CC BY
22
№1, 2005 г.
77
| УДК 666.98
ПЕРСПЕКТИВНЫЙ СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ щ НЕОБХОДИМОГО УРОВНЯ ПАССИВАЦИИ СТАЛЬНОЙ АРМАТУРЫ В БЕТОНЕ
¡¡¡I Ш.К.Торпищев, Ф.Ш.Торпищев
Павлодарский государственный университет jj|| им. С.Торайгырова
Арматура тотшуыныц белгш ингибиттертщ тшмдшгт катеру бойынша зерттеу;ер нэтижес1 жоне бетоннан хромкура.чыныц томен жагдайдан шыгыны усынады.
Представлены результаты исследований по повышению эффективности известных ингибиторов коррозии арматуры, в частности . хромсодержащих при значительно более низких их расходах в составе бетона.
The test data presented is on efficiency enhancement of reinforcement steel rust inhibitors, particularly the ones including chrome and considerably less involved in concrete mixes.
С каждым годом наблюдается довольно устойчивая тенденция к повышению степени агрессивного воздействия жидких, твердых и газовых сред, окружающих строительные конструкции промышленных зданий. Причин тому множество: интенсификация технологических процессов, значительное увеличение единичных мощностей производств, укрупнение агрегатов, переход or закрытых отапливаемых зданий к открытым этажеркам, установка и эксплуатация технологического оборудования в условиях открытой атмосферы, увеличение коэффициента застройки генеральных планов предприятий и повышение вероятности утечек агрессивных сред на единицу площади, широкое применение в строительстве конструкций, обладающих меньшей коррозионной устойчивостью по сравнению с применяемыми ранее(панельные стены, предварительно напряженный железобетон, тонкостенные профили, Авысокопрочная армату рная сталь и т.д.), возросший фонд эксплуатируемых зданий и сооружений, «за-
78
НАУКА И ТЕХНИКА КАЗАХСТАНА
пасы прочности»строительных конструкций в которых уменьшаются в результате действия коррозионных сред, сокращение применения
для оборудования и сооружений легированных сталей и использование вместо них углеродистыхс защитными покрытиями и пр.
Традиционно в качестве добавки-ингибитора коррозии арматуры в бетоне используются нитриты и нитраты кальция либо комплексные кальцийсодержа-щие соли азотной и соляной кислоты [1]. Действие этих добавок сводится в основном к ускорению твердения бетонных смесей, за счет чего поддерживается достаточно высокий рН-уровень поровой жидкости (т.е.концентрация гид-роксида кальция) и обеспечивается пассивация стальной арматуры в бетоне.
Однако, следует отметить, что щелочность жидкой фазы бетона со временем под воздействием различных эксплуатационных факторов может меняться, что не позволяет рассчитывать на устойчивую пассивацию арматуры в бетоне. Кроме того, нитриты и нитраты кальция и натрия являются токсичными веществами, которые требуют специальных условий хранения и применения и достаточно дорогостоящими и дефицитными. Также необходимо помнить, что при использовании их в бетонных смесях с заполнителем, содержащим реакци-онноспособный кремнензем, возможна щелочная коррозия бетона, появление высолов на поверхности изделий.
Известно, что одним из наиболее эффективных ингибиторов, обеспечивающих надежную пассивацию арматуры в бетоне являются хромсодержащие добавки. Поскольку они довольно дорогостоящи, в последнее время стали достаточно активно пропагандировать в этом качестве различные хромсодержащие отходы и побочные продукты различных отраслей промышленности. Так, имеется положительный опыт применения для защиты арматуры в бетоне отхода фармацевтического производства, который образуется в результате обработки кетгутных нитей раствором СгСЬ и ПАВ и последующей нейтрализации отработки известью. Добавка содержит до 15% бихромата кальция и 81-84% карбоната кальция, остальное - поверхностно-активные вещества [2].
Существенным недостатком добавки можно считать очевидную ограниченность возможности ее применения в составе бетонных смесей лишь в тех регионах, где имеются подобные фармацевтические производства. Кроме того, минералогический состав утюмянутого отхода весьма нестабилен (в связи с различными режимами осаждения хромсодержащих сточных вод) и может
существенно варьировать как в сторону снижения концентрации бихромата кальция, так и неконтролируемого увеличения количества ПАВ (которые, как известно, негативно сказываются на процессах гидратации цемента и формирования микроструктуры цементного камня).
№1,2005 г.
79
Авторы предлагают к обсуждению результаты проведенных исследований по повышению эффективности известных ингибиторов коррозии арматуры, в частности , хромсодержаших при значительно более низких их расходах в составе бетона.
Предлагаемое решение предполагает использование в качестве ингибитора комплексной добавки, состоящей из хромсодержащего компонента и катализатора, представляющего собой фосфаты или фосфатсодержащий ингредиент. При этом резко активизируются защитные пассивирующие свойства хромсодержа-щей добавки, входящей в состав сырьевой смеси, т.е. наблюдается явный и устойчивый эффект синергизма (т.е. усиления действия добавки за счет введения другой добавки).
Механизм синергетического эффекта, который можно разобрать по кинетике анодной реакции ионизации стали в растворах фосфата гуанидина (5x10й 2 моль/л) и хромата гу анидина (5x10"4 моль/л), а также в смеси этих ингибиторов. оцениваемой потенциостатическим методом - следующий. Фосфаты образуют нерастворимые соединения с железом, которые покрывают основную часть поверхности, а роль хроматов заключается в пассивации пор в фосфатном покрытии. Не исключено также, что в результате совместного действия хроматов и фосфатов изменяется структура защитных слоев.
Испытания поведения стальной арматуры в бетоне проводили электрохимическим методом, т.е. путем снятия анодных полимеризационных кривых.
Для удобства изготовления образцов использовали мелкозернистую бетонную смесь (пескобетонную). В качестве арматурной стали применяли полированные стержни диаметром 9,5 мм с длиной рабочей зоны 40 мм из стали марки Ст.З. Образцы с замоноличенными по центру стержнями выдерживали 3 ч. и далее пропаривали в формах по режиму 3+8+2 ч при температуре изотермической выдержки +80 °С . После пропаривания образцы освобождали от
форм, выдерживали сутки в воде, затем насыщали в вакууме 3%-ным раствором хлорида натрия и хранили в растворе этой концентрации 30 сут.
Испытания производили с помощью потенциостата П-5848 со специальной электрохимической ячейкой. Принят потенциодинамический режим развертки потенциала со скоростью 1 мВ/с от стационарного значения стали до +1000 мВ по отношению к хлорсеребряному (каломельному) электроду сравнения.
Результаты испытаний сопоставляли с контрольным составом (без добавок) и составами прототипа (1-7% хромкальциевых отходов), а также составами, содержащими только хроматы или только фосфаты.
В соответствии с методикой электрохимических испытаний о состоянии стали в бетоне, находящемся 30 сут в растворе хлорида натрия, судят по величине
80
НАУКА И ТЕХНИКА КАЗАХСТАНА
плотности тока в стали при потенциале поляризации +300 мВ по отношению к хлорсеребряному электроду- сравнения, а также по результатам визуального осмотра поверхности стальных стержней, извлеченных из бетона после завершения курса испытаний.
Результаты испытаний пассивирующих свойств бетонов по отношению к стальной арматуре через 30 сут выдерживания их в 3%-ном растворе хлорида натрия приведены в таблице 1.
Таблица 1.
Наименование показателей Прототип Показательные прсч ик,гае ые гавы
Содержание компонентов, масс.%
- цемент 23 21 22 22 22 22 23 22
- заполнитель (кварцевый песок) 63 62 67 67 67 67 67 63
- кальцийсодержащий отход фармацевтического производства (хромсодержащий нейтрализованный известью раствор производства кетгутных гатей) 3 7 Без добавки и н г и б и тора
- хромсодержащий компонент (хромат гуанидина) 0,03 3 3 0,03
- фосфатсодержащий компонент (фосфат гуанидина) - 3 0,0 3 3
- вода Остальное
Средние значения плотности тока в бетоне, мкА/см при потенциале поляризации +300 мВ 7,9 1,6 17 12,2 23 23,5 2,4 3,5
Состояние поверхности стальных стержней при выдерживании в течение 30 с\т в 3%-ном №С1 ОК ОК ТК тк ск оск ОК ОК
Время до появления первых коррозионных поражений,час СП 26 240 22 24
№1, 2005 г.
81
Пргшечания: ОК - отсутствие коррозии, ТК - точенная коррозия (100% поверхности), СК - сплошная коррозия, ОСК - очень сильная коррозия.
Как показывают данные, представленные в таблице 1, сталь в бетоне с добавкой фосфата гуанидина или фосфата этилендиамина в широкой области потенциалов находится в активном состоянии и при выбранной концентрации не пассивируется. Аналогичная картина наблюдается и в бетонах с добавкой хромата гуанидина и хромата этилендиамина. Однако, если смешать эти два ингибитора в тех же концентрациях или составить смесь, в которой суммарная концентрация не превысит концентрацию отдельного соединения, сталь начнет вести себя как легко пассивирующийся металл. Уже при потенциале-400 мВ сталь переходит в пассивное состояние, которое сохраняется в широкой области потенциалов (до 1,3 В), а плотность тока пассивации не превышает 10 мкА/см .
При добавлении фосфата этилендиамина к хромату этилендиамина защитные свойства последнего усиливаются, что дает возможность снизить ..концентрацию хромата на два порядка. Аналогичный эффект улучшения защитных свойств фосфата при добавлении к ним хромата наблюдается в соединениях гуанидина.
При введении в состав бетонной смеси хромсодержаших добавок в совокупности с фосфатсодержащими аналогичных катионов в соотношении 1:100 в расчетных количествах (определяемых видом, классом бетона и условиями его эксплу атации) следов коррозии арматурной стати даже при выдерживании образцов в течение 30 сут в сильноагрессивной среде не обнаружено, стать находится в устойчивом пассивном состоянии, о чем свидетельствует низкая плотность тока в бетоне при потенциале поляризации +300 мВ на анодной иотен-циодинамической кривой.
ЛИТЕРАТУРА
1. Сватовская Л.Б. и др. Рекомендации по применению химических добавок бетонах. Стройиздат. 1977, с. 10
