Главная
Новости
Ремонт
Каркасный дом
Несущие конструкции
Металлические конструкции
Прочность дорог
Дорожные материалы
Стальные конструкции
Воздухоопорные сооружения
Грунтовые основания




17.01.2018


17.01.2018


17.01.2018


16.01.2018


16.01.2018


12.01.2018


12.01.2018


12.01.2018


12.01.2018


11.01.2018





Яндекс.Метрика
         » » Коррозия арматуры в бетоне на некондиционных щелочных компонентах

Коррозия арматуры в бетоне на некондиционных щелочных компонентах

31.03.2016

Длительными исследованиями и наблюдениями состояния арматуры в шлакощелочном бетоне на кондиционных щелочных компонентах подтверждено отсутствие коррозии арматуры. Однако, в виду широкого внедрения в практику строительства промышленных отходов, в том числе содержащих соли сильных кислот, проблема коррозионной стойкости арматуры приобретает особую актуальность.
Исследованиями, в основу которых положен гравиметрический метод, установлено, что коррозионная стойкость стальной арматуры зависит от состава дисперсной среды вяжущих, в которой присутствуют различные ионы. При этом возможность пассивации и металла определяется соотношением в дисперсионной среде пассивирующих и активирующих ионов. Если в ней преобладают активирующие ионы (Cl-, SO4в2-), пассивация стали затруднена, а если — пассивирующие (ОН-, СО3в2-), последние вытесняют с поверхности металла активирующие ионы и препятствуют развитию коррозии.
Щелочные компоненты, содержащие в своем составе ионы SО4в2-(до 40 %) или ионы Cl- (до 20 %), не оказывают существенного влияния на депассивацию стали, так как они полностью подавляются ионами ОН-, которые из-за большого сродства к металлу, вытесняют агрессивные ионы с поверхности металла, обеспечивая его пассивное состояние.
По мере увеличения pH дисперсионной среды адсорбция ионов OH- возрастает, а ионов SО4в2- и Cl-падает. Адсорбированные ионы ОН-уменьшают свободную энергию системы, затрудняют переход ионов металла в раствор и пассивируют сталь.
Отсутствие коррозии арматуры шлакощелочного бетона подтверждено также электрохимическими исследованиями, выполненными методом снятия анодных поляризационных кривых (АПК-метод) на образцах в растворе электролита, имитирующего водный раствор в порах бетона с добавкой коррозионно-агрессивной хлористой соли.
Коррозия арматуры в бетоне на некондиционных щелочных компонентах

Сущность метода заключается в линейной анодной поляризации РЭ в диапазоне потенциалов от стационарного Естац до потенциала пробоя Eпр пассивного состояния с непрерывной регистрацией анодного тока (тока коррозии). Текущее значение потенциала РЭ непрерывно измеряется относительно стандартного хлор-серебряного ЭСЭВЛ-1, имеющего опорный потенциал E=+222 мВ (при 298 К) относительно нормального водородного электрода (НВЭ), потенциал которого при всех температурах принят равным 0 мВ. В окончательном виде все значения измеренных потенциалов РЭ пересчитаны на НВЭ, а значения анодных токов отнесены к площади исследуемой поверхности образца для получения плотности тока (мкА/см2).
Результаты коррозионных электрохимических исследований арматурной стали методом АПК приведены на рис. 5.1 в координатах Ен.в.э р.э — lg I.
АПКисх характеризует коррозионную активность исходного состояния стали 3; АПКпл — коррозионную активность арматуры, покрытой пленкой, образовавшейся при экспозиции арматуры в данном типе бетона. АПКисх имеет два активационных участка от Естац = -653 мВ до E = 300 мВ, свидетельствующих об активном растворении стали 3 перед наступлением зоны пассивности. АПКпл активационного участка не имеет, что свидетельствует о пассивном состоянии поверхности с пленкой. Следовательно, пленка защищает металл от активного растворения. Более положительное значение Естац на АПКпл отражает сплошность пленки на металле, которая изолирует его от непосредственного контакта с агрессивным электролитом.
Анализ данных, представленных на рис. 5.1 и суммированных в табл. 5.1, позволяет заключить, что металл арматуры после экспозиции в бетоне находится в устойчивом пассивном состоянии. Образовавшаяся пленка снижает скорость коррозии стали 3 в хлоридсодержащем растворе более чем на порядок (т. е. более чем в 10 раз) в стационарном состоянии. Этот эффект сохраняется и при анодной поляризации, но в меньшей степени. Устойчивость пассивного состояния можно объяснить торможением анодного процесса из-за фазовой пленки на поверхности арматуры, защитные свойства которой сохраняются до Eпр, хотя и постепенно снижаются при повышении потенциала поляризации.
Коррозия арматуры в бетоне на некондиционных щелочных компонентах

Коррозионная стойкость арматуры в мелкозернистом бетоне на электротермофосфорных шлаках и доменных гранулированных шлаках различной основности, гидратированных в присутствии содосульфатной смеси (CCC) и содощелочного плава (СЩП), исследована с помощью гравиметрии. Испытания образцов выполнены в условиях попеременного увлажнения и высушивания, полного погружения в воду и различные агрессивные среды.
Предварительно для сравнения определена коррозионная стойкость стальных стержней, хранившихся в течение года в растворах содосульфатной смеси без добавок и с добавкой 5 % NaOH массы основного продукта, растворенного в воде; определена коррозия стержней в растворах Na2CO3, Na2SO4 и растворах искусственно созданных смесей солей: сульфат натрия + карбонат натрия (50:50), и та же смесь с добавкой 5 % NaOH, а также в воде. Как видно из данных, приведенных в табл. 5.2, рис. 5.2, в щелочных растворах отсутствует коррозия арматуры. Наиболее сильный коррозионный процесс отмечен в воде и высокоплотных растворах Na2CO3, Na2SO4 (р = 1150/1200 кг/м3). В растворах содосульфатной смеси (CCC) коррозия стержней незначительна, скорость ее со временем затухает. В то же время коррозия менее интенсивна, чем следовало бы ожидать. Так, поданным при pH среды, равной 12,4, безопасная концентрация NaCl — 0,02 моль/л. При использовании содосульфатной смеси концентрация NaCl составляет 0,2—0,3 моль/л.
Коррозия арматуры в бетоне на некондиционных щелочных компонентах

При использовании в качестве щелочного компонента содощелочного плава р=1100 кг/м3 поверхность арматуры покрыта тонкой светло-золотистой пленкой, а при плотности раствора р=1150/1200 кг/м3 — тонким слоем черной пленки.
Химический анализ пленки согласно методике показал, что светло-золотистая пленка представлена дисульфидом железа FeS2, а черная — сульфидом FeS.
При применении растворов других щелочных компонентов (ССС; CCC + NaOH, смеси солей Na2CO3 и Na2SO4) пленка на поверхности арматуры появляется при плотности раствора р ≥ 1150 кг/м3. Использование названных растворов низкой плотности (р = 1100 кг/м3) не сопровождается образованием пленок на поверхности арматуры в бетоне на кислом доменном и электротермофосфорном шлаках.
Коррозия арматуры в бетоне на некондиционных щелочных компонентах

В бетоне на доменных шлаках и щелочном компоненте, содержащем до 50 % хлорида натрия, поверхность арматуры после 6 мес испытаний покрывается черной пленкой, а в некоторых местах отмечены пятна ржавчины.
Визуальные наблюдения свидетельствуют, что повышение плотности раствора щелочного компонента от 1100 до 1150 кг/м3 вызывает появление сульфидных пленок. В случае использования основного, наиболее активного шлака, в сочетании со щелочным компонентом (С1ДП) с наибольшим количеством соды пленка образуется и при плотности раствора 1100 кг/м3. После 6 мес испытаний светло-золотистая пленка дисульфида железа превращается в черную пленку сульфида железа. Отметим, что при твердении бетона в естественных условиях сульфидные пленки не появляются.
Данные табл. 5.3, в которых приведены потери арматуры в бетоне во времени, подтверждают визуальные наблюдения. При использовании СЩП, независимо от вида шлака, потери массы металла во времени стабилизируются. Это позволяет предположить, что образовавшаяся пленка выполняет защитную функцию.
Коррозия арматуры в бетоне на некондиционных щелочных компонентах

При использовании CCC потери массы в бетоне на доменном (основном и кислом) шлаке несколько выше, однако соизмеримы с аналогичными показателями бетона на СЩП. В бетоне на ЭТФ-шлаке коррозионные потери арматуры при использовании CCC в 30—140 раз выше, чем в бетоне на доменном шлаке. Это связано, главным образом, с отсутствием в электротермофосфор ном шлаке оксидов алюминия, предопределяющих формирование гидроалюмосиликатных фаз, способных окклюдировать анионы Cl- и SO4в2- и повышающих вследствие этого плотность и коррозионную стойкость синтезируемого искусственного камня. В этом случае коррозия арматуры отмечена как визуальным осмотром, так и определением потерь массы.
При условии использования растворов низких концентраций в бетоне на доменных шлаках и ряде щелочных компонентов, таких как содощелочной плав и содосульфатная смесь, а также в бетоне на электротермофосфорном шлаке и СЩП в течение 18 мес коррозия арматуры не наблюдалась. Потери массы металла меньше или соизмеримы с аналогичными показателями для бетона на портландцементе и значительно ниже, чем в бетоне на портландцементе с добавкой CaCl2. Так, по данным, потери массы арматуры в бетоне на портландцементе в возрасте 6 и 12 мес (методики идентичны) составляют соответственно 1,6 и 3,2, а в бетоне с добавкой 2 % CaCl2 — 4,3 и 4,7 г/м2. В бетонах на электротермофосфорном шлаке и CCC наблюдается коррозия арматуры при использовании раствора щелочного компонента плотностью 1150 и 1200 кг/м3.
Использование раствора CCC плотностью 1100 кг/м3 не приводит к коррозии арматуры в начальные сроки твердения вследствие низкой концентрации агрессивных ионов.
Недостаточно плотная структура бетона и несвязанные ионы Cl-и SO4в2- незначительно изменяют массу арматуры в возрасте 1 года. Впоследствии масса стабилизируется и процесс коррозии затухает.
С целью определения взаимовлияния содержания агрессивных и пассивирующих солей в щелочном компоненте на стойкость арматуры исследованы потери массы арматуры в бетоне на синтезированных щелочных компонентах, состоящих из смеси соды и сульфата натрия, а также соды и хлорида натрия в соотношении 1:1 (табл. 5.4). Повышение содержания сульфата натрия до 50 % в бетоне на доменных шлаках не увеличивает потери массы металла, причем во времени они остаются стабильными.
Коррозия арматуры в бетоне на некондиционных щелочных компонентах
Коррозия арматуры в бетоне на некондиционных щелочных компонентах

В бетоне на электротермофосфорном шлаке и щелочном компоненте в виде смеси солей натрия Na2CO3+Na2SO1 потери массы арматуры в 2—2,3 раза меньше, чем в бетоне на электротермофосфорном шлаке и CCC (рис. 5.3, а).
Повышение содержания хлорида натрия до 50 % в бетоне на всех видах шлака приводит к коррозии арматуры: потери массы металла во времени увеличиваются (см. табл. 5.4). В бетоне на доменных шлаках и щелочном компоненте, содержащем до 50 % NaCl, по сравнению с бетоном на тех же шлаках и ССС, потери массы металла во времени в 3—5 раз выше, однако они соизмеримы с потерями массы в бетоне на портландцементе с 2 %-й добавкой CaCl2. Увеличение скорости коррозии арматуры после 6 мес испытаний обнаружено в бетоне на электротермофосфорном шлаке и смеси солей (Na2CO3 + NaCl). При этом потери массы металла во времени в 2— 2,5 раза выше, чем в бетоне на электротермофосфорном шлаке и ССС.
Коррозия арматуры в бетоне на некондиционных щелочных компонентах
Коррозия арматуры в бетоне на некондиционных щелочных компонентах

Введение в состав шлакощелочного бетона модифицирующих добавок, способствующих повышению его плотности, значительно снижает скорость коррозии арматуры.
Потери массы арматуры в бетоне с модифицирующими добавками при попеременном увлажнении и высушивании снижаются в 95—115 раз по сравнению с бетоном без добавок (табл. 5.5), скорость коррозии со временем затухает (см. рис. 5.3, б). Очевидно, это связано с уплотнением структуры бетона, повышением щелочности среды и связыванием Cl- и SО4в2- ионов в нерастворимые щелочные гидроалюмосиликаты. В бетоне с добавкой NaOH (в тех же условиях испытания) потери массы арматуры уменьшаются в 2 раза по сравнению с бетоном без добавок.
Результаты испытаний стойкости арматуры в шлакощелочном бетоне при попеременном увлажнении и высушивании свидетельствуют о том, что коррозия арматуры отсутствует в бетоне на доменных шлаках (основном и кислом), затворенных растворами щелочных компонентов, представленными СЩП, ССС, смесью солей натрия (Na2CO3 : Na2SO4) в соотношении 1:1. В бетоне на электротермофосфорном шлаке, гидратированном раствором СЩП, независимо от плотности раствора, а также раствором CCC плотностью 1100 кг/м3, в течение 12 мес испытания арматура также не корродирует. В бетоне на электротермофосфорном шлаке, затворенном растворами ССС, р = 1150 и 1200 кг/м3, отмечена коррозия. При введении модифицирующих добавок в состав бетона на электротермофосфорном шлаке и CCC потери массы арматуры в бетоне не наблюдаются.