автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Кремнебетон повышенной стойкости к действию сернокислых сред

Введение

1. Состояние вопроса, цель и задачи исследований

1.1. Условия эксплуатации строительных конструкций в кислых агрессивных средах.

1.2. Коррозионностойкие металлические, керамические и полимерные материалы.

1.3. Кислотостойкие бетоны.

1.4. Научная гипотеза, цель и задачи диссертации.

Выводы по разделу I

2. Характеристики материалов, применяемых в исследованиях и методики проведения экспериментов.

2.1. Силикат-глыба и песок.

2.2. Кислотостойкость горных пород

2.3. Методики исследований кремнебетона.

Выводы по разделу

3. Исследование стойкости кремнебетона в серной кислоте.

3.1. Выбор составов кремнебетона для исследований.

3.2. Влияние состава кремнебетона на стойкость в серной кислоте

3.3. Влияние вида породы крупного заполнителя на стойкость кремнебетона

3.4. Стойкость кремнебетона при попеременном увлажнении серной кислотой и высушивании

Выводы по разделу

4. Основные физико-технические, эксплуатационные и защитные свойства кремнебетона

4.1. Физические, физико-механические и строительные свойства кремнебетона

4.2. Прошщаемость кремнебетона.

4.3. Коррозия арматуры в кремнебетоне

Выводы по разделу 4.

5. Внедрение результатов исследований, натурные обследования и экономическая эффективность

5.1. Внедрение результатов исследований

5.2. Натурные обследования газоотводящих стволов дымовых труб тепловых электростанций.

5.3. Экономическая эффективнюсгсь

Выводы по разделу

Развитие мировой экономики связано с увеличением потерь от коррозии сооружений, зданий, машин и оборудования. В Советском Союзе ущерб от коррозии в 1974г. составил около 15 млрд.руб., или 4,1$ национального дохода страны [134] , в 1978 г. 40 млрд. РУб. [I].

Совет Министров СССР 12 июля 1978 г. принял постановление "Об организации антикоррозийной службы в СССР", в котором подчеркнута важность совершенствования, развития производства и применения коррозионностойких материалов. Значение этого постановления возрастает по мере развития химической, нефтехимической, целлюлозно-бумажной промышленностей, энергетики, черной и цветной металлургии и других отраслей индустрии, предусмотренного решениями ХХУ1 съезда КПСС. Одним из основных агрессивных агентов в указанных отраслях промышленности является серная кислота. Строительные конструкции и оборудование, работающие в условиях сернокислотной агрессии, выполняются или защищаются от коррозии металлами, керамикой, полимерными материалами, кислотостойкими бетонами (полимербетоны, полимерсиликатбетоны, бетоны на жидком стекле и др.).

Наряду с достоинствами эти материалы не всегда обладают достаточной долговечностью в серной кислоте, имеют высокую стоимость, дефицитны и их производство носит ограниченные масштабы.

Одним из перспективных коррозионностойких материалов является кремнебетон, научные принципы получения которого разработаны В.П.Кирилишиным под руководством члена-корреспондента АН СССР Н.И.Хитарова [67] . Автором . разработана технология производства кремнебетонных изделий, изучены некоторые свойства кремнебетона [68, 69].

Вместе с тем недостаточно изучены процессы коррозии кремнебетона в серной кислоте и их взаимосвязь со структурой и фазовым составом цементирующего вещества, видом крупного заполнителя, проницаемостью, что позволило бы повысить его долговечность и определить особенности применения в армированных конструкциях.

В связи с этим целью диссертационной работы является теоретическое и экспериментальное обоснование возможности повышения стойкости кремнебетона в серной кислоте и разработка рекомендаций по его применению.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- разработать методику оценки кислотостойкости и выбора пород для крупного заполнителя кремнебетона;

- исследовать влияние состава кремнебетона на поровую структуру и фазовый состав новообразований цементирующего вещества;

- изучить зависимость стойкости кремнебетона при длительном и циклическом действии серной кислоты от структуры и фазового состава цементирующего вещества;

- установить влияние вида породы крупного заполнителя на коррозию кремнебетона в серной кислоте;

- исследовать проницаемость кремнебетона и коррозию арматуры при действии на него серной кислоты;

- изучить основные свойства кремнебетона повышенной коррозионной стойкости в сернок кислоте.

Научная новизна работы:

- разработана методика и критерии оценки кислотостойкости пород для крупного заполнителя кислотостойких бетонов;

- установлена взаимосвязь состава кремнебетона с поровой структурой,фазовым составом цементирующего вещества, а также влияние вида породы крупного заполнителя на его прочность;

- дано обоснование зависимости стойкости кремнебетона в серной кислоте от структуры, фазового состава новообразований и породы крупного заполнителя;

- исследована проницаемость кремнебетона и коррозия арматуры при действии серной кислоты;

- определены основные свойства кремнебетона повышенной стойкости в серной кислоте.

Практическая значимость работы, внедрение:

- составлены технические условия ТУ34-48-176П-79 "Кремне-бетон для наружных газоотводящих трактов ТЭС";

- методика определения кислотостойкости вошла в "Руководящие указания по методике определения коррозионной стойкости материалов для внешних газоотводящнх трактов тепловых электростанций";

- согласно "Техническим условиям" были выпущены кремнебетон-ные панели для газоотводящнх стволов 14 дымовых труб;

- технико-экономическая эффективность от внедрения результатов проведенных исследований составила 364 тыс.руб.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов и приложений, список литературы включает 154 источника. Текст содержит 4У9 страниц, 30 таблиц, 31 рисунок.

Выводы по разделу 5

1. На основании проведенных исследований выпущены следующие нормативно-методические документы: а) ТУ 34-48-17611-79 "Кремнебетон для наружных газоотводя-щих трактов ТЭС", где регламентированы состав кремнебетона и порода крупного заполнителя, обеспечивающие его высокую стойкость в серной кислоте; б) "Руководящие указания по методике определения коррозионной стойкости материалов для внешних газоотводящих трактов тепловых электростанций".

2. По ТУ 34-48-17611-79 на Кураховском КПП изготовлены кремнебетонные панели для 14 газоотводящих стволов дымовых труб.

3. Натурные обследования показали высокую надежность кремнебетона на кварците Овручском с СГ/ПМ = 1,14. Глубина проникновения серной кислоты после 3 лет эксплуатации составила 2,02,5 см, что надежно обеспечивает защиту арматуры от коррозии.

4. Экономическая эффективность от применения в дымовых трубах газоотводящих стволов из кремнебетонных панелей вместо футеровки из кислотоупорного кирпича составляет 364,073 тыс.руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненные в диссертационной работе эксперименты и теоретические исследования позволили сделать следующие выводы и рекомендации:

1. На основании экспериментальных исследований установлено, что цементирующее вещество кремнебетона имеет плотную нетрещиноватую структуру, где преобладает кварц (70-75$), силикаты (15-20$) и карбонаты натрия (5-15$).

Выявлено, что на количественный и качественный состав новообразований и характер поровой структуры кремнебетона существенное влияние оказывает соотношение силикат-глыбы и тонкомолотого песка (СГ/ПМ). При этом прочность кремнебетона определяется также породой крупного заполнителя.

2. Разработана ускоренная методика определения потенциальной кислотостойкости (Ку) пород крупного заполнителя и определены ее оптимальные параметры:

- крупность зерен пробы -0,5 - 1,0 мм;

- масса пробы - 1г;

- концентрация серной кислоты - 30$;

- отношение массы пробы к объему кислоты - 1г : 25 мл;

- длительность кипячения пробы - I час.

3. На основе теоретических и экспериментальных исследований определено влияние содержания породообразующих и акцессорных минералов на кислотостойкость горных пород. Повышенное содержание некислотостойких минералов снижает стойкость породы в целом.

Установлено, что цри Ку не менее 97$ горные породы могут быть признаны надежными.

4. Изучение процессов коррозии кремнебетона в серной кислоте, показало, что как при длительных, так и при циклических испытаниях стойкость его зависит от её концентрации и кислотостойкости порцы крупного заполнителя.

В коррозии кремнебетона с крупным заполнителем, имеющим Ку ^ 97% определяющими являются физические и химические процессы и чем ниже концентрация кислоты, тем ниже стойкость кремнебетона.

При кислотостойкости крупного заполнителя о Ку < 97% добавляются физико-химические процессы его коррозии от кислоты. Наимень шая стойкость кремнебетона отмечается в 30% Нл20и.

5. Скорость коррозии кремнебетона определяется кислотостой-костью крупного заполнителя: меньшая величина скорости коррозии зафиксирована у кремнебетона на кварците Овруческом.

6. Комплексно исследована стойкость кремнебетона различного состава при длительных и циклических воздействиях серной кислоты. Наибольшую стойкость имеет кремнебетон с СГ/ПМ * 1,14, с минимальным количеством пор радиусом 0,1-1,0 мкм и наиболее прочным кристаллическим каркасом из вторичного кварца.

За два года экспозиции в 30% Н£Оч прочность составляет 86,0% от исходной, а после 150 циклов намокания и высушивания 62,3%.

Показано, что по стойкости в серной кислоте кремнебетон с СГ/ПМ «I,14 не уступает кислотоупорному кирпичу I сорта.

7. Определены основные физико-технические, эксплуатационные и защитные свойства кремнебетона повышенной кислотостойкости.

Поровая структура и состав цементирующего вещества определяют его низкую капиллярную и фильтрационную проницаемость.

Изучение защитных свойств кремнебетона при капиллярном подсосе кислоты показало, что на высоте 40 мм от контактной поверхности величина РН бетона находится на исходном уровне, обеспечивающем сохранность арматуры от коррозии.

В натурные обследования дымовой трубы № 2 Запорожской ГРЭС с кремнебетонным газоотводящим стволом показали высокую надежность кремнебетона выбранного состава.

Установлено, что после 3 лет эксплуатации глубина проникновения серной кислоты составила 2,0-2,5 см, а прочность кремнебетона не уменьшилась по сравнению с исходной.

9. Результаты диссертационной работы вошли в ТУ 34-4817611-79 "Кремнебетон для наружных газоотводящих трактов ТЭСП и "Руководящие указания по методике определения коррозионной стойкости материалов для внешних газоотводящих трактов тепловых электростанций".

Экономическая эффективность от применения кремнебетона повышенной кислотостойкости цри строительстве газоотводящих. стволовЮ дымовых труб составляет 364,073 тыс.руб.

1. Агаджанов Б.И. Народнохозяйственный ущерб от коррозии.в кн. "Коррозия и стойкость железобетона в агрессивных средах". М., НИИЖБ, 1980, с. 172.

2. Адлер Ю.П. Введение в планирование эксперимента. М., Металлургия, 1969.

3. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Греновский Ю.В. Планирование эксперимента цри поиске оптимальных условий. М., Наука, 1976.

4. Алексеев С.Н. Коррозия и защита арматуры в бетоне. М., Стройиздат, 1968, с.22

5. Алексеев С.Н., Степанова Р.Б. Коррозия арматурной стали в кислотоупорном бетоне. В кн. Защита строительных конструкций от коррозии. М., Стройиздат, 1966, с.98-103.

6. Альперин В.И. и др. Применение стволов вытяжных труб из стеклопластика. Энергетическое строительство, 1976, № I.

7. Анучин П.И., Чащин A.M. Коррозия и способы защиты оборудования лесо-химических производств. М., Лесная промышленность, 1970, с, 390.

8. Анучин П.И., Михалюк Г.Ф. Коррозия и способы защиты оборудования лесохимических цроизводств. М., ЦНЖТЭИлеспром, 1968, с.55.

9. Бадовска Г. и др. Антикоррозийная защита зданий. М., Стройиздат, 1978, 508 с. (перевод с польского).

10. Баженов Ю.М,, Вознесенский В.А. Перспективы применения математических методов в технологии сборного железобетона.1. М., Стройиздат, 1974.

11. Баженов Ю.М. Технология бетона. М., Высшая школа, 1978, с.25.1.. Балалаев Г.А. Кислотоупорный бетон и его применение в коксохимической промышленности. М., Госхимтехиздат, 1939.

12. Балалаев Г.А., Медведев В.М., Мощанский Н.Г. Производство антикоррозийный работ в промышленном строительстве. М., Строй-издат, 1973.

13. Беркман А.С., Мельникова И.Г. Структура и морозостойкость15