Оценка коррозионных процессов бетонов при оптимизации составов пескосоляных смесей Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Вестник ТГАСУ № 2, 2009

105

3. Струйная активация водопроводной воды для приготвления цементных растворов / Г.Д. Слабожанин, Г.Г. Петров, Е.П. Лашкивский [и др.] // Вестник ТГАСУ. - 2006. -№ 2. - C.154-158.

4. Бердов, Г.И. Влияние ультразвуковой активации на гидратацию и твердение цемента и трехкальциевого алюмината / М.А. Камха, А.Г. Парубов, И.М. Себелев // Изв. вузов. Строительство и архитектура. - 1991. - № 8. - С. 53-56.

5. Справочник по технической акустике: пер. с нем. под ред. М. Хекла и Х.А. Мюллера. -Л.: Судостроение, 1980. - С. 184-188.

6. Слабожанин, Г.Д. Обобщение частот воздействия вибрации на жидкие среды / Г. Д. Слабожанин // Международный периодический сборник научных трудов: Обработка дисперсных материалов и сред. - Одесса: НПО «Вотум». - 2001. - Вып. № 11. - С. 36-39.

G.D. SLABOZHANIN, A.A. ALEKSEEV, N.A. KALINNIKOV

ABOUT THE INFLUENCE OF UV IRRADIATION OF MIXING WATER ON THE INCREASING OF CEMENT STONE DURABILITY

Installation and technique of research of influence of the ultra-violet processing of mixing water for cement are described in the paper. Optimum time parameters of process for increase of cement stone durability are determined.

УДК 691.32:620.193

Е.В. СТРОГАНОВ, аспирант, adio-06@mail.ru

Г. С. МЕРЕНЦОВА, докт. техн. наук, профессор,

adio-06@mail.ru

АлтГТУ, Барнаул

ОЦЕНКА КОРРОЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ БЕТОНОВ ПРИ ОПТИМИЗАЦИИ СОСТАВОВ ПЕСКОСОЛЯНЫХ СМЕСЕЙ

Исследованы вопросы снижения коррозионных процессов асфальто- и цементобетонов при использовании антигололедного материала - пескосоляной смеси с комплексной органоминеральной добавкой. Установлено положительное влияние железосодержащего компонента в антигололедном составе за счет кольматации пор возникающими новообразованиями. Проведенные экспериментальные исследования по оценке прочностных характеристик бетонов в растворах предложенного химического реагента свидетельствуют о снижении коррозионных процессов дорожных бетонов при испытании их на попеременное замораживание и оттаивание, что обусловливает целесообразность применения разработанного состава пескосоляной смеси с комплексной органоминеральной добавкой по сравнению с традиционной пескосоляной смесью.

Ключевые слова: коррозия дорожных бетонов, снижение коррозионных процессов, оптимизация пескосоляной смеси, влияние противогололедных материалов на цементо- и асфальтобетон, ингибитор коррозии, снижение прочности цементо- и асфальтобетона, агрессивная среда, кольматация пор, долговечность дорожных бетонов.

© Е.В. Строганов, Г. С. Меренцова, 2009

Применение антигололедных материалов может вызывать коррозионные процессы бетонов покрытий автомобильных дорог, искусственных сооружений, а также элементов ограждающих бетонных конструкций. В связи с этим выбор антигололедных материалов должен осуществляться при условии снижения интенсивности коррозии на бетонные конструкции и металлические части автомобилей.

При использовании в качестве антигололедного реагента в составе пескосоляной смеси (ПСС) хлорида натрия наблюдается коррозия искусственных сооружений из цементобетона в результате локального переохлаждения его поверхности и взаимодействия химических реагентов с гидроксидом кальция, содержащегося в цементном камне. Вследствие того, что растворение КаС1 протекает с поглощением тепла, температура бетонного покрытия понижается, и содержащаяся в порах вода или слабоконцентрированный раствор замерзают. Замерзающая вода, увеличиваясь в объеме, вызывает большие напряжения в стенках пор. Это приводит к появлению микротрещин в бетоне и разрушению поверхности бетонных сооружений и асфальтобетонных покрытий.

В цементобетоне под воздействием противогололедных реагентов при отрицательных температурах развиваются процессы растворения, при которых происходит растворение цементного камня и унос продуктов растворения, а также накапливание и кристаллизация продуктов химических реакций в порах и капиллярах бетона с последующими деструктивными процессами [2, 5]. Данное обстоятельство было учтено при выборе метода исследования коррозионного разрушения бетона.

Проведены исследования по определению оптимального состава пескосоляной смеси при соотношении песка к соли 80:20 соответственно. Испытаниям подвергались 2 состава ПСС: традиционная ПСС на основе хлорида натрия и предлагаемый состав оптимальной ПСС [1]. С целью снижения коррозионных процессов бетонов в предлагаемый состав ПСС вводился компонент железосодержащей добавки и ингибитор коррозии, которые наряду с форсированием процесса плавления льда снижали коррозию бетонов. Наличие в предлагаемом антигололедном составе хлорида натрия в количестве 14-16 мас. % и железосодержащей добавки в количестве 1-2 мас. % является оптимальным, так как позволяет повысить способность плавления льда и, следовательно, снизить расход веществ. Однако наличие в антигололедном составе хлорида натрия менее 14 мас. % приводит к удорожанию предлагаемого состава ПСС, а его введение более 16 мас. % снижает плавящую способность и увеличивает расход предлагаемого состава ПСС.

При введении в антигололедный состав железосодержащей добавки менее 1 мас. % уменьшается плавящая способность и, следовательно, увеличивается расход предлагаемого состава ПСС, а при введении более 2 мас. % повышается коррозионная активность на металлические части автомобилей.

Введение в антигололедный состав ингибитора коррозии в количестве 2-4 мас. % является оптимальным, так как позволяет уменьшить вредное воздействие на окружающую среду путем оказания нейтрализующего действия на почву и снизить коррозионную активность на металл.

При введении в антигололедный состав ингибитора коррозии менее 2 мас. % увеличивается вредное воздействие на окружающую среду и повышается коррозионная активность на металл, а при его введении более 4 мас. % увеличивается стоимость предлагаемого состава ПСС [1].

При этом выбор антигололедных реагентов осуществлялся с учетом повышения стойкости цементного камня против выщелачивания и наименьшего влияния на процесс старения битума. Учитывались активность и радиус катионов солей, входящих в состав комплексной органоминеральной добавки, расположение в ряде напряжений (таблица), при этом активность катионов уменьшается слева направо: Са2+ - №+ - Mg2+ - Бе3+.

Активность катионов противогололедных реагентов, намечавшихся для применения в составе ПСС

Наименование реагента о Радиус катиона, А Порядок расположения катионов в ряду напряжений

СаСІ2 1,97

№С1 1,92 Са2+ | №+ | Mg2+ | Бе3+

MgC12•6H2O 1,6

РеС1з-6И20 1,27

Для объективной оценки пригодности нового антигололедного состава пескосоляной смеси проведены экспериментальные исследования по оценке его коррозионной активности на цементобетон и асфальтобетон.

Сущность метода заключается в оценке агрессивности 5 % раствора ан-тигололедного реагента по степени его влияния на морозостойкость поверхностных слоев бетона, прочность на сжатие и растяжение при изгибе. За меру агрессивности воздействия на цементобетон принята способность образцов сохранять состояние (отсутствие трещин, отколов, шелушения поверхности и др.) и массу при многократном попеременном замораживании-оттаивании в растворе ПГР. Ускорения процесса достигали понижением температуры в морозильной камере до -30 °С.

Бетонные образцы-балочки (40*40*160 мм) в количестве 6 шт. для испытания на коррозионную стойкость изготавливали из цементобетонной смеси. В проектном возрасте бетон соответствовал классу В30. Асфальтобетонные образцы (диаметром 70 мм) приготовлены из горячей плотной асфальтобетонной смеси типа Б, I марки. Образцы перед испытанием маркировали, взвешивали, измеряли геометрические размеры, оценивали внешнее состояние и в течение 48 ч насыщали раствором антигололедного реагента.

Контрольные и основные образцы после насыщения подвергали испытанию на замораживание-оттаивание. Для этого образцы помещали в морозильную камеру, при температуре в ней не ниже -10 °С, понижали ее до -30 °С и делали выдержку в течение 6 ч. Далее температуру повышали до -10 °С и при этой температуре выгружали из нее емкости с образцами. Оттаивание образцов проводили в ванночках с раствором исследуемого реа-

гента. После каждых 5 циклов испытаний контролировали состояние образцов и производили замену раствора антигололедного реагента на вновь приготовленный.

Результаты экспериментальных исследований влияния антигололедных реагентов на изменение прочностных показателей цементобетона и асфальтобетона при попеременном замораживании-оттаивании приведены на рис. 1 и 2 соответственно.

е

«

н

О Л

а Л Ь

ей ^ Е

§ ю о Е

§ К

° а

5

Ч

О

£

е

и

сжати

с

а

н

К

н

с

о

н

ч

о

про

л

е

д

е

£

Количество циклов замораживания-оттаивания

Условные обозначения:

Дистиллированная вода *— — — — 5% раствор ПГР оптимизированной ПСС 5% раствор хлорида натрия

Рис. 1. Влияние антигололедных реагентов на изменение прочностных показателей цементобетона при попеременном замораживании-оттаивании

<и

!

О

И

К

Н

О

о

Щ

Г

О

Ц

О

О

£

Количество циклов замораживания-оттаивания Условные обозначения:

Дистиллированная вода а— — — — 5% раствор ПГР оптимизированной ПСС » — — 5% раствор хлорида натрия

Рис. 2. Влияние антигололедных реагентов на изменение прочностных показателей асфальтобетона при попеременном замораживании-оттаивании

Механизм разрушения асфальтобетона - результат одновременного действия на него механических напряжений и коррозионной среды. Под действием механических напряжений на ослабленной коррозией поверхности асфальтобетона может произойти разрыв молекулярной цепочки в том случае, если при деформации асфальтобетона возникает напряжение, превышающее критическую величину, равную прочности химической ковалентной связи между атомами в битуме; появляющиеся при этом трещины обеспечивают проникновение коррозионной среды вглубь бетона. Это может продолжаться до тех пор, пока нерастрескивающаяся часть асфальтобетона может выдержать приложенную нагрузку, после чего наступает механическое разрушение. Интенсивная структурная коррозия происходит в асфальтобетоне и при отсутствии внешних напряжений, когда расширяющиеся в порах кристаллы солей развивают большое давление на стенки пор и разрушают их.

Установлено, что в асфальтобетоне, подверженном коррозионному разрушению, при отсутствии внешних напряжений обычно происходят сравнительно небольшие разрушения на его поверхности (вымывание битума агрессивными средами, нарушение контакта битум - минеральный материал, выкрашивание, появление хрупкости), изменяется групповой состав битума в сторону увеличения содержания асфальтенов, в результате чего повышается температура размягчения [3, 4]. При этом ухудшаются пластические и адгезионные свойства битумов, что способствует потере прочностных характеристик асфальтобетона при отрицательных температурах.

Разрушение цементобетона и асфальтобетона при различных циклических воздействиях среды (замораживание и оттаивание, намокание и высушивание) суммирует разрушения, происходящие в отдельных циклах. В зависимости от вида воздействия и характеристик дорожного бетона в нем возникают знакопеременные деформации, а именно: усадка (набухание), при морозном воздействии и последующем оттаивании - сжатие (расширение), а также кристаллизационное давление льда в порах при замерзании.

На основании выполненных исследований выявлено, что цементный камень в составе цементобетона, подвергающийся воздействию растворов ан-тигололедных реагентов, претерпевает существенные структурные изменения, связанные с исчезновением гидроксида кальция и возникновением более сложных комплексных новообразований, что отражается на прочностных свойствах материала. Так, после 100 циклов замораживания-оттаивания прочность на сжатие образцов-балочек цементобетона, выдерживаемых в 5 % растворе противогололедного реагента оптимизированной пескосоляной смеси, по сравнению с образцами, выдерживаемыми в 5 % растворе хлорида натрия, выше на 2 %, на растяжение при изгибе выше на 5 %.

Прочность образцов асфальтобетона после 100 циклов замораживания-оттаивания в 5 % растворе хлорида натрия, по сравнению с образцами в 5 %-растворе противогололедного реагента оптимизированной пескосоляной смеси ниже на 2 %.

Благодаря железосодержащей добавке, механизм действия которой заключается в проникновении под воздействием осмотического давления в капиллярно-пористую структуру цементобетона и взаимодействии с составляющими цементного камня, образуются нерастворимые кристаллы, кольма-тирующие микротрещины, поры и капилляры бетона, тем самым предотвращая доступ для растворимых в воде химических реагентов.

Устойчивость асфальтобетона в агрессивной среде обеспечивается стойкостью битума к агрессивной среде и созданием плотной водонепроницаемой структуры за счет кольматации пор, препятствующей проникновению растворов солей в асфальтобетон.

Выводы

В результате оптимизации состава пескосоляной смеси за счет введения в ее состав железосодержащего компонента снижаются коррозионные процессы разрушения асфальтобетонных и цементобетонных покрытий автомобильных дорог, а также процессы коррозии искусственных сооружений и бетонных барьерных ограждений. Это обусловлено химическими реакциями, происходящими в поровой системе материалов с образованием кристаллических структур, которые кольматируют поры и снижают возможность проникновения агрессивного раствора в бетон. Проведенные экспериментальные исследования по оценке прочностных характеристик бетонов в растворах исследуемых химических реагентов свидетельствуют о снижении коррозионных процессов при испытании до 100 циклов попеременного замораживания и оттаивания.

Вестник ТГАСУ № 2, 2009

111

Библиографический список

1. Антигололедный состав: пат. 2285712С1 Рос. Федерация: МПК С09К 3/18 / Меренцо-ва Г.С., Строганов Е.В.; заяв. 18.07.2005; опубл. 20.10.2006, Бюл. № 29.

2. Коррозия бетона и железобетона, методы их защиты / В.М. Москвин [и др.]. - М., 1980. - 536 с.

3. Куринов, Б.С. Исследование свойств асфальтобетона в агрессивных средах и некоторые вопросы повышения его долговечности: дис. ... канд. техн. наук. - М., 1970.

4. Котлярский, Э.В. Долговечность дорожных асфальтобетонных покрытий и факторы, способствующие разрушению структуры асфальтобетона в процессе эксплуатации / Э.В. Котлярский, О. А. Воейко. - М. : Техполиграфцентр, 2007. - 136 с.

5. Баженов, Ю.М. Технология бетона / Ю.М. Баженов. - М. : Изд-во АСВ, 2002. - 500 с.

E.V. STROGANOV, G.S. MERENTZOVA

THE EVALUATION OF CORROSION PROCESSES OF CONCRETE AT THE OPTIMIZATION OF COMPOSITIONS OF SAND AND SALT MIXTURES

The problems of the reduction of corrosion processes of asphalt-concrete and cement-concrete using antislippery material - mixture of sand and salt with complex organic mineral additive were studied. The positive influence of the component containing iron in antislippery composition at the expense of pores blocking by new formations was stressed. The experimental researches of strength characteristics of concrete in the solutions of the suggested chemical reagent testifies to the decrease of corrosion processes of road concrete at the tests studying alternating freezing and thawing. The results proves reasonability of the use of the developed composition mixture of sand and salt with complex organic mineral additive in comparison with traditional mixture of sand and salt.

УДК 662.67, 662.73

Н.О. КОПАНИЦА, канд. техн. наук, доцент

kopanitsa@mail.ru

М.А. КОВАЛЕВА, канд. техн. наук,

homoch@yandex.ru

В.Н. САФРОНОВ, канд. техн. наук, доцент v.n.safronov@mail.ru

Ю.С. САРКИСОВ, докт. техн. наук, профессор

Y.S.Sarkisov@yandex.ru

ТГАСУ, Томск

ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУР ТВЕРДЕНИЯ В СИСТЕМЕ «НИЗИННЫЙ ТОРФ - АКТИВИРОВАННАЯ ВОДА»

В работе рассматриваются аспекты, связанные с влиянием комбинированной обработки воды затворения формовочных смесей на свойства строительных торфодревесных композиционных материалов. Установлено, что, меняя способы модификации воды, можно направленно влиять на процессы формирования структур твердения, на прочностные и гидрофизические свойства теплоизоляционных материалов на основе торфа.

Ключевые слова: торф, активация, модификация, гидрофизические свойства

© Н.О. Копаница, М.А. Ковалева, В.Н. Сафронов, Ю.С. Саркисов, 2009