings of the 11 International Conference on Alcali-Aggregate Reaction in Concrete. Quebec, Canada; 2000, pp. 1089–1098.<i>Rosenthal N.K., Chekhov G.V., Lyubarskaya G.V., Rosenthal A.N.</i> Protection of concrete on a reactive aggregate from internal corrosion by lithium compounds. Stroitel’nye Materialy = Construction Materials. 2009;(3):68–71. (In Russian).<i>Rosenthal N.K., Chekhov G.V., Lyubarskaya G.V., Rosenthal A.N.</i> Protection of concrete on a reactive aggregate from internal corrosion by lithium compounds. Stroitel’nye Materialy = Construction Materials. 2009;(3):68–71. (In Russian).<i>McCoy W.J., Caldwell A.G.</i> New approach to inhibiting alkali-aggregate expansion. Journal of the American Concrete Institute. 1951;47(5):693–706. https://doi.org/10.14359/12030<i>McCoy W.J., Caldwell A.G.</i> New approach to inhibiting alkali-aggregate expansion. Journal of the American Concrete Institute. 1951;47(5):693–706. https://doi.org/10.14359/12030

The authors declare that there are no conflicts of interest present.