автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Сохранность стальной арматуры в тяжелых бетонах с использованием пылевидных отходов ферросплавных производств

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАЛ1ЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ, ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКИЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ БЕТОНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА

(НИИЖБ)

На правах рукописи

БАРЫКИН

Павел Иванович

УДК 620.197 : 666.973.2 : 666.982.24

СОХРАННОСТЬ СТАЛЬНОЙ АРМАТУРЫ

В ТЯЖЕЛЫХ БЕТОНАХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЫЛЕВИДНЫХ ОТХОДОВ ФЕРРОСПЛАВНЫХ ПРОИЗВОДСТВ

Специальность: 05.23.05— Строительные материалы и изделия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1992

Работа выполнена в ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательском, проектно-конструкторском и технологическом институте бетона н железобетона (НИИЖ.Б).

Научный руководитель кандидат технических наук В. Ф. Степанова.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Л. П. Орентлихер, кандидат технических наук С. С. Каприелов.

Ведущая организация — ПТО «Стройкомплекс» корпорации «Белстрой».

Защита состоится « т> . # _ 1992 г.

в « ^.Т » часов на заседании специализированного Совета К 033.03.02 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательском, проектно-конструкторском и технологическом институте бетона и железобетона по адресу: 109428, Москва, Ж-428, 2-я Институтская ул., д. 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан « /Р.* . . 1992 г.

Ученый секретарь специализированного Совета, кандидат технических наук

Г. П. Королева

Актуальность работы. Одной из основных задач в области строительства является максимальноз ускоренно ¡темпов научно-технического прогресса при экономии всех видов материальных и топливных ресурсов при широком использования материалов.попутной добыта, вторичного сырья л отходов для производства эффективных строительных материалов. В связи, с этим вопросы использования ультрадисперсных отходов ферросплавных производств - мякрокрем-кезома (Ш приобретает первостепенное значение.

Введение микрокрешезема в бетон взамен части цемента ели песка позволяет решать задачи экономии традиционных строительных материалов, а такке способствует повышении прочности и непроницаемости бетона.

Енегодннй выход МК составляет более 100 тыо. г, при этом под отвалы используются ценные сельскохозяйственные угодья и селитебные территории городов, загрязняются почвы и воздух. Использование микрокрешезема промышленностью строительных материалов позволяет снизить околохяческий ущерб.

Количество Ж, вводимого при изготовления бетона определяется, с одной стороны, прочностью д долговечностью бетона, а с другой - сохранностью арматуры в нем. В связи с этим одной из ваянейших задач при применении Ж является исследование защитных сеойств бетона о добавкой МК по отношений к стальной арматуре.

Целью работы является определение особенностей физико-химического взаимодействия микрокремнезема - отхода производства ферросплавов о продуктам гидратации портландцемента и влияния МК на защитные свойства бетона по отношению к стальной арматуре.

Автор защищает:

- результаты исследования процесса гидратации портландцемента в присутствии Ж и оценки влияния продуктов новообразований

на коррозионное поведение стали;

- комплексную методику ускоренных электрохимических испытаний стали в бетонах с МК;

- оптимальные параметры бетона с Ж (расход МК, соотношение между Ж и цементом) из условия обеспечения сохранности стальной арматуры; ;

- результаты ускоренных и длительных коррозионных испытаний стали в бетоне о МК;

- условия эксплуатации армированных конструкций из бетона

с МК.

Научная новизна работы:

- изучены особенности процесса гидратации портландцемента в присутствии Ж и оценено влияние продуктов новообразований на коррозионное поведение стали;

- доказана возможность получения тяжелого бетона с Ж, обеспечивающего длительную сохранность арматуры в некоторых газовоздушных средах;

- оценено влияние Щ на стойкость против коррозионного растрескивания высокопрочной термичебки упрочненной арматуры 8 бето-

»

нах.

Практическое значение работы:

Определен максимальный допустимый расход МК в бетоне из условия обеспечения длительной сохранности арматуры в нем. Разработанные параметры тяжелого бетона с использованием мякрокремнезе-ма и суперпластификатора С-3, обеспечивающего сохранность стальной арматуры были использованы при составлении Рекомендаций по применению пыли рукавных фильтров (ПРФ) Ермаковского завода ферросплавов при производстве сборных и монолитных конструкций, Рекомендаций по применению отходов производств Кузнецкого завода ферросплавов (ОФП) при производстве сборных железобетонных

конструкций.

Результат работы прошли опытно-экспериментальную проверку в тресте "Павлодарпромстрой" на заводе Ш1 г.Павлодара. Выпущено 21,3 т.м3 тяжелого бетона о добавкой Ж и С-3.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, списка литературы из 105 названий, приложений. Она содержит 100 страниц машинописного текста, 38 таблиц, 33 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Млкрокремнезем, отход производства ферросплавов - это ульт-радисперспый материал ( ~ 20000 см2/г), обладающий высокой гидравлической активностью по связыванию Са(0Н)2 (120 мг/г)•

Введение МК з бетон коренным образом меняет поровую структуру цементного камня, а также снижает его щелочность, что должно изменять пассивирующую способность такого бетона по отношению к стальной арматуре.

Изучению коррозионного состояния стали в бетона о добавкой Щ посвящены исследования ряда советских л зарубежных ученых. В целом все она свидетельствуют о том, что МК, при введении его в бетон, способствует снижению пассивирующего дейотвия последнего по отношению к сталл. Однако анализ литературных данных показывает, что вопросы коррозионного состояния стали в бетоне с добав-' кой Щ изучены недостаточно. Исследователями, как правило, решаются частные вопросы,.что не дает представления о бетоне с МК как о коррозионной среде для арматуры.

_ .....хоящей работе быдя поставлены слодугщло задачи исследования:

- исследование особенностей процесса гидратации портландцемента в присутствии МК и оценка влияния продуктов новообразований на коррозионное поведение стали;

- исследование особенностей коррозионного поведения стали в бетоне с использованием Ж (определение оптимального соотношения между цементом и МК из условия первоначальной и длительной сохранности арматуры. Определение максимального допустимого расхода МК из условия пассивации стали бетоном);

- уточнение методики ускоренных коррозионных испытаний стали в бетоне;

- исследование влияния МК на некоторые характеристики проницаемости бетонов (эффективный коэффициент диффузии углекислого газа, водопоглощение, характеристики пористости);

- определение рациональных областей применения железобетонных конструкций о использованием МК,

Выбор МК для исследований проводили на основа анализа литературных данных, показывающего, что отобранные Ж являются наиболее эффективными и по своим свойствам охватывают весь спектр получаемых в стране МК. йзэико-химические характеристики этих материалов приведены в табл. I.

Для приготовления образцов применялсячпортландцаыент М400

■. \

Воскресенского завода , М400 Подольского опытно-экспериментального завода; щебень фракции 5-20 мм, кварцевый песок с Мкр = 1,78-1,8; арматурная сталь Д-Ш, Вр-1 и Ат-У, суперпластифакатор С-3, ингибитор коррозии стали нитрит натрия (л/а^) .Применение суперпластификатора С-3 было обязательным условием при изготовлении бетона с использованием Ж.

Исследованиями разных авторов показано и нами подтверждено, что бетон с добавкой МК имеет структуру, отличную от поровой структуры обычного бетона и более высокое электросопротивление (достигает 20 кОм). Это обстоятельство потребовало уточнения кри-

Таблица I

Физико-химические характеристика МК

Марка Обоз- Наименование и Содержание, .окислов^ % _ п п п Удель-Сред- Гид- Водо-

Ж наче- маркировка сила- пая ний рав- пот-

ние вов ^ повзр-раз- ли- реб-

МК хность.мер чес- ность,

2/гх)чао- кая -

К20* ак- %

В5КМ ТДВ**

Щ ВД Сой и§0 /-М Щ Щ ность

ыг/г

Ж-85 Нфс фар^осилих^й 90,1 2,0 1,7 2,3 0,8 1,9 0,6 - 1,6 20,2 0,25 102 40 ' (г.Новокузнецк)

Щ-85 Чфс То же, ФС-75, 89,2 0,4 1,7 2,1 1,7 1,4 0,5 - 1,8 24,6 0,3 104 61 ФС-65

(г.Челябинск)

Ж-65 Ефс То же, ЗС-65, 70,1 3,4 2,0 11,4 0,1 0 9 0,4 - 11,7 44,9 0,17 101 137 ФС-45 ' (г.Ермак)

1Ж-45 . Афсх Ферросилико- 66,1 2,2 1,3 0,4 14,6 - - 2,2 2,0 18,5 0,25 103 40 хром ФХ-вОО, (г.Актюбинск)

х^по данным Каприелова С.С., Шейнфальда А.В.

{

териев ускоренной оценки электрохимического состояния стали в бетона с добавкой МК. Нами била предложена комплексная методика ускоренных испытаний стали,' включавшая в себя определение:

- величины стационарного потенциала стали в бетоне о МК;

- анодной поляризуемости стали;

- скорости спада потенциала после снятия наложенного тока;

- электросопротивления бетона о Ж.

Испытания проводились на армированных образцах из бетона о расходом Воскресенского ПЦ М400 210 и 320 кг/м3 и Ж Актюбинского и Ермаковского заводов в количестве от 10 до 50$ от массы цемента, На основании результатов эксперимента были построены кривые статистического распределения величин стационарного потенциала стали в бетоне о Ж в возрасте I и 3 суток (в состоянии пропарочной влажности и в водонасыщенном состоянии); плотности тока при поте» циале +300 мВ; потенциала стали через I и 2 минуты после прекраже ния анодной поляризации. Кривые были построены для двух состояний стали: коррозия имеется и отсутствует. По виду экспериментальных кривых заключили, что закон распределения электрохимических параметров близок к нормальному.

■ В качестве критерия оценки коррозионного соотоянвя стали была выбрана нижняя граница доверительного интервала для каждого среднего из иоследуемых параметров при уровне нначиыооти равном 0,05.

На основании статистической обработки экспериментальных исследований установлено, что сталь находится в активном состояния с вероятностью 0,95 при выполнения всех трех ниже приведенных условий, о вероятностью 0,9 при выполнении любых двух и о вероятностью 0,75 при выполнении одного из трвх условий:

- стационарный потенциал стали в бетоне о Ж будет менее

-350 мВ;

- плотность тока при потенциале +300 мВ будет превышать 6 мкА/см^;

- потенциал стали через I минуту после прекращения анодной поляризации будет менее -50 мВ, через 2 минуты - менее -150 мВ. Полученные критерии оценки' коррозионного состояния стали в бетоне о МК положены в основу дальнейших исследований.

Для выявления зависимости коррозионного оостояния арматуры от расхода Ж и цемента в бетоне нами был проведен двух факторный эксперимент по математическому плану, в котором в качества переменных были шбраны:

Xj - расход МК в бетоне, % от массы цемента;'

Х2 - расход цемента, кг/м3.

Интервалы варьирования представлены в табл.2.

Таблица 2

Код

Значение кода

Значение Аактошв Хт

v2

Основной уровень 0 20 320

Интервал варьирования дхг 10 НО

Верхний уровень + 30 430

Нижний уровень - 10 210

Выходными характеристиками эксперимента являлись: 7-1 - площадь коррозии стали, %; У2 - Рн водной вытяжки из бетона; У3 - стационарный потенциал стали, мВ; У^ - плотность тока при потенциала +300 ыВ, мкА/см2; у^ - потенциал стали через I минуту после прекращения анодной поляризации, ыВ.

В эксперименте были использованы отходы Ермаковского и Новокузнецкого заводов. Содержание £¿0^ в них 70,1 и 90,1$ соответ-

- 8 -

ствэнно, удельная поверхность - 44,9 и 20 м^/г.

На основании результатов эксперимента были получены уравне- . ния регрессии для всех выходных характеристик.

Анализ уравнений для площади коррозионных поранений стали в бетоне с МК Новокузнецкого завода:

Ух = 3,27 + 18,13Х1 + 13Х2 + Ю,ЗЗХ| + 6,83Х| +

и Ермаковокого завода:

= 9,06 + 14,16Х-£ + 13,88Х2 + 9,615Х^ + 1,385х| + 10,75X^2

позволяет сделать следующие выводы:

- наиболее существенным фактором, влияюппм на коррозионное состояние стали в бетоне следует считать Х| (соотношение кезду МК и цементом), следующим по значимости фактором является расход МК по массе - Х2.

- коэффициенты имеют положительный знак, а, следовательно, увеличение соотношения МК/Ц и увеличение абсолютного расхода МК

в бетоне ведет к увеличению площади коррозионных поражений стали. На рис.1 представлена номограмма для определения предельно допуо-тимых расходов МК и соотношений МК/Ц из условия отсутствия коррозии стали. Графики, подученные для стали в бетоне на различных МК близки по виду и положению в осях координат. Можно' отметить следующее: максимальный расход МК (в % от Ц) из условия первоначальной сохранности стали в бетоне зависит от расхода цемента.Так, для бетона о расходом цемента 210 кг/м3 он составляет около 25$.

Для бетона с Ц = 320 кг/мз - 20$, а для бетона с расходом 430 кг/ма и выше - 15% от массы цемента. Это свидетельствует о том, что увеличение абсолютного содержания МК в бетоне при равных соотношениях Ж/Ц приводит к снижению пассивирующей способности бетона по отношению к стальной арматуре. .

Рис. .1, Изолинии S„n__' =0 и области пассивности стали,

Kupp

ограничиваемые этими изолиниями

1 - бетон с использованием МК Новокузнецкого завода;

2 - то же Ермаковского завода

450 130

/ге>#,9 >%в к? //,&

о)

4.$0 4оо

350

520 ¿00

Л/О

гоо

л,л " -I—■

ж ■ * зо/ Мор \ \ \ У х ' 4? язии

р 1 А \ \__ \ \ \ \ \ \

Анализ полиномов для рН норовой жидкости бетона с Ж Новокузнецкого завода: У2 = 11,894 - 0.4Х]; - 0,Ш2 +

+ 0,02Х| - 0,03х| - 0,1X^2 и Ермаковского завода: У2 = 11,886 - 0,39Х1 - 0,09Х2 + + 0,02Х| + 0,02Х| - 0,08X^2

^позволяет констатировать, что бо-I лее существенным фактором, влияю-'ишм на снижение щелочности жидкой фазы бетона, является соотношение Ж/Ц. Знак минус при коэффициентах означает, что увеличение соотношения ЫК/Ц и абсолютного расхода МК в бетоне ведет к снижению рН. На рис.2 показан графический образ поверхностей отклика. Изолиния рН = 11,8 ограничивает область

коррозии стали и по хара-% ктеру близка к изолинии площади

/о го зо коррозии (рио.1). Следовательно

Рис.2.Геометрический образ по- причиной коррозия стали в бетоне

верхности отклика полинома

рН для бетона с испсльзова- о МК можно считать снижение рН ионием. :

а)- МК Новокузнецкого завода «ровой жидкости, обусловленное влия

б)- ж Ермаковского завода. шам гвдравлическоЙ активности МК.

Особенности лроцаооа гидратации минералов цементного клинкера в присутствии Ж, характер и количество продуктов новообразований, поровую структуру исследовали с помощью ме-

тодов рентгене-фазового, дифференциально-термического анализа, оптической микроскопии и метода сорбции - десорбции водяного пара. Эксперименты проводили на образцах из цементного камня с добавкой МК, твердевших в различных условиях (ТВО; ТВ028 сут.н.усл.; 7 сут.н.усл.; 23 сут.н.усл.; 28 сут.н.уол.+15 мес.возд.-сух.усл.).

- Методами РФА я ДТА установлено, что введение МК в цементно-пасченнй раствор существенно изменяет характер кристаллизации гидраишх фаз. При введеши Ж возрастает степень гидратации минералов цементного клинкера и количество низкоосновных гидросиликатов кальция (ГСК). В начальный период твердения (7 сут) связывание Са(0Н)2 опереяает еа выделение при гидратации. Анализ кривых ДТА показал, что если в образцах 28-суточного возраста потери массы близки - то в 7 сут образец о добавкой микрокремнезема имеет значительно превосходящую потерю массы, чем у образца без добавки Ж. Это свидетельствует об ускорении процесса твердения в присутствии Щ в начальный период времени.

При испытании образцов, твердевши 15 месяцев в воздушно-сухих условиях обнаружилось, что в цементном каше о добавкой 20% Ж отсутствует портландпт, в отличие от образцов без добавки, что означает, что и в поздние сроки твердения активность Ж сохраняется.

Нашими исследованиями было подтверждено известное представление об образовании в присутствии активных добавок низкооснонкых ГСК. Введение 20$ Ж в цементно-песчаный раствор влечет за собой увеличение низкоосношых ГСК (по сравнению с образцами боз добавки Ж) и исчезновение свободной Са(0Н)2 во все сроки испытаний.

С помощью метода сорбции-десорбции воды были получены изотермы сорбции-десорбции (при t = 20+0,1°С) пропаренного раствора на Подольском портландцементе без добавки Ж и с добавкой 20 и

30$ МК Новокузнецкого завода. Анализ полученных результатов показал, что введение № в бетон существенно влияет на процесс сорбции-десорбции влаги, т.к. характер обеих ветвей изотермы и характер гиотврезиса резко отличаются от таковых в растворе без МК. В то же время,подобны для образцов о добавкой 20 и 30$ Ж, что свидетельствует о том, что увеличение количества МК не оказывает существенного влияния на характер структуры раствора.

Добавка МК (в количестве 20 а 30$) увеличивает интегральное количество кристаллов С-2-Н приблизительно в 1,4 раза. Увеличение происходит за очет мелких кристаллов, количество вв средних и крупных кристаллов уменьшается. Активная добавка, связывая гидрок-

сид кальция в нерастворимые соединения, снижает его концентрацию • *

в водном растворе в тем .ускоряет гадроляэ содержащихся в клинкере силикатов кальция. Новообразования выделяются преимущественно в субмикрокристалличеоком гвлевидном состоянии. Такая структура характеризуется наличием развитой сетки мельчайшее капилляров. Интегральный объем меэопор при использовании 20 и 30$ Нфс возрастает по сравнению о эталонным составом в 3,5^4 раза. Рост прочности происходит в основном га счет меэопор о диаметром о* 5 до 24 ни. Максимальная сорбционная влажность в образцах о использованием ИК также выше, чем в эталонном составе. Рост сорбцвонвой влажности обусловлен увеличением интегрального количества воды в мезонорах и в кристаллах С-5-Н.

Увеличение количества криоталлов о добавкой МК влечет за собой повышение прочности цементного камня. Другим фактором, влияющим на рост прочности, является повышение плотности упаковки кристаллов по размерам: дола мелких кристаллов а образце без Ж составляет всего 6$. Введение Нфо повышает ее до 26-34$.

Для расширения границ применения МК выше указании пределов были проведены исследования бетонов содержащих 30% МК и 20% Ж. при расходе цемента 320-450 кг/м3, а также ингибитор коррозия стали анодного действия нитрит натрия.

Результаты испытаний показали, что арматурная сталь в бетоне о I® и л'анаходится в пассивном состоянии как сразу после ТВО, так и после 60 циклов попеременного увлажнения я высушивания по специально подобранному режиму (48+48 час). Такно бклл проведены испытания образцов выдержанных в течение 1-2 лет на атмосферном стенде г.Москвы, показавшие, что коррозионные поражения стали отсутствуют. Определение длительности защитного действия ¿/аЛ>2 показало, что не происходит диффузионного выноса ингибитора из бетона, а также его связывания в нерастворимые соли или комплексы, следовательно сталь в бетоне будет длительно надежно защищена от коррозии.

Была проведена оценка влияния бетона с Ж на механические свойства и стойкость против коррозионного растрескивания термически упрочненной стали. Использовалась термически упрочненная арматура класса Ат-У. Изготавливались образцы из бетона с содержанием Нфо - 10, 15, 2($ от массы цемента. Испытания показали, что за время испытаний механические характеристики практически не изменились. В то же время введение микрокремнезема более 10$ от массы цемента снижает стойкость исследованной арматурной стали против коррозионного растрескивания.

Результаты по определению влияния соотношения Ц:МК и расхода Ж на коррозионное состояние стали в бетоне, полученные математи-чеокой обработкой эксперимента, были проверены ускоренны!,и и длительными испытаниями и исследованием лоровой структуры и проницаемости бетона. Были испытаны образцы из бетона 26 составов с рас-

ходом Воскресенского ПЦ от 210 до 430 кг/м3 и МК Ерыаковского, Лктюбинского и Новокузнецкого заводов, расход МК варьировала от 10 до 40$. Били изготовлены образцы с ингибитором коррозии ота-ли //а/о2 в количестве 2 и Образцы испытывали в исходном состоянии (после ТВО), а также после 30 и 60 циклов попеременного увлажнения и высушивания (48+48 час). Электрохимические испытани проводили по комплексной методике.

На основании полученных результатов установлено, что:

- в бетоне всех составов вне зависимости от вида Ж имеется потенциальная опасность коррозии арматуры при увеличении расхода МК более 20$ при расходе цемента более 320 кг/м3, т.к. уже после тепловлажностной обработки наблюдаются коррозионные поражения стали;

- в течение 4-8 месяцев ускоренных испытаний образцов бетона с Ж не более 20$ (при расходе Ц до 320 кг/м3) коррозии арматуры не наблюдалось, а рН жидкой фазы'был выше критического значения 11,8. .

Длительность пассивирующего действия бетона обеспечивается его способностью изолировать арматуру от влияния агрессивных фаг торов окружающей среды. Для прогнозирования длительности защитно го действия бетона о МК предназначенного для эксплуатации в Газе воздушных средах исследовали проницаемость бетона для углекислот

газа. Был проведен также комплекс исследований структуры бетона

*

Ж, включающий определение интегральной и дифференциальной макре пористости бетона с помощью оптической микроскопии; определение структурных характеристик по методу сорбции-десорбции водяного пара; определение равновесной влажности бетона, определение сорс ционной влажности бетона при относительной влажности воздуха от 60 до 95$.

'- 15 -

Результаты испытаний-показали оледувдзе. Замена части песка 105? МК приводит к некоторому уменьшению интегральной пористости по сравнению с. бетоном без добавок. При этом количество макропор размером менее 250 мкм увеличивается до (в контрольном образце 1%). Увеличение содержания Ж в бетоне до 20-30$ приводит к дальнейшему увеличению количества мелких пор (до 90-955?) и уменьшению количества крупных пор. В токе время интегральная пористость бетона при введения 20-30$ Ж несколько увеличивается по сравнению о бетоном контрольного состава и о бетоном, содержании 10$ Ж от массы Ц.

Исследования по методу сорбции-досорбцяз, подробно изложенные выше показали, что введение в состав бетона 20 и 30$ МК влечет за собой увеличение интегральной мезопористоотя по сравнению о бездобавочным бетоном. Увеличение количества пор происходит в основном за счет пор диаметром от 0,005 до 0,024 ыкм, т.е. диффузионно проницаемых пор. Таким образом, введение в состав бетона 20-30$ микрокремнезема несколько уменьшает макропористооть, увеличивает микропористость и способствует уменьшат® размера всех видов пор.

Определение сорбционной влажности бетона о добавкой МК и без нее показало, что с введением МК сорбционная влажнсеть бетона возрастает в 1,5-2 раза и находится в диапазоне от 2 до 8$ при увеличении относительной влажности среда от 60 до 95$, что очевидно связано с разной гигроскопичностью продуктов реакции в бетоне с МК и без него, а также неодинаковым количеством микрошр й цементном камне.

Для определения проницаемости батона дая углекислого газа были изготовлены образцы из бетона, указанных выше составов. В качестве выходной характеристики была принята глубина карбонизации

/ /

С V А

1 г

ММ,

1 ! 1

о

ю

¿0

30

/о

Рис. 3. Зависимость элективного кооК^щиента дкфйузии бетона для С02 от расхода МК :

бетона, определенная по ускоренной методике при хранении образцов в атмосфера о содержанием С02 10$ в течение 7 суток. Анализ данных (рис.3) показал, что добавка МК в количестве 10-15$ от мае сы цемента приводит к уменьшению проницаемости бетона, при этом эффективный коэффициент диффузии для С02 умень шается в 1,5-2 раза, обеспечивая расчетный срок службы

-2-Ш Ермаковского завода, конструкции без трещин до

д-З-Новоку з н ецкого зав ода, х-4-А:{?:обкнского завода.

100 лет при эксплуатации в газовоздушной среде. Введени до 20$ КК приводит к некоторому увеличению эффективного коэффициента диффузии для С02, однако, характеристики проницаемости и срок службы конструкций находятся на одном уровне с характериоти-• коми бездобавочного бетона. Увеличение содержания МК до 30$ влече ув сличение диффузионной проницаемости бетона дня С02 по оравне-нию с эталонным составом, что можно объяснить изменением характера и величины пористости (т.к. В/В благодаря введению СП С-3 сохраняется приблизительно равным).

Параллельно с ускоренны;«! испытаниями стали наш были проверены длительные коррозионные испытания в течение 2 лет в атмосфер них условиях г.Москвы, а также в условиях постоянной относительно елякности воздуха 60 , 75 , 86, <35% в течение x года. Часть образце

' - 17 -

была подвергнута электрохимическим испытаниям.

Анализируя представленные результаты, отметили, что с увели- . чением расхода. Ж равновесная влажность бетона несколько увеличивается (от 0,28 до 0,35 при Ц = 60^; от 0,64 до 0,87 при у>= 75$; от 1,2 до 1,6 при 85$; от 1?6 до 2,1 при ~ 95$).

Электродный потенциал стали при относительной влажности еоз-духа Ч* До 75$ в первый месяц испытаний становится менее электроотрицательным, затем его значение стабилизируется. При относительной влажности воздуха f= 75% л более потенциала-в течение всего отрезка времени испытаний несколько понижается.

Исхода из этих результатов, можно сделать вывод, что наиболее неблагоприятной для арматуры в бетоне с РЖ является относительная влажность воздуха от 75 до 95$.

Анализ результатов длительных испытаний показач, что:

- коррозионные поражения стали в бетоне с МК не наблюдаются, еоля содержание Ж не превышает 20$ от массы цемента;

- при содержании Ж более 20$ наблюдается увеличение площади коррозионных поражений при относительной влажности воздуха ^£.75%.

Сравнение щелочности кидай фазы бетона, прошедшего длительные испытания с исходным рН дает возможность заметить его рост в составах, содержащих до 20$ Ж. Дальнейшее увеличение расхода Ж приводит к снижению рН бетона.

Результаты определения проницаемости бетона с Ж по отношению к углекислому газу согласуются с выводами, полученными в результате ускоренных испытаний. Эффективный коэффициент диффузии СОо в бетоне с Ж показывает, что введение Ж дает возможность получать плотные и особо плотные бетоны по классификация СНиП 2.03.11-85. Период нейтрализации защитного слоя бетона толщиной 20 мм в этих

составах: значительно превышает 75 лет. Таким образом, можно сделать вывод, что результаты длительных испытаний подтверждают зависимости, выведенные в процессе ускоренных испытаний.

Экономическая эффективность применения МК с учетом уменьшения экологического ущерба от загрязнения и отчуждения земельных ресурсов для бетона М400 составляет 7,19 руб/м3.

ОСНОЕШЕ БЫВи^

I. Комплексом ускоренных и длительных коррозионных попытали! показана возможность получения тяжелого бетона о использованием микрокремнезема, обладающего достаточным пассивирующий! действием по отношению к стальной арматуре.

Экспериментально показано, что первичная пассивация стали в бетоне с Ж определяется соотношением шкрокремнезема и цемента и абсолютшм расходом МК. Предложена номограмма определена области пассивности стали в зависимости от расхода цемента и про центного соотношения Ж и цемента.

3..Уточнена комплексная методика ускоренных коррозионных ко пытаний стали в бетоне' по величине стационарного потенциала, ано; ной поляризуемости, скорости спада Потенциала после отключения поляризующего тока и экспериментально определены критерии оценки коррозионной активности стали для данного вида бетона.

4. Методом статистического анализа экспериментальных данных установлено, что сталь в бетоне с использованием шкрокремнезема пассивна с вероятноеаью 0,9 при выполнении любых двух условий из трех.:

- если величина стационарного потенциала на поверхности ста ли более -350 мВ; ■

- плотность тока при потенциале +300 мВ менее 6 мкА/см2;

- потенциал стали через I мин после прекращения анодной поляризации болое -50 мВ, через 2 мин - более -150 мВ.

5. Экспериментально показано л теоретически обосновано, что основной причиной начальной коррозии стал! в батоне с МК является снижение рН жидкой фазы бетона ниже крятичоской величины, вследствие интенсивного взаимодействия гидрата окиси кальция с активным

02 микрокремнезема. Установлено, что оптимальным с точки зрения пассивности стали является введение до 20$ добавки МК в бетон' при расходе цемента не более 320 кг/м®. При увеличении расхода цемента количество вводимого МК не должно превышать.'15$, что связано с увеличением его абсолютной доли в объеме цементного камня.

6. Методами оптической микроскопии,петрографического и рент-геиоструктурного анализа показано, что степень гидратации цементного камня с добавкой МК несколько вше, чем обычного портландцемента. Введение МК в количестве 20$ и более способствует увеличению интегральной микропористости и уменьшению дифференциальной микро- и макропористости.

7. Показано, что длительность защитного действия бетона о добавкой МК, определяемая диффузионной проницаемостью бетона для С02, увеличивается при введении Ж в количестве 10$ от массы цемента, с увеличением добавки МК более 20$ длительность защитного действия бетона снижается, что объясняется увеличением количества диффузионно-проницаемых пор в бетоне.

8. Экспериментально показано, что введение МК в количестве до 20$ от массы цемента позволяет обеспечить надежную пассивность стали в бетоне при толщине защитного слоя 20 мм до 100 лет при эксплуатации конструкций в газовоздушной среде.

9. Установлено, что введение МК более 20$ вызывает интенсивную коррозию стальной арматуры при относительной.влажности окру-

жашей среды 75$ и более, поэтому области применения таких бетонов следует ограничить.

10. Экспериментально показано, что введение ингибитора коррозии стали в состаз бетона с Ж позволяет повысить защитные свойства бетона по отношению к стали и расширить границы'применения Ж до 30% от массы цемента.

11. Специальными исследованиями показано, что увеличение содержания Ж в составе бетона свыше 10$ массы цемента снижает стоЗ кость против коррозионного растрескивания термически упрочненной арматурной стали.

Увеличение дозировки МК и изыскание способов защиты тершчэ! 1Ш упрочнешой арматуры требует проведения специальных доследований.

12. Установлены рациональные области применения железобетон; ных конструкций и бетона с добавкой Ж. Показано, что возможно применение железобетонных конструкций с добавкой до 20$ Ж в неагрессивной и слабоагрессивной газовоздушной среде без специальных мероприятий по защите арматуры.

13. Применение бетона с использованием микрокремнезема позволяет получить экономический эффект 7(187 руб/м3 (в ценах 1991 : за счет экономии цемента и снижения ущерба от загрязнения окружа щей среды.

14. Результаты исследований использованы при составлении рекомендаций по "Применению пыли рукавных фильтров (ПРФ) Ермаков ского завода ферросплавов при производстве сборных и монолитных

железобетонных конструкций", М., 1989. I

"Рекомендаций по применению отходов производств Кузнецкого завода ферросплавов (ОШ) при производстве;сборных железобетонных конструкций", 1990.

- 21 -

Общий объем тяжелого-бетона с Ж, изготовленного с использованием результатов диссертационной работы на К2БИ-2 г.Павло-. . дара составил 21,3 т.м3.

Материалы диссертации доложены на конференции молодых ученых (с международным участием) в области бетона и железобетона, ,1939г. (г.Иваново); на Всесоюзной конференции "Проблемы коррозии и залиты сплавов металлов я конструкций в морской среде",.1991 г. (г.Владивосток).

Основные положения диссертация опубликованы в слэдутих работав:

I. Барыкин Л,И., Дипей O.A. Защитные свойства тяжелых бетонов о добавками отходов предприятий ферросплавного производства по отношению к стальной арматуре // Материалы Всесоюзной (с международным участием) школы-семинара молодых ученых и специалистов в области бетона и железобетона. - Иваново, 1989, - С. 9-10.

2* Барыкин П.И., Царегородцева Е#А. Уточнение критериев ус-коронной оценки коррозионного состояния стали в бетоне с еысоко-• дяспермшма добавка!.® // Материалы ХХП Международной конференции молодых ученых и специалистов в области, бетона и железобетона. -Иркутск, 1990. - С. 12-13.

3. Степанова В.Ф., Липей O.A., Барыкин П.И. Обеспечение коррозионной стойкости стальной арматуры в бетонах с использованием отходов ферросплавных производств // Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Проблемы коррозии и залшты сплавов и конструкций в морокой среде". - Владивосток, ДальНИИС, 1991. - С. 99.