Исследование материала "Акватрон" в агрессивных средах

по теме: "Исследование материала "Акватрон" в агрессивных средах"

Х/д № 350 от 9 сентября 1999 г.

Заведующая лабораторией № 13, к. т. н., проф. Степанова В. Ф.

Заведующий сектором, к. т. н. Розенталь Н. К.

Старший научный сотрудник Любарская Г.В.

Настоящее заключение составлено в продолжении работ по х/д №350 от 9 сентября 1999г, "Исследование материала "Акватрон" в агрессивных средах".

I. Исследование коррозии III ида в сульфатных средах.

Постановка исследовании материала "Акватрон" в сульфатных средах определяется широкой распространённостью сульфатов в составе подземных вод России, а также в технологических растворах промышленных предприятий.

Процессы сульфатной коррозии по классификации В. М. Москвина [1] относятся к III виду коррозии. Разрушение цементного камня в бетоне при воздействии сульфатов происходит за счёт кристаллизации гидросульфоалюминатов кальция в моно- и трёхсульфатной форме ЗСаО.АЬ0₃.Са30₄.10Н₂0 и ЗСаО.А1₂0₃.ЗСа50₄.32Н₂0 и гипса CaS0₄.2H₂0 в порах бетона. Кристаллизация указанных соединений развивается с присоединением большого количества воды. В результате сильно увеличивается объем твёрдых фаз. особенно при кристаллизации гидросульфоалюминатов, что вызывает вначале уплотнение бетона (заполнение нор и капилляров), а затем возникновение внутренних напряжений п разрушение бетона. Чем ниже содержание алюминатов (С₃А) и алита (C₃S) в портландцементе, тем меньше опасность коррозионного повреждения бетона. В СНиП 2.03.11-85 "Защита строительных конструкций от коррозии" приведены три группы цементов:

• портландцемент по ГОСТ 10178-85, в котором содержание алюминатов и алита не нормируется. Эта группа включает в себя портландцемента с высоким содержанием алита и алюминатов, отличающиеся низкой сульфатостойкостью;
• портландцемент по ГОСТ 10178-85 с содержанием в клинкере СзЗ не более 65%, СзА не более 7% и СзА+С₄АР не более 22%. Цементы этой группы оцениваются как цементы повышенной сульфатостойкости;
• сульфатостойкие цементы по ГОСТ 22266-94.

В качестве агрессивной среды принят раствор сульфата натрия с концентрацией иона SO₄^2- - 34000 мг/л (5% Na₂S0₄) в соответствие с ГОСТ 27644-88 "Бетоны. Методы испытаний коррозионной стойкости".

Способ испытаний состоит в определении методами аналитической химии изменения концентрации сульфатов SO₄^2- в растворе сульфата натрия в процессе химического взаимодействия его с испытуемыми образцами и определении изменения объёма образцов - их деформаций.

В процессе испытания не допускается снижение первоначальной концентрации сульфатного раствора более, чем на 5%. При падении концентрации сульфатного раствора на 5% производится смена агрессивного раствора. Концентрация сульфатного раствора определяется методом объёмного титрования раствором хлорида бария с индикатором нитрохромазо в присутствии ацетона. Результаты испытаний выражаются количеством С0з в процентах от массы цемента.

Располагая данными по кинетика поглощения сульфат-ионов и изменения деформаций образцов, можно сделать вывод о стойкости материала "Акватрон" в сульфатных средах и прогнозировать сроки службы до разрушения.

Процессы сульфатной коррозии протекают достаточно медленно. Для прогнозирования срока службы строительных материалов на основе цемента в сульфатных средах необходимо выполнить коррозионные испытания в течение года.

По данным заказчика в составе исследуемого материала "Акватрон" имеется 45% цемента производства Топкинского цементного завода. Химический к минералогический состав используемого в цементе клинкера приведен в табл. 1.

Согласно данным табл. 6 СНиП 2.03.1-85 цемент на основе клинкера Топкинского завода с содержанием C₃A 7.6% относится к первой группе цементов (несульфатостойкий).

Параллельно с нанесением защитного покрытия "Акватрон" на образцы мелкозернистого бетона были изготовлены образцы из "Акватрона" с В/Т=0,25 для определения содержания цемента с учётом объёмной массы образцов.

Общий объём испытуемых образцов с нанесенным на их поверхность защитным покрытием "Акватрон" составил 246,21 CM3. Объём защищённых образцов мелкозернистого бетона 146,18 CM3. Объём "Акватрона" равен 246,21-164.18=82,03 см3.

Объёмная масса "Акватрона" с В/Т=0,25 равнялась 2.207 г/см . Содержание цемента в 1 CM3 "Акватрона" составило (2,207:1.25)х0.45=0,7945 г. Здесь 1,25 -коэффициент, учитывающий количество химически связанной воды. Содержание цемента в исследуемом покрытии из "Акватрона" составило 82,03x0,7945=65,17 г.

Результаты определения кинетики поглощения сульфат-ионов покрытием "Акватрон" из раствора сульфата натрия представлены в табл. 2. На основании данных табл. 2 можно рассчитать срок службы бетона с покрытием "Акватрон" в сульфатных средах с учётом ранее подтверждённых зависимостей кинетики гетерогенного процесса поглощения сульфатов цементным камнем.

Продолжительность испытаний, месяцы	Бетон с покрытием "Акватрон" на цементе с содержанием С 3А= 7,6%
6	0,774	1,19
6	1,76	2,70
12	2,51	3,85

Экспериментально устанавливается количество сульфатов, поглощённых цементным камнем бетона. Эти данные сопоставляются с критическим содержанием сульфатов, ранее установленным для портландцементов различного минералогического состава.

По результатам ускоренных испытаний в сульфатной среде высокой концентрации ('в данном случае 33154 мг/л по иону S0₄^2-) рассчитывается количество сульфатов, накопившихся в образцах при любой другой концентрации сульфатной среды [2]. Результаты расчётов для покрытия "Акватрон" и для сравнения бетонов на цементах с различным содержанием СзА приведены в табл.3.

Покрытие "Акватрон" изготовлено на портландцементе низкой сульфатостойкости. Для указанного вида цемента согласно табл. 6 СНиП 2.03.11-85 в зависимости от марки бетона по водонепроницаемости сульфатная среда является неагрессивной при концентрации 300-500 мг/л по иону (повреждение бетона отсутствует не менее 50 лет).

По данным табл. 3 настоящего заключения при применении цемента низкой сульфатостойкости для изготовления материала "Акватрон" допустимое содержание сульфатов увеличивается до 1500 мг/л. При указанной концентрации иона SO₄^2- защитное покрытие "Акватрон" разрушится через 54 года.

Покрытие "Акватрон" имеет низкие деформации в воде и в растворе сульфата натрия (табл. 4).

Обработка поверхности бетона "Акватроном" повышает стойкость бетона в сульфатных средах примерно на одну ступень. Введение "Акватрона" в состав бетона увеличивает его морозостойкость примерно на одну марку, что связано с увеличением водотвёрдого отношения.

1. Москвин В. М. Коррозия бетона. М, Стройиздат, 1972.

2. Рекомендации по методам определения коррозионной стойкости бетона. М., НИИЖБ, 1988.