Главная страница
Строительная теплофизика
Строительство в США
Тепловой режим здания
Геохронология Земли
Антикоррозионная зашита конструкций
Архитектура
Строительство подземных сооружений
Дымовые трубы
Черчение для строителей
Обмоточные провода
Проектирование радиопередатчиков
Радиоприемное устройство
Резисторы
Резисторы - классификация
Транзисторы
Электропитание
Электрические аппараты
Металлические корпуса
Операционные усилители
Устройства записи
Источники вторичного электропитания
|
Главная » Книги и журналы 1 2 3 4 антикоррозионная зашита конструкций Создан головной научно-исследовательский институт по разработке методов и средств антикоррозионной защиты. Все это несомненно приведет к успешному решению борьбы с коррозией металла в СССР. Железобетон, как известно, занял ведущее место среди конструкционных строительных материалов. Объем его применения достигает ежегодно миллионов кубических метров, а расход стали превышает 12 млн. тонн. С ростом химической и нефтехимической промышленности значительно возрастает применение железобетона. При эксплуатации этих предприятий возникают условия, вызывающие коррозию арматурной стали и непосредственно бетона, что сопровождается преждевременным разрушением конструкций. В свое время при строительстве производственных корпусов из железобетона защита их от коррозии не всегда оказывалась эффективной, особенно для кислых сред. Поэтому проблема коррозии и антикоррозионной защиты строительных конструкций на химических и нефтехимических предприятиях должна решаться на стадии проектирования с учетом опыта действующих предприятий с аналогичной технологией. Научно-исследовательские институты, проектные организации, заинтересованные министерства и ведомства поставили перед собой задачу - увеличить долговечность конструкций и сооружений, работающих в агрессивных средах химических и нефтехимических заводов. И в этом деле достигнуты определенные успехи. Прежде всего были созданы организационные центры по вопросам коррозии строительных конструкций как при Госстрое СССР, так и при Госкомитете по науке и технике СССР, которые координируют деятельность всех институтов и определяют законодательство в данной области. Выполнен ряд важных работ по вопросам теории коррозии железобетона, позволяющие выявить, какие факторы, прежде го, определяют скорость этого процесса, что придает проблеме работки средств антикоррозионной защиты определенную направ-ность и целеустремленность. Разработаны методы пропитки бе-а химически стойкими составами, которые могут быть исполь-аны для всех видов подземных конструкций. Для изоляции пере-1ТИЯ и предотвращения проникновения агрессивных кислых и ще-ных сред успешно применяют полимерные пленки. Созданы темы защитных покрытий из лакокрасочных материалов. Металлургическая промышленность приступила к выпуску не-льких видов эффективной термически упрочненной арматуры клас-Лт-V и Лт-VI, не склонной к коррозионному растрескиванию. Це-тная промышленность вырабатывает сульфатостойкие цементы. Так как применение антикоррозионной защиты приводит, на вый взгляд, к удорожанию объектов, то следует найти оптимум юпользования. С этой целью необходимы знания в проведении эле-[тарных расчетов как в области кинетики процесса коррозии, так экономики этого вопроса. Задача книги - ознакомить инженерно-технических работников, >ектировщиков, мастеров с комплексом знаний по вопросам корро-бетона и железобетона, с тем чтобы выработать самостоятель-мнення и решения, суметь претворить на практике все достиже-науки и техники в этой области1 Авторы выражают благодарность сотрудникам НИИпромстроя тиеву С. Ш., Ястребовой Л. Н., Шароновой Л. А., Балакире-Л. Ф., Рашитовой Г. Е. за участие в экспериментальных работах. Глава I 1. ОБСЛЕДОВАНИЕ ЗДАНИИ И СООРУЖЕНИЙ с АГРЕССИВНЫМИ СРЕДАМИ -агрессивными средами на Уфимском иСтерлитамакском 1мических заводах был пробурен ряд наблюдательных важин, из которых периодически проводился отбор io6 и их анализ. Результаты анализов свидетельствуют о том, что по :ре эксплуатации цеха по производству монохлорук- сной кислоты на Уфимском химическом, соляной кислоты HATVDHKIC ыггпРппкАнма HPATBYUMuuprwi хлорэтила на Стерлитамакском химическом заводах, НАТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАН р^ Уфимском нефтеперераба- И ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ зающем заводе им. ХХП съезда КПСС кислотность грун- вых вод резко повышается и может достигнуть опасной я бетона величины. Большую опасность представляет разрушение верхних сте;й фундаментов (ростверков, фундаментных балок), Для выяснения причин преждевременного разрушек расположены обычно выше уровня грунтовых вод. строительных конструкций в цехах% агрессивными сР Р^РЬ непосредственно на кон-дами были проведены натурные исследования, включаюпРУ Разбавляясь грунтовыми водами. Так, на визуальный осмотр конструкций, отбор и анализ пГ ° химическом заводе в результате проливов кис- ij > 1 фундаментная балка разрушилась за 6 лет эксплуата- бетона и агрессивных сред, замеры относительной вла' Д ,4 . стене пехя обпязовяпись вептикяльные ности и температуры воздуха внутри помещений. Объекта Р^ Jj 1 f 1 f f jf J f ещины, что привело здание в аварийное состояние, обследовании явились цеха по производству неоргани uDaijnrmu<= ских и органических кислот, гербицидов, химическ удобрений, электролиза поваренной соли. Анализ обследований показал, что по условиям эк( луатации все строительные конструкции подразделяют на подземные и надземные. Надземные конструкции р; рушаются, как правило, под воздействием агрессивн: газов и аэрозолей, а наружные надземные конструкции е . и под влиянием знакопеременных температур. Разрушен 1 -подземных конструкций связано с действием агрессивн жидкостей, содержащихся в грунтах. Попадание агрессивных веществ в грунт или грунтов J% ~ воды может происходить по ряду причин. Основными них являются проливы агрессивных продуктов вследстг нарушения технологического процесса или негерметич) сти оборудования, связанного с неисправностью запори арматуры и кислотной канализационной сети при не; статочной нейтрализации кислых стоков. Действие npoj BOB кислот вызывает, в основном, разрушение полов, i рекрытий нижележащих этажей, фундаментов, нижних ч тей колонн. Для выявления степени загрязнения грунтовых е' сточными в непосредственной близости от зданий це> 1. Разрушение фундаментной балки кислотного отделения через 6 лет эксплуатации. е. агрессивных газов и паров в окружающем воздухе. мёЛение в атмосферу цеха агрессивных и кислых газов ЬсЙийсодит из-за негерметичности технологического обо-1?дЬвания. При неблагоприятных температурно-влажност-JX условиях пары кислот могут конденсироваться на Ьверхности конструкций. Характер действия такого кон-цеата не намного отличается от действия проливов кис-на бетон. Серьезную опасность представляет коррозия арматуры i бетоне. Повреждение арматуры ведет, как правило, преждевременному выводу из строя йсей конструкции, Ьичм* профилактический ремонт арматуры невозможен, 1ежные неразрушающие методы контроля за состоянием )Й|туры, к сожалению, отсутствуют. Для выяснения условий, в которых эксплуатируются Рис. 2. Разрушение перекрытия этажерки производства соляной к>еЗобегонные конструкции в зданиях кислотных про-лоты через 2 года (Стерлитамакский химзавод). ЗВСДСГВ, Произведен химический анализ воздуха внутри эмбщений, выполнены замеры влажности и температуры Имеются случаи коррозионного разрушения фундаы( Различных точках по сечению зданий в цехах по произ-тов. Проведенное в 1971-1972 годах на Уфимском xmivmv монохлоруксусной кислоты Уфимского химиче-ческом заводе обследование показало, что глубина разруио^ завода и жирных кислот УНИЗ им. XXII съезда ния бетона фундаментов цеха гербицидов за 9 лет эЛ- плуатацин составила в среднем 0,7 см. Сечение выбирали после ознакомления с технологией В результате проливов агрессивных веществ в це>роизводства и особенностями эксплуатации оборудования зафиксированы многочисленные случаи разрушения пол1таКнм расчетом, чтобы оно проходило по наиболее харак-что вызывает необходимость их ежегодного ремонта. Эриым участкам газо- и паропроявлений. В каждом сече-сбъясняется тем, что часть полов выполнена из недосии зданий делались замеры ртутными термометрами точно кислотостойких материалов, в том числе из по аспирационными психрометрами в трех точках нижней ландцементных растворов и бетонов, обычных гидроизо. трех точках верхней зоны каждого этажа. По максималь-ционных рулонных материалов и т. п. ым показаниям температуры и относительной влажности Следует учесть, что полы выполняют и ограждаюирэдуха строили графики, которые наносили непосредст-функцию между отдельными этажами и при низкой химигвдр на чертеж сечения здания (рис. 3). ской их стойкости агрессивные растворы достаточно быст Исследования показали, что в цехах по производству проникают к нижележащим конструкциям, вызывая их кинтетических жирных кислот Уфимского нефтеперерабаты-розию. Разрушение железобетонного перекрытия этажерающего завода им. XXII съезда КПСС содержание агрес-цеха по производству соляной кислоты на Стерлитамиваых газов и паров в воздухе, как правило, превышает ском химическом заводе вследствие периодических про.эйустимые нормы (СНиП II 28-73). Температурно-влаж-вов соляной кислоты на пол верхнего этажа показюйшый режим верхней и средней части зданий в основ-на рис. 2. oii образуется под влиянием тепловыделений действующе- Существенное влияние на развитие коррозионных пр.1оборудования. Диапазон колебаний температур в зим-цессов железобетонных конструкций оказывает присуиЩ период очень велик - от 2 до 35°С. На нижних эта- о температура обычно ниже расчетной. о Таким образом, проведенные замеры свидетельствуют jjj iJi .joM, что в результате тепло- и влаговыделений техно- гичёского оборудования в обследованных цехах нефте-[мических заводов создается неблагоприятный темпера-рно-влажностный режим, способствующий развитию кор-13ИЙ строительных конструкций. На формирование тем-ратурно-влажностного режима в цехе и распространение рессивных газов внутри помещений большое влияние ока-[вают вентиляционная система и пространственная пла-фовка зданий. В большинстве случаев здания химиче-их предприятий выполнены из пространственных кон-рукций значительной высоты и не имеют глухих пере-)ытий между этажами; это способствует распространению за и тепла по всему объему здания. Существующая на )едприятиях общеобменная приточно*-вытяжная вентиля-1Я зачастую только усиливает циркуляцию воздуха в )мещении, но не обеспечивает его достаточного обмена, этих условиях в зданиях кислотных производств ста-М!ц а>аЛ. вится ВОЗМОЖНЫМ одновремснное развитие двух процес-в - коррозия бетона под воздействием конденсата паров рессивных газов и коррозия арматуры в результате про-I 1кновения агрессивных газов в бетон. © Для выявления скорости и степени коррозии арматуры бетоне в натурных условиях цеха по производству мо-)Хлоруксусной кислоты Уфимского химического завода I уровне нижнего пояса ферм были установлены железо-Рис. 3. Распределение температуры и влажности по сечению цетонные образцы С предварительно напряженной армату-синтетических жирных кислот (Уфимского нефтеперерабатывающими. ® (Ь (Ь завода им. XXII съезда КПСС). Исследования образцов показали, что время, в течение Относительная влажность воздуха также меняется в Щторого на уровне поверхности арматуры образуется опас-роких пределах (20-90%). В летний период температуш (с точки зрения коррозии стали) концентрация ионов в верхних зонах этажей доходит до 40-50°С. Относителора примерно равняется 1,5-2 годам. Скорость их ная влажность воздуха в среднем составляет 20-60)оникновения в бетон за период наблюдения составила причем максимальной температуре соответствует минима; среднем 2,0-2,5 мм в месяц. Поверхность арматуры, ная влажность воздуха. :влеченной из образцов через 3 года, была поражена кор- Система отопления и вентиляции в большинстве з;)зией на 35%. НИИ не обеспечивает равномерного температурнс-влажно Таким образом, железобетонные конструкции в натурного режима. В связи с этим неизбежно возникают очых условиях химических производств с агрессивными хло-с пониженной температурой и повышенной (по сравненчстыми средами корродируют крайне интенсивно. Долго-с нормативной) влажностью воздуха, где температучность их в большой мере зависит от качества антикор-поверхности конструкций может оказаться ниже тёмперзионной защиты. туры точки росы, и, следовательно, создаются условия Д В большинстве случаев защита несущих и ограждаю-конденсации агрессивных паров на поверхности констр\их строительных конструкций внутри цехов осуществляет-ций. ся нанесением на их поверхность химически стойких . работы по нанесению антикоррозионных лакокрасочных кокрасочных покрытий. покрытий выполняются с низким качеством. В особенности Необходимо отметить, что коррозионное разрушение рц возобновлении лакокрасочной защиты некачественно обязательно связано с химической агрессией. В послед] поизводится подготовка поверхности под покраску, что время в Башкирии участились случаи преждевременыс pj снижает эффективность антикоррозионных работ, разрушения строительных, главным образом, наружи * д^я устранения причин преждевременного разрушения конструкций на объектах, не связанных с химически строительных конструкций зданий и сооружений кислот-предприятиями. Так, на ряде строительных объектов тр производств следует прежде всего провести ряд меро-та Стерлитамакстрой наблюдалось разрушение nj риятий по снижению агрессивности среды по отношению покрытии в недопустимо короткие сроки - в течение 3- ц строительным конструкциям внутри зданий и сооруже-месяцев. При укладке плит стяжка выполнялась из цеме: нефгехимзаводов. С этой целью необходимо упорядо-ного раствора с добавкой поваренной соли. Основн технологию производства и нормализовать режим причиной крайне низкой долговечности железобетонш эксплуатации действующего оборудования на химических плит явилась недостаточная морозостойкость бетона, в j, нефтехимических предприятиях Башкирии. Для этого званная совместным действием мороза и поваренной co,i следует: ужесточить контроль за герметизацией оборудо-что привело к снижению прочности в 10-15 раз. состоянием трубопроводов; усилить вентиляцию, Анализ данных проведенных натурных обследован смонтировать дополнительные местные отсосы в местах на химических и нефтехимических предприятиях Башк массовых газовыделений; не допускать распространения рии показал, что основными причинами преждевременнс разов по всему зданию; у ворот цехов смонтировать воз-разрушения строительных конструкций в цехах с агр, душные тепловые завесы; обеспечить контроль за состоя-сивными средами являются: jjgM канализационных систем и своевременностью их ре- 1. Неправильная эксплуатация оборудования и наруц монта. ния технологического режима в процессе производст£ По устройству антикоррозионной защиты: внедрить вследствие чего имеют место выбросы агрессивных raj более эффективную конструкцию химически стойкого по-в атмосферу цехов и проливы агрессивных жидкостей да, а также изоляцию фундаментов и других подземных полы и фундаменты под оборудование. сборужений; соблюдать правила подготовки поверхности 2. Неблагоприятный температурно-влажностный реж железобетонных конструкций под окраску; внедрить наи-помещении, формирующийся под влиянием тепло- и naf более эффективные лакокрасочные покрытия и ингибиторы выделении действующего оборудования, отопления и ь коррозии арматуры. ружного климата. обеспечения долговечности железобетонных кон- 3. Неэффективная антикоррозионная защита, котор сгрукций, работающих в наружных условиях, необходимо не обеспечивает необходимой долговечности конструкщ; строго контролировать введение добавок ускорителей твер- Неэффективность антикоррозионной защиты связа дения.в частности хлористых солей, в строительные раство-либо с применением недостаточно стойких материалов рй- ц бетоны данной агрессивной среде, либо с неправильным устро Проведенные натурные обследования зданий и соору-ством антикоррозионной защиты, при котором свойсг жений кислотных производств химических и нефтехимиче-защитных материалов полностью не используются. Та сзкнх предприятий Башкирии дают основание считать, что недопустимо применение конструкции полов и фундаме оаювной причиной преждевременного разрушения строи-тов под оборудование, где в качестве связующего шт> Штых конструкций является коррозия бетона и желе-ных элементов верхнего покрытия применяют портлан аобегона под действием кислых агрессивных сред. Для цемент. Недостаточна стойкость в растворах кислот тр ьбы с коррозией необходимо знать основы механизма диционных гидроизоляционных материалов, что привод ц^. кинетики коррозионных процессов, описанию которых к разрушению полов и лотков канализации. Очень час 1освящена вторая глава. синтетических жирных), в цементном камне происходят аналогичные процессы. В результате таких реакций цементные минера-ды твердые вещества, образующие цементный камень, под действием кислот разрушаются Образуется кальциевая соль и рыхлая масса окислов. С растворением цементного камня, выполняющего роль Глава II связующего в бетоне, последний, как правило, разруша- КОРРОЗИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА В КИСЛЫХ Несколько отличаются процессы коррозии бетона в кис- АГРЕССИВНЫХ СРЕДАХ газовой среде. Вид разрушения в данном случаеочень похож на вид разрушения при коррозии бетона в кислотах. Также наблюдаются рыхлые продукты коррозии, слой Все случаи коррозионного повреждения железобетон которых со временем увеличивается, аналогично образует-ных конструкций по признаку разрушения могут быть раз. Р^ разрушенным и неразрушенным делены на два класса: бетоном. разрушения, связанные с коррозией бетона; Д отличительные особенности. Так, разрушения, вызываемые коррозией арматуры в бетоне, непосредственному химическому взаимодействию пред-Коррозия бетона, как правило, имеет место в конструк-STey -ади^ превращения кислого газа в кислоту, циях, на которые воздействуют проливы агрессивных происходит в^ результате диффузии газа и растворе-жидкостей (полы, плиты перекрытий и т. п.), или в под- Р жидкости бетона. Далее процесс про-земных конструкциях, омываемых грунтовыми водами. If Р воздействии на бетон кислоты. Несущие конструкции, эксплуатирующиеся в газовоздуш- Поскольку бетон находится в газовой среде, то продукты ной среде промышленных предприятий, обычно разруша- химической реакции остаются в норовой жидкости. Поются в результате коррозии стальной арматуры. насыщают ее и выпадают в осадок. F Понимание механизма процесса коррозии еще недоста- 1. КОРРОЗИЯ БЕТОНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА ПОД ДЕЙСТВИЕМ ТОЧНО ДЛЯ- ТОГО, чтобы оценить опасность коррозионного РАСТВОРОВ КИСЛОТ поражения строительных конструкций в агрессивной среде. Не менее важно знать, как быстро протекают процессы Для этого вида коррозии бетона характерным являют- коррозии ся процессы растворения минералов цементного камня в ре- Скорость коррозии бетона при воздействии кислых зультате обменных реакции по схеме (на примере действия сред зависит от плотности бетона, вида и концентрации соляной кислоты) кислоты, температуры окружающей среды. Рассмотрим не- Ca{OH)fi +HCl->-CaClz+Н2О; сколько подробнее влияние этих факторов на процессы пСаО mSiO, aq + HCl nCaCl, + mSiO, + zH,0; PPf и бетона. Вид и концентрация кислоты. В зависимости от вида пСаО mAtOs-aq-\- НС1~>-nCaCl+mAlOs-rzHiO; кислоты в результате реакции нейтрализации образуются пСаО mAlOsnFeOs ад + НС1 -> CaC/g + тЛ/аОз + продукты коррозии - главным образом соли кальция р'аз- личной растворимости. При образовании хорошо раствори-KteVs-{- гНи мых солей кальция процесс коррозии протекает с макси- Под действием других неорганических (серной, азотной) мальной скоростью. В случае образования мало- или труд-и органических кислот (уксусной, монохлоруксусной, норастворимых солей кальция процесс коррозии замедляется. На нефтехимических и химических предприятиях При действии разбавленных растворов кислот скорость Башкирии самыми распространенными являются соляная.коррозни резко уменьшается. азотная серная, фосфорная, монохлоруксусная, з^лорсуль- Действию разбавленных растворов кислот в основном фоновая, синтетические жирные кислоты, которые придодвергакяся подземные конструкции, в том числе фунда-действии на бетон дают продукты реакции, oблaдaющиeJJeнты зданий кислотных производств. Концентрация кис-различной растворимостью. о^У g грунтовых водах может достигать 3-4 г/л, что По признаку растворимости солей кальция, образую-соответствует кислотности раствора с показателем рН = 1 щихся в процессе коррозии, все кислоты можно разделитьпо [9] скорость коррозии бетона в растворах различных на две группы. К первой группе относятся соляная,кислот может быть рассчитана по формуле азотная, хлорная кислота. Эти кислоты при взаимодейст- ВИИ о Са(ОН)2 образуют хорошо растворимые соли, кото- L = YKt, (1) рые ни при каких условиях не выпадают в осадок в порах , и пустотах разрушенного слоя бетона. где Ь - глубина повреждения бетона; Ко второй группе относятся серная, фосфорная и другие - воздействия агрессивной среды, кислоты. При увеличении концентрации воздействующих Коэффициент пропорциональности К можно назвать конца бетон кислот возможно выпадение образующихся солей стантой скорости коррозионного процесса. Этот коэф-кальция в осадок. Выпавшие в осадок кристаллы уплот-Фициент учитывает свойства агрессивной среды и бетона няют структуру разрушенного (буферного) слоя бетона, может быть вычислен по формуле препятствуя диффузии агрессивного вещества к непоражен- 2Соо£)Я2с/ i Сао \ ному бетону. Скорость коррозии в таком случае, как пра- К - --[} + - р j. (2) вило, значительно замедляется. Однако при этом может * иметь место и разрушение буферного слоя вследствие ин- где Сзд - концентрация агрессивной жидкости; тенсивного роста кристаллов новообразований. Тогда за- Cioo - растворимость цементного камня ъ воде; медление процесса коррозии не наблюдается. - количество вещества, которое может растворить- Иногда выделяют и третью группу кислот: фтористово- ся в воде в единице объема бетона; дородную, кремнефтористоводородную, щавелевую и др. Dj, - коэффициенты, диффузии ионов растворенного Воздействие этих кислот практически любой концентрации цементного камня и агрессивной среды соответ- приводит к образованию кристаллических продуктов реак- ственно; ции, выпадающих немедленно в осадок, и частичной за- ji - коэффициент, рассчитываемый по химической купорке пор. Скорость коррозии бетона в кислотах тре- реакции и учитывающий необходимое количест- тьей группы примерно в 1000 раз меньше, чем для кислот во кислоты для нейтрализации одного грамма первой группы. щелочи цементного камня; С повышением концентрации кислоты скорость] процес- Пас - сквозная пористость разрушенного слоя бетона, са разрушения резко возрастает и при воздействии кон- Для проверки зависимости К == /(С^) были выполнены центрированных кислот на бетон коррозия происходит следующие эксперименты. В специальные установки настолько быстро, что дает основание считать применение (ряс. 4), обеспечивающие непрерывную смену агрессивного бетона на портландцементе в этих условиях недопусти-раствора, помещались образцы цементного камня. После мым. Строительные конструкции, подвергающиеся перио-выдержки образцов в агрессивной среде замерялась глу-дическому воздействию производственных проливов (кис-бииа их коррозионного поражения и по формуле (1) рас-лот^ высоких концентраций), изготавливают из кислото- итывалось значение К- На рис. 5 приведены результаты стойких материалов, либо предусматривается облицовка данной серии экспериментов. Концентрация кислоты выра-поверхности конструкций антикоррозионными, главным жена через значения рН среды. Как видно из рисунка, образом, полимерными материалами. экспериментальные данные совпадают с теоретической 1,0 Рис. 4. Установка для определения скорости коррозии бетона в растворных кислот. кривой, рассчитанно! ц(смУгод) по формуле (2). Пр1 увеличении рН кисло! среды до значения 3, кривая К = / (С20) ста новится параллельно! оси абцисс, то есть npi дальнейшем снижени! концентрации агрессив ность раствора неумень шается и действие рас творов кислот таки) концентраций на бетор аналогично действии нейтральной среды. Температура окружа ющей среды. Больший ство коррозионных про цессов ускоряются с по вышением температуры Так, для коррозии бе- 0,1- Т средах это ускорение может быть выражено следующие, уравнением Е RT тона в жидких кислых зависимость константы скорости коррозии цементного камня ...... (В/Ц=0,3) от концентрации воздействующей соляной кислоты. Пример, в таких процессах, когда разрушение материала (Зпроисходит за счет кристаллизации в порах вновь образующихся веществ, часто увеличение температуры приводит к замедлению процесса коррозии бетона, вследствие снижения скорости роста кристаллов. Состав бетона. Структуру бетона приближенно можно В zл^ч^Г^z7Iш^Гionzтшxл коррозионного про-Р^Ризовать его пористостью. Если бетон на плот цесса при нормальной температуре {t = 20°С или Т и * заполнителе хорошо уплотнен и в нем отсутствуют = 293°К), то с помощью формулы (3 можно легко рас-У^ являющиеся дефектами технологии его изготов считать значение К для любой температуры эксплуатации пористость бетона будет Ц fJ 1 \ пористостью цементной связки. Несложный расчет позво- (4ляет выявить зависимость пористости бетона от его состава где Ко - предэкспоненциальный множитель; Е - эффективная энергия активации процесса; R - газовая постоянная; Т - абсолютная температура. R \ Т 293 Значения эффективной энергии активации в интервале 5-50°С равны: для случая воздействия на бетон соляной 7ц кислоты -3600, азотной -3900, серной -5500 и монохлор-где <7ц - количество цемента в единице объема бетона или уксусной -6300 кал/моль. расход цемента; Однако необходимо упомянуть, что не всегда повышение W - отношение массы воды к массе цемента при затво-температуры ведет к ускорению процесса коррозии. На- в рении бетонной смеси или водоцементное отнощ( ние; степень гидратации цемента в бетоне, выража щаяся отношением массы прогидратированног цемента к массе всего цемента; Тц. Тв - плотность цемента и воды соответственно; 8 - коэффициент, учитывающий расширение цемент при его гидратации. Для обычного портландщ мента S = 1,58. Поскольку основные процессы массопередачи при ко{ розии бетона, а именно: диффузия агрессивного агента диффузия растворенных компонентов цементного камня химическая реакция и удаление продуктов новообразовг НИИ - протекают в разрушенном слое бетона, то на скс рость коррозионного процесса будет оказывать влиянц пористость буферного слоя по формуле 7ц 6(8-1) (1-Р) + Р) р - доля растворимого вещества в цементе. Из уравнений (5) и (6) видно, что пористость как не разрушенного бетона, так и буферного слоя прямо про порциональна расходу цемента и водоцементному отноше нию. Из уравнения (2) следует, что на константу корро зионного процесса влияют два фактора, зависящие от рас хода цемента в бетоне. Во-первых, это коэффициент, ха рактеризующий реакциональную емкость бегона mj, ко торый пропорционален расходу цемента Оц, /П1=р.ец. (7 Во-вторых, расход цемента влияет на пористость бу ферного слоя бетона Пг, согласно уравнению (6). Допуская, что сквозная пористость буферного сло! Ylc бетона прямо пропорциональна общей пористости то есть, Пас = Hj. const, и решая совместно уравнение (2), (6), (7), получим для константы скорости коррозиен ного процесса К = /Со[Г--в(5 1 )(1 р) + р где Кв - условная константа процесса коррозии, характеризующая скорость коррозионного поражения беспористого клинкерного материала. Экспериментами, проведенными в НИИпромстрое,. установлено, что степень гидратации цемента в бетоне приготовленном при обычной технологии, составляет примерно одинаковую величину 6 = 0,67. Тогда для бетонов, на портландцементе уравнение (8) приближенно можно-записать в виде 3,15w + 0,5. (9> Следует заметить, что при выводе формулы (8) принята идеальное уплотнение бетонной смеси, следовательно, эта формула применима только для бетонов с коэффициентом уплотнения близким к единице и не применима для специальных бетонов с воздухоБовлекающими добавками, крупнопористых ИТ. п. Из анализа формул (8) и (9) следует, на первый взгляд, весьма парадоксальный вывод о том, что скорость кор-)Ьзии плотного бетона в растворах кислот зависит только от водоцементного отношения и не зависит от расхода цемента в бетоне. Однако внимательное рассмотрение формулы (2) показывает, что, с одной стороны, увеличение расхода цемента приводит к увеличению сквозной пористости буферного слоя бетона, то есть к ускорению процесса коррозии; с другой стороны, увеличение расхода: Таблица 1! Глубина коррозионногэ поражения и константа скорости коррозиж образцов бетона с различным расходом цемента
цемента влечет за собой увеличение реакционной емкости бетона и замедление коррозионного процесса. Эти факторы взаимно компенсируют друг друга, что приводит к независимости константы скорости коррозионного процесса от расхода цемента в плотном бетоне. Наглядным подтверждением сказанному являются результаты следующих экспериментов. Для опытов были изготовлены образцы с различным расходом цемента, но при одинаковом водоцементном отношении. Затем образцы в течение 133 часов подвергались испытаниям в агрессивной среде соляной кислоты концентрации 0,66 N. Результаты эксперимента (табл. 1) свидетельствуют о независимости скорости коррозии от количества цемента в бетоне. 2. КОРРОЗИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА ПОД ДЕЙСТВИЕМ КИСЛЫХ ГАЗОВ Как показали обследования состояния строительных железобетонных конструкций, интенсивные разрушения последних наблюдаются при эксплуатации их в атмосфере цехов, содержащей кислые газы. К наиболее распространенным кислым газам относятся: углекислый газ, сернистый ангидрид, сероводород, хлор, хлористый водород, окислы азота, достаточно полно представленные на предприятиях химии и нефтехимии. При взаимодействии кислых газов и бетона происходит либо упрочнение тела бетона, вследствие карбонизации (при действии углекислого газа), либо незначительное понижение прочности защитного слоя бетона - в случае коррозии его в среде хлористого водорода. Наиболее опасной является коррозия арматуры железобетона в среде кислых газов и, как следствие - преждевременное разрушение конструкции. Опасность коррозии арматуры усугубляется тем, что ремонт ее или замена в процессе эксплуатации невозможны. Не существует и надежных методов определения степени поражения арматуры в бетоне. Основные факторы, вызывающие коррозию стали в бетоне Известно, что бетон на портландцементе является хорошей защитной средой для стальной арматуры, вследствие того, что норовая влага бетона обладает достаточно высокой щелочностью (рН = 12-13). В результате реакции нейтрализации между кислым газом и компонентами цементного камня щелочность норовой жидкости бетона понижается. При уменьшении рН среды до значения х11,8 наступают условия, при которых пассивность стали не сохраняется. Самый распространенный случай коррозии арматуры в бетоне, вследствие снижения щелочности, имеет место при взаимодействии бетона с углекислым газом, то есть карбонизация бетона. Распространенность данного вида коррозии объясняется тем, что углекислый газ содержится в атмосфере (0,03-0,04% по объему) и карбонизации подвергаются все без исключения бетонные и железобетонные конструкции. В газовоздушной среде химических и нефтехимических производств содержание СОа часто выше, и процессы карбонизации идут быстрее. Сущность процесса карбонизации заключается в следующем. Углекислый газ, проникая в бетон, по пути растворяется в норовой жидкости с образованием углекислоты. Углекислота немедленно вступает в реакцию с гидратом окиси кальция, содержащемся в жидкой фазе бетона. Продуктом химической реакции является карбонат кальция, который, обладая малой растворимостью, выпадает в осадок СО, + Н^О НаСОз; НаСОз + Са(0Н)2 = СаСОз + 2U0. Насыщенный раствор карбоната кальция имеет рН = = 9. При такой щелочности среды все гидратированные компоненты цемента неустойчивы, поэтому они подвергаются гидролизу с выделением новых порций гидроокиси кальция. Процесс идет до того момента, пока все соединения цементного камня не превратятся в карбонат кальция и гидроокиси кремния, алюминия и железа. По мере нейтрализации поверхностных слоев фронт карбонизации перемещается в глубь бетона, достигая арматуры. Прочность бетона при этом обычно не уменьшается. Нередко и при достаточно высоком значении рН в бетоне развиваются процессы коррозии стальной арматуры. Химические анализы показывают, что это связано, как правило, с наличием в бетоне агрессивных ионов хлора. Соединения хлоридов могут попадать в бетон различными путями: при введении в бетонную смесь добавок - хло- 1 2 3 4 |
|