Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор и анализ научно-технической литературы 10
1.1 Виды коррозии строительных материалов в агрессивных средах 10
1.2 Принципы выбора вяжущего и заполнителей для изготовления бетонов, используемых в агрессивных средах 23
1.3 Методы ускоренной оценки коррозионной стойкости строительных материалов и изделий путем искусственной интенсификации коррозионных процессов 35
1.4 Способы прогнозирования долговечности строительных материалов.. 40
1.5 Выводы по главе 48
2 Характеристика материалов и методы исследования изучаемых объектов 51
2.1 Характеристика сырьевых материалов 51
2.2 Методы исследования, приборы и аппаратура 54
3 Обследование состояния бетонных сооружений на предприятиях химической, пищевой промышленности, очистных сооружениях 56
3.1 МУП «Горводоканал» Очистная станция канализации 56
3.2 ООО «Пристень молоко» 61
3.3 ОАО «Белгородский молочный комбинат» 64
3.4 ОАО «Белвитамины» 67
3.5 ОАО «Сахарник» 69
3.6 Выводы по главе 73
4 Влияние вида цемента и заполнителя на эффективность действия суперпластификаторов 75
4.1 Подбор оптимального грансостава заполнителя из доменного гранулированного шлака для мелкозернистого бетона 75
4.2 Исследование влияние вида заполнителя на эффективность действия суперпластификаторов 80
4.3 Исследование влияние типа цемента на эффективность действия суперпластификаторов 86
4.4 Выводы по главе 88
5 Исследование влияния заполнителя на коррозионную стойкость бетона в различных агрессивных средах 91
5.1 Исследование коррозионной стойкости цементного камня в агрессивных средах промышленных предприятий 91
5.1.1 МУП «Горводоканал» Очистная станция канализации 92
5.1.2 ООО «Пристень молоко» 96
5.1.3 ОАО «Белгородский молочный комбинат» 100
5.1.4 ОАО «Белвитамины» 104
5.1.5 ОАО «Сахарник» 108
5.2 Исследование влияния типа цемента на коррозионную стойкость бетона в 5 % растворе сахара 112
5.3 Выводы по главе 118
6 Основные выводы 120
Список литературы 123
Приложения
- Принципы выбора вяжущего и заполнителей для изготовления бетонов, используемых в агрессивных средах
- МУП «Горводоканал» Очистная станция канализации
- Подбор оптимального грансостава заполнителя из доменного гранулированного шлака для мелкозернистого бетона
- Исследование коррозионной стойкости цементного камня в агрессивных средах промышленных предприятий
Введение к работе
Значительная часть сооружений и конструкций из бетона и железобетона в процессе эксплуатации подвергается воздействию различных агрессивных сред, особенно в промышленных сооружениях, где внешняя среда, жидкая и газообразная, загрязняется промышленными и бытовыми отходами.
Прогнозирование сроков службы бетона основывается на количественной оценке кинетики коррозионных процессов, возникающих при контакте агрессивных сред с бетоном. Установлено, что интенсивность коррозионных процессов определяется скоростью проникновения агрессивных компонентов внешней среды в поровую структуру бетона. С целью облегчения прогнозирования сроков службы строительных материалов созданы методы ускоренного определения коррозионной стойкости различных материалов. Интенсивно разрабатываются вопросы, связанные с кинетикой коррозии с постоянным коэффициентом диффузии. Поскольку бетон является композиционным материалом, поверхность контакта составляющих компонентов влияет на процессы коррозии бетона, как в качественном, так и в количественном отношении. Это влияние во многом зависит от вида применяемого заполнителя.
В последние годы в строительстве все более широкое применение находят мелкозернистые бетоны на природных и искусственных заполнителях. Мелкозернистые бетоны позволяют создавать различные эффективные конструкции, в частности тонкостенные и армоцементные: большепролетные покрытия зданий, резервуары, облицовку каналов, панели-скорлупы, напорные трубы, лотки, плиты для покрытия дорог и тротуаров и т. д. Однако освоение массового производства конструкций и изделий из мелкозернистого бетона на природном песке в известной мере сдерживается органически присущими этому бетону недостатками — повышенной пористостью (проницаемостью), усадкой и ползучестью.
В районах с развитой металлургической промышленностью для изготовления бетонов экономически выгодно использовать доменные шлаки — быстроохлажденные (гранулированные) и медленноохлажденные (отвальные, слитые в траншеи).
По сравнению с обычным песчаным бетоном мелкозернистый бетон со шлаковым заполнителем обладает рядом ценных достоинств: повышенной прочностью, пониженными усадкой и ползучестью, высокой морозостойкостью, водонепроницаемостью, коррозионной стойкостью в агрессивных средах, сопротивлением истиранию и термической стойкостью при нагреве. Комплекс этих свойств предопределяет эффективность применения мелкозернистого шлакобетона в конструкциях и изделиях для жилищного, промышленного и сельскохозяйственного строительства, к которым предъявляют повышенные требования по механической прочности и долговечности. При этом решается не только проблема утилизации шлаков, но и появляется возможность при изготовлении материалов с заданными свойствами максимально использовать специфические свойства шлаков.
Актуальность.
Повреждение строительных конструкций в результате коррозии тем сильнее, чем более агрессивна внешняя среда и чем менее учтены эти агрессивные воздействия при проектировании, возведении и эксплуатации сооружений. Это приводит к росту расходов на трудоемкие ремонтно-восстановительные работы. Поэтому возникает задача рассчитывать сроки службы железобетона при проектировании и возведении зданий и сооружений. Прогнозирование долговечности железобетонных конструкций может быть осуществлено только на основании исследования сложных процессов взаимодействия между бетоном и окружающей средой. Для этого необходимо знать сущность процессов коррозии бетона при действии агрессивных сред, которые весьма сложны.
Коррозионная стойкость бетонов хорошо изучена в отдельных
агрессивных средах (магнезиальная, кислотная, и т.д.), тогда как комплексное их воздействие исследовано слабо. Промышленные и бытовые сточные воды имеют сложные составы. Бетон при омывании сточными водами подвергается не только агрессивному воздействию вод, но и замораживанию и оттаиванию.
Цель и задачи работы.
Обосновать рациональное применение мелкозернистых бетонов на заполнителе из доменного гранулированного шлака в условиях химически агрессивных сред сложного состава.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
проведение натурных обследований строительных конструкций, работающих в агрессивных средах промышленных предприятий;
разработка рациональных составов мелкозернистых бетонов на заполнителе из доменного гранулированного шлака;
исследование коррозионной стойкости мелкозернистых бетонов в агрессивных средах сложного состава;
разработка практических рекомендаций по рациональным областям применения мелкозернистых бетонов на заполнителе из доменного гранулированного шлака;
обоснование и формулировка ограничений по применению заполнителя из доменного гранулированного шлака для бетонов, используемых в химически агрессивных средах.
Научная новизна.
Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность снижения водопотребности мелкозернистых бетонов с использованием суперпластификаторов С-3 на заполнителе из доменного гранулированного шлака на 18-34 %, тогда как на заполнителе из мелкого кварцевого песка оно не превышает 9-16 %. Это обусловлено тем, что при использовании в качестве мелкого заполнителя кварцевого песка анионактивный разжижитель С-3 пластифицирует только цементную
составляющую, тогда как в бетонных смесях со шлаковым заполнителем разжижается и вяжущее, и заполнитель.
Установлено, что на мелкозернистых бетонах с заполнителями из кварцевого песка и доменного гранулированного шлака разжижающее действие анионных суперпластификаторов типа С-3 возрастает по мере увеличения содержания в цементе трехкальциевого алюмината, что обусловлено тем, что именно этот минерал подвергается наибольшему разжижению данным видом суперпластификаторов благодаря адсорбции на положительно заряженных частицах гидроалюминатных фаз.
В тех случаях, когда на основе теории кольматации возникает необходимость использования в условиях одного вида агрессии низкоосновных цементов, а другого - высокоосновных, предлагается концепция доминирующей агрессии, заключающаяся в том, что тип вяжущего выбирается по наиболее опасному компоненту агрессивной среды сложного состава; предложен порядок ранжирования исследованных в данной работе агрессивных агентов.
Установлено, что применять мелкозернистые бетоны с заполнителем из доменного гранулированного шлака нецелесообразно в агрессивных средах, содержащих жидкое стекло, т.к. оно вызывает на контакте шлакового заполнителя и цементного камня деструктивные физико-химические процессы; мелкозернистые бетоны на шлаковых заполнителях малоэффективны также в условиях агрессии паров сильных неорганических кислот, т.к. газообразные агрессивные агенты отличаются настолько высокой проникающей способностью, что кольматанты из продуктов коррозии не создают для них существенного препятствия для диффузии вглубь образца.
Практическое значение работы.
Использование эффекта сильного разжижения бетонных смесей с заполнителем из доменного гранулированного шлака при добавлении анионактивного суперпластификатора С-3 позволило значительно снизить
водопотребность мелкозернистых бетонов, что увеличивает коррозионную стойкость бетонов.
Экспериментальные данные о зависимости разжижающего эффекта анионных суперпластификаторов от содержания в цементе трехкальциевого алюмината позволяет проектировать составы бетонных смесей с минимальным значением водоцементного отношения.
Разработаны составы мелкозернистых бетонов на шлаковом заполнителе, отличающиеся повышенной коррозионной стойкостью в агрессивных средах сложного состава, содержащие сахара, органические кислоты, углекислый газ, сероводород. Это позволяет существенно повысить долговечность изделий и конструкций, эксплуатирующихся в агрессивных средах, без применения органических вяжущих, а также других дорогостоящих средств защиты.
Установленные ограничения по областям применения бетонов из доменного гранулированного шлака позволяют избежать нерационального их использования.
Реализация работы.
Результаты экспериментальных исследований, полученные при выполнении диссертационной работы, внедрены в учебный процесс для студентов специальности 290600 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций».
По результатам работы подготовлены рекомендации, которые переданы на предприятия химической, пищевой промышленности, очистные сооружения.
Защищаемые положения.
Способ получения мелкозернистых бетонов с пониженной водопотребностью и повышенной плотностью для агрессивных сред на основе заполнителей из доменного гранулированного шлака.
Рекомендации по увеличению водоредуцирующего действия суперпластификаторов на водоцементные бетонные смеси путем выбора цементов рационального минералогического состава и типа.
Закономерности коррозии мелкозернистых бетонов на разных видах заполнителей в агрессивных средах сложного состава, включающих сахара, сероводород, органические кислоты, углекислый газ и др.
Ограничения по использованию бетонов с активным заполнителем в агрессивных средах, содержащих жидкое стекло и пары сильных неорганических кислот.
Апробация работы.
Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались:
на Международной научно-технической конференции «Композиционные строительные материалы. Теория и практика» (Пенза, 2001);
на Седьмых академических чтениях РААСН «Современные проблемы строительного материаловедения» (Белгород, 2001);
на Международной научно-практической конференции «Рациональные энергосберегающие конструкции, здания и сооружения в строительстве и коммунальном хозяйстве» (Белгород, 2002);
на Международном Конгрессе «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии» (Белгород, 2003);
на Международной научно-практической конференции «Повышение качества среды жизнедеятельности города и сельских поселений архитектурно-строительными средствами» (Орел, 2005);
Публикации.
Результаты исследований, отражающие основные положения диссертационной работы, изложены в 8 научных публикациях (статьях).
Объем и структура работы.
Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов, изложена на 138 страницах машинописного текста, содержит 46 рисунков, 28 таблиц, список литературы из 167 наименований и 4 приложений.
Принципы выбора вяжущего и заполнителей для изготовления бетонов, используемых в агрессивных средах
Выбор типа цемента определяется в первую очередь агрессивностью среды, в которой будет работать бетон; вместе с тем цемент одновременно должен удовлетворять целому ряду требований, обусловливающих оптимальную технологию приготовления бетонной смеси, ее транспортировку, укладку и вызревание до получения бетона проектной марки по прочности и водонепроницаемости. Сюда относятся требования к скорости тепловыделения цементов, срокам схватывания и тонине помола, качеству и количеству цемента в бетонной смеси [11].
Основное влияние на свойства цементного камня, а, следовательно, и бетона с точки зрения стойкости в агрессивных средах имеют содержание в клинкере СзА, соотношение между С3А и C4AF и соотношение между C3S и C2S, т.е. между алитом и белитом.
Так, цементы с повышенным количеством C2S, C4AF отличаются замедленным твердением и малым тепловыделением. Повышенное содержание алюминатов обеспечивает быстрый набор прочности в ранние сроки, но эти цементы характеризуются пониженной сульфатостойкостью и морозостойкостью.
Быстротвердеющие цементы часто отличаются повышенным содержанием C3S, СзА и гипса, а также более высокой тонкостью помола. Повышенная химическая стойкость показательна для цементов с низким содержанием алюминатов.
В стандартах на цементы по минеральному составу выделяют сульфатостойкий портландцемент, содержащий пониженные количества минералов плавней: СзА не более 5 % и сумму СзА и C4AF не более 22%, при содержании C3S не более 50 % и сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками, содержащий не более 5 % СзА, в котором содержание C3S не нормируется.
Определенную опасность для долговечности бетонов представляют щелочи, если их содержание в цементах превышает 0,6 % (в пересчете на окись натрия). При использовании в качестве заполнителя для бетонов опаловидных и некоторых других кремнеземсодержащих пород щелочи могут быть причиной разрушения конструкций из-за возникающих при этом осмотических явлений при их взаимодействии с заполнителем [77].
Чтобы предотвратить коррозию цемента и бетона в условиях воздействия солей, необходимо также учитывать целый ряд особенностей физико-химического взаимодействия цементного камня, молекул и ионов, находящихся с ним в равновесии в жидкой фазе порового пространства с ионами растворенных солей в окружающей среде.
Исследованиями [80] установлено, что в жидкой фазе в порах бетона находятся преимущественно ионы Са+ и ОН". В связи с этим влияние катионов растворенной соли на цементный камень будет определяться в основном их способностью взаимодействовать с ионами ОН" анионов соли и ионами Са+. Коррозионный эффект будет зависеть от свойств образующихся при этом продуктов (растворимые и нерастворимые, кристаллизующиеся без увеличения объема или с увеличением объема).
Исследования процессов гидратации портландцемента и микроструктуры цементного камня показали, что для последующей его стойкости к коррозионным воздействиям очень важен фазовый состав цементного камня и вид новообразований, возникающихпр гидратации цемента. Наибольшее значение имеет содержание гидроалюминатов кальция и степень их связывания в гидросульфоалюминаты кальция, гидроксида кальция и степень основности гидросиликатов кальция [76].
Отличительными особенностями гидратации пуццоланового и шлакового портландцементов является образование в результате вторичных процессов более низкоосновных гидросиликатов и гидроалюмосиликатов кальция.
Гидроксид кальция и гипс портландцемента играют роль активизаторов твердения шлакопортландцемента. Цементный камень на шлакопортландцементе обладает более плотной структурой, чем на портландцементе, а также содержит меньшее количество кристаллического гидроксида кальция. Эти факторы обусловливают более высокую стойкость бетонов на шлакопортландцементах ряде агрессивных сред. Повышенная стойкость по отношению к действию мягких и сульфатных вод, пониженное тепловыделение шлакопортландцемента позволяют эффективно использовать его в гидротехническом морском и речном строительстве. Однако, в отличие от портландцемента, он неэффективен в частях сооружений, подвергающихся попеременному замораживанию и оттаиванию или увлажнению и высыханию.
Повышение стойкости бетонов на пуццолановых портландцементах обусловливается формированием цементного камня с пониженной основностью гидросиликатов кальция, образующихся в процессе гидратации.
Глиноземистый цемент придает бетону специфические свойства. Цементный камень глиноземистого цемента весьма плотен и отличается поэтому повышенной стойкостью в растворах различных солей, за исключением солей натрия и кальция, так как в щелочах глинозем легко растворим.
МУП «Горводоканал» Очистная станция канализации
Очистная станция канализации г. Белгорода построена в 1970 году. На предприятии «МУП «Горводоканал» производится полная биологическая очистка городских сточных вод — смесь хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод. На предприятии в сутки перерабатывается 150-200 тыс. м3 сточных вод.
Сточные воды представляют собой один из видов жидких или разбавленных водой твердых отходов. К таким отбросам относятся стоки промышленных предприятий, физиологические отбросы человека и животных, сплавляемый в канализацию бытовой мусор и другие виды отходов. На промышленных предприятиях в ходе технологических процессов происходит загрязнение сточных вод вредными веществами. Основной задачей поддержания экологического благополучия окружающей среды при попадании в нее сточных вод является их очистка. Очистка сточных вод - обработка сточных вод с целью разрушения или удаления из них вредных веществ.
По данным химической лаборатории «МУП «Горводоканал», сточные воды имеют следующую характеристику: t = 19-20 С; NH4- 20 - 40 мг/л; Р04 - 5,7 мг/л; сульфаты - 200 мг/л; железо - 2,1 мг/л; медь - 0,03 мг/л; сульфиды -3,5 мг/л; хлориды - 150 мг/л, фенол - 0,007 мг/л. Из приведенных данных + 2 следует вывод, что агрессивную среду составляют ионы N11 и SO4 , которые вызывают кислотную коррозию. Однако, концентрация этих агрессивных ионов сравнительно невелика. В тоже время сточные воды содержат заметное количество ионов хлора, которые усиливают вынос ионов кальция из бетонных изделий и сооружений. В связи с этим эти сточные воды, которые с большой скоростью омывают железобетонные лотки, кроме химической коррозии вызывают коррозию выщелачивания.
На «МУП «Горводоканал» были проведены натурные обследования следующих бетонных сооружений, участвующих в процессе очистки сточных вод: песколовки, лотки, первичные отстойники.
При механической очистке сточные воды попадают в здание решеток, где отделяется крупный мусор. Далее вода поступает в песколовки, представляющие собой прямоугольные бетонные емкости, в которых осаждается песок и другие крупные частицы. Далее вода по двум лоткам попадает в первичные отстойники.
Разрушение бетона песколовок
Все перечисленные железобетонные элементы очистных сооружений были изготовлены из рядового портландцемента Белгородского цементного завода типа ПЦ ДО, в качестве крупного заполнителя был использован щебень из малопрочного В результате натурных обследования песколовок (Рис. 3.1) выявлено следующее: - цвет бетона изменился с естествен но-серого на грязно-коричневый; - в некоторых местах песколовок бетон сильно поврежден, что сопровождалось растворением вяжущего и обнажением арматуры и крупного заполнителя;
Наиболее сильное повреждение бетона происходило в зоне, которая постоянно омывалась текущими со скоростью до 5 м/с сточными водами. Зона потемнения бетона совпадает с верхним уровнем омывания сточными водами песколовки. Обращает на себя внимание тот факт, что крупный заполнитель имеет плохое сцепление с вяжущим и во многих местах заполнитель выпал из массива бетона, так как его сцепление с цементной матрицей полностью разрушилось.
Лоток представляет собой прямоугольные бетонные емкости размером 2,4 1,8 50 метров. Обследование лотка (Рис. 3.2, 3.3) показало, что наблюдается две зоны наиболее интенсивного повреждения конструкции: зона соприкосновения конструкции с быстротекущими со скоростью до 5 м/с сточными водами, где происходила коррозия выщелачивания, и верхней части лотка, повреждения которой были даже больше, чем в нижней части. Последнее объясняется тем, что из сточных вод интенсивно выделяется водород и углекислый газ. Газообразный сероводород, как известно, обладает наиболее сильной агрессивностью, чем растворимый в воде той же концентрации. Это обусловлено тем, что газообразный H2S образует гораздо больший коэффициент диффузии в порах бетона, а также тем, что при газовой коррозии наблюдается менее интенсивная кольматация пор, чем при коррозии в водной среде. Подтверждением того, что газообразный сероводород был наиболее агрессивным агентом рассматриваемых сточных вод, является то, что стальные трубы, вентили и другие элементы очистных сооружений, находящихся в непосредственной близости от лотков, сильно коррозируют и их приходится менять через 2-3 года эксплуатации.
На рисунках 3.2 и 3.3 виден характер разрушений нижней части лотка. Из рисунков видно, что наблюдалось растрескивание и отслоение кусков бетона значительного размера от остальной части сооружения. При этом все крупные трещины были заполнены материалом темного цвета, который представляет собой продукт взаимодействия сероводорода с железистыми компонентами изделий. Первичных отстойники представляет собой железобетонные сооружения
Подбор оптимального грансостава заполнителя из доменного гранулированного шлака для мелкозернистого бетона
Как показало обследование бетонные и железобетонные конструкции производственных зданий и сооружений на действующих предприятиях химической, пищевой промышленности, очистных сооружениях подвержены сильному коррозионному разрушению.
Бетоны на шлаковых заполнителях отличаются повышенной коррозионной стойкостью в различных агрессивных средах, особенно в растворах водных кислот [3, 82]. Однако известно, что доменные t гранулированные шлаки, как правило, отличаются повышенной пористостью и шероховатостью зерен, что исключает возможность получения бетона с плотной структурой и обуславливает высокую водопотребность бетонной смеси на их основе. Поэтому авторами были рассмотрены вопросы снижения проницаемости бетона на шлаковых заполнителях [9].
Решение проблемы повышения относительной плотности бетона возможно путем тщательного подбора зернового состава заполнителя.
Гранулированный доменный шлак характеризуется широким разнообразием формы и рельефа поверхности гранул. Преобладающей формой зерен являются кубообразная, призматическая и остроугольная. Значительное содержание зерен с высокоразвитым микрорельефом поверхности шлака по сравнению с заполнителями из горных пород, наряду с гидравлической активностью поверхности шлака, служит фактором, способствующим увеличению его сцепления с цементным камнем [126].
В связи с этим, авторами был произведен расчет высокоплотной упаковки заполнителя по методике [127, 128].
На основе анализа зернового состава доменного гранулированного шлака по рассеву на стандартных ситах авторами предложено два варианта упаковки заполнителя. В первом случае шлак разделяли на две фракции: крупная (0,63 - 5 мм) и мелкая (0 - 0,63 мм). Во втором случае на три фракции: крупная (1,25-5 мм), средняя (0,63 - 1,25 мм) и мелкая (0 -В результате расчетов высокоплотной упаковки заполнителя соотношения между фракциями по второму варианту составило (1,25 - 5):(0,63 -1,25):(0 - 0,63) = 100:60:85. Значения насыпной плотности и коэффициентов упаковки полученных смесей приведены в таблице 4.2.
Для подтверждения целесообразности использования высокоплотной упаковки заполнителя были проведены экспериментальные исследования. Образцы-балочки размером 2,5x2,5x10 см изготавливались из растворной смеси нормальной густоты состава Ц:Ш=1:2,5, которые после твердения в нормальных условиях, испытывали на изгиб и сжатие в возрасте 3, 7 и 28 суток. Результаты испытаний приведены в таблице 4.2.
Анализируя результаты испытаний, необходимо отметить, что значения прочности образцов в первые сутки отличаются незначительно, но уже в 28-суточном возрасте прочность образцов с плотнейшей упаковкой частиц, выше, чем у образцов, приготовленных традиционным способом.
При этом первый вариант высокоплотной упаковки шлакового заполнителя имеет ряд преимуществ перед вторым: - требует меньше затрат живого и машинного труда, что значительно снижает трудоемкость процесса разделения заполнителя на фракции; - меньше отход некондиционных фракций шлака (количество неиспользованного шлакового заполнителя по первому варианту составляет 15,2 %, по второму - 26,5 %), т.е. 1/4 часть общего количества [131].
Однако способ подбора оптимального грансостава заполнителя из доменного гранулированного шлака для снижения проницаемости бетона является недостаточно эффективным - способ достаточно дорогой и трудоемкий. Поэтому авторами был рассмотрен еще один способ, а именно снижение водопотребности бетонной смеси с помощью суперпластификаторов.
Для повышения производительности труда, улучшения качества и долговечности сооружений и конструкций различной номенклатуры и назначения, добавки в бетон являются самым универсальным, доступным и эффективным средством. Введение добавок может улучшить свойства бетона, и наоборот, ослабить те из них, которые для данного сооружения или конструкции нежелательны [8, 19, 23].
Известно, что эффективность действия суперпластификаторов (СП) С-3, мельмент, СБ и др. зависит от таких факторов, как расход цемента, его минералогический состав и удельная поверхность, В/Ц, наличие и свойства активных минеральных добавок, технологии формовки изделий и т.д. [20].
Большинство пластификаторов и суперпластификаторов первого поколения, которые пока используются в Российской федерации, и к которым относится суперпластификатор С-3 и его аналоги являются понизителями водопотребности бетонных смесей лишь при достаточно большом расходе у цемента 500-600 кг/см и более. В тощих бетонных смесей, где расход цемента составляет 200-300 кг/см , разжижающая способность анионных суперпластификаторов типа С-3 сильно снижается [110].
Чем меньше расход цемента, тем хуже способность суперпластификаторов первого поколения уменьшать водопотребность бетонной смеси. Это обусловлено тем, что молекулы С-3 адсорбируются преимущественно на частицах гидратных фаз цемента, имеющих положительный заряд поверхности. К ним относятся гидроалюминаты Са и гидроксид Са - Са(ОН)2. На частицах кварцевого заполнителя и крупного заполнителя молекулы анионных ПАВ практически не адсорбируются. Таким образом, этот тип добавок пластифицирует, в основном, вяжущую часть бетонной смеси, не разжижая заполнитель. 0,63 мм).
Исследование коррозионной стойкости цементного камня в агрессивных средах промышленных предприятий
1. Для повышения коррозионной стойкости бетонов на заполнителе из доменных гранулированных шлаков, поверхность которых отличается повышенной пористостью и шероховатостью зерен, необходимо решить вопросы повышения плотности и снижения водопотребности бетонных смесей на их основе. Для повышения относительной плотности бетона можно использовать способ подбора оптимального грансостава шлакового заполнителя, который позволяет получить бетонную смесь большей плотности и прочности.
2. Известно, что наиболее эффективный суперпластификатор С-3, который широко применяется в строительном комплексе Российской федерации, слабо разжижает бетонные смеси с содержанием мелкого заполнителя — кварцевого песка. Это обусловлено тем, что С-3 будучи анионактивной добавкой, содержащей отрицательно заряженные функциональные группы SOj, слабо адсорбируется на поверхности мелкого заполнителя - кварцевого песка, который также имеет отрицательно заряженные активные центры. То же самое наблюдается и по отношению к крупному заполнителю кислого состава, например гранит. В связи с этим, есть основание предположить, что эффективность этого суперпластификатора при использовании заполнителя из известняка или доменного гранулированного шлака будет существенно выше.
3. Выполненные экспериментальные исследования полностью подтвердили вышеуказанные предположения и показали, что степень снижения водопотребности бетонной смеси при использовании шлакового заполнителя больше, чем на кварцевом песке, т.к. доменный гранулированный шлак наряду с отрицательно заряженными, содержит и положительно заряженные активные центры. Набольшее разжижающее действие наблюдается при использовании в качестве заполнителя известняка, который содержит еще больше активных центров с электроноакцепторными свойствами.
4. Необходимо использовать указанные явления повышенной разжижаемой способности бетонных смесей со шлаковым заполнителем с добавлением анионных суперпластификаторов типа С-3 для понижения водопотребности и повышения плотности бетона на их основе. Это позволит в значительной степени преодолеть недостаток шлакобетонных смесей, который заключается в их повышенной водопотребности, обусловленной шероховатостью их поверхности и повышенной открытой пористостью. Из изложенного следует, что использование бетонных смесей со шлаковым заполнителем без суперпластификаторов во многом «сводит на нет» эффект активного заполнителя, не обеспечивая достаточную коррозионную стойкость их в высокоагрессивных средах.
5. Из полученных результатов следует также предположение о том, что пески с высоким содержанием некварцевых пород, а именно, полевых шпатов, слюд и других силикатов, содержат больше положительно заряженных электроноакцепторных активных центров, и должны лучше подвергаться разжижающему действию анионактивных пластификаторов, чем кварцевые пески. Проведенные эксперименты полностью подтвердили это предположение. Бетонные смеси с заполнителем из вяземского песка при одинаковых дозировках суперпластификатора С-3 имеют большее значение расплыва конуса на 30-40%, чем бетонные смеси на кварцевом песке. Это явление имеет большое практическое значение, т.к. позволяет путем варьирования компонентов заполнителей и наполнителей с различными донорноакцепторными свойствами регулировать восприимчивость бетонной смеси к разжижающему действию суперпластификаторов.
6. При исследовании влияния минералогического состава цемента на эффективность действия суперпластификаторов была выявлена пропорциональная зависимость между содержанием в клинкере трехкальциевого алюмината и подверженности цемента к разжижающему действию при вводе суперпластификатора С-3.
В бетонных смесях, где в качестве заполнителя использовали мелкий кварцевый песок, удалось снизить водоцементное отношение на 9-16 %, а на доменном гранулированном шлаке на 18-34 %.
