CC BY
34УДК 691.316
М.В. КОРНЕВ1, канд. техн. наук (kornev.mv1979@yandex.ru); А.В. МАКАРОВ2, канд. техн. наук, И.Н. ТИХОМИРОВА2, канд. техн. наук, М.А. КАРПЕНКО2, бакалавр
1 НП «Ассоциация производителей силикатных изделий» (606000, Нижегородская обл., г. Дзержинск, пр-т Ленина, 111)
2 Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева (125047, г. Москва, Миусская пл., 9)
Коррозия силикатных материалов
На одном из строительных объектов после сильных морозов произошло разрушение силикатного кирпича технического этажа. Для выяснения причин определена морозостойкость изделий не только согласно ГОСТ 7025-91, но и при экстремально низкой температуре (-40 и -52°С). Также проведены исследования структуры и химического состава образцов со стройки методами дифференциально-термического (ДТА), рентгенофазового (РФА) и рентгенофлуоресцентного элементного анализа (РФлА). Для уточнения микроструктуры образцов также была применена сканирующая электронная микроскопия (СЭМ). При исследовании образцов при помощи СЭМ установлено, что в полностью разрушенном образце присутствует тонкая пористая структура, сложенная короткими пластинками, частично выкристаллизованными из аморфной матрицы. При этом камень, не подверженный воздействию солей, по своей структуре аналогичен исходному. Установлено, что причиной коррозии послужило применение химических реагентов для удаления наледи. Сделан вывод о недопустимости подобного воздействия на любые бетоны.
Ключевые слова: силикатные материалы, морозостойкость, коррозия, ледоплавильные реагенты.
Для цитирования: Корнев М.В., Макаров А.В., Тихомирова И.Н., Карпенко М.А. Коррозия силикатных материалов // Строительные материалы. 2017. № 12. С. 38-40.
M.V. KORNEV1, Candidate of Sciences (Engineering) (kornev.mv1979@yandex.ru); A.V. MAKAROV2, Candidate of Sciences (Engineering), I.N. TIKHOMIROVA2, Candidate of Sciences (Engineering), M.A. KARPENKO2, Bachelor
1 NP «Association of Manufactures of Silicate Products» (111, Lenina Avenue, Dzerzhinsk, 606000, Nizhny Novgorod Oblast, Russian Federation)
2 D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia (9, Miusskaya Square, 125047, Moscow, Russian Federation)
Corrosion of Silicate Materials
At one of the construction projects after severe frosts there was the destruction of silicate bricks of the technical storey. To clarify the causes, the frost resistance was determined not only according to GOST 7025-91 but also at extremely low temperature (-40 and -52°C). Research in the structure and chemical composition of samples from the construction site was also conducted by the methods of differential-thermal (DTA), X-ray phase (XPA) and X-ray fluorescence element (XFA) analyses. To clarify the microstructure of samples the scanning electronic microscopy (SEM) was also made. When studying samples with the help of SEM, it is established that in the completely destructed sample there was a thin porous structure composed of short plates which were partially crystallized out of the amorphous matrix. At this, the structure of the stone not subjected to the impact of salts is analogous to the initial one. It is established that the cause of corrosion was the use of chemical reagents for removing the icing. It is concluded that such impact is unacceptable for any concretes.
Keywords: silicate materials, frost resistance, corrosion, ice-melting reagents.
For citation: Kornev M.V., Makarov A.V., Tikhomirova I.N., Karpenko M.A. Corrosion of silicate materials. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2017. No. 12, pp. 38-40. (In Russian).
В феврале 2017 г. на одной из строек Нижнего Новгорода после тридцатиградусных морозов произошло разрушение силикатного кирпича в кладке технического этажа семиэтажного дома. При обследовании выявлено, что деструкция произошла только в местах намокания кладки. Кровля здания не была завершена до снегопадов и оттепели. При укладке в октябре 2016 г. кирпич имел марку прочности М150. Были подняты архивные данные о производстве на заводе-изготовителе и отгрузке продукции за указанный период. Рядовой кирпич был принят ОТК завода и прошел входящий контроль на стройплощадке. Брак в результате нарушения технологии производства исключается. На кирпиче не обнаружено никаких включений, вздутий, сетки, микротрещин, увеличения размеров и др. Отсутствие нарушения технологии подтвердилось режимными картами автоклавной обработки и производственными журналами, а также тем, что на других объектах у кирпича из этой же партии признаков коррозии не обнаружено.
На первом этапе расследования причин разрушения кирпича возникло предположение о недостаточной морозостойкости. Прочностные показатели изъятых из кладки образцов, отобранных рядом с разрушенным кирпичом, находились в диапазоне М125—М175, морозостойкость F35. В архиве погоды было обнаружено, что после оттепели установилась температура -30оС и ниже. Морозостойкость продукции согласно ГОСТ 7025—91
«Кирпич и камни керамические и силикатные. Методы определения водопоглощения, плотности и контроля морозостойкости» устанавливается при температуре от -15 до -20оС. Дополнительно были проведены испытания на морозостойкость при другой температуре: -10, -40 и -52оС. Результат оказался схожим во всех случаях: разрушения материала не произошло.
Было решено разрушенные и целые образцы кирпича, а также контрольный образец из той же партии с другого строительного объекта отправить на исследования в РХТУ им. Д.И. Менделеева для проведения физико-химических исследований — дифферен-циально-терми-ческого (ДТА), рентгенофазового
Рис. 1. Участок стены, из которой производилась выемка образцов корродировавшего силикатного кирпича для исследований: 1 - камень, однократно намоченный; 2 - камень, испытавший на себе интенсивную фильтрацию солевого раствора и талых вод; 3 - полностью разрушенный образец
научно-технический и производственный журнал Г1- fjirfrj [ £j Li| i. Ii декабрь 2017 Ы- 'ErJ> ЛШ'
Silicate building materials
Таблица 1 Средний элементный состав образцов на основании данных РФлА
Массовое содержание, %
Элемент Исходный камень Однократно намоченный Камень, подверженный активной фильтрации Разрушившийся камень Контрольный образец
С 7,68 11,33 10,59 9,2 8,79
О 53,5 52,45 50,42 51,86 53,42
Na 0,16 0,39 2,11 0,95 0,2
Mg 0,56 0,13 0,11 0,04 0,57
Al 0,6 0,51 0,57 0,58 0,58
Si 23,55 19,62 20,88 21,94 22,18
Cl - 1,31 2,86 1,17 -
K 0,3 0,34 0,34 0,36 0,33
Ca 13,26 13,93 11,78 13,68 13,45
Fe 0,39 - 0,34 0,22 0,49
Таблица 2
Фазовый состав гидросиликатного _вяжущего образцов_
Фаза Исходный камень Однократно намоченный Камень, подверженный активной фильтрации Разрушившийся камень Контрольный образец
Гиролит + + + + +
Афвилит + - + + +
CSH(I) + + + - +
C2SH(A) - + - + -
(РФА) и рентгенофлуоресцентного элементного анализа (РФлА). Для уточнения микроструктуры образцов также была применена сканирующая электронная микроскопия (СЭМ). Исследования методами РФлА и СЭМ выполнены на оборудовании Центра коллективного пользования им. Д.И. Менделеева.
В РХТУ было передано пять образцов камней: исходный камень; камень, по всей видимости, однократно намоченный; камень, через который активно шла фильтрация (после высыхания камень изменил цвет и заметно упрочнился); камень полностью разрушившийся (приобрел слоистую структуру, крошился в руках); контрольный образец из той же партии с другой стройки (рис. 1).
Проведенный рентгенофлуоресцентный анализ выявил наличие хлора в корродированных образцах (табл. 1). Непостоянность его содержания указывала на попеременную фильтрацию через материал солевого раствора и талых вод.
В силу того, что коррозия носила поверхностный характер, фазовый состав образцов различается незначительно [1] (табл. 2), в отличие от результатов дерива-тографического анализа (рис. 2).
Изменение профиля термограмм указывает на то, что под воздействием солевых растворов в первую очередь разрушаются низкоосновные ГСК (рис. 2, б, в), а их место занимают новообразования с более высоким соотношением СаО^Ю2, дегидратация которых начинается при более низкой температуре (рис. 2, г) [2, 3]. Камни, не подвергшиеся воздействию солевого раствора, вне зависимости от партии, с точки зрения набора физико-химических превращений существенно не различаются (рис. 2, а, д).
Наиболее наглядно влияние солевого раствора на структуру гидросиликатного связующего прослеживается при исследовании образцов при помощи сканирующей электронной микроскопии (рис. 3).
Исходная плотная шуба, сложенная из хорошо развитых низкоосновных волокнистых ГСК (рис. 3, а) постепенно замещается пластинчатыми новообразованиями и массивами геля (рис. 3, б, в). В полностью разрушенном образце (рис. 3, г) присутствует тонкая пористая структура, сложенная короткими пластинками, частично выкристаллизованными из аморфной матрицы. При этом камень, не подверженный воздействию солей (рис. 3, д), по своей структуре аналогичен исходному [4, 5].
Для подтверждения полученных результатов в условиях заводской лаборатории производителя были проведены исследования образцов в концентрированных растворах антигололедных реагентов на протяжении двух месяцев, однако разрушения и снижения прочностных показателей не выявлено. Создание экстремальных условий, включающих в себя переменное замораживание-оттаивание, постоянную фильтрацию через материал солевых растворов в сочетании с обильным посыпа-
430 425 ; 420 j 415 >410 -405 400 395 390
255 250 . 245 M 240 I 235 ■ 230 225 220
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Температура, оС
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Температура, оС
225 220 s 215 § 210 I 205 zn 200 195 190
00 185
iü
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Температура, оС
Рис. 2. Дериватограммы представленных образцов силикатных камней: а - исходный камень; б - камень, однократно намоченный; в - камень, испытавший на себе интенсивную фильтрацию солевого раствора и талых вод; г - полностью разрушенный образец; д - контрольный образец с другой стройки
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Температура, оС
а
б
0
0
г
д
0
в
jj. ®
научно-технический и производственный журнал
декабрь 2017
39
^''"ЗиЛ
Sa -р
нием поверхности материала твердым антиобледенителем привело к получению схожего результата.
При обобщении полученного массива данных, было сделано предположение, что коррозия под воздействием хлорсодержащих веществ происходит в два этапа. На первом происходит насыщение материала солевым раствором, сопровождающееся началом растворения и перерождения гидросиликатной связки. При этом прочность камня нарастает из-за цементации растворимыми солями. Последующее удаление хлорид-ионов вследствие фильтрации жидкости приводит к разрушению структуры по причине активной перестройки гидросиликатов кальция и формирования массивов геля (кремниевой кислоты или гидросиликатов). Также следует отметить, что точный фазовый состав продуктов деструкции определить весьма затруднительно по двум причинам: во-первых, разрушению подвергается только
Рис. 3. Результаты сканирующей электронной микроскопии образцов силикатных камней: а - исходный камень; б - камень, однократно намоченный; в - камень, испытавший на себе интенсивную фильтрацию солевого раствора и талых вод; г - полностью разрушенный образец; д - контрольный образец с другого строительного объекта
внешний слой гидросиликатной связки, а во-вторых, в силу удаленности процесса от равновесия получаемые новообразования крайне дефектны, что затрудняет их определение минералогическими способами.
Разрушение материала обусловлено не просто фактом применения ледоплавильных реагентов, а совокупностью условий: периодическим замораживанием; фильтрацией концентрированного раствора солей через материал; постоянным наличием реагентов на поверхности материала, поддерживающих постоянно высокую концентрацию хлорид-ионов в жидкости. Также следует отметить, что коррозии были подвержены и другие материалы. На той же стройке были разрушены железобетонные плиты перекрытия в местах намокания.
Все это подтверждает необходимость соблюдения норм строительства и защиты кладки от неблагоприятных погодных и искусственно созданных условий.
п
Список литературы
1. Кафтаева М.В., Рахимбаев И.Ш. К вопросу о фазовом составе гидросиликатного связующего автоклавного газобетона // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2013. № 10. С. 370-372.
2. Ступень Н.С., Лукашевич М.В. Процессы коррозии в цементном камне под воздействием сульфатно-хлоридной агрессивной среды // Вестк Брэсцкага-ушвератэта. 2008. № 2. С. 62-72.
3. Федосов С.В., Акулова М.В., Потемкина О.В., Емелин В.Ю., Белякова Н.А. Исследование изменения фазового состава пенобетона с добавлением жидкого стекла и стеклобоя термографическим методом // Известия Юго-Западного государственного университета. 2013. № 5. С. 173-180.
4. Анваров Б.Р., Латыпова Т.В., Латыпов В.М., Крамар Л.Я. К вопросу о механизме повреждения железобетона при коррозии выщелачивания // Известия вузов. Строительство. 2015. № 2. С. 12-26.
5. Лебедева К.Ю., Салтанова Ю.В., Пахомовский А.Н., Корзун Н.Л. Исследования агрессивной активности соли ОАО «Тыретский солерудник» на цементобетон // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2015. № 1. С. 95-105.
References
1. Kaftaeva M.V., Rakhimbaev I.SH. To a question of phase composition of hydrosilicate binding autoclave aero-crete. Mezhdunarodnyi zhurnal prikladnykh i funda-mental'nykh issledovaniy. 2013. No. 10, pp. 370—372. (In Russian).
2. Stupen' N.S., Lukashevich M.V. Processes of corrosion in a cement stone under the influence of a sulfate-chloride severe atmosphere. Vesnik Brestskagauniversiteta. 2008. No. 2, pp. 62-72. (In Russian).
3. Fedosov S.V., Akulova M.V., Potemkina O.V., Eme-lin V.Yu., Belyakova N.A. Research of change of phase composition of foam concrete with addition of a liquid silica glass and cullet by a thermographic method. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. 2013. No. 5, pp. 173-180. (In Russian).
4. Anvarov B.R., Latypova T.V., Latypov V.M., Kra-mar L.Ya. To a question of the mechanism of damage of reinforced concrete at lixiviation corrosion. Izvestiya vu-zov. Stroitel'stvo. 2015. No. 2, pp. 12-26. (In Russian).
5. Lebedeva K.Yu., Saltanova Yu.V., Pakhomovskiy A.N., Korzun N.L. Researches of aggressive activity of salt of JSC Tyretskiy solerudnik on cement concrete. Izvestiya vuzov. Investitsii. Stroitel'stvo. Nedvizhimost'. 2015. No. 1, pp. 95-105. (In Russian).
40
научно-технический и производственный журнал
декабрь 2017
