CC BY
30
Предложена методика и получены расчетные формулы для оценки риска разрушения потенциально опасных участков крупных каналов в насыпи и на косогоре вследствие фильтрационных воздействий.
На основании расчетов по предложенной методике могут быть заблаговременно разработаны предупредительные мероприятия по исключению вероятности аварии крупного канала.
1. Алтунин В. С. Мелиоративные каналы в земляных руслах. - М.: Колос, 1979. - 255 с.
2. Косиченко Ю. М. Каналы переброски стока России. - Новочеркасск: НГМА, 2004. - 470 с.
3. Мирцхулава Ц. Е. О надежности крупных каналов. - М.: Колос, 1981. -318 с.
4. Терлецкая М. Н. Каналы в водонеу-стойчивых грунтах аридной зоны. - М.:
Колос, 1983. - 96 с.
5. Запорожченко Э. В. Инженерно-геологический опыт проектирования, строительства и эксплуатации первой очереди Большого Ставропольского канала.
- Ставрополь: Ставропольское книжное издательство, 1974. - 78 с.
6. Гидротехнические сооружения: справочник проектировщика; под ред. В. П. Недриги. - М.: Стройиздат, 1983. - 543 с.
7. Чугаев Р. Р. Земляные гидротехнические сооружения. - Л.: Энергия, 1967.
- 460 с.
8. Гидротехнические сооружения. Основные положения: СНиП 33-01-2003; введ. 01.01.2004. - М.: ФГУП ЦПП, 2004.
- 30 с.
Материал поступил в редакцию 26.07.12. Бакланова Дарья Викторовна, младший научный сотрудник Тел. 8-950-853-22-62 E-mail:x-dashulya@rambler.ru
УДК 502/504 : 666.3
А. Н. КЛЮЕВ, В. Б. СЕМЕНОВ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет природообустройства»
КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ ЩЕЛОЧЕСИЛИКАТНЫХ КОМПОЗИЦИЙ С ДОБАВКАМИ ГЛИНОЗЕМИСТЫХ МИНЕРАЛОВ
Приведены результаты исследований коррозионной стойкости щелочесиликатных композиций на основе жидкого стекла, измельченного перлита и добавки глиноземистых минералов, позволяющей снизить содержание водорастворимого силиката натрия, не связанного структурным каркасом бетона. Исследования выполнены в широком диапазоне видов агрессивных сред. Получены новые данные об изменении прочностных свойств бетона.
Коррозионная стойкость, щелочесиликатные композиции, жидкое стекло,
водорастворимый силикат натрия, бетон, агрессивная среда.
There are given investigation results of corrosion resistance of alkaline-silicate mixtures on the basis of addition of liquid glass, granular pearlite and aluminous minerals allowing reduce the content of water-soluble sodium silicate which is not bound by the concrete structural frame. The investigations are fulfilled in a wide range of aggressive media. The new data on changing concrete strength properties were received.
Corrosion resistance, alkaline-silicate mixtures, liquid glass, water soluble sodium
silicate, concrete, aggressive medium.
Железобетон - основной конструк- фективности, надежности и долговечности ционный материал в современном капи- имеет большое народно-хозяйственное зна-тальном строительстве. Повышение его эф- чение. Помимо основных показателей
№ 2' 2013
(48
качества бетона (классов и марок), устанавливают дополнительные. Для бетонных и железобетонных конструкций, эксплуатируемых в условиях агрессивных сред, существенным дополнительным показателем является коррозионная стойкость бетона.
Коррозией бетона называют разрушение, происходящее вследствие воздействия на него атмосферных, химических и биологических факторов. Коррозионные воздействия многообразны. Насчитываются сотни веществ, которые могут входить в соприкосновение с цементным камнем и отрицательно влиять на него.
В соответствии с классификацией, предложенной В. М. Москвиным, химическую коррозию цементного бетона разделяют на три вида [1]:
разложение составляющих цементного камня водой, а также растворение и вымывание (выщелачивание) образовавшегося при этом или ранее имевшегося гидроксида кальция;
развитие обменных реакций между кислотами или солями окружающей среды и составными частями цементного камня с образованием либо легкорастворимых солей, уносимых движущимся раствором, либо аморфных продуктов, не обладающих вяжущими свойствами;
образование в цементном камне (под влиянием проникающих в него веществ) соединений, имеющих больший объем, чем исходные продукты реакции, что приводит к внутренним напряжениям и образованию трещин в бетоне.
Для антикоррозионной защиты и повышения долговечности бетона следует выполнять конструктивные требования и применять первичную защиту (путем введения различных модифицирующих добавок), а также вторичную защиту с нанесением на поверхности конструкций различных защитных покрытий.
Для повышения коррозионной стойкости можно применять специальные бетоны. К таким бетонам относится щелоче-силикатный бетон. Основными компонентами вяжущего щелочесиликатного бетона являются жидкое натриевое стекло (М = 2,8; р = 1,3...1,4) и измельченное (с удельной поверхностью 3500.5000 см2/г) перлитовое сырье. Мелким заполнителем служит кварцитовый отсев. В каче-
стве крупного заполнителя используется кварцитовый щебень фракцией 5.10 мм, удовлетворяющий техническим требованиям государственных стандартов.
Для повышения коррозионной стойкости в состав щелочесиликатного бетона вводится модифицирующая добавка глиноземистых минералов, позволяющая снизить содержание водорастворимого силиката натрия, не связанного структурным каркасом бетона. С этой целью может быть использована каолинитовая глина Дружковского месторождения или близкая к ней по характеристикам глина Веселовского месторождения, обожженная при температуре 700 °С и имеющая в своем составе до 32 % Al2Og.
Изучение макро- и микроструктуры щелочесиликатного бетона без добавки и с добавкой глины показало, что введение глины мало влияет на общее строение этого материала. Структура макропорово-го пространства бетона, а также его контактной зоны практически не меняется. Добавка глины оказывает влияние главным образом на микроструктуру матричной части бетона.
Изучение минерально-фазового состава матрицы бетонов проводилось иммерсионным методом анализа под световым микроскопом, а также с помощью рентге-нодифрактометрического метода снятия порошкограмм. Результаты микроскопических исследований в иммерсионных препаратах показали, что сравниваемые пробы отличаются различным количеством стекло-и кристаллических фаз, а также степенью закристаллизованности. Проба с глиной характеризуется заметным уменьшением содержания стеклофазы и соответственно увеличением кристаллической фазы, при этом отмечается более высокая общая закристал-лизованность структуры материала.
Результаты свидетельствуют о том, что введение нагретой каолинитовой глины в щелочесиликатный бетон, где содержание Al2O3 может достигать 32 % обусловливает дополнительное связывание избыточного количества щелочи из системы в водонерастворимые (или мало растворимые) алюмосиликаты натрия типа морденита и альбита.
Дополнительным подтверждением сказанного могут являться значения рН водного фильтрата из бетонов: рН бетона
№ 2' 2013
(4Э)
контрольного состава колеблется в пределах 9...9,5, а рН бетона с глиной -8,6...8,8. Это понижение щелочности указывает на то, что водорастворимая часть матрицы бетона обедняется щелочью в результате увода ее в нерастворимые водой соединения.
Водостойкость щелочесиликатного бетона, как и любого материала, обусловлена главным образом его фазовым составом. Основными фазами щелочесиликат-ного бетона являются стеклофаза, альбит и морденит, которые различаются по водостойкости. Крупный и мелкий кварцевый заполнитель не принимается во внимание при рассмотрении этого вопроса, поскольку кварц и другие содержащиеся в заполнителе компоненты характеризуются очень высокой водостойкостью.
Наиболее водостойкой фазой является альбит и в несколько меньшей степени морденит (один из немногих водостойких цеолитов). Легко растворяется в воде сте-клофаза, содержащая силикаты натрия, о которых упоминалось выше. В связи с этим наиболее благоприятным фазообра-зованием для нашей системы является сочетание максимального количества альбита и морденита, при незначительном содержании стеклофазы, с водорастворимыми силикатами натрия.
Введение глинозема А12Од, связывающего избыток щелочи, в виде каолини-товой глины в щелочесиликатный бетон обусловливает перераспределение фаз в матрице и максимальный увод из системы растворимой щелочи, что приводит к повышению водостойкости бетона.
Отформованная в изделие смесь твердеет в автоклаве в условиях гидротермальной обработки при давлении
0,8 МПа, температуре 170 °С по режиму 2 + 8 + 2 ч (выход на режим + выдержка + выход из режима).
Проведенные исследования подтвердили высокую морозостойкость (Е1000), водостойкость (0,85.0,9) и износостойкость щелочесиликатного бетона [2-4]. Для оценки коррозионной стойкости этого бетона были проведены исследования в соответствии с требованием ГОСТ 25881-83 «Бетоны химически стойкие: Методы испытаний».
Среды для проведения исследований были следующими: воздух, вода, 3%-й раствор КаС1, 40% -й раствор N^N00 и машинное масло марки И-20. Перечисленные среды приняты из условий эксплуатации бетонных и железобетонных гидротехнических сооружений и их конструкций: облицовок осушительных и оросительных каналов, проточных трактов водопропускных сооружений, берегоукрепительных сооружений, отстойников и оголовков водозаборных сооружений, а также покрытий полов сельскохозяйственных предприятий, дорожных и аэродромных плит покрытий, тротуарных плит. Исследования проводились на кубах размером 7,07х7,07х7,07 см.
Для выдерживания в каждой из намеченных сред было изготовлено пять серий кубов по 15 в каждой серии. Кубы каждой серии выдерживались в указанных средах разное время. Продолжительность выдерживания образцов была принята равной 30, 90, 180, 360 и 540 сут. Параллельно с опытными образцами были изготовлены контрольные кубы, которые хранились в воздушной сухой среде. Число образцов составило 75. Их распределение по средам приведено в таблице.
Среда экспонирования и число опытных образцов
Образец Среда и число опытных образцов Число образцов
Воздушно-сухая Вода 3%-й раствор №С1 40%-й раствор КНДСО 4 Масло И-20
Кубы 7,07х7,07х7,07 см 15 15 15 15 15 75
Опытные образцы хранили в эксика- была не менее 3 см. Температура химиче-торах. Уровень раствора придерживали ских сред была принята равной 20 ± 2 С. таким, чтобы его толщина над образцами Концентрацию среды проверяли через
И
№ 2' 2013
каждые 30 сут. По истечении установленного срока образцы извлекали из емкости и протирали. После обмера и взвешивания образцов определяли их прочность.
Оценка коррозионной стойкости бетона осуществлялась по изменившейся прочности образца после каждого срока выдерживания по сравнению с прочностью образца воздушно-сухого хранения. Критерием стойкости был принят коэффициент К, определяемый так:
К = К/^
где Я - прочность образцов в среде в течение п сут; И0 - прочность образцов воздушно-сухого хранения.
Основные результаты исследований коррозионной стойкости модифицированного бетона приведены на рисунке.
R, МПа
100
0 30 90 180 270 360 540
Изменение прочности кубов из щелочеси-ликатных бетонов: О - с добавкой глины; О - без глины; (1 - воздух; 2 - масло И-20; 3 - вода; 4 - 3 % -й раствор NaCl; 5 -40 %-й раствор HN4HCO)
Выводы
Прочность модифицированного
щелочесиликатного бетона при воздушно-сухом хранении практически не изменяется. За 540 сут хранения (1,5 года) прочность образцов увеличилась на 3 %.
Во всех случаях отмечено снижение прочности при выдерживании образцов в различных средах. Исключение составили образцы, выдерживаемые в машинном масле И-20. Прочность этих образцов увеличилась через 540 сут в среднем на 6 %.
Максимальное снижение прочности отмечено для образцов, выдерживаемых в 40%-м растворе мочевины (NH4NCO). Это снижение составило в среднем 20 %.
При выдерживании в остальных средах снижение прочности колебалось в диапазоне 10.15 %.
Снижение прочности образцов из модифицированного бетона при выдерживании их в водной среде составило в среднем 12 %, из бетона без добавки глины - почти 30 %, т. е. водная среда для ще-лочесиликатных бетонов является агрессивной средой.
Проведенные исследования показали достаточно высокую коррозионную стойкость модифицированного щелочеси-ликатного бетона. Коэффициент коррозионной стойкости для него в большинстве случаев составлял 0,90.0,80.
При эксплуатации железобетонных конструкций в рассмотренных агрессивных средах следует учитывать снижение прочности бетона введением коэффициента коррозийной стойкости.
1. Коррозия бетона и железобетона, методы их защиты / В. М. Москвин [и др.]; под общ. ред. В. М. Москвина. - М.: Стройиздат, 1980. - 536 с.
2. Новый вид щелочесиликатного бетона - конструкционного материала для машиностроения / Е. А. Гузеев [и др.] // Бетон и железобетон. - 1989. - № 2. -С. 10-11.
3. Клюев А. Н., Пименов А. Н., Гузеев
Е. А. Износостойкие щелочесиликатные бетоны: Коррозионная стойкость бетона, арматуры и железобетона в агрессивных средах: сб. науч. статей. - М.: НИИЖБ, 1988. - С. 58-62.
4. Клюев А. Н., Семенов В. Б. Сопротивление истиранию модофицированно-го щелочесиликатного бетона: сб. науч. трудов. - М.: ФГОУ ВПО МГУП, 2004. -С. 219-222.
Материал поступил в редакцию 18.06.12. Клюев Александр Николаевич, кандидат технических наук, доцент, декан факультета довузовского образования и профориентации Тел. 8 (499) 976-14-36
Семенов Валерий Борисович, кандидат технических наук, профессор кафедры «Инженерные конструкции» Тел. 8 (499) 976-26-43
№ 2' 2013
:s
