RESEARCH OF WAYS TO INCREASE CORROSION RESISTANCE IN REINFORCED CONCRETE CONSTRUCTIONS

Full Text

Испытательный Центр «Самарастройиспытания» СамГТУ выполняет обследования зданий и сооружений различных назначений [1]. При обследовании объектов на нефтеперерабатывающих или химических предприятиях выявляется большое количество железобетонных конструкций, подверженных коррозионным процессам. Дефекты в виде коррозии арматуры и бетона приводят к значительному снижению несущей способности конструкций [2, 3]. Исследование воздействия агрессивных сред на бетон железобетонных конструкций, разработка результативных методик по восстановлению их несущей способности, а также выбор эффективных материалов при первичной и вторичной защите конструкций от коррозии являются актуальными задачами [4-9]. Целью настоящего исследования является разработка новых методик восстановления несущей способности поврежденных конструкций, а также оценка эффективности антикоррозионных материалов. Агрессивными средами для проведения испытаний выбраны 5 %-й раствор серной кислоты и 5 %-й раствор азотной кислоты. В качестве меры первичной защиты исследуется эффективность применения ацетоноформальдегидной смолы АЦФ-75 в виде добавки к бетону в количестве 2 % от объема бетонной смеси. В качестве меры вторичной защиты исследуется эффективность двухкомпонентной смолы Биндер ЭП 11 Тиксо, а также сравниваются результаты ее нанесения на бетонные образцы по праймеру ЭП 01 Грунт и без праймера. Программа испытаний Для проведения испытаний были изготовлены 56 бетонных кубиков класса В25 с размерами 70х70х70 мм на гранитном щебне фракции 5-10 мм. Цемент использовался марки ПЦ400. Образцы были разделены на 4 группы по 14 штук: • 1-я группа (14 шт.) - бетонные образцы без добавок (рис. 1, а); • 2-я группа (14 шт.) - бетонные образцы, покрытые в три слоя смолой Биндер ЭП11 Тиксо по праймеру ЭП 01 Грунт (рис. 1, б); Н. В. Кондратьева, А. Ю. Алфименкова 17 Градостроительство и архитектура | 2020 | Т. 10, № 1 • 3-я группа (14 шт.) - бетонные образцы, покрытые в три слоя смолой Биндер ЭП11 Тиксо без предварительной грунтовки бетонной поверхности (рис. 1, в); • 4-я группа (14 шт.) - бетонные образцы с добавкой АЦФ-75 в количестве 2 % от объема бетона (рис. 1, г). В рамках исследовательской работы предполагается проведение нескольких серий испытаний с определением основных характеристик объектов в заранее обозначенных контрольных точках, представленных в таблице. Рис. 1. Бетонный образец: а - 1-й группы; б - 2-й группы; в - 3-й группы; г - 4-й группы а б в г В период с мая по июль 2019 г. на подготовительном этапе были проведены работы по изготовлению бетонных образцов. Все образцы были разделены по группам и промаркированы. На нулевой контрольной точке в августе 2019 г. были проведены испытания контрольных образцов с целью определения следующих параметров: • масса и объем; • водопоглощение образцов 1-й и 4-й групп по ГОСТ 12730.3-78; График испытания образцов Группа образцов Определяемые характеристики 08.2019 09.2019 11.2019 02.2020 Нулевая контрольная точка Первая контрольная точка Вторая контрольная точка Третья контрольная точка Количество испытуемых образцов, шт. 1 Масса 16 4 4 4 Объем 16 4 4 4 Водопоглощение 4 - - - Прочность 4 4 4 4 2 Масса 16 4 4 4 Объем 16 4 4 4 Адгезия 4 4 4 4 Прочность 4 4 4 4 3 Масса 16 4 4 4 Объем 16 4 4 4 Адгезия 4 4 4 4 Прочность 4 4 4 4 4 Масса 16 4 4 4 Объем 16 4 4 4 Водопоглощение 4 - - - Прочность 4 4 4 4 Бетон B25 Финиш ПУ 20 Биндер ЭП Тиксо (3 слоя) Праймер ЭП 01 Грунт Финиш ПУ 20 Биндер ЭП Тиксо (3 слоя) Бетон B25 + 2 % АЦФ75 Градостроительство и архитектура | 2020 | Т. 10, № 1 18 СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ • прочность сцепления защитного покрытия с бетоном образцов 2-й и 3-й групп в соответствии с ГОСТ 32299-2013 (ISO 4624:2002); • прочность при испытании образцов на сжатие по ГОСТ 10180-2012. Основные образцы были разделены на две группы по 24 шт. в каждой. Первая была погружена в контейнер с 5 %-м раствором серной кислоты, вторая - в контейнер с 5 %-м раствором азотной кислоты. Контроль кислотности растворов проводился регулярно. На первой (в сентябре 2019 г.) и второй (в ноябре 2019 г.) контрольных точках был произведен отбор 16 образцов (по 2 шт. из каждой подгруппы). Фиксировался внешний вид образцов, а также состояние растворов. Были определены следующие параметры образцов: • масса и объем; • прочность сцепления бетона с защитным покрытием образцов 2-й и 3-й групп в соответствии с ГОСТ 32299-2013 (ISO 4624:2002); • прочность при испытании образцов на сжатие по ГОСТ 10180-2012. На третьей контрольной точке предполагается определение тех же параметров, что и на первых двух, с целью определения динамики изменения характеристик образцов. Результаты испытаний по определению водопоглощения контрольных образцов Испытания контрольных образцов проводились по ГОСТ 12730.3-78 «Бетоны. Метод определения водопоглощения». Водопоглощение по массе определялось отношением массы поглощенной и удержанной образцов воды к массе сухого образца (рис. 2). Анализ результатов испытаний контрольных образцов с целью определения водопоглощения показывает, что водопоглощение образцов 4-й группы с добавкой АЦФ-75 ниже на 11 %, чем у образцов 1-й группы. Результаты визуального обследования При проведении визуального обследования образцов четырех групп, погруженных в 5 %-й раствор серной кислоты, был выявлен ряд особенностей: 1) нерастворимые продукты (сульфат кальция), образованные в процессе химической реакции взаимодействия гидроксида кальция и серной кислоты, выпали в осадок в виде аморфных масс (рис. 3, б, в, 4, а); 2) у образцов 1-й и 4-й групп оголились зерна гранитного щебня в результате растворения наружного слоя цементного камня в растворе серной кислоты (рис. 4, б); 3) у образцов 2-й и 3-й групп обнаружены трещины в покрытии, преимущественно вдоль ребер (рис 5, а, б). Рис. 2. Гистограмма водопоглощения контрольных образцов 1-й и 4-й групп Рис. 3. Контейнер с 5 %-м раствором серной кислоты: а - состояние на момент погружения образцов в раствор; б - состояние по прошествии одного месяца со дня погружения; в - состояние по прошествии трех месяцев а б в 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 1 4 2,64 2,37 Группы образцов Водопоглащение, % Н. В. Кондратьева, А. Ю. Алфименкова 19 Градостроительство и архитектура | 2020 | Т. 10, № 1 По результатам визуального обследования образцов четырех групп, погруженных в 5 %-й раствор азотной кислоты, были выявлены следующие особенности: 1) в результате реакции взаимодействия образцов 4-й группы с добавкой АЦФ-75 с 5 %-м раствором азотной кислоты наблюдалось значительное пенообразование (рис. 6, а), вероятно, связанное с ее большей активностью относительно серной кислоты; 2) бетонные образцы 1-й и 4-й групп, находившиеся в растворе азотной кислоты, приобрели ржавый оттенок и имели незначительные повреждения цементного камня вдоль ребер (рис. 6, б, в; 7, а); 3) образцы 2-й и 3-й групп видимых дефектов в покрытии не имели (рис. 7, б). а б Рис. 4. Образцы 1-й и 4-й групп после выдержки в растворе серной кислоты: а - в течение одного месяца; б - в течение трех месяцев а б Рис. 5. Образцы 2-й и 3-й групп после выдержки в растворе серной кислоты: а - в течение одного месяца; б - в течение трех месяцев а б в Рис. 6. Контейнер с 5 %-м раствором азотной кислоты: а - состояние на момент погружения образцов в раствор; б - состояние по прошествии одного месяца со дня погружения; в - состояние по прошествии трех месяцев а б Рис. 7. Состояние образцов после выдержки в растворе азотной кислоты в течение трех месяцев: а - 1-й и 4-й групп; б - 2-й и 3-й групп Градостроительство и архитектура | 2020 | Т. 10, № 1 20 СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ Результаты исследования Результаты изменения массы образцов приведены на рис. 8, 9. Анализ результатов на момент второй контрольной точки позволяет сделать следующие выводы: 1) Образцы 1-й и 4-й групп прореагировали с раствором серной кислоты, что привело к снижению массы на 20,4 и 21,4 % соответственно. 2) Реакция взаимодействия бетонных образцов 1-й и 4-й групп и азотной кислоты оказалась слабее реакции с раствором серной кислоты. Потеря массы 1-й группы составила 1,3 %, 4-й группы - 1,5 %. 3) Массы образцов 2-й и 3-й групп, погруженных в раствор серной кислоты, уменьшились на 1,8 и 2,3 % соответственно. 4) Образцы 2-й и 3-й групп, погруженные в раствор азотной кислоты, не имели значительных изменений в исследуемом параметре. Опираясь на полученные данные испытаний, отраженные на рис. 10, 11, можно сделать следующие выводы: 1) Добавка АЦФ-75 позволила получить бетон повышенной плотности и, соответственно, большей прочности на сжатие, значение которой на 18-29 % выше прочности контрольных бетонных образцов 1-3-й групп. 2) Выявлено, что за три месяца воздействия 5 %-х растворов серной и азотной кислот прочность образцов 4-й группы снизилась на 48 и 39 % соответственно, что говорит о недопустимости использования данной добавки в железобетонных конструкциях, подвергающихся воздействию серной и азотной кислот, без дополнительной защиты поверхности. 3) Снижение прочности бетонных образцов 1-й группы в растворе азотной кислоты оказалось наименьшим - 12 %, в растворе серной кислоты - 39 %. Рис. 8. График изменения массы образцов четырех групп после погружения в 5 %-й раствор серной кислоты Рис. 9. График изменения массы образцов четырех групп после погружения в 5 %-й раствор азотной кислоты Н. В. Кондратьева, А. Ю. Алфименкова 21 Градостроительство и архитектура | 2020 | Т. 10, № 1 4) За первый месяц испытаний серная кислота не оказала значительного влияния на образцы 2-й и 3-й групп с защитным покрытием, они продолжили набирать прочность, рост которой составил 3 и 7 % соответственно. Раствор серной кислоты, проникая через дефекты покрытия вглубь бетона, растворял цементный камень, что в конечном счете привело к потере прочности образцов 2-й группы на 5 %, 3-й группы - на 13 %. 5) Раствор азотной кислоты не оказал отрицательного влияния на образцы 2-й и 3-й групп, рост прочности образцов составил 14 и 22 % соответственно. Рис. 10. График изменения прочности образцов четырех групп после погружения в раствор серной кислоты Рис. 11. График изменения прочности образцов четырех групп после погружения в раствор азотной кислоты Выводы. 1. Исследования показали, что добавка АЦФ-75 в количестве 2 % от объема бетонной смеси приводит к повышению прочности бетона на 20 %. Добавка АЦФ-75 в количестве 2 % от объема бетонной смеси понижает водопоглощение бетона на 11 %. 2. Результатами лабораторных испытаний было доказано, что применение бетона с добавкой АЦФ-75 недопустимо в железобетонных конструкциях, эксплуатирующихся в средах, содержащих серную и азотную кислоты, без дополнительной антикоррозионной защиты поверхности. 3. Образцы 2-й группы, покрытые в три слоя смолой Биндер ЭП11 Тиксо по праймеру ЭП 01 Грунт, а также образцы 3-й группы, покрытые в три слоя смолой Биндер ЭП11 Тиксо без предварительной грунтовки бетонной поверхности, оказались стойкими к 5 %-му раствору азотной кислоты. Они не имели видимых повреждений в покрытии и продолжили набирать прочность, рост которой составил 14 и 22 % соответственно. 4. Образцы 2-й и 3-й групп, выдержанные в 5 %-м растворе серной кислоты, имели повреждения в покрытии, преимущественно вдоль ребер, но несмотря на это за первый месяц их прочность увеличилась на 3 и 7 % соответственно, к третьему месяцу испытаний снизилась на 5 и 13 % соответственно. 5. Окончательные выводы об эффективности применения двухкомпонентной смолы Биндер ЭП 11 Тиксо можно будет сделать после анализа результатов испытаний на третьей контрольной точке.

About the authors

Nadezhda V. KONDRATYEVA

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Alexandra Yu. ALFIMENKOVA

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

References

Supplementary files