CC BY
47
УДК 691.32; 691.714
Смирнов Д.С. - кандидат технических наук, доцент
E-mail: [email protected]
Камалова З.А. - кандидат технических наук, доцент
Рахимов Р.З. - доктор технических наук, профессор
E-mail: [email protected]
Казанский государственный архитектурно-строительный университет
Адрес организации: 420043, Россия, Казань, ул. Зеленая, д. 1
Оценка коррозионной стойкости стальной арматуры в модифицированном бетоне
Аннотация
Несмотря на спад производства бетона, вызванный мировым экономическим кризисом, он остается самым востребованным строительным материалом, а железобетонные конструкции являются базой современного индустриального наземного и подземного строительства. От других строительных материалов его отличает технологичность, высокие механические свойства и долговечность. Улучшить данные характеристики позволяет применение модифицирующих добавок. Однако, следует отметить, что некоторые из применяемых добавок способны оказывать негативное влияние на арматуру.
В данной статье приводятся результаты испытаний коррозионной стойкости стальной арматуры в бетоне содержащего добавку пластифицирующего и водоредуцирующего действия «Plast» производства ООО «ХимФрост».
Ключевые слова: железобетон, стальная арматура, коррозия арматуры, долговечность железобетонных конструкций, коррозионные испытания.
Железобетонные конструкции являются базой современного индустриального наземного и подземного строительства, а бетон и железобетон самым востребованным строительным материалом. Несмотря на спад производства бетона, вызванный мировым экономическим кризисом, пик которого пришелся на 2009 год, объемы производства остаются весьма внушительными и для России составляет десятки млн. т. в год. По сравнению с другими строительными материалами железобетон более долговечен. При правильной эксплуатации железобетонные конструкции могут служить неопределенно длительное время без снижения несущей способности. Объясняется это тем, что прочность с течением времени в отличие от других материалов возрастает, а сталь в бетоне защищена от коррозии.
Бетон как материал для железобетонных конструкций должен обладать вполне определенными, наперед заданными свойствами: необходимой прочностью, хорошим сцеплением с арматурой, морозостойкостью, достаточной плотностью (непроницаемостью) для защиты арматуры от коррозии [1-3]. Основные пути повышения качества бетона и долговечности железобетонных конструкций заключаются в использовании высокотехнологического оборудования, современных технологий производства, применения качественных материалов и добавок индивидуального и полифункционального действия. Использование последних является весьма эффективным и экономичным способом улучшения технологических и физико-механических свойств бетона [3-7]. На сегодняшний день практически весь бетон производится с применением модифицирующих добавок. Количество производимых в России и за рубежом модификаторов для бетона предоставляет технологам широчайший выбор для регулирования свойств бетонной смеси и бетона [8]. Одним из распространенных направлений улучшения качества бетона является повышение пластичности смеси с одновременным повышением плотности и прочности бетона. Большинство производителей товарного бетона и железобетонных конструкций решают эту задачу путем введения в состав бетона комплексных добавок или полифункциональных модификаторов (ПФМ) улучшающих целый ряд его физико-механических, а также реалогических свойств или обеспечивающих синергетическое воздействие на одно из свойств. Однако выбор того или иного модификатора только с учетом основного эффекта действия на бетон является не совсем верным решением. Необходимо учитывать весь потенциал добавки. Некоторые из модификаторов способны оказывать побочное влияние на
свойства бетона или железобетонных конструкций, среди которых коррозионное воздействие на арматуру является, пожалуй, одним из самых опасных [9, 10].
В данной статье приводятся результаты испытаний коррозионной стойкости стальной арматуры в бетоне содержащего добавку пластифицирующего и водоредуцирующего действия «Plast» производства ООО «ХимФрост».
Для проведения исследований был использован метод коррозионных испытаний стальной арматуры в бетоне изложенный в ГОСТ 31383-2008 «Защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии. Методы испытаний» и ГОСТ Р 52804-2007 «Защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии. Методы испытаний». Оба стандарта практически дублируют друг друга, отличаясь лишь в количественных показателях при подготовке образцов к испытанию. Кроме того, в процессе испытаний отмечено ряд несоответствий имеющиеся в стандартной методике, устранение которых привело к необходимости внесения определенных корректировок при проведении работ.
Метод коррозионных испытаний стальной арматуры в бетоне является прямым методом и устанавливает характер коррозионных поражений стали в бетоне и массу корродированной стали. Метод распространяется на стальную арматуру и бетоны, приготовленные на цементе на основе портландцементного клинкера. Метод испытаний основан на оценке характера и степени коррозионного поражения стальной арматуры при хранении образцов в условиях переменного увлажнения и высушивания и сравнении полученных результатов с установленными критическими значениями.
На первом этапе исследований готовили бетонную смесь, состав которой приводится в табл. 1 и соответствует ТУ2610-03 7-02069622.
Таблица 1
Состав бетона
Материалы Содержание материалов на 1 м3 бетонной смеси
состав с добавкой состав без добавки
Цемент ЦЕМII 32,5 Б 350 кг 350 кг
Песок Мкр=2,5 800 кг 800 кг
Щебень 5-10 мм 1100 кг 1100 кг
Вода 203 л 203 л
Добавка «PLAST» 2,45л -
Согласно требованиям стандартов, по которым проводились испытания на коррозионную стойкость арматуры в бетоне, размеры бетонных образцов должны составлять 70x70x140 мм (при наличии в бетоне фракций щебня до 10 мм) или 100x100x200 мм (при наличии в бетоне фракций щебня 10-20 мм) и соответствовать ГОСТ 22685-89 «Формы для изготовления контрольных образцов бетона. Технические условия» и ГОСТ 10180-90 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам».
Однако указанными стандартами формы и образцы таких размеров не предусмотрены. Поэтому нестандартные формы размером 70x70x140 мм были изготовлены в лабораторных условиях кафедры.
Зерна заполнителя размером более 10 мм отделяли из бетонной смеси на сите размером ячеек 10 мм. Из смеси формовали три образца без стержней, девять образцов бетона с добавкой и девять образцов бетона без добавки, каждый с двумя стержнями из арматурной стали. Стержни устанавливали на растворные призмы, изготовленные из цементно-песчаного раствора того же состава, что и растворная часть испытуемого бетона.
На втором этапе исследований готовили стальные стержни. Согласно требованиям ГОСТ 31383-2008 испытанию подвергаются стержни диаметром 4-6 мм и длиной (100 ± 2) мм для образцов размерами 70 х 70 х 140 мм и длиной (140 ± 2) мм - для образцов размерами 100х 100x200 мм. При этом толщина защитного слоя составляет 20 и 30 мм соответственно.
По ГОСТ Р 52804-2007 испытываются стержни диаметром 3-6 мм и длиной (120 ± 2) в образцах размером 70x70x140 мм, а толщина защитного слоя составляет всего 10 мм. При проведении исследований при подготовке образцов приняты показатели по ГОСТ Р 52804-2007.
Для этого готовили 36 стальных стержней диаметром 4-5 мм и длиной 120 мм из высокопрочной проволоки класса Вр-1. Поверхность образцов, включая торцы стержня, шлифовали абразивной шкуркой до 7-го класса чистоты и перед укладкой в бетон обезжиривали ацетоном. Образцы взвешивали с точностью до 0,0001 г.
Изготовленные бетонные образцы твердели в нормальных условиях при температуре 20°С и влажности 95 %.
На следующем этапе по истечении 28 суток твердения образцы испытывали в режиме переменного увлажнения и высушивания в течение 3 и 6 мес.
Для этого неармированные образцы взвешивали, помещали в питьевую воду и, периодически (один раз в сутки) извлекая из воды, взвешивали. Результаты приведены в табл. 2.
Таблица 2
Результаты водонасыщения образцов
Периодичность масса образцов с добавкой, гр. масса образцов без добавки, гр.
испытаний 1 2 3 1 2 3
до водонасыщения 1561,35 1504,91 1556,94 1551,62 1528,76 1557,27
через 12 ч 1587,91 1527,57 1581,93 1576,49 1558,07 1578,26
через 24 ч 1589,67 1528,84 1583,98 1578,26 1558,84 1580,64
через 36 ч 1590,17 1529,08 1583,84 1578,61 1558,89 1579,77
через 60 ч 1591,61 1530,92 1584,73 1578,7 1559,97 1580,97
увеличение массы, между последним и предпоследним испытаниями 0,09 0,12 0,06 0,01 0,07 0,08
Согласно ГОСТ Р 52804-2007 насыщение образцов водой продолжают до тех пор, пока масса образцов не перестанет увеличиваться более чем на 0,1 % первоначальной. Выполнить такие условия невозможно, т.к. уже через 12 часов масса образцов увеличивается более чем на 1,5 %, а периодичность взвешивания составляет 24 часа. Поэтому насыщение образцов водой продолжали до тех пор, пока масса образцов не перестала увеличиваться более чем на 0,1 % от последнего взвешивания. Этот период приняли как продолжительность насыщения образцов. Согласно полученным результатам период насыщения приняли равным 3 суткам.
Затем образцы помещали в сушильный шкаф при температуре 60°С и, периодически взвешивая, высушивали до первоначальной массы. Результаты приведены в табл. 3.
Таблица 3
Результаты высушивания образцов
Периодичность масса образцов с добавкой, гр. масса образцов без добавки, гр.
испытаний 1 2 3 1 2 3
после водонасыщения 1591,61 1530,92 1584,73 1578,7 1559,97 1580,97
через 12 ч 1545,65 1488,68 1541,11 1534,98 1511,94 1536,91
через 24 ч 1541,89 1483,12 1538,26 1531,98 1508,91 1534,03
Этот период приняли как продолжительность высушивания образцов. Период высушивания составил 24 часа.
Через 28 суток после изготовления, а также через 3 и 6 мес. хранения в условиях увлажнения и высушивания из трех образцов бетона извлекали стержни и оценивали характер коррозионного поражения арматуры и массу образцов.
При описании характера коррозионного поражения фиксировалась площадь коррозионного поражения в % общей площади поверхности, наличие налета и/или слоистой ржавчины, язвенного поражения, глубину коррозионного поражения.
Продукты коррозии и остатки цементного камня на поверхности стальных стержней удаляли травлением в течение (25 ±5) мин в 10 %-ном растворе соляной кислоты с добавлением 1 % ингибитора уротропина от массы соляной кислоты. После растворения продуктов коррозии стержни промывали дистиллированной водой и погружали на 5 мин в насыщенный раствор ингибитора нитрита натрия. Образцы извлекали из раствора, осушали поверхность фильтровальной бумагой и высушивали.
Одновременно с испытуемыми стержнями в травильный раствор укладывали три аналогичных предварительно взвешенных, не подвергавшихся испытаниям контрольных стержня. По завершении травления основных образцов контрольные образцы также промывали, погружали на 5 мин в насыщенный раствор нитрита натрия, осушали тканью, высушивали и взвешивали.
Образцы взвешивали с точностью 0,0001 г.
Площадь поверхности стального стержня, соприкасающуюся с бетоном см2, рассчитывали по формуле:
5 = Ш + 2 кО2,
где В - диаметр стального стержня, см; / - длина стального стержня, см.
Рассчитывали среднюю потерю массы контрольных образцов в процессе травления. Для этого определяли среднюю разность массы контрольных стержней до и после травления.
По результатам взвешивания испытуемых образцов до и после испытаний определяли потерю массы образцов за время испытаний. Результаты испытаний в возрасте 28 суток и 6 месяцев приведены в табл. 4 и 5 соответственно.
Таблица 4
Результаты испытаний после 28 суток хранения
а ю а о « 3 а (и ^ <4 -а 3 и ° а Площадь коррозионног о поражения масса образцов, гр. Я й" о 3 о И § 1 • Средняя потеря массы, гр/м2
о £ к Я ч Я ц; а и н о з я л я к а « В о з в о е С £ о см2 % до испытания после испытания а 1& рн он н ? о к С
стальные стержни, извлеченные из бетона с добавками
1 12,2 0,5 20,72 0,35 1,689 16,6988 16,6951 2,6057
2 12,3 0,5 20,88 0,25 1,197 16,6252 16,6203 2,3466
3 12,2 0,5 20,72 0,32 1,544 16,3786 16,3732 2,6057
4 12,3 0,5 20,88 0,43 2,059 16,5075 16,5017 0,0017 2,7776
5 12,3 0,5 20,88 0,23 1,101 16,5268 16,522 2,2987
6 12,1 0,5 20,57 0,31 1,507 16,5621 16,5568 2,5769
1,516 16,550 16,545 2,5352
стальные стержни, извлеченные из бетона без добавок
1 12,3 0,5 20,881 0,36 1,724 16,8067 16,8021 3,0171
2 12,1 0,5 20,567 0,24 1,167 16,5046 16,4987 2,8687
3 12,2 0,5 20,724 0,27 1,303 16,6069 16,6008 2,9434
4 12,3 0,5 20,881 0,19 0,910 16,8386 16,8342 0,0017 2,1072
5 12,3 0,4 16,4536 0,19 1,155 10,7801 10,7756 2,7350
6 12,3 0,4 16,4536 0,25 1,519 10,6141 10,6093 2,9173
1,296 14,692 14,687 2,7648
Таблица 5
Результаты испытаний после 90 суток хранения в условиях попеременного увлажнения и высушивания
Площадь
ä ю а (D S а « -a S и ° S коррозионного поражения масса образцов, гр. л в о К о И § 1 • <d ч н < g &
о £ ft S О о а К S ч п s в л я Д а Pi <D Н о я В о ® с g о см2 % до испытания после испытания а 1& рн рн н ? о s С g- И Я ч У и 2 a S О
стальные стержни, извлеченные из бетона с добавками
1 12,2 0,5 20,72 1,42 6,852 16,5335 16,5284 8,9831
2 12,3 0,5 20,88 0,84 4,023 16,676 16,6626 6,4173
3 12,35 0,5 20,96 0,81 3,865 16,6574 16,6412 7,7292
4 12,3 0,5 20,88 1,11 5,316 16,7241 16,7082 0,014 7,6146
5 12,3 0,5 20,88 1,07 5,124 16,7714 16,7527 8,9555
6 12,2 0,5 20,72 0,6 2,895 16,7005 16,6887 5,6939
4,679 16,677 16,664 7,5656
стальные стержни, извлеченные из бетона без добавок
1 12,15 0,4 16,2652 0,495 3,043 10,5624 10,5542 12,3269
2 12,2 0,5 20,724 0,625 3,016 16,8702 16,854 7,8170
3 12,2 0,4 16,328 0,48 2,940 10,6387 10,617 13,2901
4 12,12 0,4 16,22752 0,54 3,328 10,5423 10,5337 0,012 5,2996
5 12,2 0,5 20,724 0,36 1,737 16,7421 16,7341 3,8603
6 12,2 0,4 16,328 0,21 1,286 10,6295 10,6211 5,1445
2,558 12,664 12,652 7,9564
Полученные результаты корректировали с учетом потери массы стержней при травлении кислотой. Для этого из рассчитанной потери массы основных образцов вычитали среднее значение потери массы контрольных образцов.
По результатам коррозионных испытаний можно сделать заключение о защитном действии бетона по отношению к стальной арматуре. Согласно ГОСТ Р 52804-2007 бетон обладает защитным действием по отношению к стальной арматуре, если после 6 мес. испытаний стальная арматура не имеет на поверхности налета ржавчины и коррозионных язв, а потеря массы - не превышает 10"д г/см2 (10 г/м2).
Заключение
Согласно полученным результатам, добавка «PLAST» пластифицирующего и водоредуцирующего действия не оказывает отрицательного влияния на коррозионную стойкость арматуры в бетоне. Потеря массы для образцов арматуры в бетоне без добавки через 180 суток составила 9,1356 гр/м2, а в бетоне с добавкой 9,3878 гр/м2. Для обоих образцов результаты испытаний соответствую требованиям ГОСТ Р 52804-2007 и не превышает 10 гр/м2. Незначительно большая потеря массы образцов арматуры в бетоне с добавкой «PLAST» очевидно связана с тем, что при пластификации высвобождается иммобилизованная вода, что в дальнейшем приводит к перераспределению пористости в сторону увеличения капиллярных пор, а это, в свою очередь, увеличивает и проницаемость бетона.
Список библиографических ссылок
1. Баженов Ю.М., Алимов Л.А. и др. Технология бетона, строительных изделий и конструкций. - М.: Изд-во АСВ, 2004. - 256 с.
2. Производство бетонных и железобетонных конструкций // Справочник. - М.: Новый век, 1998.-384 с.
3. Баженов Ю.М. Технология бетона. - М.: Изд-во АСВ, 2000. - 500 с.
4. Касторных Л.И. Добавки в бетоны и строительные растворы. - Ростов-на-Дону: Феникс, 2005.-221 с.
5. Смирнов Д.С. Проектирование высокопрочных водонепроницаемых бетонов для Казанского метрополитена // Материалы 50-й Республиканской НТК. - Казань: КГ АСА, 1999. - С. 65-67.
6. Рахимов Р.З., Габидуллин М.Г., Смирнов Д.С. Опыт подбора состава и технология твердения высококачественных бетонов для блоков кольца обделки Казанского метрополитена // Вестник отделения строительных наук: РААСН. - М., 2000, Вып. 3. -С. 158-162.
7. Rachimov R.Z., Gabidullin M.G., Rachimova N.R., Rachimov M.M., Smirnov D.S. Hoop's blocks for the tube railway tunnel lining the base of the different kinds of the concretes and their production technology // International Conference Non-traditional cement & concrete. © Bilek and Kersner (eds). - Brno, 2011.
8. Изотов B.C., Соколова Ю.А. Химические добавки для модификации бетона. - М.: Изд-во «Палеотип», 2006. - 243 с.
9. Смирнов Д.С., Камалова З.А. Исследования и разработка мероприятий по восстановлению конструкций градирни // Известия КГАСУ, 2011, № 4. - С. 233-238.
10. Москвин В.М., Иванов Ф.М., Алексеев С.Н., Гузеев Е.А. Коррозия бетона и железобетона, методы их защиты. - М.: Стройиздат, 1980.-536с.
Smirnov D.S. - candidate of technical science, associate professor E-mail: [email protected]
Kamalova Z.A. - candidate of technical science, associate professor Rachimov R.Z. - doctor of technical science, professor E-mail: [email protected]
Kazan State University of Architecture and Engineering
The organization address: 420043, Russia, Kazan, Zelenaya St., 1
Assessment of corrosion resistance of the steel armature in a modified concrete Resume
Despite the decline in the production of concrete caused by the global economic crisis, remains the most popular building material and concrete structures are the basis of modern industrial structural and civil engineering. From other building materials he has process ability, good mechanical properties and durability. Improved properties of concrete can be used modifiers. However, in this case, some of the additives used may have a negative impact on the steel of reinforcement.
This article presents the results of testing the corrosion resistance of reinforcement in concrete containing additives «Plast», production company «HimFrost», that reduce water consumption in concrete.
According to the obtained results, plasticizer «PLAST» has no adverse effects on the corrosion of reinforcement in concrete. Weight loss for samples of reinforcement in concrete without additives after 180 days amounted 9,1356 gr/m2, and in the concrete with the additive 9,3878 gr/m2. For both samples, the results of the test match the requirements of GOST R 52804-2007 and does not exceed 10 g/m2. Higher loss of mass of the samples reinforcement in the concrete with the additive «PLAST» is obviously connected with the fact that when plasticization is released water, which further leads to the redistribution of porosity increase of capillary pores, and this, in turn, increases the permeability of concrete.
Keywords: reinforced concrete, steel, corrosion of armature, durability of concrete structures, corrosion testing.
Reference list
1. Bazhenov Yu.M., Alimov L.A. Technology of concrete, building wares and constructions. - M.: ACB, 2004. - 256 p.
2. A production of concrete and reinforce-concrete constructions // Reference Book. - M.: the New century, 1998.- 384 p.
3. Bazhenov Yu.M. Technology of concrete. - M.: ACB, 2000. - 500 p.
4. Kastornich L.I. Additions in concretes and building solutions. - Rostov-on-Don: Phoenix, 2005.-221 p.
5. Smirnov D.S. Design of high-strength waterproof concrete for the Kazan metro // materials of the 50-th Republican STC. - Kazan: KGASU, 1999. - P. 65-67.
6. Rachimov R.Z., Gabidullin M.G.,Smirnov D.S. Experience of selection of composition and technology of hardening of high-quality concretes for the blocks of ring of lining of Kazan underground passage // Announcer of separation of building sciences, RAABS. -M., 2000, № 3. - P. 158-162.
7. Rachimov R.Z., Gabidullin M.G., Rachimova N.R., Rachimov M.M., Smirnov D.S. Hoop's blocks for the tube railway tunnel lining the base of the different kinds of the concretes and their production technology // International Conference Non-traditional cement & concrete. © Bilek and Kersner (eds). - Brno, 2011.
8. Izotov V.S., Sokolova Yu.A. Chemical additions for modification of concrete - M.: «Palaeotype», 2006. - 243 p.
9. Smirnov D.S., Kamalova Z.A. Research and development of measures for the restoration of concrete structures of cooling towers //News of the KSUAE, 2011, № 4. - P. 233-238.
10. Moskvin V.M., Ivanov F.M., Alekseev S.N., Guzeev E.A. Corrosion of concrete and reinforced concrete, methods of their protection. - M.: Stroyizdat, 1980. - 536 p.
