Пути повышения коррозионной стойкости вяжущих и цементных систем

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
 
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение 
высшего образования 
«Томский государственный архитектурно-строительный университет» 
 
 
 
 
 
 
 
 
ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ  
КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ ВЯЖУЩИХ  
И ЦЕМЕНТНЫХ СИСТЕМ 
 
 
 
Монография 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Томск 
Издательство ТГАСУ 
2024 

Авторы: В.К. Козлова, Л.В. Завадская, Е.В. Божок,  
Ю.С. Саркисов, Н.П. Горленко 
 
УДК 691.545:620.197 
ББК 38.322 
П901 
 
Пути повышения коррозионной стойкости вяжущих и цементных систем : монография / В.К. Козлова, Л.В. Завадская, Е.В. Божок, Ю.С. Саркисов, Н.П. Горленко. – Томск : Изд-во Том. гос. архит.строит. ун-та, 2024. – 124 с. – Текст : непосредственный. 
ISBN 978-5-6050247-6-7 
 
Настоящая работа дополняет и значительно расширяет представление о путях повышения коррозионной стойкости вяжущих и цементных систем, изложенных ранее 
в электронном издании «Гипсоцементно-пуццолановые вяжущие повышенной коррозионной стойкости». 
В монографии представлены результаты исследований состава и свойств гипсоцементных композиционных вяжущих веществ, установлены особенности продуктов 
гидратации, подробно рассмотрены процессы и возможный механизм коррозии гипсоцементного камня, а также мероприятия по повышению стойкости к углекислотной 
и сульфатной коррозии. 
Введение зол в гипсоцементные композиции существенно влияет на изменение 
состава продуктов гидратации, наличие зольного компонента (как и карбонатной добавки) уже в процессе гидратации и твердения приводит к частичному разрушению эттрингита и таумасита. Рассматривается формирование фаз, позволяющих снизить масштаб деструктивных процессов во время эксплуатации строительных материалов, изготовленных с применением исследуемых гипсоцементно-зольных вяжущих веществ. 
Монография адресована преподавателям, аспирантам, магистрантам и бакалаврам строительных вузов, а также инженерно-техническим работникам, занятым в сфере 
производства бетонов на основе гипсоцементных вяжущих. 
 
УДК 691.545:620.197 
ББК 38.322 
 
Рецензенты: 
И.М. Себелев, докт. техн. наук, профессор НГАСУ (Сибстрин); 
А.М. Маноха, канд. техн. наук, доцент АлтГТУ им. И.И. Ползунова; 
В.А. Лотов, докт. техн. наук, профессор ТГАСУ. 
 
ISBN 978-5-6050247-6-7 
© Томский государственный 
   архитектурно-строительный 
   университет, 2024 
© Козлова В.К., Завадская Л.В., 
   Божок Е.В., Саркисов Ю.С., 
   Горленко Н.П., 2024 
П901 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
Введение ..................................................................................................... 5 
1. Состояние и перспективы производства гипсоцементных 
композиционных вяжущих веществ ..................................................... 7 
1.1. Состав и свойства гипсоцементных вяжущих .............................. 7 
1.2. Состав и свойства гипсоцементно-пуццолановых вяжущих .......... 9 
1.3. Состав и свойства активных минеральных добавок, 
используемых в производстве гипсоцементно-пуццолановых 
вяжущих ................................................................................................ 17 
2. Разработка составов и технологии изготовления 
гипсоцементно-зольных вяжущих веществ  
с использованием высококальциевых зол от сжигания  
бурых углей Канско-Ачинского бассейна .......................................... 23 
2.1. Состав и свойства зол бурых углей Канско-Ачинского  
бассейна ................................................................................................. 23 
2.1.1. Золы высокотемпературного сжигания ............................. 23 
2.1.2. Минимизация деструктивных явлений  
при гидратации зол высокотемпературного сжигания .............. 32 
2.2. Свойства зольных вяжущих с добавкой доломита .................... 45 
2.3. Влияние минеральных добавок на гидратацию 
портландцемента .................................................................................. 53 
2.3.1. Влияние добавок золы на гидратацию  
портландцемента ............................................................................ 56 
2.3.2. Влияние карбонатсодержащих добавок на состав 
продуктов гидратации портландцемента .................................... 58 
2.4. Свойства смешанных вяжущих, состоящих  
из портландцемента с зольно-доломитовой добавкой ...................... 62 
2.5. Свойства гипсоцементно-зольных вяжущих .............................. 65 

3. Особенности состава продуктов гидратации  
гипсоцементных композиционных вяжущих веществ  
и коррозия гипсоцементного камня ................................................... 76 
3.1. Особенности состава продуктов гидратации  
гипсоцементно-зольных вяжущих ...................................................... 76 
3.2. Коррозия гипсоцементного камня ............................................... 86 
4. Управление процессами коррозии гипсоцементного камня ...... 94 
4.1. Коррозия как фактор деградации материала .............................. 94 
4.2. Естественная и принудительная карбонизация цементных 
систем и гипсоцементно-пуццолановых вяжущих ........................... 97 
Заключение ............................................................................................ 110 
Библиографический список ............................................................... 112 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 
Для устойчивого развития любого государства в основу национальных экономических программ должны быть положены принципы 
сбережения энергетических и природных ресурсов, защиты окружающей среды от загрязнения побочными продуктами и отходами производства. В связи с концепцией устойчивого развития одной из важнейших задач современного строительного материаловедения является 
производство эффективных строительных материалов на базе ресурсо- 
и энергосберегающих технологий. 
В настоящее время наиболее распространенным материалом 
в строительстве являются различные виды бетонных смесей на основе 
портландцемента. Следует отметить, что потребление портландцемента и его разновидностей, а также бетонов на их основе среди всех 
известных неорганических материалов занимает второе место в мире 
после воды. Достоинства использования портландцемента в качестве 
вяжущего – высокая прочность, водо- и морозостойкость получаемых 
материалов. К недостаткам относятся сравнительно медленный набор 
прочности и усадочные деформации при твердении. Кроме того, для 
производства портландцемента характерны существенные объемы выбросов, загрязняющих окружающую среду, а также высокое потребление природного сырья и энергоресурсов. 
На сегодняшний день в России выпускается незначительное количество малоклинкерных цементов и многокомпонентных вяжущих 
веществ. Представителями последних являются широко используемые 
в мировой практике сульфатированные цементы – композиционные вяжущие вещества, состоящие из смеси портландцемента и большого количества сульфата кальция в виде полуводного гипса или ангидрита, 
дополнительно содержащие различные минеральные добавки. 
Поиски возможности сочетания гипсовых вяжущих с портландцементом в разных соотношениях и получения вяжущих веществ, твердеющих без разрушительных деформаций и характеризующихся повышенной водо- и сульфатостойкостью, быстротой набора прочности, 
привели группу исследователей под руководством А.В. Волженского 
к созданию гипсоцементно-пуццолановых вяжущих веществ [1, 2]. 
В качестве пуццоланической составляющей указанными авторами ре

Пути повышения коррозионной стойкости вяжущих и цементных систем 
6 
комендовались активные минеральные добавки, способные взаимодействовать с гидроксидом кальция, выделяющимся при гидратации 
минералов-силикатов в составе цементного теста. Большинство этих 
добавок представлено минералами природного происхождения, к ним 
относятся трепел, диатомит, опока, цеолиты. Все перечисленные добавки имеют высокую стоимость, а их применение не гарантирует отсутствия деструктивных процессов при твердении гипсоцементнопуццолановых вяжущих во время эксплуатации полученных с их использованием строительных материалов. 
Остается актуальной разработка составов гипсоцементных композиционных вяжущих веществ, обеспечивающих бездефектную 
службу строительных материалов на их основе. 
В производстве рассматриваемых вяжущих предпочтение должно 
отдаваться техногенным отходам, способным при взаимодействии с продуктами гидратации цемента в присутствии значительного количества 
сульфата кальция образовывать совместные гидратные фазы, стойкие 
к воздействию переменных факторов окружающей среды. 
 
 

1. СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРОИЗВОДСТВА 
ГИПСОЦЕМЕНТНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ  
ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ 
1.1. Состав и свойства гипсоцементных вяжущих 
Гипсовые вяжущие вещества (особенно строительный гипс) 
находят широкое применение в современном строительном производстве. Они используются при изготовлении гипсокартона, гипсобетонных плит и панелей, сухих строительных смесей различного назначения, теплоизоляционных материалов типа пеногипса, а также разнообразных архитектурных форм. 
Отличительными особенностями гипсового теста на основе строительного гипса являются отсутствие водоотделения, быстрое схватывание и быстрый набор прочности. Получаемый гипсовый камень характеризуется повышенной пористостью и хорошими теплоизоляционными свойствами, не имеет усадочных деформаций, обладает высокой 
стойкостью против отдельных видов химической коррозии (углекислотной, сульфатной). 
При указанных достоинствах для всех материалов на основе гипсовых вяжущих веществ характерны общие недостатки: низкая водо- 
и морозостойкость, повышенная ползучесть. Это ограничивает области 
применения гипсовых вяжущих в строительстве, т. к. изготовленные из 
них материалы и конструкции должны эксплуатироваться в воздушносухих условиях. 
Один из главных путей более широкого использования гипсовых вяжущих – возможность их сочетания с портландцементом в любых соотношениях и получение гипсоцементных вяжущих веществ, 
твердеющих без разрушительных деформаций и характеризующихся 
повышенной водостойкостью, быстротой набора прочности, высокой 
коррозионной стойкостью. Достоинства портландцемента в качестве 
вяжущего вещества – высокие прочность и водостойкость строительных материалов на его основе. К недостаткам можно отнести медленный набор прочности, усадочные деформации при твердении, недостаточно высокое термическое сопротивление и малую коррозионную 
стойкость таких бетонов. При совмещении гипса с цементом исследо

Пути повышения коррозионной стойкости вяжущих и цементных систем 
8 
ватели стремились объединить достоинства каждого из компонентов 
в единую систему. 
Большое внимание разработке составов гипсоцементных вяжущих 
веществ было уделено группой исследователей под руководством 
А.В. Волженского [1–3], И.А. Смирновой и В.Б. Ратиновым [4]. Значительный объем исследований в области сульфатной активизации шлаков 
выполнен П.П. Будниковым и В.К. Гузевым [5, 6], ими рекомендован состав сульфатно-шлакового цемента, получаемого совместным помолом 
доменного шлака с обожженным доломитом и двуводным гипсом. 
Г.И. Книгиной и Л.Г. Тимофеевой [7] было предложено изготавливать гипсоцементные вяжущие с заменой полуводного сульфата 
кальция на добавку природного гипса-сырца. 
За рубежом большое распространение в качестве тампонажных 
материалов для цементирования низкотемпературных скважин получили гипсоцементные смеси, состоящие из полуводного сульфата кальция и портландцемента в соотношении, близком к 1:1. В состав этих 
смесей вводятся добавки хлорида кальция и натрия, замедлители схватывания гипса и пластификаторы. Строительство таких скважин сопряжено с большими затратами времени и материалов в связи с тем, что 
обычные растворы нормальной и пониженной плотности имеют длительные сроки схватывания, характеризуются нестабильными показателями прочности, усадочными деформациями, повышенной теплопроводностью, слабой закупоривающей способностью. 
В РХТУ им. Д.И. Менделеева [8] разработаны гипсоцементные материалы, превосходящие по своим физико-механическим свойствам зарубежные составы при твердении в условиях отрицательных температур. 
Большинство исследователей в поисках путей повышения водостойкости материалов, получаемых на основе гипсовых вяжущих веществ, пришли к заключению, что для этой цели необходимо введение 
добавок, способных вступать в химическое взаимодействие с сульфатом кальция с образованием водостойких и твердеющих в воде продуктов. Такими веществами являются портландцементы и доменные гранулированные шлаки. Например, в работе [9] отмечалось положительное влияние на водостойкость добавки портландцемента (около 10 %). 
Изучение влияния добавки портландцемента в количестве 20–40 % [10] 
показало, что, несмотря на повышение водостойкости, образцы из 

1. Состояние и перспективы производства гипсоцементных веществ 
9 
смеси строительного гипса и портландцемента в ранние сроки обладали 
достаточной прочностью, но через 340 сут разрушались. 
А.В. Волженским и Р.В. Иванниковой [1] высказано предположение, что при взаимодействии гипса с продуктами гидратации портландцементного клинкера наряду с благоприятными для структурообразования новыми фазами формируются также продукты, которые могут 
ослаблять или даже разрушать затвердевшую систему. Причины этого 
явления доподлинно не установлены до настоящего времени. Подобное 
поведение при твердении смесей гипсовых вяжущих веществ с портландцементом, по мнению указанных авторов, является следствием образования эттрингита при взаимодействии продуктов гидратации трехкальциевого алюмината и алюмоферритной фазы, содержащихся 
в портландцементе, с гипсом в присутствии воды. 
Также было установлено [11], что активному протеканию деструктивных процессов способствует повышенное содержание гидроксида 
кальция в составе гипсоцементного камня. В присутствии гидроксида 
кальция увеличивается количество связанного сульфата кальция, причем 
тем больше, чем выше концентрация Са(ОН)2 в жидкой фазе гипсоцементного теста. В связи с этим авторами было предложено введение 
в смесь гипса и портландцемента дополнительной пуццолановой добавки, содержащей кремнезем в активной форме, что способствовало получению вяжущего, стабильно набирающего прочность при длительном 
твердении в воздушной или водной среде без спадов прочности и разрушения. Так появились гипсоцементно-пуццолановые вяжущие вещества. 
 
 
1.2. Состав и свойства гипсоцементно-пуццолановых вяжущих 
По мнению исследователей [12], необходимое снижение концентрации извести в жидкой фазе возможно при введении в состав вяжущего активной минеральной добавки (типа трепела или диатомита), которая взаимодействует с гидроксидом кальция с образованием низкоосновных гидросиликатов кальция, что способствует увеличению их 
содержания. Низкоосновные гидросиликаты семейства СSН (I) благодаря своей коллоидной дисперсности и низкой растворимости выступают в роли защитного слоя на поверхности частиц гипса, приводя 

Пути повышения коррозионной стойкости вяжущих и цементных систем 
10 
к уменьшению их растворимости и, следовательно, к повышению водостойкости гипсоцементно-пуццоланового камня. 
Наибольший вклад в исследование гипсоцементно-пуццолановых вяжущих веществ внесен А.В. Волженским, Р.В. Иванниковой, 
М.И. Роговым, В.И. Стамбулко, А.В. Ферронской [1–3]. При твердении 
указанных вяжущих, по мнению ученых, роль пуццолановой добавки 
сводится к снижению концентрации гидроксида кальция в жидкой фазе 
до такого уровня, когда нарушаются условия стабильного существования высокоосновных гидроалюминатов кальция, при взаимодействии 
которых с сульфатом кальция образуется эттрингит. 
В качестве пуццолановых добавок наряду с трепелом и диатомитом авторы [13] рекомендуют использовать опоку; активные вулканические породы; глины, обожженные при температуре 600–700 °С; некоторые активные золы. Предпочтение отдается таким гидравлическим 
добавкам, чья активность по поглощению гидроксида кальция из его 
насыщенного раствора в течение 28 сут составляет не менее 200 мг СаО 
на 1 г добавки (большинство золошлаковых остатков от сжигания твердого топлива на тепловых электростанциях не соответствуют данному 
требованию). 
Гипсоцементно-пуццолановые вяжущие могут быть получены 
путем тщательного смешивания полуводного гипса, портландцемента 
и пуццолановой добавки, которая предварительно должна быть высушена и измельчена до остатка менее 10 % на сите № 008. Рекомендуемые составы, % по массе [13]: 
1) полуводный гипс – 50–75; 
2) портландцемент – 5–25; 
3) пуццолановая добавка с активностью не менее 200 мг СаО на 
1 г добавки – 10–25. 
Очень важно строго дозировать содержание пуццолановой добавки, т. к. ее активность оказывает решающее влияние на устойчивость систем при твердении (табл. 1.1). 
Согласно [14], состав гипсоцементно-пуццолановых вяжущих 
должен подбираться таким образом, чтобы уменьшить образование 
трехсульфатной формы гидросульфоалюмината кальция (эттрингита) 
при преимущественном образовании моносульфатной формы гидросульфоалюмината кальция (3СаО·Аl2O3·CaSO4·12H2O), не вызываю