автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Цементные бетоны с эффективными добавками для районов с жарким морским климатом (применительно к условиям Египта)

МОСКОВСКИЙ ОРДЕПА ТРУДОВОГО .КРАСНОГО ЗНАМЕНИ АВТОМОБГИЫЮ-ДОРОЫШЙ ИНСТИТУТ

На празах рукописи

ЭЛЬ САВД АЦЩЬ СЖ1 МААТИ

УДК 625.855.3

ЦЕдЕНТНКЕ БЕТОНЫ С ЭФФЕКТИВНЫ}® ДОБАВКАМИ ДЛЯ РАЙОНОВ С ЖАРКИМ МОРСКИМ КЛИМАТОМ

(применительно к условиям Египта) (05.23.05 - Строительные материалы я изделия)

А-ВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата техкичесхшх наук

Москва, 1993 г.

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени автомобильно-дорожном институте на кафедре "Дорожно-

- кандидат технических наук, доцент Л.А. Федкер.

- Заслуженный деятель науки и техники РСеСР, доктор технических наук, профессор Ф.М'. Иванов

- Старший научный сотрудник, кандидат технических наук А.Д. Осипов

- АО "Институт материаловедения л эффективных технологий" /АО "ИЙЗТ"/

Защита состоится " " __1992 г. в ¡3 ча-

сов на заседании специализированного совета К 053,30.13 ВАК при Московском ордена Трудового Красного Знамени автомобильно-дорскном институте по адресу: 125829,'Москва, ГСП-47, Ленинградский проспект, 64, МЩ. Телефон для справок: 155-03-28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского аЕтомобильно-дорожного института. Отзывы на автореферат с подписью, заверенной печатью, просим направлять в специализированный совет института.с

Автореферат разослан "¿■Ъ " Л 1993 г.

Ученый секретарь специализиоованного совета К 053.30.13 к.т.н., доцент

строительные материалы" Научный руководитель

Официальные оппоненты Ведущая организация.

/ ЛЛ. Бессонова

«

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Широкое применение бетона и железобетона в строительстве связано с необходимостью обеспечения долговечности незащищенных конструкций транспортных сооружений, гражданских и промышленных зданий, а их превдевременное разрушение в различных средах приводит к увеличении эксплуатационных расходов, связанных с затратами на ремонт и восстановление.

Проблема обеспечения коррозийной стойкости бетона и железобетона, находящихся в приморских зонах с -агрессивной влажной средной является частью общей проблемы обеспечения их долговечности. Одной из таких зон является средиземноморское побережье Египта. Климат этой зоны характеризуется частыми сменами температур воздуха, повышенной влажностью в сочетании с сильной солнечной радиацией. Кроме того, бетон и железобетон приморья находится под воздействием солей хлоридов и сульфатов, которые содержатся в грунтах, грунтовых водах, а также непосредственно в морской воде и аэрозоле воздуха. Такие условия внешней среда не только снижают коррозионную стойкость бетона и железобетона, но и осложняют производство бетонных работ.

Эффективным способом повышения коррозионной стойкости бетонных и железобетонных конструкций, эксплуатируемых в агрессивных средах, является применение добавок, в т.ч. комплексных и правильный выбор вида цементов. Такие добавки и цементы наиболее эффективны в том случае, если их использование ведет не только к повышению стойкости конструкций в сложных условиях эксплуатации, но и позволяет одновременно улучшить технологические свойства бетонной смеси и физико-механические свойства бетона. Этим обуславливается актуальность работы.

Цель работы: изучение влияния комплексной добавки - ингибитора коррозии арматуры нитрита натрия и супершастификатора (СП) С-3, а также- вида цемента, позволяющих обеспечить направленное струхтурообразование цементного камня в бетоне и повысить долговечность бетона и железобетона в регионах Египта с жарким морским климатом.

Научная новизна:

- разработали теоретические основы применения комплексной добавки для повышения коррозионной стойкости бетона и арматуры в железобетоне в условиях жаркого морского климата;

- обосновано использование в качестве комплексной добавки с учетом климатических условий средиземноморского побережья Египта ингибиторувдей добавки нитрита натрия ;и суперпластификатора С-3; \

- получены экспериментальные данные характеризующие структуру,-строительно-технические свойства цементных систем с комплексной добавкой при воздействии повышенных температур, солей хлоридов и сульфатов;

- оценено влияние химико-«инералогического и вещественного состава различных цементов на сульфатостойкость цементного камня;

- доказана технико-экономическая эффективность использования ингибиторов коррозии арматуры в келезобетоне при воздействии агрессивных сред.

Практическая ценность работы состоит:

- в обосновании необходимости применения комплексной добавки ингибитора коррозии арматуры-нитрита натрия' и суперцластификатора С-3 'дая повышения долговечности бетона и келезобетона в условиях Средиземноморья Египта;

- в предложении о пересмотре требований стандарта Египта к минералогическому составу клинкера для сульфатостойкого цемента в части возможного увеличения верхнего предела содержания в нем минерала Сд Б ДО 60$.

Апробация работы. Основные полокения диссертации и результаты экспериментальных работ доложены на научно-исследовательской конференции ШДИ, сессии ОБМ "Цемент" и на заседаниях кафедры "Дорожно-строительные материалы" в 1992-1993 гг.

Объем работы. Работа состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы из 162 наименований и приложения. Общий объем диссертации составляет 214 страниц машинописного текста, в том числе таблиц 39 и рисунков 38.

Содержание работы

Во введении обосновывается необходимость того, что высокая долговечность бетона и железобетона может быть обеспечена путем правильного выбора исходных материалов, в т.ч. и назначения химических добавок с учетом- воздействия на конструкции и сооружения внешней среды с той или иной степенью агрессивности; показана

роль процессов структурообразования цементного камня в формировании строительно-технических свойств цементных систем и их долговечности.

Первая глава посвящена анализу климатических условий Средиземноморья Египта. Показано, что бетон и железобетон в этих^ условиях подвергается воздействию повышенных температур, хлор-и сульфатеодержащих солей. Рассмотрены основные виды химической коррозии бетона л сущность процессов коррозии арматуры в железобетоне.

В исследования, посвященные влиянию жаркого климата и химической коррозии на долговечность бетона и железобетона внесли значительный вклад ученые разных стран: Ю.М.Баженов, А.В.Волжен-ский, Г.И.Горчаков, Ф.М.Иванов, Б.А.Крылов, Л.А.Малинина,С.А.Миронов, В.М.Москвин, В.Н.Малинекий, В.Б.Ратинов, C.B.Шестоперов, М.Венюа, Д.Пауэре, А.Невилль, Х.Тейлор, Ф.Ли и др. В последние годы предложены методы количественного анализа коррозионных процессов, критерии оценки агрессивности окружающей среды и коррозионной стойкости бетона и железобетона. Однако при оценке значительного количества публикаций имеются противоречивы6 сведения:

- рассмотрение проблемы лишь с физической точки зрения и при этом наибольшее внимание отводится плотности цементного камня;

- рассмотрение проблемы лишь с позиций химического воздействия на цементный камень - отдавая приоритет составу цемента, заполнителей, взаимодействию между ними.

Представляется, что проблема повышения долговечности бетона и железобетона является многофакторной задачей,для решения которой требуется учитывать физические и химические факторы.

Наиболее, распространенной коррозией в прибрежных зонах Средиземноморья является коррозия под действием хлоридов и сульфатов морской воды. При этом следует учитывать и процесс карбонизации цементного камня.

Обзор исследований показывает, что коррозия цементного камня хлоридами в основном вызывается кристаллизацией и давлением роста кристаллов, образующихся сложных солей. Это действие усугубляется увеличением пористости за счет одновременного выщелачивания извести. Указывается, что диффузия хлоридов в тело бетона выше в случае использования цементов с низким содержанием алюминатов.

В то же время, падение прочности, вызываемое коррозией под действием морской воды, возрастает по мере увеличения содержания минерала СзА. *:..

Растворение гидроксида кальция, образующегося при гидратации цемента, приводит к установлению высокого значения (12,3...12,5) рН поровой жидкости бетона, в результате чего наступает пассивация арматуры в железобетоне. Однако даже при достаточно высоком значении рН ее пассивное состояние может быть нарушено под влиянием хлоридов. Для поддержания пассивного состояния стальной арматуры в условиях хлоридной агрессии показана целесообразность вводить в бетон ингибиторы коррозии арматуры. Одним из них является ингибитор . анодного типа - нитрит натрия.

Повышение коррозионной стойкости бетонов за счет увеличения их- плотности с одновременным улучшением технологических свойств бетонных смесей и строительно-технических свойств бетонов может достигаться применением суперпластификатора С-3.

Исследования по сульфатной коррозии цементного, камня в основном сосредоточены в области химических реакций минерала СзА с сульфатами. Этим объясняются рекомендации в отношении предельного содержания этого минерала и минерала СзБ , что должно гарантировать стойкость цементного камня по отношению к корозии Ш вида или допустимую степень коррозии. Введение суперпластификатора С-3 без изменения состава смесей, при увеличении за этот счет их подвижности, уменьшает поглощение сульфатов образцами в 1,1... 1,5 раза; что может быть объяснено изменением микроструктуры цементного камня.

Установлено, что многие бетонные и железобетонные конструкции и сооружения, эксплуатируемые в районах средиземноморского побережья Египта, подвержены преждевременным разрушениям в результате агрессивного воздействия внешней среды. Исследования, связанные с повышением коррозионной стойкости бетона и железобетона, в Египте не проводятся.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следуицие задачи:

- теоретически обосновать применение комплексной добавки для повышения коррозионной стойкости бетона и арматуры в железобетоне с учетом реальных условий внешней среды;

- исследовать процессы структурообразования цементных систем с добавками, в т.ч.комплексной, при различных условиях

твердения;

- определить строительно-технические свойства цементного камня, бетонных смесей, бетонов с добавкой и твердещих в условиях воздействия хлор- и сульфатсодержащих солей;

- изучить длительность сохранения пассивного состояния арматуры в бетоне с добавкой в условиях воздействия хлоридов;

- выявить влияние химико-минералогического и вещественного состава цементов на сульфатостойкость цементного камня.

Во второй глава приведены сведения об исходных материалах и методах проведения экспериментальных работ.

В соответствии с целью и задачами исследований в работе было использовано девять цементов различного химико-минералогического и вещественного состава, в т.ч. цементы общестроительного назначения, сульфатостойкие портландцемента и планопортлащщементы. Портландцемента (ПЦ4ГО-Д20) Амвросиевского и Катав-Иваковского цементных заводов по свои?.! основным показателям наиболее полно отвечают требованиям стандарта Египта на цементы общестроительного назначения. Это обусловило выбор указанных цементов для проведения работ по исследованию влияния добавок. Сульфатостойкость изучалась на цементах Теплоозерского (4 вида), Безмеинского и Себряковского (2 вида) цементных заводов.

Исследования проводились на растворах и мелкозернистых (песчаных) бетонах. В качестве заполнителя использовался нормальный Вольский песок (ГОСТ 6189) и речной песок с модулем крупности 2,2.

В качестве добавок использовался ингибитор коррозии стали нитрит натрия (кам о 2 ) и суперпластификатор С-3, представляющий собой сульфированное нафталин-форглальдегидное соединение.

Для изучения коррозионной стойкости арлатуры.использовались стальные стержни круглого сечения длиной 49±2 мм, диаметром 7,8±2,5 мм и массой 13±2г. Стержни изготовлялись из гладкой арматуры класса А-1; марка стали СтЗсп (ГОСТ 5781 СТ СЭВ 6435-88). Работа проводилась на образцах-балочках размером 40x40x160 мм и призмах 100x100x400 мм. Используемые в работе материалы соответствовали требованиям ставдартов.

В качестве приборов и аппаратуры применялись: гидравлический пресс ПЛГ-30 и прибор МИИ-100, смеситель лабораторный, вибростол „ для уплотнения смесей с амплитудой колебаний А=0,35 км и частотой

п =3000±200 кол/мин. Для измерения усадочных деформаций использовались деформсметры-индикаторы часового типа. Определение модуля упругости осуществлялось в соответствии о требованиями ГОСТ 24452.

Для изучеяня фазового состава продуктов твердения и новообразований цементов, твердеющих в различных условиях, применялся метод дифференциально-термического анализа с использованием прибора типа "Дериватогрзф" (Венгрия).

Для изучения процессов структурообразования и реологических свойств цементных систем использовался конический пластометр. Пористость бетона определялась по методике ГОСТ 127304.

В третьей главо приведены теоретические предпосылки применения ингибиторов коррозии и суперпластификаторов для повышения коррозионной стойкости бетона и стальной арматуры б железобетоне.

Рассмотрен ряд физических аспектов, влияющее на твердение бетона в условиях варкого морского климата, воздействие морских солей на коррозию бетона и железобетона и способы повышения коррозионной стойкости бетона и арматуры. Обоснована целесообразность применения ингибитора коррозия арматуры нитрита натрия и супер-пластифицирунцеи -добавки С-3.

Эти добавки в комплексе. должны способствовать улучшению производства бетонных работ и модифицировать структуру цементного камня (уменьшение капиллярной пористости, повышение плотности и трещиностойкости, снижение проницаемости).

Четвертая глава посвящена экспериментальным исследованиям свойств бетонов с комплексной добавкой.

Строительно-технические свойства бетонных смесей и бетонов в условиях климата Средиземноморья Египта во многом определяются особенностями формирования структуры цементного камня. В результате экспериментальных :работ по изучению изменения сроков схватывания и пластической прочности цементного теста при температурах +20.. .+40°С без добавок и с добавками нитрита натрия и 3$)

и СП С-3 (0,5$, 1%) выбран состав комплексной добавки.

Комплексная добавка состоит из 2$ нитрита натрия и 0,5% СП С-3 (от массы цемента). Установлено, что скорость нарастания пластической прочности цементного теста возрастает по мере повышения температуры и увеличения дозировки нитрита натрия. Введение же СЕ С-3 способствует некоторому увеличению индукционного периода, что имеет существенное значение при производстве бетонных

работ в условиях жаркого климата. Таким образом, добавка нитрита натрия,' оказывая ингибирувдее действие по отношению к арматуре, ускоряет сроки схватывания, а добавка СП С-3 приводит к некоторому торможению гидратации цемента, обеспечивая сохранение подвижности смесей в сроки удобные для производства бетонных работ.

Физико-механические свойства цементных систем, а также коррозионная стойкость арматуры определялась на песчаных бетонах состава 1:2,5 и В/Ц=0,40.

Для проведения экспериментальных работ было изготовлено шесть серий образцов: контрольные (без добавок), а также с добавкой нитрита натрия и' комплексной: нитрит натрия + С-3 (та&л.1).

Табл.1.

Шифр Добавки и их дозировка, % (по массе цемента) Расшшв стандартного конуса, ш

серии 1Га И 0 2 С-3

H-I 115

Н-2 2 - 125

Н-3 2 0,5 170

P-I - - 115

Р-2 2 - 125

Р-3 2 0,5 170

Характеристики интегральной пористости приведены в табл.2.

Для сравнения определена пористость трех образцов бетона (серия Е), отобранных из стены здания, находящегося в пятидесяти метрах от моря в г.Порт-Садд.

Анализируя данные по пористости цементного камня можно отметить, что введение комплексной добавки изменяет характер пористости. Особенно зто прослеживается при воздействии на бетон 3$ раствора хлорида натрия (серии Р-1...Р-3).

Табл.2

Пористость бетона

Шифр составов Возраст образцов, сут. Влажность образцов после водонасыщения, %(по массе)через... часов Параметры пористости Объем т

0,25 1.0 •24 оС

H-I 90 3,64 6,74 7,06 7,20 0,979 2.736 2,796 20.02

180 2,81 4,48 6,56 6,56 0,518 1,148 1,306 14.44

270 ■ 2,00 3,35 5,48 6,20 0,503 2.12 1,69 19.01

Н-2 90 3.02 5,50 7,37 7,52 0,677 I.3I2 1,493 17.85

180 2,36 4,57 5,62 6,20 0,742 1,337 1,497 17.97

270 1,22 2,36 4,63 5,11 0,598 1,692 1,227 18.33

Н-3 90 2,84 4,97 7,44 7,59 0,593 1,077 1,233 13.40

180 2,38 4,98 6,06 6,66 0,820 1,376 1,476 14.93

270 1,96 3,65 6,30 6,93 0,583 1,204 1,655 18.88

P-I 90 3,46 7.41 7,96 8,19 1,049 2,352 2,260 19.00

180 3,07 4,42 6,58 6,97 0,399 1,007 1,019 20.32

270 2,20 4,21 6,05 6,83 0,650 2,61 2,55 19.34

Р-2 90 2,95 6,68 7,26 7,36 1,107 2,332 2,190 19.50

180 2,35 4,42 6,12 6,26 0,690 1,222 1,338 13.48

270 1,68 3,29 6,23 6,96 0,610 1.752 1,334 19.08

Р-3 90 2,63 6,00 7,62 8,00 0,901 1,388 1,438 17.90'

ISO 1,86 5,99 5,99 6,14 1,687 3,737 2,184 18.05

270 1,37 2,95 6.П 6,65 0,712 1,594 1,316 18.04

E-I 25 лет 2,75 4,99 6,51 8,70 0,575 0,853 0,759 43,22

Е-2 , 3,98 5,00 5,30 11,18 0,215 0,592 0,087 13.41

Е-3 2,58 4,75 6,88 8,57 0,584 0,807 0,693 29.56

Следует отметить снижение водонасыщения образцов, твердеющих в 355 растворе хлорида натрия в течение первых 0,25 часа. Это характерно дои пор максимальных размеров. Введение комплексной добавки сдвигает максимум водонасыщения на более поздние сроки, что свидетельствует об увеличении .объема микропор и снижении макропористости при твердении в нормальных условиях серии (Н-1...Н-3) и под воздействием 2% раствора хлорида натрия.

Применение комплексной добавки в принятых дозировках практически не повлияло на прочность бетона (ПЦ 400 Д-20 Катав-Иванов-ского завода) при его твердении в течение девяти месяцев з условиях воздействия агрессивных сред (3% раствор хлорида натрия и 3$ раствор сульфата магния) по сравнению с твердением в нормальных условиях.

Важной характеристикой бетона, влшшцей на долговечность конструкций, является усадка. Усадочные-деформации во многом определяют стойкость бетона к образованию трещин при переменном увлажнении - высушивании конструкций, что свойственно прибрежной зоне Средиземноморья Египта.

Усадка бетона изучалась на образцах-призмах размером 100x100x400 мм; на-боковых гранях с помощью эпоксидной смолы наклеивались металлические уголки с припаянными к ним стальными шариками. Образцы изолировались смесью битума с парафином и канифолью. Измерение усадки проводилось параллельно тремя переносный лвдикаторами часового тала с ценой деления I мхм на базе 240-250 ш, а при определении модуля упругости использовались индикаторы, установленные стационарно. Деформации измерялись по четырем граням. Результаты измерений усадочных деформаций представлены на рис.1.

Бетон с комплексной добавкой характеризуется пониженной усад-Ч кой.(Н-З) по сравнению с бетоном контрольного состава (Н-1) и состава с добавкой нитрита натрия (Н-2).

Это связано с различной пористостью бетонов без добавок и с добавками.

Умениавние усадки и повышение модуля упругости бетона, при прочих равных условиях, способствует повышению его трещиностойко-сти и долговечности железобетонных конструкций, эксплуатируемых в агрессивных средах.

сб

К «

ей о >1

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

___| > )

г / у' ^—^

Г ^ V г- • " —Г

V < - ж Н-1 контрольн. -о- Н-2 + 2^НаИОг -х- Н-3 + 2^НаЫ02 С-3

// ^ //.*' г

10 20 30 40 50 Время, сут.

Рис.I. Усадочные деформации бетона

60

Определение модуля упругости свидетельствует о том, что введение нитрита натрия и комплексной добавки несколько повышает модуль упругости бетона (табл.3)

Табл.3

Призменная прочность и модуль упругости бетона

Шифр серки Призменная прочность, Ив» МПа Модуль упругости Е х Ю"4 , Ь5Па

при Р=0,3йв при Р=0,511в

«В Ев ЕВ

Н-1 31.3 2.96 2.63

Н-2 34.5 3.01 2.66

Н-3 39.6 3.08 2.76

Примечание: возраст бетона 28 суток;

твердение при £= 22±2°С; 6С#.

В пятой главе приведены результаты экспериментальных работ по повышению стойкости бетона и арматуры в железобетоне. С помощью дифференциально-термического анализа установлено, что цементный камень образца бетона, отобранного из здания в г.Порт-Саид,имеет в своем составе гидроксиды хлорида кальция и магния, а также суль-фатсодернащие соединения, в частности, моносульфоалшинатc^ASH^ и гидросульфоферрит. Это свидетельствует о воздействии на бетон хлоридов, магний-содержащих элементов, сульфатов морской воды. Добавка нитрита натрия интенсифицирует процесса гидратации цемента. Этим можно объяснить повышенное содержание СаО с переходом в СаС03 и гидросиликаты. В тоже время, цементный камень в бетоне с комплексной добавкой отличается пониженным содержанием карбоната кальция, что связано с меньшей проницаемостью бетона, его повышенной плотностью и образованием низкоосновных гидросиликатов. Последние, как известно, образуются при наличии нитрита натрия.

Морская вода Средиземного моря содержит значительное количество хлорсодержащих солей (среднее суммарное содержаниеяаСХ,KCL, и MgCl^ составляет свыше '4? по массе на 1л.воды), что приводит к повреждению арматуры в железобетоне. Для выявления влияния добавки нитрита натрия и комплексной добавки на коррозию стали в бетоне использовались образцы с заложенными в них арматурными стержнями. Взвешивание стержней проводилось после их обработки и очистки от продуктов коррозии в возрасте три', шесть и девять месяцев. Каждая серия состояла из четырех образцов. Образцы подвергались испытанию в 3% растворе хлорида натрия. Результаты испытаний представлены на рис.2.

Таким образом, введение в состав бетона комплексной добавки оказывает существенное влияние на замедление процессов коррозии стальной арматуры в железобетоне под воздействием хлоридов.

Наряду с хлоридами на бетоны этой зоны действуют сульфаты (среднее суммарное содержание MgSO^,caSO 4 в морской воде Средиземного моря составляет свыше 0,845$ по массе на I л.воды), а содержание сульфатов в грунтовых водах достигает более 15000 мг/л.

Одним из наиболее эффективных методов защиты конструкций от коррозии третьего вида (по В.М.Москвину) является применение суль-фатостойких цементов, которые изготавливаются из клинкеров нормированного минералогического состава (содержание минерала С3А до Ъ% и C3s до 50$). Причина ограничения содержания минералов С3А -

1.3

1.2

ч р I.I

ч 1.0

S

со 0.9

о 0.8

Р.

Р< 0.7

о

« 0.6

0.5

0.4

/ »

/

/

/ 3 ;

/

р— / /

ч. S /

90

180

270 t, сут.

Рис.2. Коррозийная стойкость арматуры в бетонах

1 - без добавки,

2 - ^ НаНО2

3-2$ ка Но2+0,5$ С-3

очевидна, а причину ограничения содержания минерала C3S обычно связывают с тем, что в алитовых цементах гидратированний алхми-нат кальция не растворяется.в воде, насыщенной гидррксидом кальция Ca(0H)g. Поэтому сульфаты, растворенные в воде, активно реагируют с твердым гидроалшинатом кальция, образуя высокосульфатную форму гидросульфоалкмината кальция.

Однако ограничение по содержанию C3S в сульфатостойком портландцементе (ССПЦ) до 50$ вряд ли следует считать достаточно обоснованным. Возможность увеличить верхний цредел содержания трех-кальциевого силиката в клинкере для производства ССПЦ позволит расширить диапазон клинкеров для получения такого цемента.

Для доказательства высказанного предположения были проведены эксперименты по изучению сульфатостойкости цементов различных видов Тегаюозерского, Себряковского и Безмеинского цементных заводов. Сульфатостойкость цементов определялась испытанием образцоз-балочек размерил 40x40x160 мм из раствора состава 1:3 (песок нормальный Вольский) в сроки от одних суток до одного года. При этом подечитывался коэффициент сульфатостойкости ("КС"), как отношение прочности образцов, находящихся в агрессивных средах (5$ раствор NagSO^ и 3% раствор Mg30 4 ) к соответствующим значениям прочности образцов эквивалентного возраста, но твердеицих в воде, а также после тепловлаяностной обработки (ТВО).

Результаты исследований показали, что при нормальных условиях твердения образцы на цементах Теплоозерского завода ПЦ 550-Д0 и ПЦ 600-Д0 (C^S- 60? и 50$ соответственно при равном содержании С3А - 5%) в возрасте 180 и 360 суток характеризуются показателями "КС" в пределах 0,84...1.0, несмотря на высокое содержание минерала C3S и отсутствие активной минеральной добавки. Образцы на цементах того же завода ПЦ 400-Д20 и ССПЦ 4СЮ-Д0-Н при аналогичных условиях и сроках испытаний имеют показатель "КС" в пределах 0,86... 1,1. Показано, что ТВО не оказало сколь _ нибудь существенного снижения "КС" по сравнению с нормальными условиями твердения.

Однако результаты испытаний на сульфатостойкость цементов Себряковского завода ПЦ 400-Д20 и СС1ДЩ 400 (C3S - 61,7$? и 63,6$ соответственно при равном содержании С3А - 5,9%) и Щ 400 Д-20 Безмеинского завода (C3S - 62$ и С3А - 6$) показали, что "КС" изменяется в зависимости от условий твердения. Так, цементы Себряковского завода, твердеющие в нормальных условиях, имеют "КС" к 180 суткам 0,82...0,97, а после ТВО - 0,78...О,82. Цемент Безмеинского завода характеризуется показателем "КС" к 180 суткам твердения при нормальных условиях 0,87...О,92, а после ТВО-0,64...0,77.

Тепловлажностная обработка привела к снижению сульфатостойкости цементного камня, что объясняется некоторым увеличением открытой пористости, т.е. различиями в структуре бетона (табл.4).

Данные лабораторных исследований показывают возможность использования цементов с содержанием минерала C3S в пределах 60$ для бетонов, эксплуатируемых в условиях коррозии третьего вида, с обязательным учетом условий формирования структуры цементного камням

Табл.4

Влияние условий твердения на показатели пористости

Вид цемента Состав, Ц:П; В/4 Условия твердения Средняя плотности г/см3 Водо-насыщение, % с< "X

Щ 400-Д-20 Безмеинский завод 1:3; 0,36 норм. ТВО 2,22 2,19 9,0 10,0 0,66 0,62 1,15 0,72

Щ 400-Д-20 Себряковский завод 1:3; 0,38 норм. ТВО 2,17 2,14 10,7 12,3 0,69 0,63 1,27 0,70

Повышении сульфатостойкости способствует и добавка нитрита натрия, т.к. она понижает основность гидросшшкатных фаз, способствует образованию гддросшшкатного геля с повышенной устойчивостью к процессам старения и оказывает положительное влияние на формирование структур пор при твердении цемента.

Таким образом, на основании результатов лабораторных исследований и анализа стандартов различных стран представляется целесообразным внести предложения по пересмотру требований, предъявляемых стандартом Египта (583-1970) к минералогическому составу клинкера, для изготовления сульфатостойкого портландцемента.

В шестой главе выполнены расчеты, иллюстрирующие технико-экономическую эффективность применения ингибитора коррозии арматуры в железобетоне. Особое значение приобретает применение ингибитора коррозии арматуры в бетоне железобетонных конструкций транспортных сооружений, подвергаемых'воздействию внешней среды и требуюцих периодического проведения ремонтно-восстановительных. работ.

Технико-экономический расчет проведен на примере автодорожного моста с железобетонным балочных пролетным строением общей длиной 183,2 м и габаритом проезжей части 7 м (объем бетона железобетонных конструкций 800 м3). Основной эффект от введения ингибитора коррозии стальной арматуры в железобетонных конструкциях, при прочих равных условиях, достигается за счет повышения срока службы конструкций в процессе эксплуатации моста.

Основные вывода

1. Анализ климатически* условий средиземноморского побережья Египта, а также исследование пробы бетона из здания в г.Порт-Саид показали, что в этой зоне сооружения и конструкции из бетона и железобетона подвержены воздействию солей сульфатов и хлоридов (преимущественно NaCb.MjCIg,KCL,MgSO^CaSO^. Это приводит к необходимости разрабатывать мероприятия по предотвращению коррозии бетона и арматуры в железобетоне.

2. Теоретически обоснована целесообразность применения при производстве бетонных работ комплексной добавки. Предложено использовать в качестве ингибитора коррозии арматуры в бетоне нитрита натрия в комплексе с суперпластификатором (СП) С-3 для повышения коррозионной стойкости бетона и арматуры в железобетоне за счет направленного структурообразования цементного камня в бетоне (изменения его физических параметров с учетом особенностей процесса твердения в условиях средаземноморского побережья Египта).

3. Для решения поставленных задач в работе были использованы промышленные цементы девяти разновидностей, отличалциеся химико-минералогическим и вещественным составом, в том числе сульфато-стойкие цементы, а также цементы общестроительного назначения с содержанием минерала С3А в пределах 4...9%.

Наряду со стандартными методами исследований в работе использовались физико-химические методы, широко апробированные при исследованиях в области строительного материаловедения (пористость, пластическая прочность, термография, коррозионная стойкость арматуры , сульфатостойкость).

4. Установлено, что изменяя дозировку добавок нитрита натрия и СП С-3 можно регулировать свойства бетонной смеси. "Живучесть" смеси увеличивается за счет применения СП С-3, а введение нитрита натрия обеспечивает загустевание смеси в сроки,необходимые для производства бетонных работ в условиях жаркого влажного климата при использовании средне- и высокоалюминатных цементов".

5. Введение нитрита натрия способствует ускорению процессов гидратации, о чем свидетельствует повышенное содержание извести в продуктах гидратации. Цементный камень с комплексной добавкой отличается пониженным содержанием карбоната кальция и наличием

устойчивых низкооснозных гпдросиликатов, что является косвенны:,! доказательством его меньшей проницаемости и повышенной плотности.

6. Структура бетона с комплексной добавкой (2$ ИаN0,2+0,5$ СП С-3) характеризуется пониженной макропористостью и ростом мик-ропор как при твердении в нормальных условиях, так и в среде 3$ раствора хлорида натрия. Отмечено уменьшение деформаций усадки и рост модуля упругости бетона с комплексной добавкой, что может способствовать повышению трещиностойкости и долговечности конструкций. При этом коррозия арматуры к девяти месяцам испытаний уменьшается в 1,5...2 раза.

7. Лабораторные исследования по изучению сульфатостойкости цементов различного химико-минералогического и вещественного состава свидетельствуют о возможности применения, при воздействии сульфатной коррозии на бетон, цемента с содержанием минерала С3 2 до 605?. При этом необходимо учитывать условия формирования структуры цементного камня. Наличие в составе комплексной добавки нитрита натрия также способствует повышению сульфатостойкости, вследствие понижения основности гидросиликатных фаз цементного камня и изменения его поровой структуры.

8. На основании полученных данных и анализа требований стандартов различных стран на сульфатостойкие цементы представляется возможным внести предложения по пересмотру требований стандарта на цемент Египта (583-1970) в части минералогического состава клинкера (увеличения верхнего предела содержания минерала С32

до 60$) для изготовления сульфатостойкого цемента, и тем самым расширить области применения цементов общестроительного назначения.

9. Доказана технико-экономическая эффективность применения нитрита натрия - ингибитора коррозии араатуры в железобетоне,подвергаемом воздействию агрессивной среды, что позволяет снизить эксплуатационные расходы за счет повышения долговечности сооружений и конструкций и увеличения их межремонтных сроков.