245273

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Оренбургский государственный университет»

Кафедра технологии строительного производства

В. Н. Рубцова

КОРРОЗИЯ БЕТОНА В ЖИДКИХ АГРЕССИВНЫХ СРЕДАХ

Рекомендовано к изданию Редакционно-издательским советом федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет» в качестве методических указаний для студентов, обучающихся по программам высшего профессионального образования по направлению подготовки 08.03.01 Строительство

Оренбург

2014

УДК 691.32:620.193(076.5) ББК 38.331-08я7

Р 82

Рецензент – доцент, кандидат технических наук Л. В. Солдатенко

Рубцова, В. Н.

Р82 Коррозия бетона в жидких агрессивных средах: методические указания / В. Н. Рубцова; Оренбургский гос. ун-т. – Оренбург : ОГУ, 2013. – 12 с.

Методические указания содержат методику проведения исследования коррозии мелкозернистого бетона в агрессивных жидких средах и обработки экспериментальных данных.

Методические указания предназначены для выполнения лабораторных работ по дисциплинам «Коррозия строительных материалов и конструкций», «Долговечность строительных материалов», «Химическая коррозия строительных материалов» для студентов направления подготовки 08.03.01 Строительство.

УДК 691.32:620.193(076.5) ББК 38.331-08я7

© Рубцова В. Н., 2014 © ОГУ, 2014

2

Лабораторная работа.

Коррозия бетона в жидких агрессивных средах

Продолжительность работы: 18 – 36 часов.

Цель работы. Исследовать влияние жидких сред различной степени агрессивности на прочность мелкозернистого бетона в зависимости от его состава, структуры и длительности твердения.

1 Общие положения

На конструкции зданий и сооружений, изготовленные из бетона, в процессе эксплуатации одновременно с силовыми нагрузками разрушающе действуют разнообразные внешние факторы – химические и физические. Так, вызвать химическую коррозию могут воды и водные растворы различных веществ,

органические вещества в жидком и твердом состоянии, различные газы [1].

Наибольшую опасность для бетона и железобетона представляют жидкие среды, постоянно или периодически действующие на конструкции, так как большинство коррозионных процессов является химическими реакциями, для прохождения которых при обычных температурах необходима жидкая среда.

Действие на бетон больших количеств жидкостей всегда приводит к коррозии. На кинетику коррозии влияют следующие факторы:

вид вяжущего, добавок и заполнителей;

химический и петрографический состав вяжущего и заполнителей;

гранулометрический состав вяжущего и заполнителей;

способ приготовления, состав бетонной смеси и условия еѐ твердения;

состояние поверхности соприкосновения бетона с жидкостью;

3

вид, химический состав (концентрация растворов) и количество жидкости по отношению к бетону;

условия соприкосновения жидкости с бетоном (скорость движения жидкости, наличие смены или без смены объема соприкасающейся с бетоном жидкости, постоянное или переменное воздействие);

механизм реакции, растворение, обмен основаниями, гидролиз,

образование и рост кристаллов, образование комплексов, образование рыхлых структур или плотных пленок-оболочек;

химические свойства продуктов реакции;

различные внешние влияния (газовая среда, микроорганизм);

температура, еѐ равномерность, величина;

продолжительность воздействия [2].

Из большого числа разнообразных процессов коррозии, протекающей под действием природных, промышленных и бытовых сточных вод, В. М. Москвин выделил три основных еѐ вида [3].

К коррозии первого вида относятся процессы коррозии бетона под действием вод с малой временной жесткостью, возникающей в результате растворения составных частей цементного камня и выноса их протекающей водой. Наиболее растворимым компонентом является гидрат оксида кальция,

образующийся при гидролизе C3S. При снижении концентрации Cа(OH)2 ниже равновесной распадаются минералы цементного камня, выделяя в раствор оксид кальция. Этот вид коррозии бетона особенно прогрессирует в условиях воздействия проточной воды, фильтрующейся через бетон.

Под коррозией второго вида понимают процессы коррозии, развивающиеся в бетоне в результате обменных реакций между составными частями цементного камня и химическим веществом, содержащимся в воде. В результате действия в основном кислот и кислых солей образующиеся продукты либо выделяются в виде аморфной массы, либо легко растворяются. В этих случаях прочность цементного камня снижается, пористость возрастает, вследствие чего коррозия

4

усиливается и протекает до полного разрушения бетона. Но не всегда действие химических реагентов бывает разрушающим. При обменных реакциях в случае небольшой концентрации растворенных веществ цементный камень уплотняется вследствие отложения в порах цементного камня новообразований, снижающих его фильтрующую способность.

Коррозия третьего вида – процессы разрушения цементного камня в результате отложения и кристаллизации в порах и капиллярах цементного камня и в пустотах бетона малорастворимых солей. Кристаллизация солей вызывает возникновение значительных усилий, приводящих к разрушению структурных элементов бетона.

Такие изменения цементного камня вызывают воды, содержащие различные сульфаты.

3CaO·Al2O3·6H2O + 3CaSO4 + 25H2O = 3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O

Объем гидросульфоалюмината кальция увеличивается примерно в 2,5 раза и вследствие этого цементный камень сильно разрушается.

В начале отложения продуктов коррозии в порах наблюдается уплотнение бетона, что создает картину ложного благополучия. Хотя прочность бетона вначале растет, но после возникновения больших растягивающих напряжений в стенках пор и капилляров, вызванных ростом кристаллических новообразований,

прочность бетона резко падает [1].

На основании классификации коррозионных процессов были разработаны нормы оценки агрессивности различных сред по отношению к бетону и железобетону. Согласно современным нормативным документам [4,5], по степени воздействия на строительные конструкции среды разделяются на неагрессивные,

слабоагрессивные, среднеагрессивные и сильноагрессивные.

Для определения степени агрессивного воздействия жидкой неорганической среды на бетон необходимо учитывать вид применяемого цемента,

водонепроницаемость бетона и знать следующие показатели агрессивности:

жесткость воды, рН среды, содержание агрессивной углекислоты, магнезиальных,

5

аммонийных солей, едких щелочей, хлоридов, сульфатов, нитратов и др. солей [4,

таблицы 5,6; 5, таблицы В3, В4].

2 Экспериментальная часть

2.1 Оборудование и материалы

Весы технические, виброплощадка, встряхивающий столик, формы для изготовления образцов – балочек 4×4×16 см, МИИ-100, пресс П-10, форма-конус,

пикнометр, сферическая чаша, мерные цилиндры, емкости (эксикаторы) для хранения образцов в жидких средах, штыковка, лопатка, портландцемент,

сульфатостойкий портландцемент, шлакопортландцемент, пуццолановый портландцемент, глиноземный цемент, кварцевый и карбонатный песок,

суперпластификатор, химические реагенты: кислота (соляная, серная, азотная),

соль (MgCl2, MgSO4, NaSO4 и др.), рН-индикатор.

2.2 Методика выполнения работы

В зависимости от количества учебных часов, продолжительности семестра и числа бригад студентов определяется объем и схема испытаний и представляется в форме таблицы 1 для всей подгруппы студентов.

Затем рассчитывается количество образцов, необходимое для испытаний каждого варианта, при условии изготовления 6 контрольных образцов и на каждый срок испытания по 3 образца для хранения в различных жидких средах.

Так как количество образцов значительное и формование их займет несколько занятий (недель), целесообразно сразу создать таблицу, в которую будут заноситься результаты испытаний и которая также будет выполнять роль календарного плана работ (таблица 2).

6

Таблица 1 – Варианты испытаний бетона в жидких агрессивных средах

7

2.2.2 Приготовление агрессивных жидкостей

Вкачестве агрессивных сред применяются растворы кислот и солей средней

исильной степени агрессивности. Согласно нормативной документации [4,

таблица 5, 6; 5, таблицы В3, В4] для бетона W4 водородный показатель (рН)

должен быть менее 5, содержание Mg2+ свыше 2000 мг/л, свыше 500 мг/л (для бетона на портландцементе), 3000 мг/л (портландцементе нормированного состава) и 6000 мг/л (сульфатостойком портландцементе), суммарное содержание хлоридов и сульфатов – свыше 20000 мг/л.

Исходя из заданной среды и степени еѐ агрессивности отмеряется необходимое количество кислоты или взвешивается количество соли. Кислота вливается в выбранный объем воды, перемешивается и определяется рН раствора.

Соль высыпается в заданное количество воды и тщательно перемешивается.

Раствор может использоваться один раз в течение всего срока испытания или заменяться после каждых двух недель хранения образцов.

2.2.3 Определение пористости бетона

С целью изучения влияния структуры бетона на кинетику процессов коррозии определяется его общая и открытая пористость для каждого контрольного состава.

(1)

где По – общая пористость, %;

ρm – средняя плотность, кг/м3 (г/см3);

ρ – истинная плотность, кг/м3 (г/см3).

9