Содержание к диссертации
стр.
Введение 5
1. Состояние вопроса 9
1.1. Особенности условий эксплуатации строитель
ных материалов и изделий в системах водо
снабжения и канализации и пути улучшения
их свойств 9
1.2. Модифицирование бетонов пропиткой 16
Т.З. Сера, как материал для пропитки бетона 18
1.4. Задачи исследований 35
2. Термодинамическое обоснование пределов устойчивости
серы и продуктов ее взаимодействия с основными
минералами цементного камня 38
Методика расчета и исходные термодинамические данные 38
Реакции взаимодействия серы с продуктами гидратации цементного камня 47
Реакции в системе "сера-вода" в присутствии некоторых соединений кальция и построение
полей устойчивости 58
Выводы 63
3. Характеристика исходных материалов и методы
исследований 65
Изготовление образцов для испытаний 65
Методика коррозионных испытаний бетона, пропитанного серой 66
Методика определения продуктов взаимодействия серы и гидратированного трехкальциевого силиката
в водном растворе 69
стр.
3.4. Методы физико-химического анализа 71
4. Исследование коррозионной стойкости бетона,
пропитанного серой 73
Стойкость в кислых средах 74
Стойкость в растворах магнезиальных солей ... 76
Стойкость в сульфатных растворах 78
Стойкость в растворах едких щелочей 80
Стойкость в солевых растворах 82
Выводы 84
5. Изучение процессов коррозии бетона, пропитанного
серой методами физико-химического анализа 85
5.1. Определение метастабильности тиосульфат-иона
в водных растворах 85
Исследование изменения величины рН поровой жидкости 88
Исследование процессов коррозии методами
ДТА и рентгеновского фазового анализа 88
5.4. Электронно-микроскопические исследования .... 98
Выводы 104
6. Особенности технологии производства бетонных труб,
пропитанных серой, их опытно-промышленное внедрение
и технико-экономическая эффективность применения. . . Ю7
Особенности технологии изготовления бетонных труб, пропитанных серой и их эксплуатационные свойства 107
Опытно-промышленное внедрение 114
Технико-экономическое обоснование целесообразности применения бетонных труб, пропитанных
серой 117
стр.
6.4. Перспективы применения и прогноз возможной потребности в бетонных трубах, пропитанных
серой в водохозяйственном строительстве. ... 127
Выводы 130
Общие выводы 131
Литература 134
Приложения 147
Введение к работе
Решениями Партии и Правительства предусмотрено расширение выпуска сборных строительных элементов, обеспечивающих снижение материалоемкости и стоимости строительства. В целях снижения металлоемкости строительства намечено организовать массовое производство высококачественных строительных конструкций, в частности труб, из неметаллических материалов. Такая техническая политика продиктована закономерностями развития социалистического народного хозяйства в период НТР в условиях все возрастающего дефицита металлов.
В связи с этим именно в настоящее время в строительстве, как и в других областях инженерной деятельности, связанных с созданием новых материалов, объектом пристального внимания стали неметаллические композиционные материалы. Используя совместно два или несколько материалов, можно достичь комбинации свойств, не присущих каждому исходному материалу в отдельности. Таким образом, композиционный материал может быть изготовлен из компонентов, которые сами как таковые не удовлетворяют расчетным и эксплуатационным требованиям. За последнее время довольно широкое распространение получили работы по созданию композиционных материалов на основе цементных бетонов, пропитанных органическими полимерами. Однако высокая стоимость последних пока существенно сдерживает развитие этого направления. Были предприняты поиски более дешевых пропиточных материалов для бетонов. Одним из наиболее перспективных для этих целей материалом является элементарная сера. Сера за последние годы находит все более широкое применение в строительстве. В последние годы работы по пропитке бетона серой были проведены в Канаде и северных районах США, где производство серы стало превышать спрос на нее. В
СССР также все интенсивнее ведутся исследования в этом направлении.
В результате пропитки серой коэффициент упрочнения бетона может достигать L = 2 f 10; при этом морозостойкость материала превышает 1000-1500 циклов. Бетон, пропитанный серой (БПС) является весьма перспективным композиционным материалом, превосходящим цементные бетоны по механической прочности в несколько раз. Высокая по сравнению с традиционными цементными бетонами, прочность БПС объясняется, в первую очередь, заполнением поро-вого пространства твердой фазой и увеличением прочности контактной зоны вяжущего и заполнителя.
Следует отметить, что большинство работ, связанных с БПС, посвящено, в основном, вопросам проектирования состава исходного бетона, технологии пропитки его расплавом серы и изучению физико-механических свойств. Однако, наряду с технологическими проблемами, необходимо решать вопросы рациональной области применения этого материала и, в связи с этим, его коррозионной стойкости. Очевидно, что высокая плотность БПС предопределяет его высокую коррозионную стойкость. Однако сера способна окисляться в щелочной среде в присутствии воды. С учетом того, что поровая жидкость бетона имеет щелочную реакцию (рН 12,8 * 13,0), уже предпринимались попытки исследовать взаимодействие серы и компонентов бетона во время пропитки и в период эксплуатации. Полученные до настоящего времени экспериментальные данные не позволили прийти к единому мнению о механизме взаимодействия серы и компонентов бетона, а также о составе продуктов такого взаимодействия. Решение этих и других вопросов, необходимых для определения области применения изделий из БПС (в частности труб) поможет более рационально использовать те положительные свойства, которыми обладает БПС.
Высокие прочность, плотность и стойкость БПС могут быть успешно использованы в различных областях строительства, в том числе и в водохозяйственном. В этой области строительства в широких масштабах используются металлические и железобетонные трубы различного диаметра. Учитывая высокую прочность и коррозионную стойкость БПС, трубы, изготовленные из этого материала, могут быть во многих случаях успешно применены взамен металлических. Прежде всего это относится к замене чугунных труб на трубы из БПС в системах канализации промпредприятий. Использование неармированных напорных труб из БПС в системах водоснабжения и мелиорации взамен железобетонных, также приведет к значительной экономии металла. Использование труб из БПС в системе мелиорации становится актуальным в свете Программы мелиорации земель, принятой на Октябрьском 1984 г. Пленуме ЦК КПСС.
В Харьковском отделе ВНИЙводгео на протяжении ряда лет успешно ведутся работы по разработке и совершенствованию производства неармированных труб, пропитанных серой. Разработанная технология позволяет получать трубы, которые могут быть использованы для напорных трубопроводов с рабочим напором до 0,5 МПа, однако вопрос их коррозионной стойкости и, следовательно, рациональной области применения является далеко неизученным.
Представляемая работа выполнена в лаборатории технологии бетона Харьковского Отдела ВНИИ В0ДГЕ0 в рамках Украинской республиканской целевой комплексной программы РН.Ц.003 "Материалоемкость" и в соответствии с планом научно-исследовательских работ ВНИИ В0ДГЕ0 Госстроя СССР тема II.7 "Разработка и внедрение технологии изготовления напорных бетонных труб осевого прессования, пропитанных серой".
Автор считает своим долгом выразить глубокую благодарность кандидатам химических наук Л.И.Дегтеревой, П.В.Кичасу, кандида-
там технических наук И.Д.Омельченко, А.Г.Ольгинскому, Г.А.Улити-ной за помощь, оказанную при проведении экспериментальных исследований.
