Оценка влияния водного раствора хлорида кальция на прочность бетона
|
ВВЕДЕНИЕ 4
1 Теоретические данные о коррозии и восстановлении железобетонных элементов конструкций здания 8
1.1 Целесообразность изучаемого вопроса 8
1.2 Реакция гидратации цемента 9
1.3 Коррозия бетона и железобетона 13
1.3.1 Карбонизация 17
1.3.2 Коррозия выщелачивания 19
1.3.3 Взаимодействие цементного камня с кислотами и кислыми солями 20
1.3.4 Коррозия кристаллизации 22
1.3.4.1 Сульфатная коррозия 22
1.3.4.2 Кристаллизация солей в порах бетона 23
1.3.4.3 Щелочная коррозия 24
1.4 Другие виды коррозии бетона и железобетона 25
1.4.1 Биологическая коррозия 25
1.4.2 Масляная коррозия 26
1.4.3 Термическая коррозия 26
1.5 Химическая коррозия бетона под воздействием водного раствора хлорида кальция 26
1.6 Защита железобетонных конструкций от коррозии 30
1.7 Выводы по разделу 1 32
2 Обследование железобетонных конструкций после воздействия водного раствора хлорида кальция 33
2.1 Описание объекта обследования 33
2.2 Обследование объекта 35
2.3 Сложности, возникшие при обследовании объекта 42
2.4 Выводы по разделу 2 43
3 Экспериментальная оценка воздействия водного раствора хлорида кальция на бетон 45
3.1 Первый этап экспериментальной работы 45
3.1.1 Программа испытаний 45
3.1.2 Изготовление образцов-кубов 50
3.1.3 Испытания образцов-кубов 52
3.1.4 Повреждения образцов-кубов 56
3.1.5 Обработка результатов испытаний образцов-кубов 57
3.2 Второй этап экспериментальной работы 58
3.2.1 Программа испытаний 58
3.2.2 Изготовление образцов-призм 61
3.2.3 Испытания образцов-призм 62
3.2.4 Обработка результатов испытаний образцов-призм 72
3.3 Выводы по разделу 3 73
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 76
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 77
ПРИЛОЖЕНИЕ А 83
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 89
ПРИЛОЖЕНИЕ В 99
1 Теоретические данные о коррозии и восстановлении железобетонных элементов конструкций здания 8
1.1 Целесообразность изучаемого вопроса 8
1.2 Реакция гидратации цемента 9
1.3 Коррозия бетона и железобетона 13
1.3.1 Карбонизация 17
1.3.2 Коррозия выщелачивания 19
1.3.3 Взаимодействие цементного камня с кислотами и кислыми солями 20
1.3.4 Коррозия кристаллизации 22
1.3.4.1 Сульфатная коррозия 22
1.3.4.2 Кристаллизация солей в порах бетона 23
1.3.4.3 Щелочная коррозия 24
1.4 Другие виды коррозии бетона и железобетона 25
1.4.1 Биологическая коррозия 25
1.4.2 Масляная коррозия 26
1.4.3 Термическая коррозия 26
1.5 Химическая коррозия бетона под воздействием водного раствора хлорида кальция 26
1.6 Защита железобетонных конструкций от коррозии 30
1.7 Выводы по разделу 1 32
2 Обследование железобетонных конструкций после воздействия водного раствора хлорида кальция 33
2.1 Описание объекта обследования 33
2.2 Обследование объекта 35
2.3 Сложности, возникшие при обследовании объекта 42
2.4 Выводы по разделу 2 43
3 Экспериментальная оценка воздействия водного раствора хлорида кальция на бетон 45
3.1 Первый этап экспериментальной работы 45
3.1.1 Программа испытаний 45
3.1.2 Изготовление образцов-кубов 50
3.1.3 Испытания образцов-кубов 52
3.1.4 Повреждения образцов-кубов 56
3.1.5 Обработка результатов испытаний образцов-кубов 57
3.2 Второй этап экспериментальной работы 58
3.2.1 Программа испытаний 58
3.2.2 Изготовление образцов-призм 61
3.2.3 Испытания образцов-призм 62
3.2.4 Обработка результатов испытаний образцов-призм 72
3.3 Выводы по разделу 3 73
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 76
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 77
ПРИЛОЖЕНИЕ А 83
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 89
ПРИЛОЖЕНИЕ В 99
Хлорид кальция представляет собой вещество белого цвета, нашел свое применение в различных сферах, таких как лабораторная практика (сырье для получения кальция, наполнитель для эксикаторов), пищевая промышленность (консервант, смягчитель баранины), медицине, дорожном хозяйстве (компонент противогололедных добавок) и инженерных коммуникациях зданий (теплоноситель в системах охлаждения).
Водный раствор хлорида кальция нашел свое применение в качестве теплоносителя в системах хладоснабжения по следующим причинам: низкая температура замерзания, высокий температурный диапазон использования, сравнительно высокая теплопроводность, малая вязкость при низких температурах, экологическая чистота при возможных утечках, взрыво- и пожаробезопасность.
Теплоноситель может использоваться в системах холодоснабжения ледовых катков, в холодильных установках, в специальных системах охлаждения продукции пищевых и иных производств.
Актуальность работы: При эксплуатации указанных инженерных систем возможно возникновение утечек теплоносителя, что является фактором, оказывающим влияние на прочность и надежность несущих конструкций зданий и сооружений. Утечки при открытой прокладке трубопроводов не вызывают сложности в локализации и устранении, однако при скрытой прокладке трубопроводов возникает сложность в локализации участка трубопровода и ее ликвидации, что может привести к длительному замачиванию несущих конструкций.
Несущие железобетонные конструкции подверженные замачиванию теплоносителем требуют технического обследования для принятия решения о возможности дальнейшей эксплуатации без проведения ремонтновосстановительных мероприятий или с необходимостью их выполнения.
Техническое обследование определенных железобетонных конструкций может быть осложнено их геометрией (малое сечение элемента), доступностью к инструментальному контролю (скрытие другими элементами, например: верхняя полка ригеля, как правило, скрыта плитами перекрытия).
Решение поставленной цели и задач исследования позволит решать задачи технической эксплуатации зданий и сооружений при повреждении конструкций в части быстрого и точного определения категории технического состояния конструкций, методов их защиты, возможности и способа усиления (восстановления).
Цель исследования: Экспериментальное обоснование зависимости изменения прочностных и деформативных характеристик бетона от периода воздействия водного раствора хлорида кальция, определяемого по визуальным признакам.
Объект исследования: Тяжелый бетон класса по прочности на сжатие В25 на крупном заполнителе из щебня карбонатных пород марки М600.
Предмет исследования: Прочностные и деформативные характеристики бетона после агрессивного воздействия водного раствора хлорида кальция (CaCl2).
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
1. Проведение визуального и инструментального обследования несущих конструкций перекрытия на отм. +4.200 в осях «Т-Ф/25-29» производственного здания предприятия, обмерные работы;
2. Определение изменения прочностных и деформативных характеристик бетона при циклическом воздействии водного раствора хлорида кальция (CaCl2) опытным путем;
3. Определение визуальных признаков повреждения конструкции, соответствующих циклам испытаний;
4. Сопоставление изменений прочностных и деформативных характеристик бетона с визуальными признаками повреждения конструкций. Методы исследования: Методы теоретического анализа и обобщения нормативной, учебной и научной литературы, синтеза имеющихся знаний в областях исследования.
Лабораторные опыты и экспериментальный методы при испытаниях образцов, согласно разработанным методикам автора и ГОСТ.
Научная новизна: Изучение процессов коррозии цементного камня при воздействии хлорида кальция (CaCl2) в условиях положительных температур с получением процентных значений изменения прочностных и деформативных характеристик бетона в сопоставлении с визуальными признаками разрушения конструкций.
Практическая значимость
1. Возможность определения степени поражения конструкции коррозией в сравнении с количеством опытных циклов воздействия водного раствора хлорида кальция и их соотношением с визуальными признаками разрушения бетона;
2. Получение процентных значений изменения механических характеристик бетона по визуальным признакам повреждений конструкций, при невозможности определения прочности бетона неразрушающими методами;
3. Оценка возможности усиления конструкций после воздействия водного раствора хлорида кальция.
Апробация результатов исследования. По результатам научно-исследовательской работы опубликовано две статьи, индексируемых в РИНЦ:
• Тошин, Д.С., Новиков, С.Н., Шигаранова, Е.В. Разработка расчетной модели поврежденного железобетонного элемента / Д.С. Тошин, С.Н. Новиков, Е.В. Шигаранова // Актуальные проблемы науки XXI века: сборник статей международной исследовательской организации Cognitio по материалам XXX международной научно-практической конференции: - М., 2018. - С. 50-54.
• Тошин, Д.С., Новиков, С.Н. Оценка воздействия водного раствора хлорида кальция на прочность бетона / Д.С. Тошин, С.Н. Новиков // НАУКА И ОБРАЗОВАНИЕ: СОХРАНЯЯ ПРОШЛОЕ, СОЗДАЁМ БУДУЩЕЕ: сборник статей XXII Международной научно-практической конференции. В 2ч. Ч.1. - Пенза., 2019. - С. 26-30. Промежуточные итоги исследования докладывались на конкурсе студенческих проектов на финансирование 2018 года.
Структура и объем магистерской диссертации. Магистерская диссертация включает в себя введение, три главы, заключение, список используемых литературных источников, а также трех приложений. Работа состоит из 81 страницы машинописного текста, 13 рисунков и 23 таблиц.
Водный раствор хлорида кальция нашел свое применение в качестве теплоносителя в системах хладоснабжения по следующим причинам: низкая температура замерзания, высокий температурный диапазон использования, сравнительно высокая теплопроводность, малая вязкость при низких температурах, экологическая чистота при возможных утечках, взрыво- и пожаробезопасность.
Теплоноситель может использоваться в системах холодоснабжения ледовых катков, в холодильных установках, в специальных системах охлаждения продукции пищевых и иных производств.
Актуальность работы: При эксплуатации указанных инженерных систем возможно возникновение утечек теплоносителя, что является фактором, оказывающим влияние на прочность и надежность несущих конструкций зданий и сооружений. Утечки при открытой прокладке трубопроводов не вызывают сложности в локализации и устранении, однако при скрытой прокладке трубопроводов возникает сложность в локализации участка трубопровода и ее ликвидации, что может привести к длительному замачиванию несущих конструкций.
Несущие железобетонные конструкции подверженные замачиванию теплоносителем требуют технического обследования для принятия решения о возможности дальнейшей эксплуатации без проведения ремонтновосстановительных мероприятий или с необходимостью их выполнения.
Техническое обследование определенных железобетонных конструкций может быть осложнено их геометрией (малое сечение элемента), доступностью к инструментальному контролю (скрытие другими элементами, например: верхняя полка ригеля, как правило, скрыта плитами перекрытия).
Решение поставленной цели и задач исследования позволит решать задачи технической эксплуатации зданий и сооружений при повреждении конструкций в части быстрого и точного определения категории технического состояния конструкций, методов их защиты, возможности и способа усиления (восстановления).
Цель исследования: Экспериментальное обоснование зависимости изменения прочностных и деформативных характеристик бетона от периода воздействия водного раствора хлорида кальция, определяемого по визуальным признакам.
Объект исследования: Тяжелый бетон класса по прочности на сжатие В25 на крупном заполнителе из щебня карбонатных пород марки М600.
Предмет исследования: Прочностные и деформативные характеристики бетона после агрессивного воздействия водного раствора хлорида кальция (CaCl2).
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
1. Проведение визуального и инструментального обследования несущих конструкций перекрытия на отм. +4.200 в осях «Т-Ф/25-29» производственного здания предприятия, обмерные работы;
2. Определение изменения прочностных и деформативных характеристик бетона при циклическом воздействии водного раствора хлорида кальция (CaCl2) опытным путем;
3. Определение визуальных признаков повреждения конструкции, соответствующих циклам испытаний;
4. Сопоставление изменений прочностных и деформативных характеристик бетона с визуальными признаками повреждения конструкций. Методы исследования: Методы теоретического анализа и обобщения нормативной, учебной и научной литературы, синтеза имеющихся знаний в областях исследования.
Лабораторные опыты и экспериментальный методы при испытаниях образцов, согласно разработанным методикам автора и ГОСТ.
Научная новизна: Изучение процессов коррозии цементного камня при воздействии хлорида кальция (CaCl2) в условиях положительных температур с получением процентных значений изменения прочностных и деформативных характеристик бетона в сопоставлении с визуальными признаками разрушения конструкций.
Практическая значимость
1. Возможность определения степени поражения конструкции коррозией в сравнении с количеством опытных циклов воздействия водного раствора хлорида кальция и их соотношением с визуальными признаками разрушения бетона;
2. Получение процентных значений изменения механических характеристик бетона по визуальным признакам повреждений конструкций, при невозможности определения прочности бетона неразрушающими методами;
3. Оценка возможности усиления конструкций после воздействия водного раствора хлорида кальция.
Апробация результатов исследования. По результатам научно-исследовательской работы опубликовано две статьи, индексируемых в РИНЦ:
• Тошин, Д.С., Новиков, С.Н., Шигаранова, Е.В. Разработка расчетной модели поврежденного железобетонного элемента / Д.С. Тошин, С.Н. Новиков, Е.В. Шигаранова // Актуальные проблемы науки XXI века: сборник статей международной исследовательской организации Cognitio по материалам XXX международной научно-практической конференции: - М., 2018. - С. 50-54.
• Тошин, Д.С., Новиков, С.Н. Оценка воздействия водного раствора хлорида кальция на прочность бетона / Д.С. Тошин, С.Н. Новиков // НАУКА И ОБРАЗОВАНИЕ: СОХРАНЯЯ ПРОШЛОЕ, СОЗДАЁМ БУДУЩЕЕ: сборник статей XXII Международной научно-практической конференции. В 2ч. Ч.1. - Пенза., 2019. - С. 26-30. Промежуточные итоги исследования докладывались на конкурсе студенческих проектов на финансирование 2018 года.
Структура и объем магистерской диссертации. Магистерская диссертация включает в себя введение, три главы, заключение, список используемых литературных источников, а также трех приложений. Работа состоит из 81 страницы машинописного текста, 13 рисунков и 23 таблиц.
В результате исследований установлено негативное воздействие водного раствора хлорида кальция на бетон железобетонных конструкций, в дальнейшем приводящее к его разрушению. Длительное воздействие агрессивной среды выражается в снижении прочностных и деформативных характеристик бетона, деструкции цементного камня, коррозии цементного камня с увеличением объема, образовании трещин в элементах, усиленной коррозии арматуры, коррозии и деструкции крупного заполнителя карбонатных пород.
Исследования показали резкое снижение прочности бетона при увеличении циклов воздействия водного раствора хлорида кальция.
По итогам работы составлено соотношение визуальных признаков повреждений бетона с количеством циклов экспериментального воздействия водного раствора хлорида кальция и изменением прочностных и деформативных характеристик бетона в табличной форме.
Усиление железобетонных конструкций возможно при наличии повреждений, соответствующих количеству циклов до 4-х включительно. При указанных повреждениях по конструкциям необходимо выполнить защитное покрытие, препятствующее проникновению воздуха к конструкции.
Наличие признаков деструкции бетона железобетонных конструкций, соответствующих 4-м и более циклам воздействия, усиление конструкций возможно только путем устройства дополнительных элементов, воспринимающих полную нагрузку, передаваемую на данные элементы и их собственный вес.
Исследования показали резкое снижение прочности бетона при увеличении циклов воздействия водного раствора хлорида кальция.
По итогам работы составлено соотношение визуальных признаков повреждений бетона с количеством циклов экспериментального воздействия водного раствора хлорида кальция и изменением прочностных и деформативных характеристик бетона в табличной форме.
Усиление железобетонных конструкций возможно при наличии повреждений, соответствующих количеству циклов до 4-х включительно. При указанных повреждениях по конструкциям необходимо выполнить защитное покрытие, препятствующее проникновению воздуха к конструкции.
Наличие признаков деструкции бетона железобетонных конструкций, соответствующих 4-м и более циклам воздействия, усиление конструкций возможно только путем устройства дополнительных элементов, воспринимающих полную нагрузку, передаваемую на данные элементы и их собственный вес.
Подобные работы
- Оценка влияния водного раствора хлорида кальция на прочность бетона
Магистерская диссертация, строительство . Язык работы: Русский. Цена: 5500 р. Год сдачи: 2019