автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Повышение стойкости бетонов в условиях капиллярного всасывания растворов солей и испарения

ГОССТРОЙ РФ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ, ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКИИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ БЕТОНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА

(НИИЖБ)

На правах рукописи

ИЗМАЙЛОВА Елена Викторовна

ПОВЫШЕНИЕ СТОЙКОСТИ БЕТОНОВ В УСЛОВИЯХ КАПИЛЛЯРНОГО ВСАСЫВАНИЯ РАСТВОРОВ СОЛЕЙ И ИСПАРЕНИЯ

Специальность: 05.23.05 — Строительные материалы и

изделия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва — 1994

Работа выполнена в Государственном научно-исследовательском, проектно-конструкторском и технологическом институте бетона и железобетона (НИИЖБ) Госстроя Российской Федерации

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ — канд. техн. наук, ст. науч. сотр. Я. К■ Розенталь

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ — д. т. н., проф. Я. Е. Путляев, к. т. н., с. н. с. В. С. Гладков

Ведущее предприятие — Научно-исследовательский институт энергетических сооружений Минтопэнерго РФ.

Защита состоится 1994 г. в_час.

на заседании специализированного совета К.033.03.02 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук в Государственном научно-исследовательском, проектно-конструкторском и технологическом институте бетона и железобетона Госстроя РФ по адресу:

109428, Москва Ж-428, 2-я Институтская ул., д. 6 С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИЖБ. /(/ -

Автореферат разослан «/£» г^Ы-Оу^с^ 1994 г.

Ученый секретарь

вета,

" & 0

специализированного совета, О/^гг! ^ Р^^

канд. техн. наук Г. П. КОРОЛЕВА

Коррозия материалов, иэделий и конструкций выступает как фактор, препятствующий эффективному использованию основных производственных фондов и наносит значительный ущерб экономике страны. Опыт эксплуатации зданий и сооружений показал, что железобетонные конструкции недостаточно стойки в условиях частичного погружения в солевые растворы и наличия испаряющей поверхности. Подобные данные получены в результате натурных обследований про-илпленных объектов ряда производств.

В действующих нормативных документах по защите от коррозии железобетонных конструкций подземных и наземных сооружений, эксплуатируем« в условиях капиллярного всасывания средне- и высокоминерализованных агрессивных сред и испарения предусмотрена защита поверхности железобетонных конструкций лакокрасочными покрытиями, применение которых ограничивается значительными трудо- и энергозатратами. Разработка бетонов повышенной стойкости к действию капиллярного всасывания и испарения позволит расширить область применения мер первичной защита, сократить расходы на вторичную защиту, повысить долговечность конструкций из бетона и железобетона.

Цель работа; иооледовать коррозионную стойкость бетонов в условиях капиллярного всасывания и испарения растворов солей, разработать метод контроля капиллярной пронипаемости и разработать бетоны, обладающие повышенной стойкостьй в указанных условиях, на основе применения еффектившх полифункииональклс модификаторов.

Автор защищает:

- методику и результата определения капиллярной проницаемости бетонов;

- результата испытаний бетонов, приготовленных на портланд-

иементах с разным минералогическим составом и расходом вяжущего, проведенных при капиллярном всасывании раствора сульфата натрия и испарении;

- составы нового полифункционального комплексного модификатора Сетона (ГШ) и бетонов о Ш1, обладающих повышенной стойкость» к коррозии в указанных условиях.

Научная новизна:

- разработаны бетоны, обладающие пошлинной стойкостью в условиях капиллярного всасывания растворов солей и испарения;

- выявлена корреляционная связь стойкости бетона с капиллярной проницаемостью;

- разработана методика определения коэффициента капиллярного всасывания бетоном растворов солей;

- определены пределы изменения коэффициентов капиллярной проницаемости бетонов различной водонепроницаемости;

- разработан 1ЮМ оптимального состава, понюпакций капиллярную проницаемость бетона и пошвакуШ его стойкость в условиях капиллярного всасывания растворов солей и испарения.

Практическое значение работа;

- предложена составы полифуняиионалыгаго модифотатора и бетона с ГШ, обладаицего покдиэнноП стойкостью при воздействия растворов солей и испарения;

- разработана методика определения капиллярной прошшаемоо-ти бетона в условиях капиллярного всасывания растворов солей и испарения;

г- разработаю; "Рекомендации по оптимальному составу полифункционального модификатора для поылиешш стойкости бетона в условиях кслилляркого всасывания и испарения";

- разработыш "Рокошцдашш по пршенэшпэ бетонов, стойюк

в условиях капиллярного всасывания и испарения растворов солей".

Реализация результатов работа.

Результаты исследований послужили основанием для разработки указанных выше рекомендаций и методики. Результата исследований были проверены при выпуске с применением ПФМ опытно-проклнленной партии цокольных и фундаментных блоков на полигоне ПМК-4 треста "Ташкентводстрой".

Апробация работа.

Основные положения работа доложены: на Всесоюзном совещании "Долговечность железобетонных конструкций и сооружений в агрессивных средах" (г. Белгород, 1990 г.), на научно-технических совещаниях подсекции "Коррозия и спеибетоны" НИИЖБ (1991, 1992 г.р.).

Работа проводилась автором в лаборатории "Коррозия и долговечность бетона и железобетона" НИИЖБ в 1989 - 1993 г.г. в рамках выполнения тем: "Исследовать новые эффективные виды бетонов (био-зещиткьгй, повышенной коррозионной стойкости) и арматуры (полосовая классов Ат-УП-Ат-IX) и разработать документацию по их применению и изготовлению" и "Исследовать бетода повышенной коррозионной стойкости и высокопрочную проволоку и разработать документацию по их применению и изготовлению и изменения к ГОСТ 7348-81, СНиП 2.03.01-84* и СНиП 2,03.11-85" по заказу Минстроя РФ.

Объем работа. Диссертация состоит из введения, семи глав, • общих выводов, списка литератур! из 125 наименований, приложений, содержит 189 страниц, в том числе 100 страниц машинописного текста, 23 таблицы, 53 рисунка.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 работа, I работа находится в печати, подана заявка на авторское свидетельство об изобретении.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе диссертации освещается состояние вопроса и сформулированы задачи исследований.

Проанализированы результате исследований процессов солевой коррозии бетона, выполненных в разные годы В.М.Москвиным, В.Н. Юнгом, Ф.М.Ивановым, С.Н.Алексеевым, Н.А.Ыощанским, И.Н.Ахвердо-вым, А.И.Минасом, А.А.Барташевичем, В.Г.Батраковым, П.А.Ыихальчу-коы, А.В.Шубниковым и другими, которые позволили выявить, что в большинстве работ исследована коррозия при полном погружении бетона в агрессивную среду. Изучении воздействия на бетон капиллярного всасывания растворов солей и испарения посвящено немного работ. Анализ имеющихся дагаих по втому вопросу показал, что скорость коррозии при капиллярном всасывании и испарении превышает скорость ' повреждения бетона, наблвдаемую при полном погружении в агрессивный раствор.

Анализ современного состояния внаинй по вопросу коррозионной стойкости бетонов в условиях капиллярюго всасывания растворов солей при наличии испаряющей поверхности позволяет сформулировать в качестве рабочей гипотезы следующие положения.

Стойкость бетона в условиях капиллярного всасывания растворов солей и испарения определяется капиллярной проницаемостью бетона и его реакционной способностью по отношению к раствору соли. В свою очередь калилляр{ал проницаемость бетона зависит от состава (В/Ц, вида и расхода цемента, вида и дозировки добавок и пр.) и особенностей технологического режима. Реакционная способность по отношению к раствору соли определяется минералогическим составом пемента и составом бетона.

Предполагается, что процесс коррозии развивается по следующему механизму.

При соприкосновении бетона с солевым раствором происходит

его впитывание за счет капиллярных сил. В зоне, контактирующей с воздухом, влага с поверхности бетона испаряется. При этом концентрация раствора повышается до насыщенной. Из жидкой фазы выпадают кристаллы, постепенно заполняя объем пор; наблюдается уплотнение и упрочнение структуры. При постоянном и периодическом поступлении раствора кристаллы увеличиваются в размерах.' Одновременно с коль-матацией пор развиваются деструктивные явления, связанные с возникающим давлением кристаллов на стенки пор. Оба процесса - уплотнение и разрушение структуры - протекают параллельно, так как различные поры цементного камня не одновременно заполняются твердой фазой. Деструкция наступает при заполнении 8,7 - II % объема всех пор солью, кристаллизация преимущественно происходит в макрокапиллярах, составляющих 20-30 % общего объема пор. В порах и капиллярах, радиус которых меньше зародыша кристаллов, кристаллообразование исключается. Преимущественная область кристаллообразования в объеме материала - ото участки вблизи испаряющей поверхности.

Сопротивляемость материалов коррозии кристаллизации при капиллярном всасывании и испарении прямопропорциональна прочности при растяжении и обратнопропорциональна модулю упругости и открытой пористости. Закрытые поры повышают сопротивляемость бетонов корь розии, поэтому замена открытой пористости мелкими замкнутыми порами значительно повышает их стойкость.

Максимально уменьшить капиллярное всасывание и перемещение агрессивного раствор» в бетоне возможно за счет изменения количества и характера пор, а именно, за счет увеличения количества замкнутых пор, сокращения сквозной пористости, придания поверхности стенок пор и капиллярхт бетона свойство гедрофобности. Важную роль в втом случае должно играть введение в бетонную смесь специальных полифункциональных модификаторов бетона.

- б -

В работе предусмотрено исследование и решение следующих основных задач:

1. Разработать метод определения характеристики капиллярной проницаемости бетона для растворов солей.

2. Разработать составы ПФМ и бетонов с 1Ш, обладающих пониженной капиллярной проницаемостью.

3. Исследовать капиллярную проницаемость бетонов о ПФМ и другими добавхвми, а также бетонов, приготовленных на разшх цементах. Определить зависимость иажду коррозионными свойствами и капиллярной проницаемостью втих бетонов.

4. Исследовать влияние №1! на основные харацтергстикк бетонной смеси: водопотробность и воэдухововлечонио, а таюсэ на прочность, е о до не п рошш ае и о с ть и пористость бетонов, прнготовлегагах

о ГКМ, в тсу число на иекентах разного шшоралопгааского состава.

5. Изучить особенности процесса коррозии бетона с 1ЕШ на цементах разного кинврологичоспого состава.

6. Исследовать сравнительную коррозионную стойкость батонов с ПФМ и с современники химическими добавка».-!.

7. Определить техшко-окономшескую с^фективкость от использования ГШ в бетонах с иалыо увзлнченпя срока службы прм капиллярной всасывшши и испарении растворов солей.

Во второй главе дпссартаини приведена характеристики иатертлоз, пршэняеют в исследованиях,и катодах» прово-донил опспориконтов.

Исследования проводились на пята паузится: сульфатостойкоа портландцементе Ткплоовэрского завода, сроднеошсаинатиах портлацд-цекентах Старо-Оскольского и Себрдаовепого заводов, гасокоалют-натннх портландоокентах Подольского и Г^кайловского поводов. Парка наованшх исизнтов приводона в табл. I.

Заполнителями в бетоне служили гранитный щебень фракций 520 мм и речной кварцевый песок с НКр= 1,5.

В качестве добавок к бетону применяли:

- суперпластификатор С-3;

- воздухововлекающая добавка - алкилсульфат натрия (АС);

- гидрофобизирующие добавки: ГКЖ-94; нейтральные липидо (HJI);

- полифункциональшй модификатор бетона ГОМ, включающий С-3, АС и НЛ.

Общую пористость и водопоглощение определяли по стандартной методике; водонепроницаемость и сопротивление прониканию воздуха - фильтратометром ФЫ-3 и прибором АГАМА; сквозную пористость -методом измерения електропроводности.

Коррозионную стойкость бетона исследовали в "камере искусственного климата". При этом определяли изменение прочности при сжатии и растяжении при изгибе, величину прироста линейных деформаций, изменение динамического модуля упругости, изменение массы, изменение глубины коррозионного разрушения, изменение состава цементного камня. Применялась методика НИИЖБ с небольшими изменениями.

В "камере искусственного климата" исследуемые бетонные образцы размером 4x4x16 см устанавливали вертикально в 5^-ный раствор сульфата натрия на глубину б см, верхнюю часть образцов обдували воздухом о температурой 40°С.

Коррозионные испытания и определение коеффициеита капиллярного всасывания проводили в условиях капиллярного всасывания раствора оульфата натрия концентрации 34000 мг/л по иону S()<,". При выборе агрессивного раствора руководствовались тем, что такая среда:

- достаточно характерна для природ«« грунтовых вод;

/

- по СНиП 2.03.II-85 является сильноагрессивной даже для бетонов на ССПЦ;

- позволяет проводить ускоренные испытания и сопоставлять экспериментальные данные с результатами других авторов.

При проведении экспериментальных исследований в работе были использованы метода математического планирования эксперимента.

В третьей главе приведены результаты исследований физико-механических характеристик бетонных смесей и бетонов.

Влияние ПФЦ на бетонные смеси весьма значительно: при удобо-укладаваемости, соответствующей O.K.- 2-4 см для всех бетонных смесей, водопотребность понизилась на 24-40 %, воздухововлеченио увеличилось в 2,6-3,5 раз.

Важнейшим требованием для бетона, применяемого в условиях капиллярного всасывания и испарения рабтворов солей, является низкая прошгааемость. Испытания исследуеюх бетонов на водопогло-щение и водонепроницаемость показали положительное влияние на оти свойства введения добавок. Суперпластнфикатор С-3 п гидрофобиза-тор ПШ-94 погасили марку по водонепроницаемости бетона до W 8, а прш?квнив ГЕН привяло к пошшшию марки по водонепроницаемости до W 12. Величина снижения водопоглощрнкл бетонов различных составов за счет введения добавок составила 20-58 % по сравнению с бетонами, приготовленными без добавок (табл. I).

Результату определения прочности свидетельствуют о повдшонин прочности при сжатии на 43-83 %, прочности npi изгибо на 53-83 % в результате прсшеивгаш ГОН. При отом значительно сгашаются величины общей и сквозной пористости - соответственно на 25-50 % и 42-72 %.

Таким образом, для коррозионных испытаний подобрали бетоны, характеристики которых варьируются в широком диапазоне значений как с точки зрения вещественного состава, так и физико-иезгамгсес-

Таблица I

Физико-механические характеристики бетонов

* Завод-изготовитель, пп вид и марка цемента Расход кгЛг5 Вид Добавки В/Ц Прочность ,Ша при при сжат, изгибе Пористость,^ Сопр. -прон. общ. сквоз- возд9 ная с/см Марка Водо-по погло-,водо- шение, непр. %

I. Теплоозерский ССЩ М400 360 - 0,45 21,4 6,4 16,1 0,24 4,5 2 4,9

2. Михайловский Щ М500 357 - 0,54 38,0 7,5 12,85 - 19,6 6 5,0

3. 450 - 0,43 43,8 8,9 10,24 - 16,6 10 3,0

4. Ст&ро-Осхольский Щ 11500 350 - 0,6 36,а 6,3 - - 6,5 4 5,5

5. 440 - 0,4 54,0 6£ - - 12,8 8 5,2

6. Себрвховский Щ 1600 267 - " 0,67 27,6 4,6 14,22 0,43 3,7 2 5,7

7. -г- 350 - 0,6 31,0 4,9 14,2 0,39 6,6 4 5,43

8. 450 - 0,41 49,0 6,4 14,6 0,3В 13,2 8 5,0

9. Подольский Щ 11400 353 - 0,6 -21,0 3,2 17,2 0,6 3,5 2 6,6

Ю.Себряковский Щ 1*500 352 С-3 0,3В 42,0 6,5 13,3 0,3В 115,0 8 4,1

И. 357 ГОЖ-94 0,49 47,0 8,7 13,7 0,37 135,0 8 4,4

12. • 270 ГШ 0,52 39,4 7,0 10,4 0,25 10,0 8 4,12

13. 353. 1Ш 0,36 56,1 9,0 юдв 0,2 156,0 12 3,4

14. 456 1Ш 0,31 70,5 9,8 9,8 0,1 330,0 12 2,2

15.Подольский ПЦ 11400 346 1ЭМ 0,45 33,0 4,0 13,7 0,41 6,3 4 4,8

16.Теплоозерский ССЩ 11400 364 •ты 0,42 43,0 7,8 9,5 0,19 13,7 8 3,15

ких показателей, пористости и проницаемости.

Четвертая глава диссертации посвящена разработке метода оценки капиллярной проницаемости бетона для раствора солей.

Сущность метода заключается в определении коэффициента капил-ляр^го всасывания ( Кк .г/см^ае*^), который характеризуется количеством агрессивного раствора, впитанным единицей поверхности бетона (М , г/см^) аа определенный промежуток времени (£,час). Проведенными испытаниями было показано, что раствор сульфата натрия , как правило, проникает в бетон значительно быстрее, чем чистая вода. В связи о етим капилляров проницаемость бетона определяли пра частичном погружении в раствор сульфата натрия. Контрольные иодатания проводили в дистиллированной воде.

С пельп отработки метода пссладойали восемь составов бетона, приготовленных на разшх цементах о разлпвдЕШ содержанием алюминатов. Составы (Ц:П:Щ ■ 1:1,2:2,6; 1:1,5:3,5; 1:2,6:4,8) соответствовали бетонам с маркой по водонепроницаемости соответственно W2.W4.W8.

Бетонные образна резнером 4x4x16 см после 2В суток нормального хранения высушивали до поотоянной масса при теишратурэ 60°С, боковые поверхности их влагоизодпровали специальный герметикой. Приготовленные образцы вертикально устанавливали и виниплаотоше чашки таким образом, чтобы было обеспечено г.спаргиш© только о верхней грани обраапов.

Увеличение массы образцов определяли черэа 5, 15, 30 юн., 1, 3, 8 часов после начала испытаний, о послодус^ио пять суток - два раза в сутки, затем одам раз в сутки. Испытания прекращали, когда прирост маосы образцов за сутки составлял ш' более 0,15 %. Продолжительность испытания составляот 2-7 сугоя. Результаты испытаний представляли графгчаегш как гавмоиаость пвмеиешш каст

образцов от корня квадратного из времени.

Значения коэффициентов капиллярного всасывания определяли для трех параллельных образцов в точке перелома начального прямолинейного участка графика по формуле:

Кас=М/^" (I).

Результаты определения значений К^ для восьми бетонов дада в таблице 2. Графики зависимостей) представлены на рис. I.

Таблица 2

Результат определения коэффициента капиллярного всасывания

м пп Завод-изготовитель, вид и марка цемента кг/м3 Марка по во- Коэффиц Г/с иент кап. вспс., |Лчас<"

доне- прони- паем. в воде в 5^-ом растворе МгЬО,

I. Подольский ПЦ М400 383 2 0,097 0,114

2. Себряковский ПЦ М500 267 2 0,13 0,12

3. 350 4 0,05 0,06

4. 450 8 0,03 0,04

5. Старо-Оскольский ПЦ Ы500 350 4 0,032 0,067

6. 440 8 о,оаз 0,038

7, Михайловский ПЦ М500 357 6 ' 0,021 ■ 0,035

8. 450 10 0,007 0,017

Параллельно проводили исследования коррозионной стойкости 9 "камере искусственного климата" по изменению относительных зна-чечий прочности при вжатии и на растяжение при изгибе, динамического модуля упругости, деформациям расширения. При сопоставлении

интенсивности протекания коррозионных процессов, происходящих в «

бетонах, с полученными вначениямя коэффициентов капиллярного всасывания установлено, что бетона, у которых происходит разрушение после двух месяцев испытания, имеют К,^0,07 г/см?час1/'2, у образцов, выдержавших испытания 6-7 месяцев 0,07}И1С> 0,02 г/см^час1^

а) * <5 ^

\0 ОЛ о

V/?

V 3.4 5,4 ■*,<>

в)

М,г/£й1 45

и» од о

*

5.4 5,4 Ю

М|Дмг

<0 О

ш

^ V 5,4 1°

М, г/си1 <6

о

V)

1

4.? ^ 6,4 7,0

б)

V 45

-5-

V ДЧ ',0

Н.г/си* <5

40 0,5

О

У«

2 Ч*

V»

М.*/е*г

<5

<0

>1

1

(7 г.ч 5,ч V

г)

М.г/см*

<0 0,5 О

V £

I

I—I ГО

Ч* эл

Рис. I. Кинетика капиллярного всасывания вода и сульфатного раствора бетонными образцами на различных портландцементах: а)Михайловского завода М 500: б)Старо-0скольского завода М 500;' в)Себряховского завода Ы 500; г)Подольского завода М 400

Обозначена©: I - в растворе сульфата натрия конпентр.34000 иг/л по ионуЗД, ; 2 - в воде.

а у бетонов, выдержавших более длительные испытания ^¿50,02 г/см?ч Предложено оценивать бетоны соответственно, как бетоны с высокой, умеренной и низкой капиллярной проницаемостью.

Пятая глава включает разработку оптимального состава ПФМ и сравнительную оиенку коррозионной стойкости бетона с ПФМ при разном соотношении его компонентов: суперпластификатора С-3, гвдрофобизатора - нейтральные липиды (НЛ), воздухововлекающей добавки - алкилсульфат натрия (АС).

Полифункпиональный комплексный модификатор бетона разрабатывался с учетом задач исследований и имещихся литературных данных: его состав и оптимальный расход должен обеспечивать плотную, непроницаемую для растворов солей структуру бетона за счет сокращения количества вода затворения, создания большого количества мелких замкнутех пор в сочетании с гидрофобизацией их внутренней поверхности.

При выборе веществ, используемых в качестве составляющих комплекса, учитывалась их активность, характеризующаяся количеством вещества по отношению к массе цемента, дающим максимальный технический эффект; чувствительность дозировки - её допустимое количество без существенного изменения эффективности; а также неди-фииитность, нетокскчность, стабильность при хранении и совместимость с возможными компонентами комплекса.

Задачу выбора оптимальных дозировок компонентов ПФМ решали на основе математического моделирования. С этой целью была выбрана трехфаяторная, трехуровневая матрица планирования эксперимента.

Основными показателями при оценке деструктивных изменений в-бзтеие бит пракята значения предела прочности яа сжатие, растяжение» пря изгибе, динамического модуля упругости и коэффициента капиллярного всасывания.

Полученные уравнения регрессии показали независимость прочности на растяжение при изгибе от используемых добавок и линейную lUiBticHvocTb модуля упругости от количества вводимого С-3. Остальные уравнения в стандартизированном масштабе имеют вид: Ik =76,46 + 13,54Х1+2,53Х2-4,6Х3-9,53X^-4,7X^-3 ,18Х|~1 ,47Х§ (2); К6С= 2,27Xr0,97X3+0,33X^+1,03Х|+0,4ВХ| (3), где Xj, Xg, Xg - кодированный вид исследуешх добавок: соответственно С-3, НЛ и АС.

Па рис. 2 представлены графики, отображающие влияние какого из компонентов ПФМ на прочность при сжатии и коэффициент капиллярного всасывания: введение С-3 более 0,6 % и HJI более 0,3 % от массы цемента сопровождалось увеличением прочности, но снижением проницаемости бетона; введение АС привело к систематическому уменьшению прочности, поэтому её количество должно быть минимально; С-3 и АС систематически понижают коэффициент капиллярного всасывания, тогда как HJI понижает капиллярную проницаемость при введении его до 0,02 % от массы гемента.

Таким образом, математический анализ результатов эксперимента, проведенный с учетом максимальной прочности и минимального ковф-фиинента капиллярного всасывания показал, что оптимальным составом ПФМ является: С~3*0,6$ + НЛ«0,02$ + АС-0,05?6 от массы цемента.

Для коррозионных испытаний были приготовлен равноподвижже бетонные смеси (O.K.« 2 ем) о соотношением компонентов 1Ш, соответствующим матрице плана. . . ' ' ^

Исследования сравнительной коррозионной стойкости бетонных > . оПряпоов в "камере искусственного климата" показали, что стойкость обрявпов с применением трехкомпонентного модификатора в 4 рааа вы-да, <w* у бетонов, приготовленных боа добавки, и в 1,6 рааа выше, w* у бетонов о добавкой в составе: АС НЛ.

а)

Rcx.Mfla 15

75 65 55 45 Ъ5

0,4

№

0,05

0,J СП

аоч г

ftiß

б)

Ku'lO't г/с*Час,/г

V 5,5

3t5 г.,5 15

\ у

-ч

rt

0,02

0,03

qi сп

а мг

0,1»

tewppwo кснпоншоъ Ъояша ттеть Ш,%

в)

75" 65 SS kB 35

Kec'W*, г/си* час4/г

йамташ

Rtx(i) II Ны(Ч):}(СЦ--0,Ii-, М,0г-,Ь:0)-, Raup) Н Нес(5)^(СПЩ) Г-о,ог; b*o,05h Rex (ь) и Ки(С)*/(СЛЩ; Г *0,й2; ß-Ql)

Рио. 2. Влияниэ кошонрнтов IBM: суперплостифипатора С-3 (СП), гадрофобпзатора нейтральные липиды (Г), воздухововлеквю-щей добопгп! гш пил сульфат натрия (В) на а) прочность при сяатии; б) папнлляргуи проницаемость бетона; в)прочность при сжатии и капиллярную проницаемость бетона при оптимальном содрржании гидрофобизэтора, равном 0,02 % от расхода пямента.

Предпосылкой высокой стойкости бетонов в условиях капиллярного всасывания и испарения растворов солей является их низкая капиллярная проницаемость (К^г 0,02 г/см^час^^).

Шестая глава содержит анализ результатов исследо-ианий бетонов с ПФМ, приготовленных на разных портландцементах о разным расходом вяжущего, а также бетонов с традиционными добавками , проводимых в "камере искусственного климата", и анализ определения коэффициента капиллярного всасывания для тех же бетонов.

0 повышенной стойкости бетонов с Г®М по сравнению со стойкостью бетонов с добавками С-3 и ГКЖ-94 свидетельствуют следующие результата коррозионных испытаний: после шести месяцев бетонные образцы с С-3 потеряли прочность на растяжение при изгибе на 45%, с ГКЖ-94 - на 87 %, с 1№М .- на 25 %\ при этом потеря прочности при сжатии образцов с С-3, ШЖ-94 и ПФМ соответственно составила ; 55, 83 и 17 %\ падение динамического модуля соответственно равнялось 60, 92 и 10 %. Рост деформаций расширения после шести месяцев испытания в "камере искусственного климата" у образцов с С-3 составил 0,5 %, с ГКЖ-94 - 0,8 %. Образцы с ПФМ показали после 12 месяцев испытания увеличение деформаций расширения лишь на 0,012 %. При зтом у них не наблюдалось изменения массы, глубина коррозионного поражения оказалась в два раза меньше, чем после 6 месяцев испытания образцов с С-3 и в 4,3 раза меньше, чем у образцов с ГКЖ-94.

Капиллярная проницаемость бетонов е ПФМ характеризуется самым низким коэффициентом капиллярного всасмвания, равным 0,01 г/см§чвс^^. Согласно принятой методике бетоны о добавками С-3 и ГКЖ-94 могут быть отнесены к бетонам оо средней капиллярной проницаемостью.

Коррозионные испытания бетонов, приготовленных с ПФМ на высо-

коалюминатном Подольском портландцементе, показали увеличение срока службы в I,5 раза по сравнению с бездобавочным бетоном зп счет снижения капиллярной проницаемости. Однако, применение пфм недостаточно для получения бетона высокой стойкости. При воздействии раствора сульфата натрия применение сульфатостойкого портландцемента остается обязательным условием.

Сравнивая содержание сульфат-ионов в бетонных образцах, приготовленных без добавок и с ГШ, необходимо отметить, что в бетоне с добавкой сульфата накапливаются медленнее. При этом уменьшается высота капиллярного поднятия жидкости. Критическое содержание сульфатов, при котором происходит потеря прочности при сжатии и растяжении при изгибе, в 2 раза меньше содержания сульфат-ионов у бездобавочного бетона, что можно объяснить пониженной пористостью бетона.

Испытания бетонных образцов при варьировании расхода портландцемента в интервале 270 - 450 кг/мэ показали, что введение ПФМ позволяет уменьшить В/Ц н способствует понижен™ капиллярной проницаемости, увеличению коррозионной стойкости бетона. Наиболее высокая стойкость установлена у бетонов, обладающих низкими значениями коэффициента капиллярюго всасывания, который составил 0,01 - 0,02 г/см2.чес1/'2.

Образцы с расходом цемента 270 нг/мэ разрушились после десяти месяцев испытания в "кемаря искусственного климата" ; образш с расходом 350 и 450 кг/ы3 выдержали коррозионные испытания в течение одного года. При отом у бетонных образцов с минимальным расходом патента и с ПФМ в комонт разрушения динамический модуль упругости понизился на 30 %, относительные деформации расширения составили 0,4 %, а глубина разрувения" 5 им. У образцов с расходом цемента 350 «г/и3 и с ГШ модуль упругости понизился на 27 %, потеря прочности при сжатии составила 2 %, прочности при растя-

жении при-изгибе - 90 %, относительные деформации расширения равнялись 0,012 %, глубина разрушения .- 2,5 мм. У бетонных образцов с расходом цемента 450 кг/м3 и с ПФМ после года испытания потеря прочности при сжатии и растяжении при изгибе не превысила 20 %, модуль упругости увеличился на 23 %, масса образцов увеличилась на 0,19 %, деформации расширения возрасли на 0,012 %, глубина разрушения оказалась минимальной и составила I,7 мм.

Результата коррозионных испытаний свидетельствуют о том, что с введением ИМ срок службы бетонов с расходом цемента 270 кг/м3 увеличился в 5 раз, с расходом цемента 350 кг/м3 в 4 раза, разрушения бетонов с расходом вяжущего 450 кг/м3 достигнуто не было.

Проведены испытания в "камере искусственного климата" при частичном погружении в суглинок и песок, насыщенные 5%-ным раствором сульфата натрия. Испытанию подвергали бетонные призш размерами 4x4x16 см и 10x10x40 см.

Показано, что если агрессивный раствор находится в песчанном или глинистом грунте, скорость коррозии снижается соответственно в 1,6 и 3 раза по сравнению с случаем, когда агрессивная среда представлена исключительно сульфатным раствором.

С увеличением сечения бетонных образцов с 4 до 10 см увеличилась длительность испытания до разрушения как в растворе, так и в грунте в условиях капиллярного всасывания и испарения в I,2 - I,6 рааа.

Исследования характера и скорости коррозионных разрушений позволили выявить особенности образования и развития вон разрушен : иия у бетонов различных составов. Определяющее влияние на вид коррозионного разрушения в. указанных условиях--сказывает минералогический состав цемента. Установлено, что накопление сульфатов в надводной части образцов происходит интенсивнее, чем в подводной. Так в надводной части образцов без добавок на среднеалюми-

натном портландцементе содержание сульфатов оказалось на 27 % больше, чем в подводной и на 8,5 % больше у образцов с ПФМ.

Добавки ПФМ, С-3, ПОН-94 существенно замедлили развитие коррозии кристаллизации, а также локализовали места её проявления. Вместо округлой верхней части корродированные образцы имели четко Еыряженную "шейку".

При объяснении механизма коррозии приходится учитывать два противоположно действующих фактора. Малый объем пор предопределяет их заполнение при накоплении меньшего количества солей. Однако, уменывение пористости сильно снижает скорость переноса солей э бетоне и, таким образом, замедляет процесс разрушения. Судя по полученным экспериментальным данным, введение ИМ позволяет уменьшить общую пористость на 50-70 %, тогда как проницаемость бетона утдгньшается на один порядок величин и более. Фактор снижения проницаемости, как показывают результата испытаний, оказывает решающее влияние на изменение стойкости бетона.

Полученные результата позволяют сделать вывод, что приготов-ленше с пртеененирм ПФМ бетоны, характеризуемо маркой по водонепроницаемости 12 и коэффициентом капиллярного всасывания 0,01 г/см^.час^^ обладают высокой стойкостью к коррозии кристал-лизеини.

В содьной главе проведено сопоставление основных техшгао-эконсиичоских показателей при производстве цокольных и фундакзнтаих блоков марки ФБС 12.4.6, изготовленных с применением ПГМ и традапюшшх нокольшх и фундемэнтшх блоков с пригоняемой в настоящей время обмазочной изоляцией битумом. В качество кр1терия экономичосиой эффективности были приняты приведенные затрата па од1П! кводрапкИ мэтр поверхности фундя^енпплс блоков. Росчета показали, что эффективность от внедрения добавки при изго-

товлении фундаментных блоков составляет 0,83 руб/кв.м в ценах 1991

года.

обще вывода

На основе проведенных исследований могут быть сделаны следующие выводы:

1. Шполнены исследования и разработаны бетоны повышенной стойкости в условиях капиллярного всасывания сульфатных растворов и испарения.

2. Подтверждена гипотеза о решающем влиянии капиллярной проницаемости и реакционной способности бетона по отношению к сульфатному раствору на коррозионную стойкость бетона в условиях капиллярного всасывания растворов солей и испарения.

3. Разработана методика оценки капиллярной проницаемости бетонов для растворов солей. •

4. Предложено характеризовать проницаемость бетона, подвергающегося воздействию растворов солей при наличии испаряющей поверхности величиной капиллярного всасывания.

. 5. С применением метода математического планирования эксперимента разработаны и оптимизированы составы 1ВМ. За счет приме- ..' нения ПФМ получены бетоны, обладающие низкой пористостью, малой капиллярной проницаемостью 0,02 г/см^.час^^), повышенной на 50-80 % прочностью на изгиб по сравнению с бетонами без добавок. Марка по водонепроницаемости достигает У 8 -4/12. Бетоны . с ГОД обладают коррозионной стойкостью в 2-4 раза превышающей коррозионную стойкость бетонов с индивидуальными добавками С^З и Па-94.

6. Сравнительными коррозионными испытаниями показано, что стойкость бетона повышается с увеличением расхода цемента при соответствующей снижении В/Ц; при атом условием получения бетонов

высокой стойкости является низкая капиллярная проницаемость и использование сульфатостойких портландцемеитов.

7. ЕЬявлены некоторые особенности процесса коррозии бетона в условиях капиллярного всасывания растворов солей и испарения:

- сопоставлением скорости сульфатной коррозии (образование гипса и сульфоалюминатов) и коррозии кристаллизации (кристаллизация солей при испарении растворов) показано, что в бетонах на вы-сокоалюминатных портландцементах преобладает разрушение от сульфатной коррозии, а в бетонах на низко- и среднеалюминатных цементах - от коррозии кристаллизации, скорость которой в свою очередь зависит от капиллярной проницаемости;

- бетоны с ,ПФМ разрушаются при меньшем содержании сульфатов, однако, накопление их критического содержания происходит в более поздние сроки, чем в бетонах без ГШ;

- с "введением ПФМ высота капиллярного подъема сульфатного раствора уменьшается, и, соответственно, разрушение бетона происходит на меньшей высоте от урхзвня агрессивного раствора.

8. Показано, что при капиллярном всасывании растворов из грунта повреждение бетона происходит значительно медленнее, чем при поглощении непосредственно из раствора: в суглинке, насыщенном {»створом сульфата натрия, разрушение в 2 раза медленнее, чем в песке, насыщенном тем же раствором, и в 3 раза медленнее, чем

в растворе сульфата натрия.

9. Опытное применение бетона с ГШ осуществлено на полигоне ПЖ-4 треста "Ташкентводстрой" при производстве фундаментных и цокольных блоков. Применение ГШ позволило повысить прочность и увеличить марку по водонепроницаемости с IV 4 до V/ 8. Экономический эффект за счет отказа от вторичной защити составил 0,83 руб/м3 бетона (в ионах 1991 г.).

Основные положения работы содержатся в следующих публикациях:

1. Розенталь Н.К., Измайлова Е.В. Влияние модификаций цемент-но-песчанного раствора добавками на коэффициент капиллярного всасывания// Физико-химические проблемы материаловедения и новые технологии/ Технология бетона и железобетона. - Белгород, 1991. -C.G6-67.

2. Розенталь Н.К., Измайлова Е.В. Методика ускоренных испытаний бетона в условиях капиллярного всасывания и испарения раст- i воров солей// Библиогр. указатель депонированных рукописей/ВНИИНТПИ.! - М., 1993. - Вып.I.- C.I0-I8.

3. Розенталь Н.К., Измайлова Е.В. Бетоны, стойкие в условиях коррозии кристаллизации// Библиогр.указатель депонированных рукописей/ ВНИИНТПИ.- М., 1993. - Ekm. I. - C.I8-22.

4. Измайлова Е.В. Кинетика коррозии бетона при действии раствора сульфата натрия при наличии испаряющей поверхности// Расчет, конструирование и технология изготовления бетонных и железобетонных изделий. - Находится в печати.

5. Заявка на авт. свидетельство об изобретении № 920152/33 "Комплексная добавка для бетонной смеси". Приоритет от 29.12.92 г.