автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Закономерности кинетики коррозии и стойкость бетона с активным заполнителем

РГ6 од

- 5 КЮН 1995

На правах рукописи УДК 666,974

Авершина Наталья Максимовна

ЗАКОНОМЕРНОСТИ КИНЕТИКИ КОРРОЗИИ И СТОЙКОСТЬ БЕТОНА С АКТИВНЫМ ЗАПОЛШТШЕМ

05.¿3.05 - Строительные материалы и изделия

автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж - 1995

Работа выполнена в Белгородской государственной технологической академии строительных материалов.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Ш.[4.Рахиыбаев

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Ведущая организация - В1ШИжелезобетон (г.Москва)

Защита состоится " 30 " июня ^ 1995 г., в 10 час, на заседании диссертационного совета Д 063.79.01 в Воронежской государственной архитектурно-строительной академии по адресу: 394006, г.Воронеж, ул.20 лет Октября, 84, ВГАСА, ауд.20, к.З.

С диссертацией мэжно ознакомиться в библиотеке академии.

Автореферат разослан " 30 " мая 1995 г.

Просим Вас принять участие в заседании совета и направить свой отзыв на автореферат в двух экземплярах в секретариат совета по указанно^ адресу.

Ученый секретарь диссертационного

А.П.Зубехин

кандидат химических наук, доцент М.И.Беликова

совета, кандидат технических наук

(ЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы, ¿»лее 30-ти лет тоцу назад было установлено, что применение активных заполнителей, поверхность которых интенсивно реагирует с вяжущей частью бетона, образуя прочную химическую связь на их контакте (доменные гранулированные шлаки и т.п.) значительно повшают коррозионную стойкость цементных систем при сульфатной, кислотной и других видах химической коррозии. Однако обычные доменные шлаки, отличаясь высокой пористостью и пониженной механической прочностью, характеризуются несколько повышенной во-допотребностью, поэтому в данной работе исследована возможность использования в качестве заполнителей для коррозионно-стойких бетонов отходов минераловатного производства, которые имеют ряд преимуществ перед доменным шлаком. Их использование, ранее предложенное Горловым Ю.П., расширяет сырьевую базу активных заполнителей.

В технической литературе нет четких рекомендаций, по рациональному применению бетонов с активными заполнителями в тех агрессивных средах, где их преимущество проявляется в наибольшей степени.

В Уфимском нефтяном институте и НИИЖБа разработаны методы прогноза коррозии строительных материалов на основе цементов с использованием уравнений кинетики процесса коррозии с внутренним диффузионным контролем при постоянном во времени коэффициенте диффузии. Анализ экспериментальных данных показывает, что механизм и кинетика процессов коррозии могут быть различными, поэтому актуальна проблема совершенствования методики определения коррозионной стойкости и прогнозирования долговечности материалов и изделий на основе краткосрочных испытаний.

Цель работы. Обоснование и разработка методики прогнозирования долговечности и рационального применения бетонов с активным заполнителем.

Основные задачи исследования.

1. Обоснование и разработка критериев оценки степени коррозионного повреждения и идентификации механизмов коррозионного процесса.

2. Совершенствование методики расчета кинетических констант процесса коррозии.

3. Расчет кинетических- констант коррозии цементных бетонов различного состава в агрессивных средах и выяснение закономерностей влияния состава бетона и агрессивной среды на кинетические константы.

4. Разработка составов бетонов с заполнителями из вторичных продуктов производства минеральной ваты, исследование их коррозионной стойкости в различных агрессивных средах.

5. Выяснение рациональных областей применения бетонов с активным заполнителем в агрессивных средах.

6. Разработка способа прогнозирования долговечности изделий и конструкций, находящихся в эксплуатации, по результатам одного обследования.

Научная новизна. Показано, что все многообразие кинетических кривых коррозии строительных материалов в различных агрессивных средах может быть описано пятью разновидностями кинетических кривых: с кинетическим контролем, с внешним диффузионным контролем, с внутренним диффузионным контролем с постоянным или уменьшающимся во времени коэффициентом диффузии, а также с увеличивающейся скоростью коррозии; предложены критерии идентификации механизмов коррозии по критерию Э^о и эиду кинетической кривой.

- Для описания наиболее распространенных видов коррозии стро- I ительных изделий с внутренним диффузионным контролем предлагается использовать уравнения к^нетдося массолереноса э далиллярно-пористых средах, в которые входят начальная скорость процесса, имеющая

максимальное значение и зависящая от интенсивности физико-химического взаимодействия материала и агрессивной среды, и коэффициент торможения, который характеризует замедление коррозии, обусловленное диффузионным сопротивлением продуктов коррозии. При этом различают процессы с экстенсивным и интенсивным торможением. В первом случае процесс коррозии характеризуется постоянным во времени коэффициентом диффузии. При интенсивном замедлении коррозии процесс идет с уменьшающимся во времени коэффициентом диффузии.

- Установлены закономерности влияния вида заполнителя, вяжущего, концентрации и фазового состава агрессивной среды на численные значения начальной скорости и коэффициентов торможения. На основе рассчитанных коэффициентов торможения выявлено, что наибольшим

кольматирующим действием обладает карбонат кальция, который образуется при углекислотной агрессии; затем гидроксид магния - продукт магнезиальной коррозии; далее следует кремнекислота, которая образуется при кислотной агрессии. Минимальный кольматирующий эффект оказывает эттрингит, который вызывает расширение цементного камня, нейтрализующее кольматирующее действие.

- Для повыления коррозионной стойкости бетонов в агрессивных средах предложено использовать в качестве заполнителя отходы ми-нераловатного производства, поверхность которых, интенсивно взаимодействуя с гедрохсвдом кальция вяжущего, обеспечивает повышенную плотность контактной зоны между вяжущим и заполнителем.

- Применение вяжущих с активными минеральными добавками в бетонах с заполнителем из доменного гранулированного шлака и отхода производства минеральной ваты снижает положительное влияние послед них. В связи с этим рекомендуется следующий ряд вяжущих в порядке убывания предпочтительности: портландцемент, портландцемент с добавкой шлака, шлакопортлацццемент, пущрлановый цемент.

- Установлено, что большое влияние на коррозию бетонов оказы-

вает фазовый состав внешней среды. Это обусловлено тем, что положительное действие активных заполнителей в максимальной степени проявляется в условиях наличия усадочных деформаций, что имеет место во влажно-воздушных условиях твердения. В связи с этим, применение активных заполнителей в бетонах, твердеющих в водных растворах, менее эффективно, чем во влажно-воздушной среде.

Практическая ценность. Предложена уточненная методика оценки долговечности строительных изделий и конструкций по результатам краткосрочных испытаний, учитывающая механизм процесса и уменьшение коэффициента диффузии агрессивных ионов в слое продуктов коррозии.

- На основе рассчитанных численных значений кинетических констант некоторых видов коррозионных процессов предложена методика прогнозирования степени коррозии с использованием результатов обследования бетонных конструкций в один какой-либо срок без проведения длительных и трудоемких исследований коррозионных процессов.

- Разработаны составы мелкозернистых бетонов с использованием отходов минераловатного производства, которые отличаются повышенной коррозионной стойкостью в растворах сульфатных солей, газообразном и растворенном сероводороде и других агрессивных средах.

- Установлены рациональные области применения бетонов с активным заполнителем. Рекомендуется в качестве вяжущего для приготовления бетона с заполнителем из отхода мииераловатного производства, доменного гранулированного шлака и т.п. использвать портландцемент без активных минеральных добавок или с минимальным их содержанием, и использовать эти бетоны в газообразной агрессивной среде, где они имеют максимальное преимущество по сравнению с бетонами на инертном заполнителе.

Основные защищаемые положения.

- Рекомендации по использованию в качестве критерия коррозион-

ного повреждения всего комплекса монотонно меняющихся во времени показателей: глубины коррозионного повреждения, изменения вещественного состава, геометрических характеристик изделия и т.п.

- Закономерности кинетики коррозионных процессов бетонов в зависимости от состава вяжущего, В/Ц, вида заполнителя, концентрации и фазового состава агрессивной среды.

- Численные значения кинетических констант коррозии и основанные на них способы прогнозирования долговечности некоторых видов бетонов по результатам испытаний в течение только одного срока.

- Рекомендации по выбору вида вяжущего для изготовления коррозионно-стойких бетонов с активным заполнителем.

- Рекомендации по применению бетонов с активными заполнителями в жидких и газообразных средах.

Реализация результатов работы. Разработаны ТУ на заполнитель из отходов минераловатного производства для изготовления бетонных изделий, выпущена опытная партия стеновых блоков.

Результаты исследований использовались при разработке методики прогнозирования стойкости цементного камня в нефтяных и газовых скважинах.

Издано методическое пособие по расчету долговечности строительных изделий, которое внедрено в учебный процесс при выполнении студентами специальности И9.06 курсовых работ и контрольных заданий.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзной конференции "^изико-хими -ческие проблемы материаловедения и новые технологии" (Белгород, 1991); на III Всесоюзной конференции-дискуссии "нормирование и работа тампонажного камня в скважине" (Краснодар, 1991); на научно-практической конференции "Утилизация промъшленных отходов для производства экологически чистых и эффективных строительных материалов"

- а -

(Ровно, 1991); на Всесоюзной конференции "Проблемы строительства нефтяных и газовых скважин" (Краснодар, 1990).

Публикации. Основное содержание работы изложено в 10 печатных работах, защищено I авторским свидетельством.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, библиографии, включающей 137 наименований работ советских и зарубежных авторов, и приложения. Диссертация содержит ¿10 страниц машинописного текста, ¿в таблиц и rt¿ рисунка.

СОДЕРЖАНИЙ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность решения проблемы расчета долговечности строительных изделий и конструкций и повыиения их стойкости в корроэионно-активных средах, в том числе с использованием активных заполнителей, вступающих в химическую связь с вяжущим веществом.

Для расчета и прогнозирования долговечности изделий и конструкций необходимы методы, позволявшие определять степень коррозионного повреждения в заданные сроки по результатам краткосрочных испытаний. Это направление разрабатывается специалистами НИИЖБ, Уфимского нефтяного института, а также зарубежными специалистами . При этом на основе краткосрочных испытаний (0,5—года) исследований кинетики роста глубины корродированной зоны строительного изделия или конструкции рассчитывают коэффициент диффузии агрессивного флюида, что позволяет рассчитать повреждение изделия за любой срок эксплуатации. Этот метод позволяет надежно прогнозировать долговечность строительных материалов и изделий, однако, он не охватывает все реальные процессы. Метод основан на предположении, что процесс коррозии идет с внутренним диффузионным контролем, с постоянным значе-

нием коэффициента диффузии на весь период эксплуатации строительного изделия. Однако анализ экспериментальных данных показывает, что процесс коррозии строительных материалов, в частности, цементного камня и бетона, в зависимости от вида, концентрации агрессивной среды, состава и плотности корродируемого материала, а также внешних условий, описывается различными кинетическими кривыми. Кроме того, для его применения необходимо определять кинетику увеличения глубины коррозии во времени, что является трудоемким и не всегда возможным. В связи с изложенным, актуальна проблема совершенствования методики прогнозирования долговечности строительных материалов и изделий.

Первая глава посвящена анализу методов исследования и прогнозирования долговечности материалов и изучению влияния заполнителя на коррозионную стойкость бетона.

Рассмотрены виды коррозии строительных материалов в агрессивных средах, процессы, протекающие при различных видах коррозии и способы, позволяющие уменьшить степень коррозионного повреждения.

Расчетный срок эксплуатации строительных изделий и конструкций составляет десятки лет, что требует ускоренного испытания их долговечности в агрессивных средах, поэтому необходимы способы оценки долговечности строительных материалов по результатам краткосрочных испытаний. В строительном материаловедении применяют следующие способы ускорения коррозионных процессов в сравнении с реальными: путем уменьшения размеров образцов, повшёния проницаемости, фильтрования раствора через слой порошка исследуемэго материала, применения агрессивных растворов повшенной концентрации. Эти методы используются для сравнительной оценки коррозионной стойкости различных цементов с целью рационального их выбора.

При прогнозировании долговечности цементного камня и бетона в сорроз'ионно-активных средах различных видов важнейшей проблемой яв-

ляется правильный выбор критерия оценки коррозионного повреждения. Этот вопрос в настоящее время недостаточно разработан. Анализ экспериментальных данных показал, что прогнозирование долговечности на основе изменения прочности во времени затруднительно, так как прочность бетона в коррозионно-активных средах вначале растет, а затем по истечении определенного времени падает.

Рекомендуется для прогнозирования процесса коррозии использо-»

вать любые мэнотонно меняющиеся показатели, а еще лучше их комплекс Это мэжет быть глубина повреждения цементного камня и бетона, количество в ьщ влаченной извести, количество накопленных продуктов коррозии, изменение геометрических размеров образцов и т.п.

Долговечность бетона при действии на него агрессивных сред зависит не только от ввда и расхода вяжущего, В/Ц и плотности, формы и гранулометрии заполнителя, но в значительной степени от сцеплени) между цементным камнем и заполнителем, определяемого химическим вз< имодействием цементного камня и поверхности заполнителя, что приводит к уплотнению и упрочнению контактной зоны. Следовательно, для обеспечения долговечности бетона при действии на него агрессивных сред следует уделять внимание правильному ви5ору цементов и заполнителей.

Во второй главе рассмотрены вопросы обоснования и выбора методики исследования, проведен анализ способов мэделирования процессо: коррозии строительных материалов и изделий в агрессивных средах.

Процессы коррозии цементного камня в газообразных и жидких аг рессивных средах обусловлены сложными гетерогенными химическими реакциями, компоненты которой находятся в разных фазовых состояния; Согласно теории гетерогенных реакций, скорость сложного процесса, включающего в себя последовательно идущие стадии, определяется интенсивностью сашй медленной его стадии. При этом различают кинеп ческий и диффузионный контроль реакции. В первом случае скорость

реакции -зависит от интенсивности химического взаимодействия цементного камня с агрессивным компонентом, во втором - от диффузии агрессивного агента. В свою очередь, различают внешний диффузионный контроль, когда скорость процесса определяется интенсивностью подвода агрессивной жидкости или газа к поверхности образца, и внутренний диффузионный контроль, когда она лимитируется интенсивностью проникания агрессивного агента через слой продуктов коррозии.

для выяснения механизма коррозии предлагается рассчитать диффузионный критерия шо:

В^ =

где р - интенсивность подвода агрессивного агента к поверхности изделия, с); I - размер образца, м; - коэффициент диффузии агрессивного агента в порах цементного камня м*~/с.

Процесс находится под внешним диффузионным контролем, если ВЦ<Ю. ОЗьгшо это происходит при малой концентрации агрессора либо при медленном омывянии изделия агрессивной средой. Расчеты автора показали, что при кислотной коррозии цементного камня внешний диффузионный контроль наблюдается при концентрации растворов серной и соляной кислот не вызе и,01..,0,05н и смене раствора не чаще раза в сутки. При внешнем диффузионном контроле скорость процесса постоянна во времени и описывается линейной функцией в координатах время - сгегечь коррозии.

При солевой коррозии цементного камня, а также в сооружениях химической и нефтехимической промышленности такие процессы обычно находятся год внутренним диффузионным контролем.

Анализ экспериментальных данных показывает, что процесс коррозии цементного камчч и бетона описывается различными кинетическими кривыми (рис.".).

- кг -

Время

Рис.1. Разновидности кинетики коррозии цементного камня:

I- коррозия с самоускорением; коррозия с падающим во времени коэффициентом диффузии; 3- процесс с постоянным во времени коэффициентом диффузии; 4-процесс с постоянной скоростью; б- процесс с полным торможением На основе теории массообменных процессов, происходящих с внутренним диффузионным контролем, предложены следующие уравнения кинетики коррозии цементного камня:

Ъ /X = (€/х)г

с /X « ( х/х )г

(I) (*>

+ к,х,

'о * ЧЪ

где 'С - продолжительность взаимодействия цементного камня с внешней средой;X - монотонно возрастающий со времени показатель степени коррозии (глубина проникновения агрессивного флюида вглубь цементного камня, количество выщелаченной извести, количество накопившихся в материале ионов БО^- и т.п.); К, , _ коэффициенты, характеризующие замедление скорости коррозии во времени.

Уравнение (I) изображается прямой линией в координатах 1/Х = » ^ (X ), а (2) - X /X = $ (*С). При этом величина (Т/Х)0 есть отрезок, отсекаемый на оси ординат при X =0. Коэффициенты К, и равняются тангенсу угла наклона, образуемого прямой с осью абсцисс.

Уравнение (I) характеризует процесс с экстенсивным торможением ю времени, когда удельное диффузионное сопротивление цементного камня постоянно во времени. При этом скорость процесса уменьшается пропорционально степени коррозии (кривая 3 рис.1). Уравнение (.-!)

описывает процесс, происходящий с интенсивным торможением во времени, когда удельное диффузионное сопротивление возрастает (кривая 2 рис Л). Из уравнения (I) можно рассчитать коэффициент диффузии. Если -при этом X = Ь , т.е. если показателем степени коррозии является глубина поражения цементного камня, то К, = t/V" » jS . Зная эту величину, можно рассчитать коэффициент диффузии, т.к.

= К,1 . В предложенном методе в этом нет необходимости, так как для прогнозирования долговечности материала вполне достаточно знание входящих в уравнение (I) и (¿) величин. При этом, зная (T/X)Q и ICj , можно рассчитать глубину коррозионного поражения за любой заданный промежуток времени.

Если кривая кинетики коррозии аппроксимируется уравнением (<!), то коэффициент диффузии является уменьшающейся во времени величиной.

В уравнениях (I) и (¿) С Т/Ж)Q - это величина, обратная начальной скорости процесса U0 . На ее основе может быть рассчитана начальная скорость процесса коррозии: U0 = (Т/Х)^ * (X/V)Q. Очевидно, что этот показатель, не связанный с диффузионными характеристиками процесса, отражает реакционную способность агрессивного агента по отношению к компонентам цементного камня. Он связан с ки--нетическим контролем процесса и определяется интенсивностью химического взаимодействия. Коэффициенты и характеризуют интенсивность диффузионного тормэжения коррозии во времени.

В третьей главе рассмотрены закономерности коррозии строительных материалов в различных агрессивных средах и рассчитаны кинетические константы процессов коррозии для них.

Анализ экспериментальных данных, полученных в данной рдботе и из литературных источников по кинетике коррозии в условиях сульфатной, агрессии показывает, что в качестве критерия степени повревде-ния' цементного камня можно взять кинетику расширения и накопления в образцах связанного и свободного сульфата калымя и другие данные

об изменении вещественного состава образцов. Накопление связанного сульфата кальция в образцах происходит более закономеоно, чем свободного сульфата калымя, поэтому использование первого более предпочтительно. Начальная скорость накопления сульфатов кальция в образцах гораздо меньше зависит от состава цементного камня и агрессивной среды, чем коэффициент торможения процесса накопления. Последний для связанного сульфата кальция меньше, чем свободного. Это обусловлено меньшей растворимостью эттрингита, в который входит связанный сульфат кальция, по сравнению со свободным сульфатом кальция (гипсом). Увеличение концентрами раствора сернокислого натрия ведет к уменьшению коэффициента торможения накопления как свободноро го, так и связанного сульфата кальция. В растворе сернокислого магния наблюдается обратное явление, т.е. замедление кристаллизации связанного сульфата кальция при увеличении концентрации агрессивной среды, что объясняется снижением устойчивости эттрингита в присутствии ионов магния.

Углекислотной агрессии цементный камень на основе различных вяжущих подвергается повсеместно. Расчеты показали, что карбонизация бетона и чистого цементного камня происходит преимущественно с экстенсивным торможением процесса, что согласуется с данными Алексеева С.Н., Розенгаля Н.К. и других авторов. Начальная скорость процесса малочувствительна к составу цементных систем при одинаковом составе вяжущего; увеличение содержания заполнителей и В/д уменьшает коэффициент торможения процесса карбонизации.

Коррозия цементного камня в растворах сильных кислот идет более интенсивно, чем солевая и углекислотная, и обычно с экстенсивным торможением процесса во времени. Впаду высокой проникающей способности иона гидроксония в цементный камень начальная скорость процесса мало зависит от концентрации кислоты и состава цементной системы, коэффициент торможения во времени так же,как и в других

видах коррозии, более чувствителен к составу вяжущего и агрессивной среды. В соляной кислоте он меньше, чем в серной той же концентрации, что обусловлено более высокой растворимость» хлорида кальция в сравнении с гипсом.

Процессы накопления соединений серы в образцах, помещенных в среду газообразного и растворенного в воде сероводорода, а также рост толщины корродированной зоны цементного камня в водном растворе сероводорода идут с интенсивным торможением. Коэффициент торможения зависит от состава и содержания вяжущего, плотности, вида и количества заполнителя. Начальная скорость процесса коррозии менее чувствительна к составу материала, чем коэффициент торможения.

На основе рентгенографических данных по кинетике уменьшения содержания Ca(0H)¿ рассчитаны численные значения кинетических констант процесса выщелачивания гидроксида кальция из мелкозернистых бетонов с различными заполнителями. При этом установлено, что замена гранитного заполнителя на шлаковый практически нё влияет на на чальную скорость, но значительно повышает коэффициент торможения. Таким образом, положительное влияние активного заполнителя на коррозионную стойкость обусловлено усилением торможения диффузионных процессов. Экспериментальные данные по кинетике выщелачивания гидроксида кальция из образцов цементного камня показали, что начальная скорость менее чувствительна к составу вяжущего и агрессивного раствора, чем коэффициент торможения. Снижение основности вяжущего, а также введение химически инертных добавок и снижение В/Ц, при прочих равных условиях, приводит к увеличению коэффициента торможения процесса выплачивания.

В четвертой главе приведены результаты исследований влиянии заполнителя на коррозионную стойкость бетона в различных средах. В работе использовался портландцемент ГЦ 400 ДО и шлакопортландцемып' ШПЦ 400 Д45 Белгородского цементного завода. С целью изучения вли-

яния ввда заполнителя на стойкость бетона применялись: Вольский песок, основный доменный гранулированный шлак -э-да "Азовсталь", отход минераловатного производства Яковлевского ЗИМ Белгородской области (ОМВ), электротермо фосфорный шлак Чимкентского завода, гранитный дробленый песок Павловского карьера Воронежской области.

Подтверждено, что замена гранита на заполнитель из гидравлически активных материалов, например, доменный гранулированный шлак, повывает коррозионную стойкость бетонов в растворах сульфатов натрия и магния, а также в кислых средах. Это обусловлено тем, что активные заполнители, поверхность которых взаимодействует с гидрокси-дом кальция вяжущего, обеспечивают повышенную плотность контактной зоны искусственного конгломерата и тем самым замедляют диффузию агрессивного агента вглубь образу.

Заполнитель из доменного шлака отличается высокой пористостью и неправильной формой зерен, поэтому "бетоны на его основь отличаются повышенной водопотребностыо, что снижает положительное действие, обусловленное химической активностью поверхности шлакового заполнителя. В связи с этим предложено использовать в качестве заполнителя отходы минераловатного производства, которые характеризуются более плотной структурой и низкой пористостью в сравнении с гранулированным шлаком.

Исследовано влияние вида вяжущего на сульфатостойкость и кис-лотостойкость бетонов с активным заполнителем. Показано, что применение цементов с активными минеральными добавками уменьшает положительный эффект от использования специальных заполнителей. Это обусловлено тем, что они менее энергично реагируют с поверхностью активных заполнителей, чем чистый портландцемент;

Существенное влияние на стойкость бетонов оказывает фазовый состав агрессивной среды. Сцепление вяжущего с заполнителем играет наибольшую роль в условиях газовой коррозии во влажно-воздушной

среде, особенно, когда она не сопровождается образованием плотных гродуктов взаимодействия с вяжущим й заполнителем. Меньшую роль играет вид заполнителя при коррозии в водной среде, когда даже инертный заполнитель имеет удовлетворительное сцепление с вяжущим.

На основе рассчитанных численных значени" констант кинетики коррозии цементных систем предложена методика прогнозирования долговечности по результатам единичного испытания (обследования) какого-либо показателя степени коррозии. Расчет можно производить аналитическим либо графическим способом. Предложенная методика особенно /добна для прогнозирования долговечности находящихся в эксплуатации бетонных сооружений по результатам обследований.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

I. Для описания кинетики коррозии строительных материалов в различных агрессивных средах мэжет быть использовано уравнение мас-гопереноса в капиллярно-пористых дисперсных системах, включающее в зебя начальную скорость процесса, имеющую максимальное значение, и коэффициент торможения скорости.• Это уравнение представлено в виде чинейной функции, что позволяет экстраполировать результаты краткосрочных испытаний на заданные сроки. При этом в качестве критерия зтепени коррозии строительного материала может быть использвана не только глубина проникновения агрессивного агента в цементную систему, но и любой другой монотонно меняющийся во времени показатель, ^пример, изменение вещественного состава, геометрических размеров 1 др.

'¿. Рассчитаны численные значения начальной скорости к'коэффици-

|нты тормэжения процессов коррозии различных видов. Кинетические онстангы коррозии связаны с составом бетона, агрессивной среды и нашими условиями.Установлены закономерности влияния вида вяжущего, аголнителя, В/Ц, добавок, внешних условий и других факторов на ки-зтическиэ константы коррозии. На основе рассчитанных значений коэф-

фициентов торможения установлено, что наибольший кольматирующий эффект оказывает карбонат кальция - продукт углекислотной коррозии; затем следует гидроксид магния, образующийся при магнезиальной коррозии; далее - кремнекислота - продукт кислотной агрессии. Наименьшее кольматирующее действие оказывает эттрингит, который вызывает расширение цементного камня, нейтрализующее кольматирующий эффект.

3. Для коррозии бетонов на основе портландцемента в некоторых агрессивных средах (растворах сульфатов натрия, магния, сероводород серной и соляной кислот) рассчитаны численные значения кинетических констант процессов коррозии. Используя эти данные,можно производить прогнозирование степени коррозионного повреждения изделий и конструкций по результатам единичного обследования.

4. Использование в качестве активного заполнителя в мелкозернистых бетонах отходов минераловатного производства (ОМВ) позволяет существенно снизить водоцементное отношение в сравнении с бетонами, содержащими заполнитель из доменного гранулированного шлака. Применение в качестве заполнителя этих отходов повышает коррозионную стойкость бетона в растворах сульфатов натрия и магния, газообразном и растворенном сероводороде, что обусловлено кольматацией контактной зоны между вяжущим и заполнителем, благодаря активному химическому взаимодействию между ними.

5. Исследовано влияние вида вяжущего на сульфатостойкость и кислотостойкость бетонов с активным заполнителем. Показано, что ввод активной минеральной добавки в цемент уменьшает положительное влияние от использования специальных заполнителей. Это обусловлено тем, чго цементы с активной минеральной добавкой менее энергично реагируют с поверхностью специальных заполнителей, чем чистый портландцемент.

6. Активные заполнители: доменный гранулированный шлак, СШ -во влажно-воздушной среде имеют гораздо более прочное сцепление с

вяжущим, чем кварц и гранит, поэтому они наиболее эффективны в условиях газовой коррозии при твердении на воздухе. При твердении в воде положительное влияние активных заполнителей менее выражено, что рекомендуется учитывать при выборе составов бетонов, используемых в химически агрессивной среде.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В РАБОТАХ

I. Авершина Н.М. Анализ кинетики коррозии цементного камня в различных агрессивных средах // Сб.науч.тр. "Проблемы материаловедения и совершенствование технологии производства строительных изделий ".-Белгород, 1990.-С.77-83.

¿. Рахимбаев Ш.М., Авершина Н.М., Агзамов и.А. Методика расчета кинетики карбонизации цементных систем // Теэ.док.Всес.конф. "Проблемы строительства нефтяных и газовых скважин".-ВНИИКРнефть, Краснодар, 19Э0.-С.162-163.

3. Рахимбаев Ш.М., Авершина Н.М. Влияние концентрации агрессивной среды на кинетику и механизм коррозии строительных материалов

// Теэ.док.Всес.конф. "Физико-химические проблемы материаловедения и новые технологии".-ч.10.-Белгород, 1991.-С.70.

4. Рахимбаев Ш.М., Авершина Н.М. Бетон с з1лолнителем из отхо-ця производства минеральной ваты // Тез.док.науч.-практ.конф. "Утилизация промшленных отходов для производства экологически чистых и эффективных строительных материалов".-Ровно, 1991.-С.68.

о. Рахимбаев Ш.М., Авершина Н.М., Агзамов и.А., Чеэлова Т.В. 1екоторые закономерности влияния состава агрессивной среды на кинетику коррозии искусственных строительных конгломератов // Тез.док. Эсес.конф."физико-химические проблемы материаловедения и новые тех-юло гии".-ч.7.-Белгород, 1991.-С.83-84.

6. Авершина Н.М. Влияние ввда заполнителя на кислотостойкость гелкозернистых бетонов // Теэ.док.Всес.конф. "*иэико-химические |роблемы материаловедения и новые технологии".-ч. I Г.-Белгород, 1уЛ.

-С.95.

7. Рахимбаев Ш.М., Авершина Н.М., Рябова Л.И. Кинетика и механизм коррозии тампонажных цементов в коррозионно-активных флюида // Тез.док.Всес.конф.-дисскусии "нормирование и работа тампонажно-го камня в скважине".-ВНИИКРнефггь, Краснодар, I99I.-C.70-7I.

8. Рахимбаев Ш.М., Рябова Л.И., Агзамов w.A., Авершина Н.М. Прогнозирование долговечности цементного камня в коррозионно-актив них средах // Экспресс-информация. Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на юре.-Вып.8.-Москва, 1991.-С.¿¿-30.

9. Рахимбаев Ш.М., Авершина Н.М., Ряполов В.Д. Методические указания по расчету кинетики твердения и коррозии цементного камня для студентов специальности 29.06-Белгород, I99I.-33c.

10. A.c. 1776292 СССР, МКИ 5Е 21 В 33/138. Тампонажный раствор // Л.И.Рябова, Ш.М.Рахимбаев, Н.М.Авершина и др.-№492804/03, Заявл. 5.03.91; Опубл. 15.11.92; Бюл.№42.

11. Рахимбаев Ш.М., Авершина Н.М. Прогнозирование долговечное ти строительных материалов по единичному сроку испытаний // "Строительные материалы".-1994.-№4.-С.17-18.

Подписано в печать 12.05-.95 г. Формат 60x84 1/16 Объем I п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 233 Отпечатано на ратапринте БелГТАСМ 308012, г.Белгород, ул. Костюкова, 46