CC BY
200
МЕХАНИЗМ РАЗРУШЕНИЯ БЕТОНОВ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ НА НИХ ХЛОРИДНЫХ АНТИГОЛОЛЕДНЫХ РЕАГЕНТОВ
Попов Владимир Георгиевич
профессор, д.т.н., зав. кафедрой «Химии и инженерной экологии» Московского Государственного Университета Путей Сообщения Императора Николая II (МГУПС МИИТ)
Светлана Валерьевна Чурюкина
ст. преподаватель кафедры «Химии и инженерной экологии» Московского Государственного Университета Путей Сообщения Императора Николая II (МГУПС МИИТ)
Дусеев Дмитрий Игоревич студент магистратуры -2го года обучения Московского Государственного Университета Путей Сообщения Императора Николая II (МГУПС МИИТ) THE MECHANISM OF DESTRUCTION OF CONCRETE WHEN EXPOSED TO
CHLORIDE DE-ICING PRODUCT
Vladimir Popov
Ph. D., Professor, Head of the Chemitfry & Engineering Ecology Department
Moscow State University of Railway Engineering Emperor Nicholas II (MIITMoscow State Railway University)
Svetlana Churiukina
Senior Lecturer of the Department of Chemitfry and Engineering Ecology Moscow State University of Railway Engineering Emperor Nicholas II (MIIT Moscow State Railway University)
Dmitry Duseev
the -2nd Year Magitfracy Student of the Moscow State University of Railway Engineering Emperor Nicholas II (MIIT Moscow State Railway University)
АННОТАЦИЯ
В статье раскрывается механизм разрушения бетонов при взаимодействии их с противогололедными реагентами на основе хлоридов для разработки процессов, направленных на нейтрализацию этих воздействий.
ABSTRACT
The article reveals the mechanism of detraction of concrete by their interaction with anti-icing agents based on the chlorides to develop processes aimed at mitigating these impacts.
Ключевые слова: хлоридные антигололедные нов.
Keywords:chloride, anti-icing agents, concrete contraction.
Большинство россиян проживает в климатической зоне, где очень ярко выражены смены времен года. В такой климатической зоне невозможно обойтись без использования антигололедных реагентов, в противном случае велик риск возникновения аварий на автодорогах и повышения уровня травматизма населения, которое пользуется пешеходными дорогами.
В настоящее время выбор противогололедных реагентов (ПГР) очень широкий. Но чаще всего используются именно хлоридные антигололеды, т.к. они достаточно дешевы, просты в применении и, как считалось до недавнего времени, безвредны и экологичны.
По поводу экологичности реагентов написано много статей, проведено много исследований, что же касается их
реагенты, механизм воздействия, коррозия бето-
«безвредности», а именно - безопасности по отношению к различным объектам техносферы, здесь не так много информации. Доказано и не вызывает сомнений коррозионное воздействие хлоридов на металлические конструкции. Но, помимо этого, хлориды способны вызывать и коррозию бетонов, особенно бетонов низкой плотности.
В докторской диссертации Н.К. Розенталя1 «Коррозионная стойкость цементных бетонов низкой и особо низкой проницаемости» [1] рассматривается процесс коррозии бетонов при взаимодействии их с хлоридными средами.
Механизм разрушающего воздействия на бетоны различен. Это достаточно сложные физические, химические и физико-химические процессы.
1Николай Константинович Розенталь доктор технических наук, заведующий сектором коррозии бетона, работает в НИИЖБ с 1962 года, является одним из ведущих специалистов в области технологии и защиты строительных конструкций от коррозии. Результаты работ Н.К. Розенталя используются в ряде Государственных стандартов и Строительных норм и правил.
Но и сами бетоны сложные материалы и по своему строению, и по физико-химическим параметрам. Это многокомпонентные и многофазные системы (в их составе имеются твердые, жидкие и газообразные фазы).
В случае с антигололедными реагентами следует выделить физико-химический характер разрушения бетонов, а именно - капиллярное всасывание. Такой механизм будет характерен для следующих конструкций из бетона: пешеходных мостов (имеются в виду мосты через автомобильные магистрали, но не через водные преграды), пешеходных железнодорожных мостов и переходов. Эксплуатация данных конструкций осуществляется без градиента давления, т.к. они не находятся под напором воды и не погружены в воду постоянно, как, например, мосты через реки.
Согласно выводам Н.К. Розенталя [1] перенос агрессивных веществ в теле бетона осуществляется за счёт диффузии в отсутствии градиента давления, но при наличии градиента концентрации. Диффузионные процессы развиваются во всём диапазоне имеющихся в бетоне пор - от нескольких ангстремов до нескольких миллиметров. Данный перенос осуществляется за счет капиллярных сил.
Используя данные Н.К. Розенталя [1], авторы статьи провели ряд собственных исследований, доказывающих, что механизм проникновения растворов хлоридов в тело бетонов при использовании ПГР происходит именно за счет капиллярных явлений, капиллярного всасывания. Понять механизм процесса очень важно, т.к. эти знания помогут управлять процессом, варьируя различными физико-химическими параметрами. Был проведен ряд экспериментов, которые доказали, что разрушение бетонов происходит именно за счет капиллярного всасывания. Хлориды, именно за счет капиллярного всасывания, проникают в тело бетона и, взаимодействуя с его составляющими, образуют растворимые соли. Эти соли, вымываясь из бетона, и приводят к его разрушению.
Эксперименты заключались в следующем. Были смоделированы климатические условия, характерные для средней полосы России в зимний, а также осенне-зимний и весен-не-зимний периоды. Испытания проводились в течение
месяца (30 дней). Поведение моделей реагентов контролировалось при постоянных низких температурах (-12 °С), постоянных положительных температурах (+5 °С) и в процессе циклических испытаний.
При циклических испытаниях образцы, находящиеся в модельных хлоридсодержащих средах, подвергались поочередному воздействию сначала отрицательных (-12 °С), а затем - положительных температур (+5 °С). Всего было проведено 25 циклов.
В качестве коррозиальных сред (моделей хлоридных антигололедных реагентов) использовали 2-х и 3-х компонентные модели.
2-х компонентные модели состояли из хлоридов натрия и кальция, а 3-х компонентные - из хлорида натрия, хлорида кальция и хлорида магния. Концентрация модельных растворов на основании инструкции по эксплуатации антигололедных реагентов была выбрана равной 2,4.
Чтобы исключить предположение о том, что разрушение бетонов происходит в результате физической коррозии за счет процессов расширения-сжатия при попадании влаги в бетон, были проведены испытания образцов бетонов в обычной водопроводной и дистиллированной водах при тех же самых температурных режимах, что и хлоридные модели.
Образцы бетона для испытаний были отобраны на одной из подмосковных железнодорожных платформ.
При осмотре образцов после испытаний были получены следующие результаты.
На рисунке 1 представлен исходный образец бетона, не подвергавшийся испытаниям. Точно такой же вид имеют образцы, погруженные в дистиллированную воду и испы-тывавшиеся при постоянных отрицательных и при циклических изменениях температуры (рис. 2, 3).
В образцах, погруженных в водопроводную воду, которая всегда содержит хлориды, произошли очень незначительные изменения. На внешнем виде образцов это практически не отразилось, но в воде появился серый осадок, что указывает на разрушение образцов (рис. 4, 5).
Рис. 1 - Исходные образцы бетонов (до испытания).
Рисунок 2 - Образцы бетона в дистиллированной воде при постоянной отрицательной температуре.
ш
Рисунок 4 - Образцы бетона в водопроводной воде при постоянной отрицательной температуре.
Рисунок 5 - Образцы бетона в водопроводной воде при циклических испытаниях.
Наибольшие разрушения выявлены у образцов бетона, влеченных из 2-х и 3-х компонентных моделей, вплоть до
подвергшихся воздействию постоянных отрицательных мелких песчаных фракций; на поверхности образцов на-
температур и циклическим испытаниям (см. рис. 6 - 9). блюдался белый налет. Отмечено сильное, почти полное разрушение образцов, из-
_
Рисунок 6 - Образцы бетона в опыте 2 (постоянная отрицательная температура), выдержанные в 2-х компонентной модели противогололедного реагента
Рисунок 7 - Образцы бетона в опыте 2 (постоянная отрицательная температура), выдержанные в 3-х компонентной модели противогололедного реагента.
Рисунок 8 - Образцы бетона в опыте 3 (циклы, температурные перепады отрицательного значения температуры до положительного), выдержанные в 2-х компонентной модели противогололедного реагента.
Рисунок 9 - Образцы бетона в опыте 3 (циклы, температурные перепады отрицательного значения температуры до положительного), выдержанные в 3-х компонентной модели противогололедного реагента.
Поскольку образцы бетонов, которые были погружены в дистиллированную и водопроводную воду, при низкотемпературных и циклических испытаниях изменений не претерпели, то механизм физического разрушения по отношению к хлоридам рассматривать не имеет смысла. Образцы, проходившие испытания при тех же самых условиях, но в хлоридных средах - разрушились, значит, имел место механизм капиллярного всасывания. Разрушение бетонов зависит именно от состава среды, которая воздействует на бетон. Исходя из этого, можно подобрать условия, варьируя физико-химические свойства самих бетонов и ПГР, для снижения негативного воздействия на пешеходные объекты.
Это позволит избежать серьезных чрезвычайных ситуаций и человеческих жертв, которые могут произойти при выходе из строя этих объектов.
Список литературы
1. Розенталь Н. К. Коррозионная стойкость цементных бетонов низкой и особо низкой проницаемости. Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук. Москва, 2004 г.
