CC BY
6ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ДОРОЖНЫХ БЕТОНОВ С АНТИГОЛОЛЕДНЫМИ СМЕСЯМИ
В.К. Козлова, Т.Ф. Свит, Д.С. Сёмин
Методом термического и термогравиметрического анализов изучено взаимодействие цементного камня с компонентами солевых растворов, используемых в качестве антигололёдных реагентов. Определено изменение физико-механических свойств цементного камня в процессе воздействия на него солевых растворов в условиях низких температур. Высказан механизм протекающих процессов.
ВВЕДЕНИЕ
В большинстве городов России для борьбы с гололедом в настоящее время используется песчано-солевая смесь, которая является самым дешевым материалом из всех известных антигололёдных веществ. Готовят смесь на основе пищевой или технической соли (хлорида натрия) в соотношении песок: соль, равном 1:4. За рубежом для этих целей применяют также природные рассолы (подземные или поверхностные - воду морей и океанов, минеральных озер и т.п.). Для большего понижения температуры превращения воды в лёд часто используют смеси хлоридов, наиболее распространённая из них - смесь хлоридов натрия и кальция. Дополнительное снижение температуры замерзания растворов достигается введением в состав антигололёдных смесей добавок: ацетата аммония, нитрата магния, карбамида и др. Кроме того, с целью снижения коррозионного действия хлоридов на металл транспортных средств рекомендуется добавлять в антигололёдные смеси двузамещенные фосфаты щелочных металлов.
Применение антигололёдных реагентов приводит к ряду отрицательных последствий: накоплению солей в придорожном грунте, высокой солевой концентрации сточных вод, повышенной коррозии металлов транспортных средств и материалов дорожного покрытия (бетона и асфальтобетона). Совместное действие растворов солей и низкихтемпера-тур на эти материалы изучено недостаточно.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
С целью изучения влияния солевых растворов на цементный камень дорожных бетонов нами были изготовлены образцы - балоч-ки из цементно-песчаного раствора состава 1:3 на основе портландцемента марки 400 ПО «Искитимцемент», твердевшие в нормальных условиях в течение 28 суток. Часть образцов затем хранилась в воде, другая часть - подвергалась действию различных
солевых растворов и отрицательных температур по схеме: насыщение в растворах 48 часов, последовательное выдерживание в морозильной камере при температуре минус 20 оС в течение 6 часов и в растворе солей при комнатной температуре в течение 4 часов. Через 10, 15 и 20 циклов обработки образцов измерялась прочность их на сжатие и на изгиб.
Были приготовлены четыре состава солевых растворов:
- насыщенный раствор хлорида натрия при температуре 20 оС (раствор № 1);
- раствор хлоридов натрия и кальция, полученный добавлением 5 % хлорида кальция к насыщенному раствору хлорида натрия (раствор № 2);
- раствор хлоридов натрия и кальция с добавками динатрийфосфата и карбамида в количестве 5 % от общего содержания солей в растворе, при соотношении добавок 1:1 (раствор № 3);
- насыщенный раствор хлорида натрия с добавкой 5% карбоната калия (раствор № 4). Добавка карбоната калия вводилась для более полного перевода содержащегося в цементном камне гидроксида кальция в трудно растворимый карбонат кальция.
Следует отметить, что гидроксид кальция в составе цементного камня является наиболее реакционноспособным компонентом, взаимодействующим со всеми химическими реагентами. Динатрийфосфат и карбамид при взаимодействии с гидроксидом кальция также образуют трудно растворимые соединения.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Результаты определения прочности образцов после попеременного выдерживания в растворах солей и при отрицательных температурах показали, что в течение 20 циклов испытаний предел прочности при сжатии практически сохраняется на уровне контрольного состава.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ДОРОЖНЫХ БЕТОНОВ С АНТИГОЛОЛЁДНЫМИ
СМЕСЯМИ
I
600
I
„500
| I
■400
I I
¿¡300
I
200
I
_ /» 720
\/ ^360у Г 500
" 130У
а) цементный камень контрольного состава
I
270 У
460 /
700
• 110 /
Г4-—
б) после обработки раствором № 3
в) после обработки раствором № 1
ПОЛЗУНОВСКИЙ ВЕСТНИК № 4 2004
I I
Д 300 - 1 10
200 -I
г) после обработки раствором № 2
•300 200 100
д) солевой состав раствором № 3
е) после обработки раствором № 4
Рис.1. Дериватограммы цементного камня
Более заметно меняется предел прочность при изгибе: его значения медленно
800
800
700
600
500
400
100
100
800
700
700
600
500
400
300
200
100
800
700
600
800
500
700
400
600
300
500
200
100
300
200
В.К. КОЗЛОВА, Т.Ф. СВИТ, Д.С. СЁМИН
снижаются, что свидетельствует об увеличе- метно прочность при изгибе снижается после нии хрупкости материала. Полученные дан- испытаний в растворе № 3, в меньшей степенью приведены в таблице 1. Наиболее за- ни - в растворе № 2.
Таблица 1
Предел прочности исследуемых образцов при изгибе, МПа
№ исследуемого раствора Число циклов попеременного нахождения образцов в морозильной камере и исследуемых растворах по описанной схеме
10 15 20
1 6,42 6,25 5,7
2 6,69 6,59 6,03
3 6,36 5,64 5,36
4 6,28 5,89 5,57
Возможные изменения состава продуктов гидратации цементного камня под действием солей, содержащихся в исследуемых растворах, изучались при помощи термического и термогравиметричесткого анализов на дериватографе системы Р.РаыИк, и.РаыПк, Ь.Е^еу. Навеска образца составляла 300-400 мг; скорость нагрева печи - около 10 градусов в минуту; чувствительность ДТА и ДТГ -1/10. Дериватограммы цементного камня контрольного образца и образцов после 20 циклов испытаний приведены на рисунке 1. Там же изображена дериватограмма сухой массы раствора № 3.
На дериватограмме цементного камня контрольного состава имеется низкотемпературный эндотермический эффект в интервале температур от 90 оС до 220 оС с выраженным максимумом при температуре 130 оС. Этот эффект, по-видимому, представляет собой совокупность двух эндотермических эффектов, характеризующих потерю кристаллогид-ратной воды гидросиликатами кальция и эт-трингитом. Потеря массы при дегидратации составляет 9,35 % от первоначальной массы образца. Кроме этого эндотермического эффекта, на кривой нагревания контрольного образца цементного камня имеется ярко выраженный эндотермический эффект при температуре 500 оС, соответствующий разложению гидроксида кальция, с потерей массы -1,74 %, что соответствует содержанию в цементном камне 7,14 % Са(ОН)2.
На кривых ДТА образцов цементного камня после испытания во всех солевых растворах эндотермический эффект при температурах 90 оС - 220 оС приобретает более «размытую» форму, при этом значительно снижается потеря массы, которая составляет от 4,0 до 6,8 %. Этот факт свидетельствует о возникновении новообразований с меньшим содержанием кристаллогидратной воды. Наиболее вероятным в условиях эксперимента можно считать разрушение эттрингита и
образование АРт-фазы. На всех кривых нагревания исследуемых образцов после обработки их растворами солей практически исчезает эндотермический эффект разложения гидроксида кальция, отсутствие которого в образцах является следствием его взаимодействия с компонентами солевых растворов. Следует отметить, что, несмотря на высокую концентрацию солей в растворах, на кривых ДТА цементного камня после обработки растворами нет эффектов, присущих используемым солям. По-видимому, значительная часть солей из пор цементного камня реагирует с продуктами гидратации цемента с образованием новых соединений типа двойных и тройных солей.
Для цементного камня, обработанного раствором хлоридов с добавкой карбоната калия, на кривой ДТА появляется ярко выраженный экзотермический эффект при температуре 270 оС, возникновение которого можно предположительно объяснить образованием гидроксокарбоната кальция; при разложении последнего вновь выделяется небольшое количество гидроксида кальция, и мы наблюдаем эндотермический эффект при температуре 450 оС.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На основании выполненных исследований можно считать, что цементный камень в составе бетонов, подвергающихся воздействию растворов антигололёдных смесей, претерпевает существенную структурную перецементный камень контрольного состава стройку, связанную с исчезновением в продуктах гидратации гидроксида кальция и возникновением более сложных комплексных новообразований. Это отражается на прочностных свойствах материала, изменение прочности при изгибе наблюдается уже через 1020 циклов испытаний. Для изменения пределов прочности при сжатии, видимо, необходимо более длительное воздействие.
