Biện pháp làm tăng độ bền sun phát của xi măng portland đã được đưa ra lần đầu tiên trong các công trình của T. Torvaldson (năm 1929) đã chỉ ra ảnh hưởng có hại của hàm lượng tính toán của C3A cao (> 8%) trong xi măng. R.Bogg và R. Lert (năm 1932) đã chỉ rõ khả năng tạo thành vết nứt khi toả nhiệt cao của xi măng trong các công trình lớn do ứng suất nhiệt và giải pháp phù hợp là hạn chế C3A trong xi măng.
Quá trình nghiên cứu tiếp theo của nhiều nhà khoa học đã tập trung vào việc làm chính xác thành phần hoá clinker và hoàn thiện các phương pháp xác định độ bền sun phát (chủ yếu là bổ sung việc đánh giá theo độ bền trong các môi trường xâm thực và đánh giá theo độ nở của chúng), làm chính xác hoá vai trò của các phụ gia khoáng hoạt tính và cơ chế của sự ăn mòn. Trên cơ sở các nghiên cứu này đã tiến hành sản xuất hàng loạt các dạng xi măng bền sun phát khác nhau để sử dụng trong các điều kiện khác nhau.
1. Ăn mòn đá xi măng và bê tông
1.1. Phân loại
Ăn mòn là quá trình phá huỷ tự xảy ra của các chi tiết bê tông và xi măng do tác dụng của các yếu tố vật lý và hoá học từ bên ngoài cũng như từ bên trong.
Các nguyên nhân bên trong dẫn đến sự phá huỷ của bê tông là độ thấm nước cao, sự tác dụng của kiềm trong xi măng với cốt liệu silic, sự thay đổi thể tích do khác biệt về độ giãn nở nhiệt của xi măng và cốt liệu, sự tạo thành các hợp chất kèm theo sự tăng thể tích của pha rắn trong điều kiện khi mà cấu trúc của đá xi măng đã đóng rắn gây ra ứng suất phá vỡ cấu trúc.
Các yếu tố ăn mòn vật lý bao gồm cả sự dao động nhiệt độ (sự đóng băng và tan băng, sự đốt nóng và làm lạnh có tính chất chu kỳ) và sự dao động độ ẩm của môi trường dẫn đến xuất hiện sự biến dạng của vật liệu và sự phá huỷ. Ngoài ra, sự phá huỷ của các chi tiết do sự lắng đọng và sự kết tinh của muối trong các lỗ xốp và mao quản của bê tông gây ra ứng suất nội được coi là sự ăn mòn hoá học - vật lý.
Các yếu tố ăn mòn hoá học bao gồm sự tác dụng của nước và khí của môi trường lên các chi tiết bê tông (dung dịch nước axit, muối, kiềm) và cả các chất hữu cơ khác nhau. Môi trường gây ra sự phá huỷ hoá học đối với vật liệu được gọi là môi trường xâm thực.
Trong điều kiện sử dụng bê tông trong các công trình công nghiệp và nông nghiệp, ăn mòn có thể xảy ra dưới ảnh hưởng của các chất khác nhau: kiềm, mỡ, hydro các bon (gluxit, cacbua hydro), phenol và các chất khác.
Khi nghiên cứu các yếu tố ăn mòn hoá học của bê tông đã tiến hành xem xét thành phần khoáng hoá của bê tông, cấu trúc xốp - mao quản cũng như thành phần của môi trường xâm thực, từ các thí nghiệm ở các công trình bê tông, các ion Ca2+, Na+, Al3+, NH4+, Cu2+, Fe3+, H+, OH-, SO42-, HCO3- và các anion chứa Clo đóng vai trò quan trọng. Tất cả các dạng khí axit cacbonic, sunfuaric và sunfua đều có hại. Các hợp chất hữu cơ cũng đóng vai trò nhất định.
V.M. Moscvin đã chia quá trình ăn mòn xuất hiện trong bê tông xi măng dưới tác dụng của môi trường nước thành 3 nhóm:
- Nhóm I : Quá trình ăn mòn do sự hoà tan của các cấu tử thành phần của đá xi măng dưới tác dụng của nước với độ cứng hiện thời yếu (nước mềm).
- Nhóm II : Quá trình ăn mòn dưới áp lực của nước chứa các chất có khả năng tương tác với các cấu tử của đá xi măng tạo thành các hợp chất dễ hoà tan bị nước rửa trôi hoặc ở dạng vô định hình.
- Nhóm III : Quá trình ăn mòn do các phản ứng trao đổi của các chất xác định với các cấu tử của đá xi măng và bị kết tinh bên trong các lỗ và mao mạch gây ra ứng suất dẫn đến phá huỷ đá xi măng và bê tông.
Mặc dù, trong đa số các trường hợp không chỉ một vài nhân tố tác dụng lên đá xi măng mà môi trường của chúng thường chiếm ưu thế. Sự phá huỷ của tất cả các mẫu thường xảy ra dưới tác dụng của quá trình ăn mòn nhóm II.
V.V. Kind phân loại sự ăn mòn của bê tông dưới tác dụng của nước tự nhiên thành sự ăn mòn rửa trôi, ăn mòn axit, ăn mòn CO2 , ăn mòn sun phát và ăn mòn magiê. Ông chia ăn mòn sun phát thành ăn mòn sun phát nhôm, sun phát nhôm - thạch cao và sự ăn mòn thạch cao, còn ăn mòn magiê thành ăn mòn magiê và ăn mòn magiê - sun phát.
Quỳnh Trang (Theo TTKHKT Xi măng số 1 năm 2015)