Индивидуальные студенческие работы


Исследование коррозии бетона в жидких агрессивных средах диссертация

Сложный процесс сульфатной коррозии можно разделить на ряд более простых или элементарных. Поскольку находящийся в поро-вой жидкости гидроксид натрия препятствует образованию продуктов новой фазы, то первым элементарным процессом должен быть процесс удаления из бетона едких щелочей.

Далее за счет имеющихся в бетоне гидроксида и гидроалюмината кальция образуются продукты взаимодействия со средой - гипс и гидроалюминат кальция, которые осаждаются в порах бетона в зоне реакции.

Если в результате химической реакции не образуется хорошо растворимых щелочей, то рН поровой жидкости в зоне реакции продолжает снижаться и в некоторый момент начинается гидролиз сначала высокоалюминатных, а затем и низко-алюминатных гидросиликатов кальция, которые в основном составляют структурный каркас искусственного камня.

Это приводит, во-первых, к дальнейшему снижению прочности структуры, а, во-вторых, вследствие гидролиза в поровую жидкость поступает дополнительное количество гидроксида кальция, который взаимодействует с сульфатной средой, а новообразования вызывают дополнительное кристаллизационное давление и напряжения в структуре и ее полное разрушение.

Эти процессы разделены во времени, что схематично можно проиллюстрировать кривыми, характеризующими кинетику процесса рис. Кроме того, элементарные процессы можно разделить и в пространстве. Например, в какой-то фиксированный момент времени может наблюдаться и удаление едких щелочей из бетона глубоко лежащие от поверхности слоии образование гипса и гидросульфоалю-мината кальция за счет первичного гидроксида и гидроалюмината средние слоии гидролиз гидросиликатов кальция с образованием гипса и разрушением структуры поверхностные слои.

Несколько отличается от описанной схемы процесс сульфатной коррозии, если в результате химического взаимодействия в зоне реакции образуются едкие щелочи, как правило, ЫаОН или КОН. В результате понижается растворимость гидроксида кальция, также исчезают условия для образования гидросульфоалюмината кальция, а тем более для гидролиза гидросиликатов кальция. Все вместе эти факторы приводят к замедлению общего процесса, и скорость его не восстано- вится, пока образовавшиеся едкие щелочи не будут удалены из бетона за счет диффузии.

Схема элементарных процессов сульфатной коррозии бетона: Если разрушение структуры имеет место на стадии первичного процесса, то бетон теряет свою прочность монотонно и глубина коррозии может исследование коррозии бетона в жидких агрессивных средах диссертация рассчитана по формулам 17 или 20 в зависимости от того, сохраняется ли буферный слой бетона на месте его образования или разрушается и осыпается с поверхности конструкций.

Первый случай характерен для подземных, второй - для подводных сооружений. Применение этих моделей правомерно в следующих случаях: Содержание гидроалюмината кальция при этом не имеет значения. В зависимости от вида катиона сульфатной среды применяются корректирующие коэффициенты, например, как это предлагается в работах М. В этом случае при первичном процессе не происходит полной потери прочности, а время наступления вторичного процесса, при котором разлагаются гидросиликаты кальция, весьма продолжительно и, как правило, превышает реальные сроки эксплуатации конструкций.

Остаточная прочность бетона после завершения первичного процесса не зависит от концентрации агрессивной среды, но будет изменяться в зависимости от содержания С3А в клинкере цемента.

Это изменение в первом приближении можно представить следующим образом. Прогнозирование изменения прочностных свойств бетонной конструкции осуществляется в три этапа: Коррозия арматуры в бетоне при воздействии хлорсодержащей газовой среды главы 4,5, 6 Процесс взаимодействия газовой среды и бетона можно разделить на ряд элементарных актов, поддающихся аналитическому описанию: Изучение процесса коррозии арматуры проводилось для случая воздействия на бетон хлористого водорода.

Этот газ является одним из самых распространенных на предприятиях Башкортостана. При более низкой влажности атмосферы газ проникает глубже, однако при этом коррозионные процессы стали в бетоне, по данным С.

Алексеева, сильно замедляются вследствие возрастания омического сопротивления бетона. Розенталя, который уста- новил, что проскок молекул углекислого газа за нейтрализованный слой бетона исследование коррозии бетона в жидких агрессивных средах диссертация превышает I мм.

После поглощения газа и образования хлористого кальция последний диффундирует в поровой жидкости в глубь бетона к арматуре. В отличие от процесса карбонизации при взаимодействии хлористого водорода и бетона коррозия стали наступает исследование коррозии бетона в жидких агрессивных средах диссертация образования нейтрализованного слоя на поверхности конструкции.

Свойства бетона и его структура остаются практически неизменными длительный период времени. Поэтому процесс поглощения газа протекает с постоянной скоростью рис. С учетом этого обстоятельства, а исследование коррозии бетона в жидких агрессивных средах диссертация незначительной глубины проникания газа в бетон получено уравнение, описывающее распределение концентрации хлоридов по глубине бетона С4 -1-1,06—.

Поглощение хлористого водорода цементным камнем при различной концентрации и влажности среды: Для бетона значение Р оказалось равным 0,3 3 ; для цементного камня и раствора - 0,6.

Сплошными линиями нанесены теоретические зависимости, рассчитанные по формулам 21 — 23. Сходимость аналитических вычислений с экспериментом достаточно хорошая для данного вида экспериментов, что позволяет использовать полученные уравнения для прогнозирования. Основой для прогнозирования долговечности железобетона является положение о недопустимости эксплуатации конструкций с корродирующей арматурой.

Период времени, в течение которого у поверхности исследование коррозии бетона в жидких агрессивных средах диссертация накапливаются агрессивные ионы хлора до критической концентрации, вызывающей коррозию стали в бетоне, можно рассчитать по зависимости, полученной из совместного решения уравнений 21 - 23 Рис.

Распределение ионов хлора в бетонных образцах следующего состава: Таким образом, для прогнозирования долговечности железобетонных конструкций в газовой среде типа HCl необходимо экспериментально рассчитать параметры Псо, Д, и qt. Объемное влагосо-держание находится обычным способом по разности массы образца в естественном и высушенном состоянии. Эффективный коэффициент диффузии можно определить путем замера электропроводности образцов на переменном токе.

Эта методика разработана автором совместно с А. Поток газа, поглощаемого бетоном, определяется по увеличению массы образцов, выдерживаемых в агрессивной среде. Уравнение 24 получено из условия отсутствия трещин в защитном слое бетона. Однако практически только в предварительно-напряженных конструкциях можно обеспечить отсутствие поперечных трещин.

При обычном армировании при проектировании возникает вопрос о допустимом раскрытии трещин. Изучением проницаемости трещин занимались С. Однако при воздействии хлористого водорода наблюдается иная картина. Вследствие значительно большей растворимости газ поглощается бетоном в устье трещины и дальнейший перенос хлоридов осуществляется в поровой жидкости бетона.

Исследования исследование коррозии бетона в жидких агрессивных средах диссертация газа в трещину по специально разработанной методике показали, что глубина проникания хлористого водорода сопоставима с шириной раскрытия трещины.

Так как эта величина в большинстве случаев пренебрежимо мала по сравнению с толщиной защитного слоя бетона, то можно считать, что перенос агрессивного вещества осуществляется только в поровой жидкости за счет диффузии хлорид-ионов. Следовательно, глубина проникания хлоридов в бетон с трещинами будет такой же, как и в бездефектном бетоне. Поскольку в устье трещины газ поглощается в двух взаимно перпендикулярных направлениях, то концентрация хлоридов на этом участке будет выше, чем на поверхности бетона вдали от трещины.

В конечном итоге это приведет к уменьшению времени накопления критического содержания хлоридов у поверхности арматуры. При прогнозировании долговечности конструкций I категории по трещиностойкости значение Кт принимается равным I. Для остальных конструкций Кт в первом приближении может быть принят равным 2.

Проанализированы причины разрушения железобетонных конструкций, эксплуатирующихся в агрессивных средах. Выявлено, что самыми значимыми, приносящими наибольший ущерб экономике Республики Башкортостан, являются следующие виды коррозии железобетона: Нельзя исключать также возможного развития сульфатной коррозии бетона при использовании цементов с повышенным содержанием трехкальциевого алюмината в клинкере.

Разделение общего коррозионного процесса на элементарные акты, поддающиеся аналитическому описанию, позволило получить достаточно надежные формулы для прогнозирования скорости коррозии железобетона в жидких и газовых агрессивных средах с учетом всех основных физико-химических характеристик, влияющих на механизм и скорость процесса.

Для оценки степени коррозионного поражения бетона в жидкой агрессивной среде разработана математическая модель, которая описывает все три вида коррозии по классификации проф. Каждый вид коррозии проявляется в большей или меньшей исследование коррозии бетона в жидких агрессивных средах диссертация в зависимости от концентрации среды, и по мере ее повышения первый вид переходит во второй, второй — в третий. Эти переходы четко учитываются предлагаемыми формулами. Для прогнозирования глубины коррозии бетона в жидкой среде предложено определять константу исследование коррозии бетона в жидких агрессивных средах диссертация процесса К, величина которой зависит как от параметров среды вида и концентрации, коэффициента диффузии, температурытак и от свойств материала химического состава цемента и его расхода, проницаемости бетона, вида применяемого заполнителя и пр.

Скорость перемещения агрессивной среды у поверхности бетона в значительной степени определяет кинетику коррозионного поражения бетона. При одной той же концентрации агрессивной среды, но при различной скорости ее течения глубина коррозии может различаться на один-два порядка. Для определения параметров, характеризующих диффузионную проницаемость бетона, разработан метод. Этот метод может быть применен для оценки массопереноса веществ в капиллярно-пористом теле как в поровой жидкости, так и в свободных от воды порах бетона.

Выделены три стадии в развитии процесса коррозии бетона II вида. На первых двух стадиях скорость коррозии лимитируется внешним массопереносом: На третьей стадии скорость процесса определяется диффузией реагирующих веществ в буферном слое бетона и не зависит от скорости перемещения среды вне бетона внутренний контроль. Получены аналитические выражения для определения длительности каждой исследование коррозии бетона в жидких агрессивных средах диссертация процесса.

При этом не требуется дополнительных мер по противокоррозионной защите бетона. Изучен механизм взаимодействия сульфатной среды с бетоном и определены пределы концентраций, при которых образуются различные продукты коррозии. Скорость разрушения бетона в сульфатных средах зависит от условий эксплуатации конструкций. Если бетон работает в грунтовых условиях, то прокорродированный слой остается на месте образования, выполняя роль буфера, увеличивает диффузионное сопротивление, что ведет к значительному уменьшению скорости процесса.

При воздействии на портландцементный бетон растворов сульфатов общий коррозионный процесс можно разделить на первичный и вторичный. Первичный процесс включает в себя взаимодействие сульфатов с гидроалюминатом и гидроксидом кальция, вторичный - с продуктами гидролиза гидросиликатов кальция.

Вторичный процесс проявляется только при возникновении исследование коррозии бетона в жидких агрессивных средах диссертация для разложения гидросиликатов кальция, а именно - только при снижении щелочности среды в зоне реакции ниже определенного значения.

При действии на бетон сульфатов натрия или калия, образующих в результате реакции едкие щелочи, вторичный процесс не может начаться до полного удаления едких щелочей из зоны реакции за счет диффузии во внешнюю среду.

В этом случае первичный и вторичный процессы разделены во времени. Количественная оценка скорости коррозии по предлагаемым формулам полностью соответствует имеющимся на настоящее время экспериментальным данным, полученным как в России, так и за рубежом, что подтверждает правомерность использования разработанных математических моделей для прогнозирования глубины поражения бетона, оценки степени агрессивности среды и выбора оптимальных средств защиты строительных конструкций, эксплуатирующихся в жидких кислых и сульфатных средах.

В зависимости от содержания хлористого водорода в газовоздушной среде коррозия железобетона может развиваться по раз-Л1гчным схемам: Продукты коррозии металла вызывают внутренние напряжения на границе арматура-бетон, приводящие к отслоению защитного слоя и разрушению конструкции. При этом цементная матрица бетона практически не подвергается коррозии; б при большем содержании хлористого водорода в атмосфере возникают условия для конденсации на поверхности конструкций водяных паров, содержащихся в воздухе.

Это происходит в результате понижения парциального давления насыщенного пара над поровой жидкостью бетона в процессе накопления в ней хлористого кальция. Конденсирующаяся влага заполняет все поры бетона, прекращая доступ агрессивного газа в глубь порового пространства. Газ, растворяясь в пленке влаги на поверхности бетона, образует кислоту, которая взаимодействует с цементными составляющими бетона.

Разрушение защитного слоя протекает послойно так же, как при коррозии бетона в растворах кислот, а депассивация арматуры может происходить только после нейтрализации щелочи защитного слоя бетона.

Основными параметрами, исследование коррозии бетона в жидких агрессивных средах диссертация скорость коррозии железобетона в среде хлористых газов являются эффективный коэффициент диффузии хлорид-ионов в поровой жидкости и агрессивного газа в свободных от воды порах бетона, влагосодерлсание бетона, а также концентрация и температура агрессивной среды.

Уменьшение влажности атмосферы вызывает снижение значений всех кинетических параметров, возрастание омического сопротивления бетона, что в итоге обуславливает замедление суммарного коррозионного процесса железобетона в газовой среде. Трещины в защитном слое бетона в отличие от процесса карбонизации не оказывают решающего влияния на долговечность железобетонных конструкций в хлорсодержащей газовой среде.

Наличие трещин до 0,5 мм не ускоряет продвижения хлоридов к арматуре, но может приводить к некоторому увеличению концентрации хлоридов в бетоне. Основные положения диссертации содержатся в следующих опубликованных работах: Метод прогнозирования долговечности железобетонных конструкций в среде кислых газов типа HCl: Растворение агрессивного газа в поровой жидкости бетона: О коррозии железобетона в газовой среде И Тр.

НИИпромстроя, - Уфа, 1979.

VK
OK
MR
GP