автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Сульфатостойкость бетонов в связи с их структурой

ВВВДЕНИЕ.

ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕШ СУЛЬМТОСТОЙКОСТИ БЕТОНОВ И ЗАДАЧИ РАБОШ.

1.1. Теоретические представления о сульфатной коррозии бетона.

1.2. Современные представления о связи сульфато-стоикости бетонов со структурными и технологическими факторами.

1.3. Задачи работы.

ГЛАВА II. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ИСПЫТАНИЙ.

2.1. Характеристика материалов.

2.2. Математическое планирование эксперимента.

2.3. Определение водопотребности заполнителей.

2.4. Методика подбора составов бетонов с заданными структурными характеристиками.

2.5. Методика изготовления и испытания бетонных образцо

§ . V

ГЛАВА Ш. ОТЬМТОСТОЙКОСТЬ БЕТОНОВ В СВЯЗИ С ИХ СТРУКТУРНЫМИ ХАРАКТЕРИСТ ИКАМИ.

3.1. Влияние объемной концентрации цементного камня и его В/Ц на сульфатостойкость бетонов.

3.2. Зависимость сульфоморозостойкости бетонов от характеристик их структуры.

ГЛАВА 1У. ИССЛЕДОВАНИЕ СУЛЬМТОСТОЙКОСТИ БЕТОНОВ ■ • • . МАТЕМАТЖО-СТАТИСТШЕСКИМИ МЕТОДАМИ.

4.1. Отсеивающий эксперимент. по выявлению степени . влияния отдельных Факторов на сульфатостойкость бетонов. .".„

4.2. Разработка четырехйакторной модели сульфато-стошсости бетона. Г.

ГЛАВА У. СУЛЬФАТОСТОЙКОСТЬ БЕТОНОВ ■ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ИХ .МАКРО- И 1ЖР0СТЕУКТУШ.

5.1. Методы дифференциации пористости с точки зрения коррозионной стойкости бетонов.

5.2. Влияние характеристик макроструктуры бетонов на их пористость.

5.3. Структурный параметр сульфатостойкости бетонов.

ГЛАВА У1. НАЗНАЧЕНИЕ СОСТАВОВ БЕТОНОВ С ЗАДАННЫМИ ПРОЧНОСТЬЮ,ВОДОНЕПРОНИЦАЕМОСТЬЮ И СУЛЬ-. ФАТОСТОЙКОСТЬЮ.

6.1. Зависимость прочности бетонов и их водонепроницаемости от структурных характеристик.

6.2. Оптимизация составов бетонов на различных заполнителях с заданной сульфатостойкостью.

6.3. Оценка экономической эффективности преложен- . ного способа назначеншГсоставов бетонов с заданной сульфатостойкостью.

ОСНОВНЫЕ вывода.

Основные направления экономического и социального развития СССР на 1980-1985 г.г. и на период до 1990 года" [ I] , принятые ХХУ1 съездом КПСС, выдвигают перед строителями в качестве важ -нейшей задачу повышения долговечности изделий и конструкций из бетона и железобетона.

Установлено, что разрушающему воздействию атмосферных и производственных агрессивных сред подвергается от 15 до 75$ строительных конструкций. Общая площадь поверхности строительных конструкций, подвергаемых такому воздействию, составляет около I млрд.I«?, из которых более 500 млн.в/? приходятся на железобетонные конструкции Г2,33 . Особенно интенсивно коррозионные процессы протекают в зданиях металлургических, химических, пищевых предприятий, а также в транспортных, гидротехнических, ме -лиоративных сооружениях. По опубликованным данным ущерб от коррозии в народном хозяйстве СССР в 1979 году составил около 15 млрд. руб. ( 4,1$ от национального дохода ). Поэтому проблема повышения коррозионной стойкости строительных материалов является одной из важнейших и имеет огромное народохозяйственное значение.

Значительная часть применяемых в строительстве материалов подвергается сульфатной коррозии. Она возникает в результате воздействия на конструкцию грунтовых вод, содержащих сульфаты. Развивается сульфатная коррозия и в некоторых промышленных агрессивных средах, например, средах, создаваемых коксохимическими производствами, переработкой калийных руд, производством серной кислоты и ряда минеральных удобрений [4,5] .

Распространенность сульфатных агрессивных сред обусловила большой объем исследований этого вида коррозии как в нашей стране, так и за рубежом.

Хорошо изучены условия возникновения и развития сульфатной коррозии, которую, по классификации В.М.Москвина, принято относить к коррозионным процессам Ш вида. Можно считать досконально исследованым вопрос о влиянии вида цемента на развитие сульфатной коррозии бетона. ем не менее до настоящего времени строительные лаборатории не располагают оперативными методами подбора состава сульшато -стойких бетонов. Не существует доступных методов учета степени агрессивного воздействия сульфатной среды при проект1фовании железобетонных конструкций.

Существует мнение, что применение сульфатостойкого порт -ландцемента еще не гарантирует получение бетона с высокой суль-фатостойкостью [6Л . Сульфатостойкость бетона определяется его составом, структурой, строением.

Используя определенный опыт изучения ряда свойств бетона: прочности, морозостойкости, водонепроницаемости в зависимости от величин структурных характеристик (объема цементного камня и его В/Ц), целесообразно провести обстоятельные исследования сульфатостойкости бетонов от этих факторов [ 7,8,9,10] .

Изучение влияния характеристик макро- и микроструктуры бетонов на их сульфатостойкость дает возможность разработать но -вые эффективные методы назначения составов сульфатостойких бе -тонов.

Целью настоящей работы является комплексное исследование сульфатостойкости бетонов в связи с характеристиками их струк -туры и разработка способа назначения составов сульфатостойких бетонов, эффективных в производственных условиях.

Автором выносится на защиту:

- анализ современных представлений о причинах сульфатной коррозии бетонов ;

- анализ зависимостей сульфатостойкости бетонов на различных заполнителях от характеристик их структуры ;

- многофакторная модель сульфатостойкости бетонов, описывающая связь этого свойства со структурными и технологическими параметрами ;

- параметр сульфатостойкости бетонов, оценивающий совместное влияние характеристик макро- и микроструктуры на это свой -ство ;

- методика назначения составов бетонов с заданными струк -турой и сульфатостойкостью.

основные вывода

1. Обоснована необходимость разработки способа назначения оптимальных составов бетонов с заданной сульфатостойкостью, эффективного в производственных условиях. Показано, что разработка такого способа возможна на основе зависимостей сульфато-стойкости бетонов от характеристик макро- и микроструктуры бетона.

2. Выявлен различный характер зависимостей коэффициента стойкости (определенного по методике В.В.Кинда) и сульфатостой-кости в циклах (определенной по методике Б.Г.Скрамтаева) от объема цементного камня ( С ) при неизменном его В/Д. Зависимость коэффициента стойкости от С носит характер гиперболической функции. Зависимость же сульфатостойкости в циклах от объема цементного камня С описывается параболой с экстремумом при с=0,6. Появление экстремума в связи "сульфатостойкость - объем цементного камня" можно объяснить с позиций известных теорий трещиностойкости бетонов.

3. Сопоставлены коэффициенты сульфатостойкости бетонов на различных заполнителях при равенстве в них количества и качества цементного камня. Выявлено, что сульфатостойкость керамзито-бетонов выше сульфатостойкости карбонатных бетонов, которые, в свою очередь, превосходят по сульфатостойкости бетоны на гранитном щебне. Объясняются такие отличия в стойкости бетонов спецификой процессов структурообразования в зоне контакта между цементным камнем и заполнителем;

4. По математическим моделям оценена степень влияния отдельных структурных факторов на сульфатостойкость бетона. Показано, что применение сульфатостойких цементов еще не гарантирует получения сульфатостойких бетонов, поскольку на это свой -ство характеристика макроструктуры - объем цементного камня С ) оказывает в некоторых случаях не меньшее влияние, чем содержание СдА в клинкере портландцемента. Обоснована возможность непременного учета фактора С при назначении составов сульфато-стойких бетонов.

5. Предложены методики, дающие возможность оценить влияние вида цемента и заполнителя на сульфатостойкость бетонов при равенстве в них основных характеристик структуры. Коэффициенты сульфатостойкости цементов и заполнителей, определяемые по этим методикам и впервые вводимые в практику проектирования составов бетонов, представляют собой интегральные характеристики качества компонентов бетона.

6. Проведен отсеивающий эксперимент по сопоставлению влияния на сульфатостойкость бетона основных структурных и технологических факторов. Выявлено, что решающее влияние на это свойство оказывают структурные факторы: объем цементного камня и его В/Ц; коэффициенты сульфатостойкости цементов и заполнителей; Технологические факторы (параметры уплотнения и тепловой обработки) при их варьировании в пределах, допускаемых технологическими нормами, оказывают на сульфатостойкость значительно меньшее влияние, чем структурные факторы.

7; Построена многофакторная математическая модель сульфатостойкости бетонов, описывающая связь этого свойства с характеристиками структуры бетонов; Модель позволяет оценивать сульфатостойкость еще на стадии проектирования составов бетонов, что существенно уточняет и упрощает эти способы проектирования.

8. Исследовано совместное влияние характеристик макро- и микроструктуры бетонов на их сульфатостойкость. Выяснилось, что предопределяют это свойство как объем пор, фильтрующих сульфат-ионы, так и характеристика макроструктуры - объем цементного камня. Установлен структурный параметр, описывающий связь сульфатостойкости бетонов с этими факторами. Его рекомендуется использовать при назначении составов сульфатостойких бетонов, а также для ускоренной оценки их сульфатостойкости.

9. Разработан способ назначения оптимальных составов бетонов с заданными сульфатостойкостью и структурой. Согласно способу, оптимальные параметры структуры, а по ним и расходы материалов находятся в результате решения систем уравнений, включающих в себя многофакторные модели сульфатостойкости и других свойств бетонов. Изолинии свойств, построенные по математическим моделям и сведенные в номограммы свойств, позволяют определять оптимальные составы бетонов графическим способом, удобным в производственных условиях'?

1. З^Муштаков М.И., Трофимов Б.Я. Коррозия бетона и железобетона.-Челябинск, 1981, с.103.

2. Состав, структура и свойство цементных бетонов./Под ред. проф.Г. И.Горчакова. -М.: Стройиздат,1976. -180с.

3. Акимов А.В.,Исследование морозостойкости бетонов в зависимости от их структурных характеристик:Автореф.дис165канд.техн.наук, 1972.-16с;

4. Акимов А.В. ,Рубличан А.Г. Водонепроницаемость бетонов на местных материалах.-Кишинев. :Штиинца,1982.-122с

5. Минас А.И. Защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии.-Ростов-на-Длну,1979,-81с.

6. Иванов Ф.М. Защита железобетонных транспортных сооружений от коррозии.-М. .'Транспорт,1968.-230с.

7. Чехов АЛ. Коррозионная стойкость материалов.-Днепропетровск. :Проминь,1980.-190с.

8. Эйтель В. Физическая химия силикатов.-М. :Наука,19Ь2;-212 с.15; Luc Legraricf, Georges Poirier. L'agresslvlte' deseaax fiature liesParis ,i972.

9. Москвин B.M. Коррозия бетона.-М. :Госстройиздат,1952.-. 340c.

10. Бабушкин В.И.' Физико-химические процессы коррозии бе. тона и железобетона.-М. :Стройиздат,1968.-187с.

11. Шейкин А.Е., Чеховский Ю.В.,Бруссер М.И. Структура и, свойства цементных бетонов.-М. :Стройиздат,1979.г-315с.

12. Бабушкин В.И. .Матвеев Т.М. ,Мчедлов-1Гетросян О.П. Термодинамика сшшкатов.-М. :Стройиздат,1972.-356с.

13. Москвин В.М.,Рояк Г.С. Коррозия бетона под действием щелочей цемента на кремнезем заполнителей.-М. :Госстрой издат,1962.-212с.

14. Бабушкин В.И. ,Зенченко Ю.Н. О причинах сульфатной . коррозии бетона.-В сб. водоснабжение и канализация.

15. Киев. :Будивельник Д967, с.81-84.

16. Минас А.И. Спецкурс. защиты от коррозии.-Вестник выс-. шей школы, 1979, $9,с.51-53.30; Шестоперов C.B. Долговечность бетона.-М. :Автотрансиз-дат,1965.-334с.

17. Шестоперов C.B. Долговечность бетона.-М.:Из-во МАТ и шос.дор.,1960.-345с.32; Шестоперов C.B. Контроль качества бетона.в транспортных сооружениях.-М. Транспорт,1961.-297с.

18. Шестоперов C.B. Контроль качества; бетона.-М. :Строй-. издатД981.-269с.34; Полак А.Ф; Математическая модель коррозии бетона в . кислых средах.-Бетон и железобетон,1978, Ш,с.33-34.

19. Полак А.Ф. Дабибуллин Р.Г.,Яковлев В.В. Обобщеннаяматематическая модель коррозии бетона в,агрессивных. . жидких средах.-Бетон и железобетон, 1981, .№,с.44-45.

20. Коган Л.С.,Рущук Т.М. Цементы для гидротехнического бе-тона.-Труды/Гипроцемент.М,1949,вып.ХЕ, с.50-51.

21. КшщВ.А. Коррозия бетона в гидротехнических сооружениях.-В кн. :Труды конференции по коррозии бетона.-М.:

22. Госстройиздат,1937,с.П1-П2.

23. Кинд В.В. Коррозия цементов и бетона в гидротехнических сооружениях.^. :Госстройиздат,1955.-ЗПс.~

24. Наду М. 0 сульфатостойкости затвердевшего цементного теста.-В кн.:Труды У1 Международного конгресса по химии цемента, Т.2.-М. :Стройиздат, I976,c.II0-III.

25. Шестоперов С.В. »Иванов Ф.М. Повышение сульфатостойкости портландцемента.-Цемент, 1956,№5,с.15-16.41^ Kramer V Blast-furnace stags and stag cement-IVint. Symp.ontfie Cfiemistry of Cement. Proceedings. Washington , 1966 ,v2.tc. 50-52

26. МаЦыоП G. IVInt Sysp. on the С-KemCstry of Cement. Proceedings. U/asfilngton ,l96orV2,c. 71-72.

27. Santar&lly L. Tfie chemical resistance of cements to calcium sulfate.-Oh em icaI Industry.ilUan , Л9А2., vol. 24, слол-лоъ.

28. Сульфатостойкость шлакопортландцементов. Дрыжановская И.А. ,Тальчинецкая Ю.П.,Киряева Э.Е.,Баталина Н.Н., %штаков М.Т. ,Субботкин М.И. »Волкова Л.И.-Бетон и же. лезобетон,ЖЗ,1983,с.10-П.

29. Кузнецова Т.В. Цементы для конструкций повышенной-коррозионной стойкости.-Бетон и железобетон, ШД983,c.IO-II. .

30. Божич Й.В. »Курбатова Н.И, Коррозионная стойкость бетонов на барийсодержащих портландщементах.-В кн. ¡Повышение стойкости бетона и железобетона при воздействии . агрессивных сред.-М, :Стройиздат,1975,с.65-66.

31. Волженский Н.В.,Ферронская A.B.»Михайлова Г.Ф. Сульфа-тостойкость гипсоцементно-пувдолановых и гипсошлаковых вяжущих повышенной црочности.-Строительные материалы, .1965, №10,с.21-23.

32. Рубецкая Т.В. Условия образования сульфоалюмината кальция и влияние хлористых солей на его существование: Автореф.дис.канд. техн.наук.М,1963 .-21с.

33. Минас А.И. Некоторые вопросы моделирования при определении коррозионной стойкости строительных материалови конструкций.-В сб.:Методы исследования стойкости строительных материалов и конструкций.-Минск. :Высшая . школа,1969, с. 50-52.

34. Дюкло Ж. Диффузия в жидкостях.-М,1939.-153с.

35. Zivica V. Tfiß corrosion, of mortars due to the action of M0SO4 solution. ~RI LEU Sympv Praque, 4969, Flriar Re^ P-l-l,

36. Ильчулов П.П. Влияние калийных солей на. бетоны.-Строительная промышленность,1938, Л6,с.32-34,

37. Баташевич A.A. ,Шайторов А.Д. Роль пористых заполнителей в механизме разрушения бетона хлоридами калия инатрия.-Бетон и железобетон,1970, $9,с.15-17.

38. Меркин А.П. Ускоренный метод определения коррозиоустой-чивости бетонов.-В кн.:Труды координационного совещания по гидротехнике.-М,1969,вып^45,с.81-84.

39. Hartla И.; Rausen A Scfiifcsst P. Car6oriatiori of concrete made witft different types of cemettt, PreUmtnary reports of cottoquuom „ behaviour in seHce of concrete structures jn(iC(.M1iAB C E F1,p-C.EB.-R.I.Un.- U.S.S. Ltege.-I975 v.in.

40. Горчаков Г.И; Исследование морозостойкости бетона в связи с расчетными характеристиками его пористости и прочностью: Автореф. дис. докт. техн. наук .МД963.-40с.

41. Стольников В.В. Исследования по гидротехническому бетону.-М.; JL. :Госэнергоиздат,1962. -357с.

42. Стольников В.В. Повышение долговечности гидротехнического бетона. -Изв.ВНИШ? ,1965, т. 56, с .154.

43. Povers Т, browriyard Т. Studies of phisical properties of hardened portlad cement past.-Wru Am. Concrete Inst. ,1947 , N-i , p-27

44. Oopeiaad L.,Hayes I. porosity of -hardened

45. Portland cement paste. -Joum Am. Concrete1.st., February , 4956 , \>.M i

46. Hansen T. Ctructyre of the, hardened portland cement paste. tJourn. 4m. Concrete Inst., Aprut, i970, p.g

47. Ben-yair H. "Hie influence of Pfilsucal Properties on Acee tested beteKo rat uon Teste. RILELti Symp., Prague , 4969, p^l

48. Вознесенский В;А. Статистические решения в технологи- .ческих задачах.-Кишинев. :Картя МолдовеняскэД968.-231с.

49. Вознесенский В.А. Статистические методы планирования эксперимента, в технологических исследованиях.-М. :Ста-тистика,1974 .-192с.

50. Рохваргер А.Е.,Шевяков А.Ю. Математическое планирование научно-технических исследований.-М. :Наука,1975.-140с.

51. Соркин Э.Г. Методика.и опыт оптимизации свойств бетона и бетонных смесей;-М.:Стройиздат,1973.-155с.!

52. Панкратов В.Л. »Осипов А.Д. Шлакопортлащщемент для гидротехнических сооружений в суровых климатических условиях;-Гидротехническое строительство ,1975 , с .23.

53. Скрамтаев Б.Г. Коррозия, бетона и меры борьбы с ней., В кн. :Труды конференции.-М. :Стройиздат,1953.-91с.

54. Добролюбов Г.,Ратинов В.Б.»Розенберг Т.И.Прогнозирование долговечности бетона с добавками.-М.:Стройиздат, 1983.-212с.

55. Ефимов Б.А. Получение цементного бетона заданной морозостойкости с . учетом характеристик строения :Автореф.дис.канд.тенх.наук.М,1976.-22с.

56. Температурные и влажностные деформации бетонов в связи с их характеристиками строения./Горчаков Г.И. »Алимов 1.А.»Воронин В.В;,Ефимов Б.А. Дурбанов Г.Ю.-Строи-тельнтво и архитектура Узбекистана,1975,№9,с.16-18.

57. Морозова Л.В. Исследование способов прогнозирования морозостойкости бетонов с учетом характеристик их строения : Автореф. дис .канд. техн. наук .Днепропетровск,1982. -20с.

58. Hedgyesi У-, Тorocztay G. D et errnlt Ion de la résistance au suE-phate et a t'acide des bëtons sur U terreau. RILEM Symp-,Prague,-Î969,p-tî

59. Шубенкин П.Ф. Некоторые вопросы технологии аэродромно-.го бетона.-Вестник ВИА им.В.В.Куйбышева,1950,Ж>6,с.152;3

60. Vote rita (1. Nouvelles r-е ей ers Ь es sur la oalivite des Jetons Annales de L'Institut Technique,n*5,

61. Структурные характеристики бетонов./Баженов Ю.М., Горчаков Г.И.,Алимов Л.А. »Воронин В.В.-Бетон и железо. бетон ,1972 ,Ю, с .15-17.

62. Получение бетонов заданных свойств./Баженов Ю.М., Горчаков Г.И.» Алимов I.А. »Воронин В.В.-М. :Стройиздат, 1978.-93с.:

63. Зависимость морозостойкости бетонов от их структурыи температурных деформаций,/Горчаков Г.И.,Алимов.I.A.,

64. Воронин В.В.-Бетон и железобетон,I972 ,Ш), с.7-10.

65. Акимов A.B., Вознесенский В.А.»Морозова Л.В. Исследование влияния гранулометрического состава заполнителей на характер пористости бетона и его морозостойкость.-Библиографический указатель ВНИИГИ "Депонированныерукописи,Ж,1982. . .

66. Акимов А.В.,Вознесенский В.А. Дрыжановский И.И. Критерий морозостойкости бетонов.-В сб.:Труды II-ой Всесоюзной, конференции" '^ория и практика ЖК".-Владимир,1982,0.44.

67. Акимов А.В.,Рубличан А.Г.»Шмигальский В.Н. Влияние структурных характеристик на подвижность смеси и водонепроницаемость бетона для гидротехнических конструк-ций.-В кн. :Малоцементные бетоны дня гидротехническихсооружений.-Л. :Энергия,1978, с.61-64.

68. Ноше идеи в планировании эксперимента.Д1од ред.Нали-мова В.В.-М.:Наука,1969.-336с.

69. Львовский Е.Н. Исследование прочностных и деформатив-ных характеристик бетона экспериментально-статистическими методами :Автореф.дис.докт. техн. наук. ЛД971.-40с.

70. Львовский Е.Н. Пассивный и активный эксперимент при исследовании механических, характеристик бетона.-Кишинев.: Картя Молдовеняскэ Д970.-133с.

71. LivovsH E-N. Researeli of wecba micat characte-rities of concrete using computer, statistical methods ond active experiments. -Copenhaacn, Denmark , 4Q7<\ , p. 2в-Ъ2! 1

72. Лыков A.B. Тепло- и массообмен в процессах сушки.-М.; Л.:Госэнергоиздат,195б4-167с^

73. Лыков A.B. Теория сушки.-М. :ГосэнергоиздатД960.-210с; 104; Казанский М-.Ф.-В. кн. -.Проблема тепло- и массопереноса.

74. М.:ЭнергияД970,с.203-205. Ю5.Дерягин Б.В.' Упругие свойства тонких слоев вода.-Физическая химия,1932,т.3,вып.1,с.18. 106;Дерягин Б.В.Дусаков М.М.-М. :Изд-во АН СССР.Серия хи -мия,1936,с.46.

75. Быков В.М.Взаимодействие воды с цементным камнем и бетоном в процессах сорбции, десорбции ж замораживания.-. Л. :Энергия,1968 .-262с.

76. Саввина Ю.А.Взаимосвязь структуры со стойкостью раст-. воров и бетонов в агрессивных средах: Автореф.дис ^докт. . техн.наук.Минск,1970.-56с.

77. International Slmposuum £>цго bititu of Concrete. ProthQ, W1; p.fe J

78. Copetand L.-Homes I. Porosity of -hardened porttancf cement paste.- Oorn. Am.Concrete Inst., February ,4Q56, p-R

79. HansenT Ctructyre ojttte hardened Portland cement paste. 3oum. Am.Concrete Inst April,№40, p.9. .

80. Шейкин А.Е.,Добшиц Л.М. О связи критерия морозостойкости с реальной морозостойкостью бетона.-Бетон и железобетон, 1981,ЖЕ,с.19-20.

81. П7.Брунауэр С ¿Адсорбция газов и паров.-М. :Изд-во иностр. лит.,1948,с.79.

82. П8.Калкин М.М.Изучение физико-химических процессов,протекающих в цементном камне при пропаривании.-Науч.тр./ . ВНИЩемента.М Д959 ,вып.12, с .46-47.

83. Brow h L.Ô.,Pûrsoa С. Llaea г traverse, techuque for measurement ol air in hardened concrete.-dourn. Am. Concrete Inst, \QSO, H2 , p-22.

84. МСеегпЕ R,Wbtbdojf M.t backstrom I

85. Original ¿volution ana ejjects oj air void system c. concrete.-Oourn. Am. Concrete Inst. Л958, , p- so.

86. Чеховский Ю.В.Понижение проницаемости бетонов.-М.: