msgbartop
Оборудование для производства строительных блоков
msgbarbottom

24 Окт 12 ДЕЙСТВИЕ КИСЛОТНА БЕТОН

Возможность расчета сроков службы бетона при действии кислот под­вергалось исследованию в ряде работ. В гл. 5 рассмотрен механизм кор­розии бетона в кислотах и приведены некоторые результаты эксперимен­тальных исследований, которые могут быть использованы при расчете сроков службы бетона.

Как было показано, зона реакции при действии кислоты на бетон имеет незначительную по сравнению с размерами конструкций протя­женность (глубину) и разрушившийся поверхностный слой четко отде­ляется от бетона незатронутого коррозиен что позволяет принимать в лом случае глубину слоя разрушения как критерии сіепени поврежде­ния бетона, и задача сводится к расчету глубины разрушения во времени при нахождении бетона в контакте с агрессивной средой. Установленные зависимости интенсивности коррозии от времени при удалении продук­тов реакции и при их сохранении на месте позволяют вести расчеты в условиях полного погружения конструкции в агрессивную среду и с уче­том диффузионного механизма проникания агрессивных ионов в поро- вое пространство структуры бетона.

В первом случае глубина коррозионного повреждения бетона будет ограничиваться только реакционной емкостью кислоты во внешней сре­де и кинетическими факторами — сменой агрессивности раствора у по­верхности бетона. Во втором — закономерности процесса будут анало­гичны рассмотренным при карбонизации бетона, так как в обоих случаях речь идет о взаимодействии кислоты и бетона.

Приведем пример инженерного расчетного прогноза глубины разру­шения бетона при действии минеральной кислоты на бетон.

Основная закономерность кинетики коррозионного разрушения беїо - на при кислотной коррозии выражается формулой (5.1). Из этой форму­лы следует:

6 к

Вывод этой формулы и обозначения приведены в разд. 5.2.

Для портландцемента с достаточной степенью точности при данных расчетах может быть принято содержание гидроксида кальция в цементе К = 0,63 в долях единицы; истинные плотности воды и цемента р„ = = 1000 кг/м3 и рц = 3100 кг/м3 соответственно. Следовательно, коэффи­циент Ав будет изменяться только в зависимости от воцоцементного отношения в бетоне. Отсюда для бетона нормальной проницаемости (марка по водонепроницаемости ВЧ, В/Ц = 0,6) коэффициент AQ будет равен 5-41 • 10"2, а для пересчета для бетонов с другими В/Ц можно воспользоваться коэффициентами табл. 11.1. При проведении расчетов используют эффективные коэффициенты диффузии D*, определяемые экспериментально. По данным работы [11.12] такие коэффициенты при­ведены в табл. 11.2. Коэффициент диффузии определяется для темпера­туры 20°С. Значение коэффициента диффузии можно привести к факти­ческой температуре эксплуатации, приближенно приняв, что увеличение или уменьшение температуры на 1°С дает соответственно увеличение или уменьшение D* на 2,6%.

В табл. 11.3 приведены расчетные значения глубины коррозионного разрушения бетонов различной проницаемости при действии соляной кислоты разной концентрации.

В табл. 11.4 приведены результаты таких же расчетов для разных кис­лот и разной их концентрации в зависимости от срока службы. Расчет вы­полнен для бетона нормальной проницаемости (В/Ц = 0,6) на портланд­цементе. При подсчете полученные расчетные значения увеличены в два раза с целью создания запаса коррозионной стойкости по аналогии с рас­четами на прочность.

Необходимость и эффективность применения защитных изоляцион­ных мероприятий можно установить, сопоставляя глубину расчетного разрушения поверхностного слоя бетона с допустимой глубиной раэру-

Таблица 11.1. Глубина В/Ц на коэффициент AQ

Т________________

Ко эфф ицие ит А £

0,4 0,89

0,5 0,95

0,6____

1

_ 0 J_______________

1,06

Таблица 11.2. Эффективные коэффициенты диффузии для кислот различной концентрации

Кислота

Концентрация, Н

Значение РН

Коэффициент диффузии

См2/с

[ см2

На

HN03 H2S04

0,0001-0,1 0,0001 -0,1 0,0001-0,035

4-1 4-1 4-1,5

1,31 1,25 1,14*

0,047 0,045 0,041

* При увеличении концентрации серной кислоты выше 0,035 и эффективный коэффициент диффузии уменьшается на порядок.

Таблица 11.3. Расчет глубины разрушения за 50 лег бегонии на портландцементе при дсйсшни МП различной концентрации

Концентрация, НС1

Коэффициент A G в формуле (11.1)

Глубина разрушения, см, при В/Ц Бетона

Нормаль­ность

Г/л

0,4

0,5

0.6

0,7

0.1

3,65

3,59

8,6

2,2

9,7

10,2

0,01

0,365

3,84

2,7

2,89

3,05

3,2

0,001

0.0365

4,05

0,86

0,92

0,97

1,02

0,0001

0,00365

4,26

0,27

0,29

0,3

0,32

Примечание. £)* = 0,047 см /ч.

Таблица 11.4. Глубина разрушения бетона в образцах, изготовленных на портландцементе при ВЩ = 0,6

25

J 50

J 100

И

| 100

2

2,8

8,2

11,6

5,4

7,6

10,8

3

1,8

2,5

3,7

1,7

2,4

3,4

4

0,6

0,8

1,2

0,5

0,7

1,1

4,5

0,3

0,4

0,6

0,3

0,4

0,6

5

0,2

0,3

0,4

0,2

0,3

0,4

J Растворы Н5

Водородный

Показатель

РН

Растворы HN03 и НС1

Глубина разрушения бетона, см, за расчетный срок службы конструкции, годы

Примечание. Данные рассчитаны с коэффициентом запаса К3

Шения бетона для сохранения несущей способности (зксішуатациоіпюй пригодности) конструкции. Следует также учитывать возможность ре­монта конструкции. Or защиты поверхности (вторичной защиты) можно отказаться, если расчетная толщина разрушения поверхностного слоя бе­тона за проектный срок (или срок до капитального ремонта) эксплуата­ции не приводит к снижению несущей способности конструкции ниже за­данной н проекте. Проведенные исследования показывают, что примене­ние бетонов пониженной проницаемости позволяет отказаться от вторич­ной защиты бетона в кислых средах с рН = 4, а для массивных конструк­ций и до рН = 3.

Во многих случаях придание достаточной стойкости железобетонным конструкциям в кислых средах может быть достигнуто увеличением тол­щины защитного слоя.

Для разъяснения методики подсчета сроков службы конструкции при­ведем еще несколько расчетов по разработанной методике.

Примеры расчета глубины коррозионного повреждения бетона кислотами [5 J1 ]

Пример 1. Определить глубину коррозионного разрушения бетона нормаль­ной плотности при действии на него 0,01 н раствора НС1 в течение 25 лет.

So4

У4(5 для бетона W4 составляет 5,41 • 10 ; C^Cl = 0,047 см /ч (см. табл. 11.2).


Концентрация 0,01 н раствора I1C1 0,365 кг/м3

Подставив исходные величины в формулу (5.2), получим

6=5,41 ■ 10"2 \/0,047 • 0,365 - 25,8760 = 2,9 см.

2 • 36,5

Пример 2. Определитьглубину коррозии бетона повышенной плотности 1V6 при действии 0,01 н раствора H2SO*J в течение 50 Леї. Величина AQ Для бетона И'6 Составляет5,41 • 10 -0,97 =5,25 - Ю-2.

')H2S04

D* So = -0,041 см2/ч, с0 = 0,49 кг/м3;

5 = 5,25 • 10"2 V/0,041 • 0,49 — ■ 50,876 = 3,7 см.

98

Пример 3. Определить глубину коррозии бетона состава 1 : 1,53 : 2,8 с рас­ходом цемента Ц =400 кг/м ири действии 0,001 н рае-гвора IINO3 в Течеіше 50 Леї Плотность заполнителей (песка и щебни) составляет 2650 и 2610 кг/м3 соответст­венно.

Определим значение AQ

.ііііпчки 6 /

0 Ц - К 400 • 0,63

Глубина коррозии составит:

Б = 5,20 • 10"2 \/0,045 - 0,0063 • 50 • 8760 = 0,4 см.

2,63

Естественно, что в практических условиях возникает много вопросов, которые не могут быть решены предложенным методом расчета, в част­ности, одним из наиболее распространенных случаев является действие газообразной среды с различной влажностью и содержанием кислых га­зов — сернистого ангидрита, хлористого водорода, хлора (образующего хлористый водород) и др.

Определение эффективного коэффициента диффузии агрессивных ве­ществ в жидкой и газовой фазах капиллярно-пористых тел предложено в работе [11.10] в такой последовательности.

Перенос агрессивного вещества внутрь бетона в общем случае описы­вается выражением

Dc/dt = D*b2c/dx2, (11.1)

Где D* — эффективный коэффициент диффузии агрессивного вещества.

Связь эффективного коэффициента диффузии с молекулярным коэф­фициентом диффузии может быть выражена зависимостью

D* = Dai А2а3. (И.2)

Отличие эффективного коэффициента диффузии от молекулярного обусловлено извилистостью капилляров, по которым идет диффузион­ный поток а,, влиянием стенок капилляров а2 и уменьшением сечения диффузии за счет уменьшения сечения диффузионного потока твердой фазой системы а3. Следовательно,

D* = D ~ а2, (11.3)

ГДе £> - молекулярный коэффициент диффузии 298

Параметр а, может быть выражен через коэффициент извилистости капилляров а, = ---; Т, 1J1,

Где 1С — средняя длина сквозных капилляров в образце; I — длина образца.

А3 = Пс, где Пс — сквозная пористость бетона. Выражение (11.3) принимает вид: эффективный коэффициент диффузии в бетоне —

«2- * (П.4)

Эффективный коэффициент диффузии газа в бетоне

D* = Dx "с —— а2, (11.5)

Где Пси, - сквозная пористость бетона, заполненная влагой при данной относитель­ной влажности воздуха,-Ог и а2 — параметры, учитывающие влияние стенок твердой фазы при переносе агрессивных ионов в поровой жидкости н при диффузии газа в свободных от воды порах бетона.

Если принять приближенно, что коэффициенты ai и а2 равны, то:

Аналогичные уравнения приводятся в работах [11.14, 11.16]. На осно­вании представлений о зависимости электропроводности капиллярно-по­ристого тела от его "сквозной пористости" [11.4] получим для полного заполнения жидкостью норового нространС тва бетона

Nw

А для неполного —

D*=DrRjRH-R0/Rw,

Где ди — электросопротивление водонасыщенного бетона; /?0 - сопротивление жидкой фазы в объеме образца; Rw — сопротивление образца при данной относи­тельной влажности среды.

На основании измерения электропроводности образцов при различной влажности окружающей среды выполнены расчеты эффективного коэф­фициента диффузии в жидкой и газовой фазе бетона.

Для хлористого кальция по такой методике получены значения эф­фективного коэффициента диффузии, представленные на рис. 11.2. На рис. 11.3 приведены эффективные коэффициенты в том же материале для хлористого водорода в газовой фазе. Знание эффективных коэффи­циентов диффузии позволяет по вышеописанной методике определять и условную глубину разрушения бетона. Приведенные результаты расче­тов пригодны для бетонов на кислотостойких заполнителях. При запол­нителях из карбонатных пород заполнители разрушаются быстрее, чем цементный камень, в то время как для цементного камня характерно

Защитное действие против коррозионного процесса образующимся слоем нерастворимых продуктов коррозии. При кислотостойком, в частности, гранитном заполнителе, тормозящее коррозию действие продуктов реак­ции сказывается на скорости коррозии, и это отражается на эксперимен­тально определяемом эффективном коэффициенте диффузии.

Стойкость бетонов на различных заполнителях зависит от раствори­мости кальциевых солей кислот и, следовательно, не может быть выра­жена однозначно [11.12]. При действии растворов соляной, уксусной, муравьиной, молочной и других кислот, кальциевые соли которых хо­рошо растворимы, бетон на карбонатных заполнителях разрушается зна­чительно быстрее, чем на гранитном щебне. При действии растворов сер­ной, плавиковой, кремнефтористоводородной кислот бетон на карбонат­ном заполнителе разрушается медленнее, так как начинает сказываться блокирующее действие заполнителя.

В наїурньїх условиях, конечно, будут влиять на скорость коррозии и другие трудно учитываемые факторы — такие, как неоднородность ка­чества бетона в различных частях конструкции, трещины различного происхождения и раскрытия, неременные температуры эксплуатации, изменения концентрации кислоты во времени и др. Однако влияние этих факторов должно учитываться определенным коэффициентом запаса, использование которого неизбежно так же, как и при расчете конструк­ций на прочность.

Оставить комментарий