RESEARCH OF WAYS TO INCREASE CORROSION RESISTANCE IN REINFORCED CONCRETE CONSTRUCTIONS. PART 2

Full Text

В Испытательном Центре «Самарастройиспытания» СамГТУ были проведены исследования воздействия агрессивных сред на бетон железобетонных конструкций с целью оценки эффективности антикоррозионных материалов [1]. Коррозионное повреждение бетона приводит к значительному снижению несущей способности конструкций [2-4], поэтому при проектировании защиты от коррозии бетонных и железобетонных конструкций при возведении и реконструкции необходимо использовать наиболее эффективные материалы и системы [5-10]. Оценивали применение в качестве первичной защиты ацетоноформальдегидной смолы АЦФ-75 в виде добавки к бетону в количестве 2 % от объема бетонной смеси и использование двухкомпонентной смолы Биндер ЭП 11 Тиксо в качестве вторичной защиты. Для разработки методики усиления железобетонных конструкций проводили сравнение результатов испытания бетонных образцов с различной технологией нанесения Биндер ЭП 11 Тиксо: по праймеру ЭП 01 Грунт и без праймера. Агрессивными средами для проведения испытаний выбраны 5 %-й раствор серной кислоты и 5 %-й раствор азотной кислоты. Для проведения испытаний были изготовлены 56 бетонных кубиков класса В25 с размерами 70х70х70 мм. Все образцы были разделены на 4 группы: - 1-я группа (14 шт.) - бетонные образцы без добавок; - 2-я группа (14 шт.) - бетонные образцы, покрытые в три слоя смолой Биндер ЭП11 Тиксо по праймеру ЭП 01 Грунт; - 3-я группа (14 шт.) - бетонные образцы, покрытые в три слоя смолой Биндер ЭП11 Тиксо без предварительной грунтовки бетонной поверхности; - 4-я группа (14 шт.) - бетонные образцы с добавкой АЦФ-75 в количестве 2 % от объема бетона. Основные образцы были разделены на две группы по 24 шт. в каждой. Первая была погружена в контейнер с 5 %-м раствором серной Градостроительство и архитектура | 2020 | Т. 10, № 3 16 СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ кислоты, вторая - в контейнер с 5 %-м раствором азотной кислоты. В [1] приведены результаты первых двух серий исследований по истечении одного и трех месяцев. В ходе лабораторных испытаний было установлено следующее. Несмотря на то, что добавка АЦФ-75 привела к значительному повышению прочности бетона за три месяца воздействия 5 %-х растворов серной и азотной кислот, прочность образцов 4-й группы снизилась на 48 и 39 % соответственно. Использование АЦФ-75 в качестве первичной защиты бетона в конструкциях, эксплуатирующихся в средах, содержащих серную и азотную кислоты, без дополнительной антикоррозионной защиты поверхности недопустимо. Образцы 2-й и 3-й групп с защитным покрытием за первый месяц испытаний в растворе серной кислоты продолжили набирать прочность, рост которой составил 3 и 7 % соответственно, через три месяца было выявлено снижение прочности образцов 2-й группы на 5 %, 3-й группы - на 13 %. Раствор азотной кислоты не оказал отрицательного влияния на образцы 2-й и 3-й групп, рост прочности образцов составил 14 и 22 % соответственно. Исследования были продолжены. Третья контрольная точка была определена по истечении шести месяцев после начала эксперимента. В феврале 2020 г. были исследованы оставшиеся 16 образцов (по 2 шт. из каждой подгруппы). Фиксировался внешний вид образцов. Были определены следующие параметры образцов: - масса и объем; - 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. Результаты визуального обследования Раствор серной кислоты При проведении визуального обследования образцов четырех групп, погруженных в 5 %-й раствор серной кислоты, был выявлен ряд особенностей: 1) у образцов 1-й и 4-й групп оголились зерна гранитного щебня в результате растворения наружного слоя цементного камня в растворе серной кислоты (рис. 1, б; 2); 2) у образцов 2-й и 3-й групп обнаружены разрушения в покрытии, преимущественно вдоль ребер (рис. 1, б; 2). Раствор азотной кислоты 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. 3, 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. 3, б; 4); 3) образцы 2-й и 3-й групп видимых дефектов в покрытии не имели (рис. 3, б; 4). Рис. 1. Контейнер с 5 %-м раствором серной кислоты: а - состояние на момент погружения образцов в раствор; б - состояние по истечении шести месяцев со дня погружения а б Рис. 2. Состояние образцов 1-4-й групп после выдержки в растворе серной кислоты в течение шести месяцев Н. В. Кондратьева, А. Ю. Алфименкова 17 Градостроительство и архитектура | 2020 | Т. 10, № 3 Результаты исследования Изменение массы Результаты измерения массы образцов приведены на графиках (рис. 5, 6). Анализ результатов по истечении шести месяцев испытаний позволяет сделать следующие выводы: 1. Образцы 1-й и 4-й групп прореагировали активнее с раствором серной кислоты, что привело к снижению массы на 37,7 и 28,6 %. При этом скорость разрушения цементного камня у образцов 4-й группы с добавкой АЦФ за последние три месяца испытаний была значительно ниже. 2. Потеря массы 1-й группы в растворе азотной кислоты за шесть месяцев составила 3 %, 4-й группы - 5 %. 3. Образцы 2-й и 3-й групп, погруженные в растворы серной и азотной кислот, не имели значительных изменений в исследуемом параметре. Изменение прочности Опираясь на полученные данные испытаний, отраженные в графиках изменения прочности (рис. 7, 8), 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-й, 2-й и 3-й групп. 2. Однако за шесть месяцев воздействия 5 %-м раствором серной и азотной кислот прочность образцов 4-й группы снизилась на 59 и 41 % соответственно. 3. Снижение прочности образцов 1-й группы в растворах серной и азотной кислот составило 50 и 29 %. Рис. 3. Контейнер с 5 %-м раствором азотной кислоты: а - состояние на момент погружения образцов в раствор; б - состояние по истечении шести месяцев со дня погружения а б Рис. 4. Состояние образцов 1-4-й групп после выдержки в растворе азотной кислоты в течение шести месяцев Рис. 5. График изменения массы образцов четырех групп после погружения в 5 % -й раствор серной кислоты Рис. 6. График изменения массы образцов четырех групп после погружения в 5%-й раствор азотной кислоты Градостроительство и архитектура | 2020 | Т. 10, № 3 18 СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ 4. Несмотря на то, что образцы 4-й группы изначально имели прочность на 20 % выше, чем у образцов 1-й группы, к окончанию испытаний образцы 1-й и 4-й групп имели одинаковую прочность. 5. Раствор серной кислоты не оказал отрицательного влияния на образцы 2-й и 3-й групп. Они не имели значительных изменений прочности (рис. 7). 6. Образцы 2-й и 3-й групп в растворе азотной кислоты в течение первых трех месяцев набирали прочность. Во второй половине испытания их внутренняя структура начала разрушаться. Вероятно, это связано с проникновением раствора азотной кислоты сквозь защитное покрытие в тело бетона. Прочность образцов 2-й группы снизилась на 3 %, 3-й группы - на 17 %. То есть у образцов 3-й группы (без грунтовки) скорость разрушения была значительно выше. Можно предположить, что грунтовка сыграла роль защитного барьера (рис. 8). Изменение адгезии Результаты определения адгезии образцов 2-й и 3-й групп приведены на графиках (рис. 9, 10). Анализ результатов по истечении шести месяцев испытаний позволяет сделать следующие выводы: 1. В серной кислоте у образцов обеих групп прочность сцепления защитного покрытия значительно не менялась (рис. 9). 2. Изначально адгезия у образцов 2-й группы была выше на 46 % (рис. 9). 3. Адгезия образцов 2-й группы за шесть месяцев снизилась на 10 %. Вероятно, это связано с разрушением защитного покрытия и проникновением раствора серной кислоты в тело образцов (рис. 9). 4. В первые три месяца испытаний у образцов 3-й группы, погруженных в раствор азотной кислоты, наблюдался активный рост адгезии, который в итоге составил 70 % (рис. 10). 5. Во второй половине срока проведения испытаний адгезия образцов 3-й группы начала снижаться. Вероятно, как и в случае с прочностью, это связано с проникновением раствора азотной кислоты внутрь образца сквозь молекулярную решетку защитного покрытия (рис. 10). Выводы. 1. Результатами лабораторных испытаний было доказано, что применение бетона с добавкой АЦФ-75 без дополнительной антикоррозионной защиты поверхности Рис. 7. График изменения прочности образцов четырех групп после погружения в 5 %-й раствор серной кислоты Рис. 8. График изменения прочности образцов четырех групп после погружения в 5 %-й раствор азотной кислоты Рис. 9. График изменения адгезии образцов 2-й и 3-й групп после погружения в 5 %-й раствор серной кислоты Рис. 10. График изменения адгезии образцов 2-й и 3-й групп после погружения в 5 %-й раствор азотной кислоты Н. В. Кондратьева, А. Ю. Алфименкова 19 Градостроительство и архитектура | 2020 | Т. 10, № 3 недопустимо в железобетонных конструкциях, эксплуатирующихся в средах, содержащих серную и азотную кислоты. 2. Защитное покрытие Биндер ЭП 11 Тиксо разрушает 5 %-й раствор серной кислоты. Повреждения покрытия расположены преимущественно вдоль ребер, что может свидетельствовать о снижении эластичности материала. Следовательно, при нанесении защитного покрытия на железобетонные конструкции в ходе восстановления несущей способности можно порекомендовать скруглять углы конструкций. 3. В течение первых трех месяцев раствор азотной кислоты не оказывал разрушающего действия на структуру образцов 2-й и 3-й групп. Не было ни внешних проявлений разрушений защитного слоя, ни снижения прочности и адгезии. Однако во второй половине срока испытаний наблюдалось снижение прочностных характеристик образцов. Образцы 2-й группы с предварительной грунтовкой бетонной поверхности праймером ЭП 01 Грунт оказались более стойкими к воздействию раствора азотной кислоты, чем образцы 3-й группы без грунтовки. 4. При защите бетона конструкций, эксплуатирующихся в среде, содержащей серную и азотную кислоты, защитным покрытием Биндер ЭП 11 Тиксо рекомендуется использовать предварительную грунтовку бетонной поверхности праймером ЭП 01.

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