авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 |

Повышение защитной способности стальной арматуры в керамзитобетонах

-- [ Страница 1 ] --

УДК 666.973.2 На правах рукописи

Шинтемиров Темир Каберович


Повышение защитной способности стальной арматуры

в керамзитобетонах



05.23.05 – Строительные материалы и изделия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук







Республика Казахстан

Алматы, 2010

Работа выполнена в научно-исследовательском и проектном институте строительных материалов ТОО «НИИстромпроект»

Научный руководитель: доктор технических наук профессор

Соловьев В.И.

Официальные оппоненты: доктор технических наук профессор

Мусаев Т.С.

кандидат технических наук

Жакипбеков Ш.К.

Ведущая организация: Казахская академия транспорта и

коммуникаций им. М. Тынышпаева

Защита состоится 27 ноября 2010 года в 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д 14.03.01 в Научно-исследовательском и проектном институте строительных материалов ТОО «НИИстромпроект» по адресу: 050060, г. Алматы, ул. В. Радостовца, 152/6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Научно-исследовательского и проектного института строительных материалов ТОО «НИИстромпроект» по адресу: 050060, г. Алматы, ул. В. Радостовца, 152/6.

Автореферат разослан « » октября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, д.т.н. А. Куатбаев

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. В Послании Президента Н.А. Назарбаева народу Казахстана от 29.01.2010 года отмечается, что только инновации дадут резкий рост производительности труда. В этой связи для развития национальной экономики необходимо гармонично сочетать сырьевые и обрабатывающие отрасли. Такое развитие возможно только на основе разработки и внедрения в производство современных и постоянно обновляемых технологий, способных обеспечить конкурентоспособность отечественной продукции.

Одним из направлений научно-технического прогресса в области бетона и железобетона является снижение массы конструкций, использование местных материалов при обеспечении требуемой дол­говечности зданий и сооружений, что может быть достигнуто комплексом мероприятий, в частности расширением области применения конструкцион­но-теплоизоляционных и конструкционных легких бетонов с их использованием наравне с тяжелыми бетонами или взамен их в ряде агрессивных газовлажных сред при условии обеспечения их равной долговеч­ности.

Бетоны на пористых заполнителях в конструкциях зданий и сооруже­ний отвечают задачам технического прогресса в строительстве, снижая материало-емкость, стоимость и трудоемкость, а, также способствуя улучшению теплотехнических свойств наружных ограждений, что ведет к существенной экономии топливно-энергетических ресурсов. Многочисленными исследова-ниями в области технологии легких бето­нов показано, что бетоны на пористых заполнителях по ряду важных технических свойств (водонепроницаемость, морозостойкость, трещиностойкость, коррозионная стойкость и др.) не уступают тяжелым бетонам. Однако, дол­говечность армированных конструкций из легких бетонов, также как и из тя­желых бетонов зависит не только от стойкости самого бетона, но и от его способности длительно защищать стальную арматуру от коррозии. В практи­ке строительства не редки случаи, когда железобетонные конструкции выхо­дят из строя вследствие коррозии арматуры, как из-за уменьшения ее сече­ния, так и в результате разрушения защитного слоя бетона давлением про­дуктов коррозии стали.

Использование лёгких железобетонных изделий и конструкций на пористых заполнителях, в частности предварительно напряженных, взамен железобетонных конструкций из тяжелого бетона сдерживается недостаточной изученностью коррозионного поведения стальной арматуры в них. Считается, что керамзит является активным заполнителем, способным связывать гидроксид кальция в гидратирующемся цементе, а, следовательно, снижающем рН жидкой фазы бетона ниже критического уровня рН = 11,8, когда возможна коррозия арматуры. Решение вопроса защиты арматуры в таких бетонах является одним из главных вопросов обеспечения долговечности железобетонных конструкций на их основе.

Работа выполнена в соответствии с концепцией Программы развития промышленности строительных материалов, изделий и конструкций на 2005- 2014 годы, принятой и утвержденной Правительством Республики Казахстан и планом научных исследований ТОО «НИИСТРОМПРОЕКТ».

Целью диссертационной работы являлась разработка способов повышения защитной способности керамзитобетона по отношению к стальной арматуре для обеспечения длительной безремонтной эксплуатации конструкций.

Для решения поставленной цели предстояло решить ряд задач, в число которых вошли:

  • провести анализ причин, вызывающих снижение первоначальной пассивности стальной арматуры в бетоне;
  • исследовать влияние физических и химических свойств пористых заполнителей на защитные свойства бетонов по отношению к стальной арматуре;
  • исследовать особенности развития коррозии арматуры в бетонах, изготовленных с применением керамзита, разработать гидрофобизирующе-пластифицирующую добавку в бетон для обеспечения длительной сохранности арматуры;
  • провести опытно-производственные работы по внедрению результатов исследований и подготовить предложения по их использованию в производстве.

Научная новизна работы:

  • выявлены причины коррозии арматуры в керамзитобетонах, предложен метод оценки связывания гидроксида кальция минеральными компонентами легкого бетона, который положен в основу расчета со­става легкого бетона из условий обеспечения первоначальной пассивно­сти стальной арматуры;
  • теоретически обоснована и практически доказана возможность применения конструкционных легких бетонов в конструкциях, предназначенных для эксплуатации в ряде агрессивных средах;
  • разработана гидрофобизирующе-пластифицирующая добавка в бетон, содержащая ингибитор коррозии анодного типа, повышающая коррозионную стойкость стальной арматуры в агрессивных средах и улучшающая гидрофизические свойства легкого бетона;
  • доказана возможность приме­нения предварительно напряженных конструкционных легких бетонов, предназначен­ных для изготовления железобетонных шпал.

Новизна разработок защищена 3 предварительными па­тентами РК.

Практическая ценность и реализация работы:

  • разработана гидрофобизирующе-пластифицирующая добавка (ГПД), повышающая основные физико-технические свойства керамзитобетона и надежно защищающая стальную арматуру от коррозии;
  • результаты работы нашли отражение при опытно-экспериментальном изготовлении предварительно напряженных шпал из высокопрочного керамзитобетона.
  • экономический эффект от замены привозного щебня Мугоджарского карьера на керамзит собственного производства ТОО «Стройкомбинат» составляет 6446 тенге на 1 м3 бетона.

На защиту выносятся:

  • результаты исследований по гидравлической активности керамзитового заполнителя и степени её влияния на коррозионную стойкость стальной арматуры в керамзитобетоне;
  • результаты электрохимических испытаний стальной арматуры в керамзитобетоне при воздействии на него агрессивных сред;
  • результаты разработки гидрофобизирующе-пластифицирующей добавки в бетон и влияние этой добавки на физико-технические свойства керамзитобетона и коррозионную стойкость арматуры в керамзитобетоне;
  • результаты опытно-промышленных испытаний модифицированного керамзитобетона гидрофобизирующе-пластифицирующей добавкой и технико-экономическая оценка предложенных технических решений.

Апробация работы и публикации:

Основные результаты работы доложены и обсуждены на 6-и Международных и 3-х Республиканских научно-практических конференциях. Опубликовано15 научных статей, в том числе 3 предварительных патента РК.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения и приложения. Содержит 113 страниц машинописного текста, 32 таблицы, 42 рисунка и список использованной литературы из 164 наименований.

Основная часть


1 Анализ причин снижения первоначальной пассивности стали в бетоне

Многолетний опыт применения железобетона и наблюдение за состоянием конструкций из него позволяют справедливо считать, что железобетон­ные конструкции являются долговечным строительным материалом при соблюдении мероприятий, направленных на обеспечение их длительной и безремонтной эксплуатации.

Причиной повреждения железобетонных конструкций в условиях практически неагрессивной или слабо агрессивной среды чаще всего является коррозия арматуры.

Поэтому эффективная и безаварийная эксплуатация железобетонных конструкций в ряде сред может быть достигнута не увеличением стойкости железобетона, а повышением его способности длительно защищать арматуру.

Однако при современном состоянии развития железобетона длительная защита арматуры в ряде случаев не может быть обеспечена. В связи с этим необходимо иметь представление об основных особенностях коррозионного поведения арматуры, чтобы оценить реальную опасность в процессе эксплуатации конструкций.

Коррозия железа в нейтральных и щелочных растворах происходит с участием растворенного кислорода (коррозия с кислородной деполяризацией). Первичный продукт коррозии - гидроокись железа на воздухе неустой­чива и окисляется до гидроокиси Fе2О3Н2О. При избытке кислорода получа­ется -модификация (парамагнитная); при недостатке кислорода или во влажном воздухе – -модификация, имеющая цвет от черного до темно-зеленого, что связано с присутствием соединений двух- и трехвалентного железа. Объем продуктов коррозии стали, откладывающихся у ее поверхно­сти, превышает объем растворенного металла в 2-2,5 раза (в зависимости от условий образования), что вызывает появление трещин в защитном слое бе­тона.

Коррозионную стойкость металла в соответствии с ГОСТ характеризуют показателями потерь по массе [г/(м2ч)] или по глубине поражения (мм/год). Для арматуры железобетонных конструкций эти показатели, как правило, неприемлемы по двум причинам: во-первых, длительное развитие коррозии арматуры даже с малой скоростью приводит к растрескиванию за­щитного слоя бетона под давлением растущего слоя ржавчины; во-вторых, высокопрочная напрягаемая арматура может хрупко разрушаться под напря­жением. В первом случае конструкция теряет часть несущей способности, а ее ремонт трудоемок и обычно малоэффективен в связи с тем, что практиче­ски невозможно полностью удалить ржавчину с арматуры перед восстанов­лением защитного слоя, во втором - происходит внезапное обрушение конст­рукции.

Развитие теории коррозии и защиты арматуры в железобетонных конструкциях получило в работах В.М. Москвина, С.Н. Алексеева, B.C. Арта-монова, В.И. Бабушкина, Ф.М. Иванова, А.Ф. Полака, Н.К. Розенталя, К.С. Шинтемирова и др. Из зарубежных известны работы Кишитани, Шалон, Штельцеля и др.

К этому направлению примыкают многочисленные исследования химических добавок (В.Б. Ратинов, В.Г. Батраков, В.Г. Довжик, Б.С. Комис-саренко, В.И. Соловьев, JI.B. Ойт и др.), используемых для регулирования свойств бетонов, в том числе ингибиторов коррозии стали в бетоне.

Скорость коррозии стали в бетоне зависит от степени агрессивности воды - среды, которая для этого случая может оцениваться рН, и содержанием кислорода. Отсутствие коррозии стали в бетоне объясняется ее пассивностью в щелочной среде бетона.

Термодинамическая возможность коррозии стали в бетоне наглядно определяется с помощью диаграммы Пурбэ, которая отражает влияние водородного показателя рН среды и потенциала на электрохимическое состояние стали.

Хлористые, сернокислые и азотнокислые соли щелочных металлов образуют с железом хорошо растворимые продукты. Наиболее активно разрушают защитные пленки хлорид-ионы. Аммонийные соли име­ют повышенную коррозионную активность в связи со способностью NH4+ образовывать с Fe2+ комплексные ионы.

Углекислые и фосфорнокислые соли образуют нерастворимые пленки солей железа на катодных участках, а соли некоторых окисляющих кислот, например, хроматы и нитраты - защитные пленки окисного характера, что связано со способностью их анионов легко восстанавливаться (ионы SO42 или ClO41 на железе восстанавливаются с трудом и не пассивируют его). Образующиеся защитные пленки устойчивы, как правило, при повышенных значениях рН. Поэтому кислые соли, понижающие рН раствора, обычно ускоряют коррозию, а основные - замедляют.

Ускорение коррозии с повышением концентрации солей в разбавленных электролитах Розенфельд И.Л. связывает с увеличением концентрации анионов, образующих растворимые продукты коррозии, Улиг Г.Г. и Реви Р.У. с повышением электропроводности.

Длительная устойчивость стали в плотных цементных бетонах обеспечивается пассивностью железа в щелочных электролитах, щелочность которых должна иметь водородный показатель рН > 11,8.

Однако рН среды не может однозначно характеризовать состояние ста­ли в бетоне, поскольку в нем могут находиться активирующие ионы (напри­мер, хлорид-ионы). Потенциал стали, как правило, значительно смещается в отрицательную сторону как при пониженном значении рН, так и в присутствии активирующих ионов.

Опытные данные показывают, что при пониженном рН (меньше 11,5) сталь может быть активной, а высокое значение рН (больше 12) необходимо, но еще недостаточно для пассивности стали. Если при этом ее потенциал имеет большое отрицательное значение, то она будет активной и при высо­ком рН. Однозначно судить об электрохимическом состоянии стали в бетоне можно по ее поляризуемости.

Анодная кривая дает информацию об электрохимическом состоянии стали в бетоне. Пассивная сталь в отличие от активной очень сильно поляри­зуется, т.е. ее потенциал резко смещается в положительную сторону уже при малой плотности наложенного тока. При определенном потенциале кривая становится более пологой, что может означать начало выделения кислорода (электролиз воды) или растворение стали.

Омическое ограничение коррозии стали достигается снижением влажности и увеличением плотности бетона, пропиткой материалами с высокими диэлектрическими свойствами.

Эффективность и целесообразность применения того или иного спосо­ба определяется как техническими, так и экономическими соображениями.

В результате связывания в процессе твердения извести мелким заполнителем и молотыми добавками, обладающими гидравлической активностью, возможно понижение рН жидкой фазы. В монографии С.Н. Алек-сеева и И.А. Якуб отмечается недостаточная изученность вопросов коррозии арматуры в легком бетоне.

Исходя из цели и задач исследований, для повышения защитной способности керамзитобетона по отношению к стальной арматуре была разработана гидрофобизирующе-пластифицирующая добавка, содержащая анодный ингибитор коррозии стали.

2 Характеристика исходных материалов и методы исследований

Для проведения научно-исследовательских и опытно-экспериментальных работ применены цементы и заполнители, которые использует в своей производственной деятельности ТОО «СТРОЙКОМБИНАТ» (г. Уральск). Для приготовления гидрофобизирующе-пластифицирующей добавки в соответствии с выдвинутой рабочей гипотезой и учетом требований современного строительства, использованы асфальтит природный Садкинского месторождения Оренбургской области, песок речной Желаевского карьера (г. Уральск), суперпластификатор С-3 и нитрит натрия.

Асфальтит использовали в качестве гидрофобизирующего компонента, который представляет собой карбонатные породы, пропитанные нефтепродуктами, и отвечает требованиям ТУ -21-7-24-70. Обладает гидрофобным свойством. Химический состав, %: СаСО3 – 54,39: MgO – 1,29; AI2O3 – 3,54; Fe2O3 – 0; SiO2 – 0,2; потеря при прокаливании – 40,3; гигроскопическая влага – 0,37; нерастворимый остаток в 10%-ной соляной кислоте – 1,91.

Суперпластификатор С-3 отвечает требованиям ТУ 6-14-625-80 Минхимпрома, представляет собой добавку на основе натриевых солей продуктов конденсации формальдегида и нафталинсульфокислоты.

В качестве вяжущего вещества использованы цементы Вольского и Шымкентского цементных заводов марки 500. Принятые в исследованиях цементы соответствуют требованиям ГОСТ 10178-85 «Портландцемент, шлакопортландцемент. Технические условия».

Свойства песка определяли по ГОСТ 8735-88 «Песок для строительных работ. Методы испытаний».

В качестве крупного заполнителя использовали гравий керамзитовый фракций 5-10, 10-20 мм производства ТОО «стройкомбинат».

В работе использованы широко известные, а также гостированные методы исследований, что дает возможность сравнивать полученные результаты с имеющимися в литературе сведениями.

Изучение кинетики и степени связывания гидроксида кальция пористым заполнителем (керамзитом), определяли химическим анализом, по методике, описанной в работе И.И.Курбатовой.

Электрохимические исследования проводили на образцах – балочках из керамзитобетона, армированных одним стержнем по продольной оси образца. Анодные поляризационные кривые стали в бетонах снимали на потенциостате П-5827М с регистрацией зависимости плотности тока от потенциала планшетным двухкоординатным потенциометром ПДП 04 – 002. Вспомогательным электродом служило кольцо из нержавеющей стали 12Х18Н10Т, площадью 310 см2. В работе использован также метод измерения поляризуемости стали и скорости спада потенциала с помощью высокоомного вольтметра ВК-2-16 с входным сопротивлением Rвх > 109 Ом, т.к. данный вольтметр позволяет производить электрохимические измерения на железобетонных конструкциях с любой степенью увлажнения бетона.

3 Влияние физико-химических свойств пористого заполнителя на пассивирующее действие керамзитобетона по отношению к стальной арматуре

Для определения способности пористого заполнителя связывать гидроксид кальция нами была разработана ускоренная методика, приближающая условия исследования к условиям твердения бетона.

Исследования проводили на заполнителях различных фракций с целью оценки их роли по связыванию оксида кальция в объеме цементного камня. Об активности заполнителя судили по количеству СаО, связанной 1г заполнителя. Усредненные экспериментальные данные приведены на диаграмме (рисунок 1).

В исследованиях использованы среднеалюминатные бездобавочные портландцементы различных заводов.

Рисунок 1 – Количество СаО, связанное 1 г пористого заполнителя в

относительной величине



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.