Введение 3
1 Коррозия бетонов 7
1.1 Классификация агрессивных сред и принципы получения высоко
коррозионностойких бетонов 8
1.1.1 Коррозия выщелачивания 12
1.1.2 Кислотная коррозия 14
1.1.3 Сульфатная коррозия 17
1.1.4 Щелочная коррозия 20
1.2 Способы защиты от коррозии 22
2 Методики исследований и характеристики используемых материалов 25
2.1 Свойства используемых материалов 25
2.2 Методы экспериментальных исследований 38
2.2.1 Песок, как мелкий заполнитель 38
2.2.2 Добавки 39
2.2.3 Определение оптимального состава бетонной смеси 41
2.2.4 Изучение свойств бетонной смеси 41
2.2.5 Физико - механические свойства бетонов 42
3 Исследование коррозионной стойкости бетона с использованием различных
видов вяжущих, заполнителей и цементов 46
3.1 Коррозионная стойкость бетона в зависимости от вида заполнителя 46
3.1.1 Сцепление заполнителей с цементным камнем 46
3.1.2 Влияние вида заполнителя на коррозионную стойкость бетона 50
3.2 Влияние состава цемента на стойкость цементного камня 60
3.2.1 Коррозия выщелачивания 60
3.2.2 Сульфатная коррозия 69
3.2.3 Щелочная коррозия 74
3.3 Прогнозирование степени коррозионного повреждения 79
Заключение 83
Список используемых источников 85
В современном промышленном, гражданском, транспортном и частном строительстве бетон выступает в роли основного материала для возведения зданий и сооружений. Весьма обширна и область применения бетона - это от плотин гидростанций, несущих и ограждающих конструкций зданий до дорожного полотна и железнодорожных шпал.
Широкую область применения бетонов определили их свойства, такие как высокая прочность, долговечность и простота работ сооружений из бетона. Бетон является универсальным строительным материалом, с его помощью можно создавать конструкции и изделия практически любой формы.
Не смотря простоту приготовления, бетон все-таки является не простым материалом. Его свойства формируются под воздействием множества технологических факторов в процессе твердения, в зависимости от условий эксплуатации, а именно воздействия влаги, перепада температур и агрессивных сред.
Бетон, который обеспечивает безопасную службу зданий на долгий расчетный период, возможно, получить при сочетании благоприятных технологических и эксплуатационных факторов. Но при нарушении целостности одного из звена благоприятных факторов неминуемо досрочное разрушение бетона.
Неверная оценка агрессивных факторов, которые влияют на бетон, зачастую приводит к глобальным проблемам при строительстве крупных инженерных конструкций зданий и сооружений и любых строительных изделий.
Огромное народнохозяйственное значение имеет обеспечение долговечности зданий и сооружений РФ так, например, значительный ущерб экономике страны может нанести коррозия бетона. Для предотвращения коррозии бетона необходимы огромные материальные и технические ресурсы. Разработка эффективных и экономически выгодных методов борьбы с коррозией бетона происходит медленнее из-за длительности экспериментов, высокой трудоемкости.
Актуальность работы. При помощи рационального выбора вяжущего и заполнителей можно достичь повышения коррозионной стойкости бетона. Минимизировать или полностью ликвидировать проникновение агрессивных компонентов внешней среды можно с помощью добавления вяжущих и заполнителей, которые взаимодействуют с цементной матрицей. Точных научно-обоснованных рекомендаций по применению бетонов с различными видами вяжущих и заполнителей в тех или иных агрессивных средах нет ни в одной технической литературе, ГОСТ, СП.
Механизм и кинетика процессов коррозии могут быть различными - это зачастую не учитывается, так как методы прогнозирования коррозии бетона основаны на уравнениях механизма коррозии с постоянным во времени коэффициентом диффузии. Поэтому проблема повышения коррозионной стойкости бетонов и прогнозирования долговечности материалов и изделий является актуальной сегодня.
Объектом исследования являются способы, с помощью которых можно уменьшить подвержение бетонов к коррозии.
Предметом исследования является выбор вяжущего и заполнителя, способствующих устойчивости бетонов к коррозии.
Целью исследования является анализ существующих способов повышения коррозионной стойкости бетонов в зависимости от вида вяжущего и заполнителей и совершенствование способов для решения проблемы неустойчивости бетонов к коррозии.
Гипотеза исследования состоит в том, что с помощью разработки мероприятий по повышению коррозионной стойкости бетонов, происходит повышение прочности и долговечности бетонных конструкций, увеличивается их эксплуатационный период безопасного использования.
Для достижения поставленной цели определены следующие задачи исследования:
1. Анализ проблем и методов повышения коррозионной стойкости бетонов;
2. Подбор оптимальных составов, вяжущих и заполнителей для уменьшения коррозии бетонов;
3. Исследование составов бетонов с высокоактивным метакаолином, микрокремнеземом, пластификатором Sika ViscoCrete 25RU на прочность и пористость.
Методы исследования: анализ, прогнозирование и эксперимент.
Научная новизна.
1. Данные о применении высокоактивного метакаолина и микрокремнезема в качестве заполнителя, который позволяет уменьшить процесс коррозии в бетоне и повысить его прочность;
2. Данные об оптимизации состава смеси, которая приводит к замедлению процесса коррозии бетона.
Практическая значимость.
Практическая значимость состоит в разработке эффективного выбора вяжущего и заполнителя для повышения коррозионной стойкости бетона и в дальнейшем применении данного бетона.
Личное участие автора состоит в изучении способов повышения коррозионной стойкости бетонов, проведении экспериментальных исследований и обработка полученных данных.
Апробация результатов исследования. В ходе написания диссертации было опубликовано 2 статьи:
1. Шишканова В.Н., Санкеева К.В. Коррозионная стойкость бетонов в зависимости от вида заполнителя / В.Н. Шишканова, К.В. Санкеева // XIX Международная научно-практическая конференция «Экология и безопасность жизнедеятельности». - 2019.
2. Шишканова В.Н., Санкеева К.В. Исследование влияния метакаолина на пористость и прочность бетона / В.Н. Шишканова, К.В. Санкеева // XXII Международная научно-практическая конференция «Города России: проблемы строительства, инженерного обеспечения, благоустройства и экологии». - 2020.
На защиту выносятся:
1. Анализ влияния вида заполнителя и состава цемента на стойкость бетона к коррозии;
2. Исследование свойств коррозионностойкого бетона с применением различных вяжущих и заполнителей;
3. Расчет прогнозирования степени коррозионного повреждения по результатам краткосрочных испытаний.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, содержит 17 таблиц, 20 рисунков, 54 источника используемой литературы, 5 из которых зарубежных авторов и переведены на русский язык. Основной текст работы изложен на 890 страницах.
На основании результатов экспериментальных исследований приведенных в данной работе следует ряд выводов:
1. Анализ методов повышения коррозионной стойкости бетонов выявил один из важных факторов долговечности, физико-механических свойств и способ повышения стойкости к коррозии - это сцепление заполнителя с цементным камнем. Хорошее сцепление бетона гарантирует благоприятное влияние разгрузки цементного камня и повышение прочности бетона. С увеличением прочности сцепления происходит увеличение прочности цементного камня, следовательно, его долговечности.
2. Проведена оценка влияния вяжущих и заполнителей на устойчивость бетона к коррозии выщелачивания. В результате реакции между добавками микрокремнезема и метакаолина и Ca(OH)2 формируется плотная структура порового пространства. Установлено, что наиболее оптимальным вариантом понижения коррозии выщелачивания является применение добавки метакаолина 8%. Сокращение пористости бетона происходит с помощью образования и роста первичных кристаллических гидросиликатных фаз, которые заполняют пространство на микроуровне и выщелачивание бетона понижается, следовательно, происходит повышение прочности. По сравнению с прочностью бетона, не содержащем метакаолин, прочность бетона с 8% содержанием его, возрастает на 25,8 и 34,7% соответственно для серий I и II.
3. Проведена оценка влияния содержания сульфатов. Испытаниями установлено, что повышенные количества гипса, находящегося в заполнителе, оказывают отрицательное влияние, снижая прочность бетонов и увеличивая деформации. Для предотвращения сульфатной коррозии необходимо ограничить в песке и щебне для строительных работ содержание сульфатов (гипс, ангидрит) соответственно не более 1 % и 1,5% по массе в пересчете на SO3.
4. Проведена оценка влияния скорости процесса щелочной коррозии от состава цемента, вида и количества химических добавок - общего числа щелочей, которые растворимы в бетоне. При повышении кислотности скорость коррозии увеличивается. Наличие щелочей в жидкой фазе бетона зависит от содержания определенного объема растворимых щелочей и влаги в бетоне. Процесс щелочной коррозии должен прекратиться при высушивании бетона.
5. Выполнены расчеты по прогнозированию. С помощью уравнений расчета кинетики коррозии цементного камня можно спрогнозировать степень коррозионного повреждения в короткие сроки. Для качественного прогнозирования процесса коррозии предлагается использовать монотонно меняющиеся во времени показатели, например, изменение линейных размеров образца, изменение вещественного состава, глубину проникновения агрессивного агента в бетон.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
