Содержание к диссертации
Введение
1. Теоретическое обоснование рабочей гипотезы 10
1.1. Полимерные материалы, используемые в противокоррозионной технике 10
1.1.1. Противокоррозионные покрытия на основе перхлорвиниловых смол и сополимера винилхлорида с винилиденхлоридом 11
1.1.2. Кремнийорганические покрытия 12
1.1.3. Противокоррозионные покрытия на основе хлорсульфированного полиэтилена (ХСПЭ) 13
1.1.4. Композиции на основе битумных материалов 14
1.1.5. Покрытия на основе полиуретанов, фенолформальдегидных смол 16
1 ,1.6. Защитные композиции на основе эпоксидных смол 17
1.2. Физико-химические процессы взаимодействия полимеров с агрессивными средами 19
1.3. Массопсрснос агрессивных сред в полимерных покрытиях и пути его снижения 20
Выводы по главе 1 24
2. Состояние и причины коррозионного разрушения строительных конструкций на предприятиях по производству минеральных удобрений 26
2.1. Особенности условий эксплуатации строительных конструкций зданий и сооружений 26
2.2, Результаты натурного мониторинга 27
2.2.1. Особенности разрушения конструкций в средах с преимущественно химическим механизмом коррозии 48
2.2.2. Особенности разрушения конструкций в средах с преимущественно физическим механизмом коррозии 62
2.3. Рабочая гипотеза 72
Выводы по главе 2 73
3. Результаты исследований и их обсуждение 75
3.1. Модификация поверхности бетона 75
3.1.1. Уплотнение поверхностного слоя бетона 75
3.1.2. Обработка бетонных поверхностей, поврежденных карбамидом 81
3.1.2.1. Основные положения и пути решения задачи 81
3.1.2.2. Обоснование предлагаемого метода обработки бетонных поверхностей 82
3.1.2.3. Процессы взаимодействия фурфурола с карбамидом, проникшим в поровое пространство бетона 83
3.2. Повышение коррозионной стойкости металлических конструкций (в т.ч. закладных деталей) методом механохимической обработки поверхностей 91
3.2.1. Исходные положения и постановка задачи 91
3.2.2. Разработка механохимического способа обработки поверхности металлов 93
3.3. Разработка комплексного способа антикоррозионной защиты бетонных поверхностей 98
3.3.1. Разработка полимерных защитных композиций на основе фурфуролсодержащих компонентов 98
3.3.1.1. Исходные материалы и их свойства 98
3.3.1.2. Отработка составов защитных композиций и определение технологических и физико-механических свойств 102
3.3.1.3. Исследование термодинамической совместимости олигомеров, входящих в состав противокоррозионной композиции 105
3.3.1-4. Исследование реологических свойств и взаимодействия компонентов 108
3.4. Защитные свойства противокоррозионного фурфуролсодержащего покрытия (ЭФФК) 119
3.4.1. Стойкость композиций к действию химически агрессивных сред 119
3.4.2. Основные физико-механические свойства 127
3.4.2.1. Адгезионная прочность полимерных материалов к бетонным поверхностям 127
3.4.2.2. Динамическая прочность, твердость, прочность при изгибе 137
Выводы по главе 3 138
4. Производственные испытания и внедрение полимерных композиций для защиты бетона от воздействия агрессивных сред 141
4.1. Технология защиты бетонных поверхностей, подвергавшихся долговременному воздействию агрессивных сред 141
4.2. Промышленные испытания и внедрение противокоррозионных покрытий на предприятиях химической промышленности 142
4.3. Технико-экономическая оценка разработанного покрытия 144
Общие выводы 148
Литература 151
- Защитные композиции на основе эпоксидных смол
- Особенности разрушения конструкций в средах с преимущественно химическим механизмом коррозии
- Процессы взаимодействия фурфурола с карбамидом, проникшим в поровое пространство бетона
- Промышленные испытания и внедрение противокоррозионных покрытий на предприятиях химической промышленности
Введение к работе
В силу сложившихся в России экономических условий объем нового капитального строительства предприятий химической промышленности и, в частности, установок по производству минеральных удобрений в последние годы значительно снизился.
Основной пик строительства ныне действующих производств минеральных удобрений пришелся на 60-70 годы прошлого столетия. Это означает, что фактический срок работы основной части железобетонных зданий и сооружений к настоящему времени составляет 30-40 лет и более. За эти годы все строительные конструкции, расположенные на химических производствах подвергаются длительному агрессивному воздействию, что связано с применением таких продуктов, которые обладают высокой коррозионной активностью.
Развитию коррозионных процессов способствуют также климатические факторы; изменения температуры и влажности, влияние солнечной радиации, а также значительное промышленное загрязнение атмосферы.
Следует констатировать, что, несмотря на все меры экологической защиты, предпринимаемые в последнее время, наличие локальных выбросов-утечек и загрязнение на производственных площадках остается реальным фактом в настоящее время и , видимо, будет оставаться важной проблемой вплоть до разработки действительно замкнутых и экологически чистых технологий.
Таким образом, на предприятиях по производству минеральных удобрений имеет место весьма разнообразные агрессивные воздействия на материал строительных конструкций, в результате которых происходят значительные коррозионные повреждения, наносящие большой материальный ущерб промышленности России. В связи с этим проблема долговечности производственных зданий и сооружений - одна из актуальных проблем, имеющих значительное экономическое значение.
В настоящее время накоплен большой опыт эксплуатации производств с агрессивными средами, анализ которого приводит к выводу, что одним из основных недостатков многих конструкций, подвергающихся коррозионным воздействиям, является отсутствие надежных и долговечных защитных покрытий.
Отечественный и зарубежный опыт антикоррозионной защиты убеждает, что полимерные материалы, в силу высоких физико-механических свойств, химической стойкости, декоративных качеств и несложной технологии производства работ, по праву являются надежными антикоррозионными материалами.
За последние десятилетия разработаны новые полимерные покрытия с высокими защитными свойствами. Многие из них обладают большими потенциальными резервами, выявление и использование которых позволит значительно повысить эффективность их применения.
Одним из путей реализации этих возможностей может быть химическая либо структурная модификация полимеров, составляющих основу антикоррозионных покрытий.
Поэтому актуальность исследований, позволяющих разработать надежные и экономичные противокоррозионные полимерные покрытия, обладающие необходимыми защитными свойствами, которые способны увеличить долговечность строительных конструкций, очевидна.
Цель диссертационной работы.
- разработать научные основы противокоррозионной защиты, с обоснованием подбора ингредиентов антикоррозионного состава и подготовки защищаемых поверхностей строительных конструкций, эксплуатирующихся длительное время в агрессивных средах производств азотсодержащих минеральных удобрений.
Для достижения поставленной цели основное внимание было сосредоточено на решении следующих задач:
—проведение анализа условий эксплуатации и причин разрушения строительных конструкций при постоянном воздействии различных агрессивных сред в широком диапазоне концентраций и температур.
-поиск и обоснование базовых ингредиентов для разработки состава защитного покрытия и нейтрализации агрессивных веществ, проникших в поровое пространство бетона.
-отработка наиболее надежного метода подготовки защищаемых поверхностей строительных конструкций.
-исследование химической стойкости и изучение физико-механических свойств нескольких базовых рецептур покрытия в основных практически важных агрессивных средах при лабораторных испытаниях и опытно-промышленных проверках.
Научная новизна работы.
- дано научное обоснование создания полимерных защитных композиций (авторское свидетельство №1617936) с высокой химической стойкостью в азотсодержащих агрессивных средах.
- отработан и предложен метод обработки бетонных поверхностей, подвергающихся длительное время воздействию карбамида.
- разработан способ подготовки металлических поверхностей, позволяющий значительно снизить скорость подпленочной коррозии и увеличить долговечность защитных покрытий (авторское свидетельство №1582423).
- представлен научно обоснованный механизм коррозии бетона строительных конструкций под воздействием карбамида. - разработан метод определения адгезионной прочности полимерных защитных покрытий позволяющий:
a) получить количественную характеристику адгезии;
b) изучить динамику изменения адгезионной прочности в процессе длительного воздействия жидких агрессивных сред.
Автор защищает.
-результаты научного мониторинга и анализ причин преждевременных повреждений строительных конструкций.
-механизм разрушения строительных материалов конструкций, в частности, в условиях воздействия пыли, гранул, расплава и растворов карбамида.
теоретическое обоснование рабочей гипотезы.
-результаты исследований термодинамической совместимости олигомерных компонентов (ЭД-20 и СКН-26-1А), изучение реологических свойств основных полимерных компонентов защитной композиции, включая фурфурольный раствор феноло-формальдегидной смолы (ФСФС)
-противокоррозионную композицию, разработанную на основе названных полимерных компонентов (ЭФФК) - авторское свидетельство №1617936
-результаты исследования химической стойкости "ЭФФК" и физико-механических свойств.
-предложенный способ обработки металлических поверхностей (авторское свидетельство №1582423).
-разработанный способ нейтрализации коррозионного воздействия карбамида, проникшего в поры и капилляры бетона.
-результаты производственных испытаний и внедрение полимерного покрытия для защиты бетона от воздействия агрессивных сред.
Практическое значение работы. -применение противокоррозионного покрытия "ЭФФК" и разработанный метод обработки бетонных поверхностей позволяет повысить надежность и долговечность строительных конструкций, увеличить сроки межремонтных периодов и таким образом сократить стоимость эксплуатации зданий и сооружений.
- нанесение окрасочного состава "ЭФФК" осуществляются механизированным способом, что значительно снижает время простоев основного производства в период выполнения ремонтных работ.
Достоверность исследований.
Обеспечена использованием материалов, отвечающих государственным стандартам; поверенных приборов и оборудования, применяемых в процессе экспериментальной работы; обработка полученных данных выполнялась с применением современной вычислительной техники; количество контрольных образцов-близнецов обеспечивало доверительную вероятность 0,95 при погрешности не более 10%.
Защитные композиции на основе эпоксидных смол
Практика применения антикоррозионных покрытий показала, что для защиты от коррозии весьма эффективны композиции на основе термореактивных полимеров (реактопластов) /34-40, 55/, в частности на основе эпоксидных смол.
Реактопласты могут применяться в виде лакокрасочных материалов, высоковязких и пастообразных композиций, мастик, замазок, по-лимербетонов /29/.
В покрытиях их эпоксидных смол удачно сочетаются такие ценные свойства, которые по праву выдвигают их на одно их первых мест в антикоррозионной технике. Они обладают высокой прочностью и адгезией к различным материалам, химической стойкостью к воздействию растворов кислот, щелочей, солей, органических растворителей, минеральных масел и других реагентов, малой усадкой при твердении, отличными диэлектрическими свойствами, термостойкостью. Технология их нанесения сравнительно проста и не требует высоких температур для отверждения /41, 42/.
Все эти свойства вызывают большой интерес к эпоксидным композициям и обусловливают широкое их применение во многих отраслях промышленности не только в качестве защитных покрытий, но и клеёв и электроизоляционных компаундов. Важным преимуществом эпоксидных смол является их высокая реакционная способность, что дает воз можность изменять свойства эпоксидных композиций в широком диапазоне, вводя в их состав различные модифицирующие добавки, что очень важно, так как пленки из чистых эпоксидных смол весьма хрупки и коэффициент линейного термического расширения в 5-6 раз выше КЛТР стали и в 4-5 раз больше, чем у бетона.
Введением в эпоксидные композиции наполнителей (главным образом минеральных) можно снизить КЛТР и повысить механическую прочность покрытий. Добавка различных пластификаторов и модификаторов позволяет изменить структурные, физико-механические и другие свойства покрытий.
Наиболее применимы следующие пластификаторы и модификаторы: - дибул- и диоктилфталат, которые снижают водоустойчивость, а пластифицирующий эффект - временный; - полиэфиры МГФ-9 и ТГМФ-П; - каменноугольная смола, каменноугольные дегти и сланцевые фенолы; - фурфуролацетоновый мономер - повышает теплостойкость покрытий до 160С, сохраняет достаточно высокую их водоустойчивость, но способствует увеличению жесткости /33/; - полисульфидные каучуки: тиокол НВА, НВЛ, НВТ, полихлоро-преновые каучуки, наирит НТ и А; карбоксилатные каучуки -СКН - 10; СКН-26; СКН-40. Разработано и достаточно широко исследовано в нашей стране и за рубежом значительное количество защитных композиций на основе эпоксидных смол, модифицированных различными добавками /1/. Известны составы на основе эпоксидной смолы ЭД-16 с фурфуролом в качестве реакционноспособного разбавителя с аминным отверди-телем "ПЭПА" и наполнителями - марка "ЭФ". Анализ физико-механических свойств и химической стойкости такого покрытия говорит о том, что замена легколетучих растворителей на реакционноспособный фурфурол повышает ряд основных свойств. Однако, такие покрытия обладают пониженными деформативны-ми свойствами. Несмотря на значительные преимущества эпоксидных покрытий в определенной мере они проницаемы для компонентов растворов агрессивных сред, что обусловлено повышенной химической активностью последних. Существуют также проблемы в области повышения адгезионных и деформационных свойств защитных пленок, что требует совершенствования противокоррозионных покрытий. 1.2. Физико-химические процессы взаимодействия полимеров с агрессивными средами. Под действием агрессивных сред, а также тепловой и механической энергии в покрытиях могут протекать следующие основные процессы: - химическая деструкция полимера, приводящая к изменению молекулярной массы; - сорбция полимерным покрытием компонентов агрессивной среды; - растворение полимера; - десорбция из полимерного покрытия различных добавок (стабилизаторов, пластификаторов, красителей, наполнителей); - изменение физической структуры полимера. Протекание перечисленных процессов обычно приводит к изменению основных эксплуатационных свойств: механических, сорбцион-ных, диффузионных, изменению массы и внешнего вида полимерного покрытия. Химическая деструкция вызывает наиболее значительные разру 20 шения полимерных покрытий. Характерным признаком протекания такого процесса является изменение (чаще всего уменьшение) молекулярной массы полимера /44/. Многолетний опыт применения полимерных защитных покрытий показывает, что проблема надежной защиты в высокоагрессивных средах не может быть сведена только к проблеме выбора химически стойкого в данной среде полимерного материала /48/. Помимо этого для обеспечения длительной эксплуатации в высокоагрессивных средах необходимо чтобы покрытие обладало комплексом эксплуатационных свойств и характеристик, среди которых в первую очередь надо выделить диффузионные характеристики, уровень адгезии и механическую прочность в условиях эксплуатации. Установлено, что за счет применения рациональной многослойной конструкции может быть обеспечено повышение защитных свойств полимерных покрытий в высокоагрессивных средах; при этом уровень удельной стоимости противокоррозионной защиты вполне приемлем. При разработке таких покрытий необходимо решение ряда проблем. Важнейшей из них является исключение переноса сред по дефектам и сквозным порам непосредственно к защищаемой поверхности.
Особенности разрушения конструкций в средах с преимущественно химическим механизмом коррозии
Известно, что самыми агрессивными из всех минеральных удобрений по отношению к железобетонным конструкциям являются аммиачная селитра (нитрат аммония) и сложные удобрения на ее основе (нитроаммофос и нитроаммофоска), что обусловлено кислым характером этих агентов.
Основной причиной коррозионного разрушения бетона железобетонных конструкций в этом случае является способность увлажняться оседающей на их поверхности пыли или порошка этого удобрения за счет адсорбции влаги из окружающего воздуха. Количество такой влаги зависит от температурно-влажностного режима в помещении.
Полученный раствор нитрата аммония впитывается бетоном, который представляет собой капиллярно-пористое тело. Раствор нитрата аммония имеет явно выраженный кислый характер, вследствие гидролиза соли, образованной сильной кислотой и слабым основанием. В по-ровой жидкости нитрат аммония, а также образовавшаяся азотная кислота легко взаимодействуют с активной составляющей цементного камня — гидроксидом кальция с образованием нитрата кальция и гидроксида аммония. Последний, ввиду нестабильности, способен разлагаться на воду и газообразный аммиак. Образовавшийся нитрат кальция накапливается в поровой жидкости до полного насыщения.
Процесс взаимодействия агрессивного раствора с гидроксидом кальция в жидкой фазе цементного камня происходит быстро и скорость его регламентируется скоростью процесса нейтрализации и обменных реакций. Снижение щелочности жидкой фазы вызывает первоначально дополнительное растворение кристаллического гидроксида кальция из твердой фазы цементного камня и, соответственно, уменьшение его количества, а затем гидролитическое разложение основных высокоосновынх минералов цементного камня с образованием низкоосновных минералов и дополнительного количества гидроксида кальция. Скорость коррозии при этом замедляется и определяется в первом случае скоростью процесса растворения гидроксида кальция, во втором - скоростью процесса гидролиза цементных минералов. Процесс гидролитического разложения цементных минералов может протекать вплоть до образования гелеобразных продуктов коррозии, представляющих собой смесь оксидов кремния, алюминия и железа.
Таким образом, механизм коррозии цементных бетонов при воздействии увлажненного порошка нитрата аммония на данном этапе соответствует II виду коррозии по классификации В.М. Москвина и подтверждается регистрацией изменений в твердой фазе цементного камня, а именно, уменьшением количества кристаллического гидроксида кальция и высокоосновных минералов, а также образованием низкоосновных минералов. Коррозия бетона выражается в шелушении поверхностного слоя и потере монолитности бетона, выкрашивании крупного и мелкого заполнителя. Однако разрушение железобетонных конструкций объясняется не только протеканием процессов, характерных для II вида коррозии, но и образованием новой кристаллической фазы в поровом пространстве бетона и ее перекристализацией, т.е. процессами, характерными для III вида коррозии.
Интенсивное кристаллообразование может происходить в результате пересыщения растворов в поровом пространстве бетона, вызванного циклическими колебаниями температуры и влажности воздуха. При этом образуются либо четырехводный кристаллогидрат нитрата кальция, либо гидраты двойной соли нитрата аммония - кальция типа NH4N03 Ca{N03)2 пВ20, п = \ и 10, а также нитрат аммония.
Кристаллизация может происходить также и при постоянной температуре и влажности воздуха в результате пересыщения поровой жидкости продуктами взаимодействия нитрата аммония с гидроксидом кальция на стадии растворения кристаллического гидроксида кальция. При этом кристаллизация новых кристаллических фаз происходит постепенно и при соотношении концентраций Ca(N03)2 NH4JV03 доосаждается нитрат аммония, свыше - двойные соли и гидрат нитрата кальция. В результате кристаллизационных процессов под слоем порошка нитрата аммония происходит растрескивание бетона, а ширина раскрытия трещин может достигать 1-2 мм. Механизм разрушения бетона на данном этапе характеризуется процессами III вида коррозии, которые вызваны появлением новой кристаллической фазы в поровом пространстве бетона и возникновением в нем растягивающих структурных напряжений.
Обычно образование новой кристаллической фазы в бетоне легко регистрируется при помощи рентгенофазового анализа, что и было выполнено в данной работе при изучении процессов коррозии бетона ряда объектов и в том числе здания упаковки аммиачной селитры.
Процессы взаимодействия фурфурола с карбамидом, проникшим в поровое пространство бетона
Карбамид является одним из агрессивных видов удобрений. Его воздействие на железобетонные конструкции определяется весьма своеобразной природой данного вещества.
При действии растворов карбамида на бетон между продуктами его разложения и известью, входящей в состав цементного камня, происходит реакция, в результате которой образуется карбонат кальция и гидроксид аммония. Это взаимодействие сопровождается снижением концентрации растворенной извести и повышением рН жидкой фазы цементного камня до величины 13,1.
Химические реакции, протекающие между составляющими цементного камня и карбамидом практически не изменяют свойств бетона и не являются причиной его разрушения, а лишь способствуют очень медленному накоплению СаС03 в поровом пространстве цементного камня.
Развитие же интенсивной коррозии бетона при длительном действии на него растворов карбамида обусловлено физическими процессами, связанными с образованием, накоплением и ростом кристаллов карбамида в порах и капиллярах цементного камня.
Установлено, что прочность кристаллов карбамида весьма высока: на изгиб до 38,0 МПа; модуль упругости 2,3x104 - 2,9х104 МПа, а коэффициент теплового линейного расширения в два раза меньше, чем у бетона. В связи с этим механизм разрушения бетона можно представить следующим образом: пыль карбамида или его растворы, попадая на бетонные поверхности, под влиянием влаги и температуры окружающей среды проникают в поровое пространство бетона и образуют кристаллы. Со временем они значительно увеличиваются в объеме, что приводит к возникновению напряжений в бетоне и, как следствие, нарушению его структуры.
При колебаниях температуры разрушению бетона способствуют также значительная разница коэффициентов температурного расширения бетона и кристаллов карбамида.
Механизм разрушения бетона при действии на него растворов карбамида с достаточным основанием можно отнести к физической форме солевой коррозии, являющейся частным случаем третьего вида коррозии бетона по классификации В.М. Москвина /76/.
Определяющим фактором агрессивного воздействия карбамида на бетоны строительных конструкций является степень их запыленности, проливы, утечки растворов карбамида, а также температурно-влажностный режим воздушной среды, которые в значительной степени оказывают влияние на глубину проникания карбамида в толщу бетона. Очевидно, что интенсивность коррозионного разрушения находится в прямой зависимости от степени насыщения порового пространства бетона агрессивной средой. Известно также, что агрессивные растворы проникают в толщу капиллярно-пористых тел либо посредством диффузионного переноса, либо за счет капиллярного подсоса, если для такового имеются соответствующие условия. Эти два процесса отличаются друг от друга по скорости, но в то же время идентичны по характеру заполнения порового пространства. При прочих равных условиях скорость насыщения капиллярно-пористого тела при капиллярном подсосе в 2-5 раз выше, чем при диффузионном переносе. В то же время по характеру заполнения порового пространства агрессивным агентом эти процессы идентичны. Если в элементарных поверхностных слоях (3-5 мм от поверхности) возможно практически максимальное (на 70-80%) заполнение открытых пор бетона, то в более удаленных слоях (10-12 мм от поверхности) степень заполнения может составить всего лишь 3-5%. Такой характер заполнения порового пространства определяет соответствующий механизм коррозионного разрушения бетона под воздействием карбамида и подобных ему агрессивных сред. Можно с достаточным основанием утверждать, что разрушение бетона под воздействием карбамида происходит только с поверхности, послойно и, что начало разрушения каждого последующего элементарного слоя бетона возможно после практически полного разрушения предыдущего. Неоднократно отмечено, что при интенсивном воздействии карбамида в жестких температурно-влажностных условиях существенное ослабление поверхностного слоя бетона на глубину 2-3 мм может произойти сравнительно быстро, в то время как последующие слои неопределенно долгое время будут сохранять свои изначальные свойства, так же как неопределенно долго будет происходить насыщение их карбамидом.
Приведенные положения хорошо подтверждаются результатами определения содержания карбамида в бетонных образцах-кернах, взятых из ствола гранбашни производства карбамида ОАО "Акрон" на раз- разных отметках. Содержание карбамида определялось в поверхностном слое бетона толщиной 10 мм и в последующем слое такой же толщины (табл. 2.3). Исследование более глубоких слоев не проводилось, так как априори известно, что карбамид в них отсутствует. Методика исследований сводилась к определению весового содержания карбамида в каждом слое, путем анализа оптической плотности водных вытяжек из отпиленных послойно образцов (толщиной 10-12мм), с использованием в качестве индикатора парадиметиламинобен-зоальдегида. Анализ результатов исследований, приведенных в таблице 2.3 позволяет констатировать следующее: — содержание карбамида в поверхностном слое бетона на различных отметках гранбашни колеблется в пределах от 0,3 до 1,3% по массе; — на глубине более 10 мм в поровом пространстве бетона карбамид практически отсутствует; - наиболее высокое содержание карбамида отмечено в поверхностных слоях бетона, отобранного в тех местах, где возможно максимальное скопление влаги и образование условий для капиллярного впитывания агрессивного раствора; - начало коррозионного разрушения может иметь место в тех случаях, когда содержание карбамида в бетоне достигнет 1,0% по массе и выше.
Промышленные испытания и внедрение противокоррозионных покрытий на предприятиях химической промышленности
Для подтверждения теоретических предпосылок был проведен эксперимент по взаимодействию фурфурола с карбамидом. В соответствии с положениями о химической связи и строении молекул /78/ было сделано предположение, что реакция между этими веществами протекает по следующей схеме:
С учетом уравнения (1) реакция проводилась путем сливания фурфурола с 25%-ным водным раствором карбамида, При этом количество фурфурола, введенного в реакцию составило 85% от стехеометри-ческого соотношения. Недостаток фурфурола в реакционной смеси обеспечил его более полное вступление во взаимодействие, что позволило в дальнейшем сравнительно просто выделить в чистом виде новообразование.
Сразу же после сливания началось интенсивное выпадение хлопьевидного осадка белого цвета. Осадок был выпарен при температуре 50С, промыт дистиллированной водой, высушен при 60С и подвергнут поэлементному анализу, в результате которого установлено, что вещество, образовавшееся при взаимодействии карбамида с фурфуролом содержит в своем составе около 61% углерода, 22% кислорода, 13% азота и 4% водорода. Исходя из указанных соотношений можно с достаточным основанием утверждать, что химическое взаимодействие между фурфуролом и карбамидом так же как и результат реакции соответствуют описанному выше (1).
Поверочный опыт по определению растворимости полученного вещества в воде показал, что при температуре 20+2С его растворимость не превышает 1 г/л.
Проникающая способность фурфурола определялась в сравнении с водой. Цементно-песчаные образцы-кубики состава 1:3 с размерами 7x7x7 см высушивались до постоянного веса при 105 С и после охлаждения погружались в воду и фурфурол. Прирост веса кубиков через двое суток составил: в воде - 7,88%; в фурфуроле - 10,27%. С учетом плотности фурфурола (1,16 г/см ) его поглощение по приведенному объему составило 8,85%, что выше, чем у воды и свидетельствует о весьма высокой проникающей способности фурфурола в капиллярно-пористые силикатные материалы.
Способность фурфурола взаимодействовать с карбамидом с образованием аморфного продукта в сочетании с высокой проникающей способностью предполагают существенный положительный эффект при использовании его для нейтрализации негативных кристаллизационных процессов в поровом пространстве бетона, насыщенного карбамидом. Качественная оценка этого эффекта выявилась в результате прямых испытаний цементно-песчаных образцов.
В опыте использовались образцы-кубики состава 1:3с размерами 4x4x4 см. На первом этапе испытаний образцы насыщались карбамидом по циклическому режиму: выдержка в насыщенном растворе карбамида в течение шести суток при t=25+2C — высушивание на воздухе при 70С в течение 24 часов. Параметры режима обоснованы следующими положениями: 1. Сравнительно длительный период насыщения образцов выбран с целью обеспечения полноты реализации двух последовательных процессов, обеспечивающих проникание карбамида в поровое пространство цементного камня: адсорбции на поверхности пор и капилляров и дуффузионного выравнивания концентраций. 2. Температура сушки образцов была выбрана исходя из следующих соображений: - температуру 70С можно считать максимально возможной, так как при более высокой температуре возможно разложение карбамида в водном растворе; - резкое повышение температуры с 25 до 70С позволяет избежать нежелательного процесса роста кристаллов карбамида в поровом пространстве цементного камня, что исключает появление высолов на поверхности образцов; - прогрев образцов при 70С в течение 24 часов обеспечивает условия, при которых большая часть воды из образцов удаляется, что является основным условием опыта. Насыщение образцов по указанному режиму осуществлялось в течение 15-ти циклов. Затем образцы были разделены на две партии, первая из которых помещалась в эксикаторы со 100%-ной влажностью, где выдерживалась трое суток, в течение которых цементный камень достигал практически максимального влагонасыщения. Другая часть высушенных образцов погружалась в фурфурол на шесть часов, в течение которых также обеспечивалось их максимальное насыщение. После этого все образцы размещались в эксикаторах, где поддерживалась постоянная относительная влажность на уровне 10% при температуре 25±2С. Визуальное наблюдение за образцами показало, что через двое суток на поверхности образцов первой партии появились высольт в виде кристаллов карбамида, рост которых по мере сушки продолжался до образования "шубы" высотой 5 мм и более. В то же время поверхность образцов, пропитанных фурфуролом оставалась неизменно чистой, без каких-либо признаков высолов (рис. 3.1). Наблюдение за образцами велось в течение трех месяцев и подтвердило, что в цементном камне, пропитанном фурфуролом, процесс кристаллизации карбамида подавлен полностью. Также прямыми испытаниями бетонных образцов была подтверждена эффективность нейтрализации негативных кристаллизационных процессов, происходящих в бетоне, насыщенном карбамидом. Целью испытаний было выявить степень снижения прочности, при циклических коррозионных испытаниях. В опыте использовались образцы-балочки с размерами 2,5x2,5x20 см, изготовленные из мелкозернистого бетона на портландцементе марки 500. Прочность образцов после 28 суток естественного твердения составила на сжатие 28 МПа, на изгиб — 6,8 МПа при водопоглоще-нии 6,6%.
