book_23313

До испытаний и периодически в процессе испытаний методом кислотно-основного титрования определяют концентрацию кисло-

ты. При уменьшении концентрации кислоты на (5 ± 0,1)% по сравнению с начальной, раствор кислоты заменяют новым. Длительность испытаний - 6 месяцев. В первые 3 недели пробы раствора кислоты отбирают и титруют ежедневно, затем три раза в неделю, после 3 месяцев испытаний - два раза в неделю.

Массу цементного камня (г/см3) в пересчете на СаО(РСаО), кото-

где q1 – объем стандартного раствора с известной концентрацией, которая пошла на титрование исходного раствора кислоты до испытаний, см3; q2 - объем стандартного раствора с известной концентрацией, который пошел на титрование раствора после взаимодействия с бетоном, см3; q3 - объем раствора кислоты, которая была отобрана для титрования, см3; S - площадь рабочей поверхности образцов, которая принимала участие во взаимодействии с кислотой; Q - объем раствора кислоты, принимавшей участие во взаимодействии с бетоном в каждый промежуток времени между отдельными отборами проб, см3; М - молярность раствора; fэкв (СаО) = ½; 0,05608 - молярная масса СаО, соответствующая 1 см3 раствора кислоты с концентрацией 1моль/дм3.

Общее количество СаО, вступившего в химическую реакцию с

кислотой ΣРСаО: ∑РСаО = Р1СаО + Р2СаО + Р3СаО + ...РпСаО . (2.148)

Рассчитывают глубину коррозионного разрушения бетона:

где Ц – масса цемента в 1 см3 образца, г/см3; β –содержание СаО в цементе по результатам химического анализа.

По результатам испытаний строят график в координатахτ - Гр

(τ - время с начала испытаний, сут). По прямолинейном участку графика определяют константу коррозионного процесса К, см/сут1/2 как тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс на графике.

202

Глубину коррозионного разрушения бетона Гр в проектные сроки службы бетона τ рассчитывают по формуле:

где α - постоянная величина, которая учитывает влияние процессов, протекающих в начальный период испытаний, ее определяют по

графику τ - Гр по точке пересечения прямой с осью ординат; К – константа коррозионного процесса.

Пример 2.20. Образцы из бетона марок по водонепроницаемости W8 и W16 испытаны в течение 10 суток в растворе серной кислоты с рН = 2 (0,01 моль/дм3). Рассчитать глубину разрушения образцов.

Состав бетона с водонепроницаемостью W8 – Ц:П:Щ = 1:1,3:2,6, В/Ц = 0,42, Ц = 450 кг/м3, содержание СаО в цементе 62%. Состав бетона марки по водонепроницаемости W16 – Ц:П:Щ = 1:1,2:2,4, В/Ц = 0,32, Ц = 495 кг/м3, модификатор бетона МБ 10-01 – 15 % массы цемента, содержание СаО в цементе 65 %.

За 10 сут испытаний количество растворенного цементного камня в пересчете на СаО составило для бетона марки W8 – ΣРСаО =

0,013 г/см2, для бетона марки W16 – ΣРСаО = 0,010 г/см2. Глубина разрушения, рассчитанная по формуле (2.149) для бетона марки W8,

Пример 2.21. Рассчитать глубину разрушения бетона за 50 лет.

Исходные данные те же, что в примере 2.20. Образцы испытаны в растворе молочной кислоты с концентрацией 0,001 моль/дм3, рН = 3,75.

Константа коррозионного процесса для бетона марки W8 – 8,3·10-3 см·сут1/2, для бетона марки W16 – 2,8·10-3см·сут1/2. Постоян-

ная α равна нулю.

Расчет по формуле (2.150) для бетона марки W8 дает результат:

Гр = 8,3 10−3 50 365 = 1,12 см.

Для бетона марки W16: Гр = 2,8 10−3 50 365 = 0,38 см.

203

Диффузионная проницаемость бетона для углекислого газа.

При разработке технологии и проектировании составов бетона, обеспечивающих длительную безремонтную эксплуатацию конструкций в газовоздушных средах, возникает задача оценить диффузионную проницаемость бетона для углекислого газа. Знание этой характеристики позволяет рассчитывать период, в течение которого происходит нейтрализация защитного слоя бетона в газовоздушной среде, и оценивать сохранность стальной арматуры в железобетонных конструкциях, а также назначать составы бетона для эксплуатации в атмосфере с заданным содержанием углекислого газа.

Образцы для испытаний могут иметь форму куба, цилиндра или пластины с минимальным размером рабочей грани не менее 7 см и толщиной не менее 3 см. Число основных образцов должно быть не менее 6, а дополнительных - не менее 3 шт. Образцы должны твердеть в условиях характерных для исследуемого бетона в конструкциях до достижения проектной прочности.

Для проведения испытаний применяют установку с автоматическим обеспечением заданной концентрации углекислого газа (рис. 2.66). В камере установки поддерживается концентрация углекислого газа (10 ± 0,5)% по объему, температура (20 ± 5) °С, относительная влажность (75 ± 3)%. Для поддержания заданной относительной влажности среды в ванну заливают насыщенный раствор хлорида натрия.

Образцы выдерживают в камере при работающем вентиляторе до установления постоянной массы, после чего включают подачу углекислого газа. После достижения концентрации СО2 (10 ± 0,5)% образцы выдерживают не менее 7 суток до нейтрализации ¼ их толщины. Для определения толщины нейтрализованного слоя образцы раскалывают в направлении нормальном по отношению к рабочей грани и на поверхность скола не позднее чем через 30 мин. наносят 0,1% раствор фенолфталеина в этиловом спирте. Толщиной нейтрализованного слоя считают расстояние от образца до слоя, который имеет малиновый цвет.

204

Рис. 2.66. Установка для испытаний бетона в среде углекислого газа:

1 – камера; 2 – баллон с СО2; 3 – автоматический газоанализатор; 4 – показывающий командный прибор; 5 – электромагнитный клапан; 6 – блок регулирования; 7 – побудитель расхода газа; 8 – ванна с раствором хлорида натрия

Эффективный коэффициент диффузии углекислого газа в бето-

неD′, см2/с рассчитывают по формуле:

где х – среднее значение толщины нейтрализованного слоя бетона, см; С – концентрация углекислого газа в камере в относительных величинах; τ –продолжительность воздействия углекислого газа на бетон, с; m0 – реакционная емкость бетона в относительных величинах.

Величину m0 можно приблизительно рассчитать по формуле:

где Ц – расход цемента, г в 1 см3 бетона; р – количество основных оксидов в цементе в перерасчете на СаО (для приближенного расчета р=0,6); f – степень нейтрализации бетона, равная отношению количества основных оксидов, вступивших во взаимодействие с углекислым газом, к общему их количеству в цементе (в среднем f=0,6).

205

Более точный расчет m0 выполняется по данным химического анализа количества связанного углекислого газа во внешнем и внутреннем слоях бетона, % массы.

Результаты испытаний оценивают по табл. 2.41.

Глубину карбонизации бетона Х за время τ в воздушной среде рассчитывают по формуле:

де С – концентрация углекислого газа.

Пример. 2.22. Рассчитать глубину карбонизации бетона с эффективным коэффициентом диффузии углекислого газа 1·10-4см2/с и реакционной емкостью 43,2 за 50 лет при концентрации углекислого газа в воздухе 0,03% (относительная величина 3 · 10-4). По формуле (2.153)определяем:

Пассивирующее действие бетона на стальную арматуру. Для ускоренного определения защитного действия бетона по отношению к стальной арматуре применяют электрохимические методы. Они базируются на оценке пассивирующего влияния бетона на стальную арматуру и получении зависимости плотности тока от электрического потенциала стальной арматуры (потенциодинамический метод) или значения потенциала арматуры в бетоне от плотности тока (гальванодинамический метод). Полученные результаты сравниваются с установленными критическими значениями. Электрохимические методы рекомендуется применять для:

206

-оценки способности бетона к пассивации стальной арматуры в определенный момент твердения;

-оценки влияния различных видов цементов и добавок в бетонной смеси на защитное действие бетона по отношению к стальной арматуре.

Для испытаний формуют бетонные образцы заданного состава размерами 40 × 40 × 160 мм или 70 × 70 × 140 мм со стержнями из арматурной стали, которые вкладывают параллельно продольной оси симметрии образцов так, чтобы защитный слой бетона был равным (10 ± 3) мм. Стальные стержни должны иметь длину 120 мм и диаметр 3 ... 6 мм. Поверхность их шлифуют абразивной шкуркой и обезжиривают ацетоном.

Электрическая схема при применении потенциодинамического метода приведена на рис. 2.67.

Испытания выполняют после набора бетоном проектной прочности и в дальнейшем через 3 и 6 мес в режиме переменного насыщения водой и высушивания. При испытании применяют три параллельных образца. Предварительно продолжительность насыщения питьевой водой и высушивания определяют на неармированных образцах.

До измерений на торцевой поверхности армированного образца откалывают бетон так, чтобы арматурный стержень был обнаженным длиной (20 ± 10) мм. Поверхность бетона, примыкающую к обнаженному стержню шириной (10 ± 5) мм, и поверхность стального стержня, выступающего из бетона, окрашивают лакокрасочным материалом, имеющим высокое электрическое сопротивление. Подготовленный образец устанавливают в емкость с питьевой водой так, чтобы он выступал над водой на 2 ... 3 мм. Через (60 ± 5) мин после включения потенциостата начинают измерения тока в микроамперах. Анодную часть поляризационной кривой снимают со скоростью изменения потенциала 50 мВ/мин до потенциала плюс 1000 мВ с регистрацией силы тока через каждые 50 мВ.

Измерения гальванодинамичним методом (рис. 2.67 б) выпол-

няют на образце путем регистрации значений потенциала в милливольтах с помощью вольтметра.

207

Рис. 2.67. Электрические схемы снятия потенциодинамических и гальванодинамических поляризационных кривых:

а) потенциодинамический метод; б) гальванодинамический метод: 1 – электрод сравнения; 2 – электролитический ключ; 3 – образец; 4 –вспомогательный электрод; 5 – микроамперметр; 6 – потенциостат; 7 – вольтметр; 8 – резистор; 9 – источник тока

Гальванодинамические характеристики на образцах получают при изменении силы тока ступенями 1, 2, 4, 8, 16, 30, 60; 120; 250; 500; 1000; 2000; мкА. После каждого увеличения значения тока делают выдержку до стабилизации потенциала Е.

После электрохимических испытаний стальные стержни вынимают из бетона и определяют наличие на них коррозионных повреждений.

Площадь рабочей поверхности стального стержня, соприкасающуюся с бетоном S, см2 рассчитывают по формуле:

где D – диаметр стального стержня, см; l – длина стального стержня, погруженного в бетон, см.

Плотность тока і, мкА/см2 при каждом фиксированном значении

где І – сила тока, мкА; S – площадь рабочей поверхности, см2.

208

По полученным результатам строят график (поляризационную кривую) в координатах: плотность тока мкА/см2 - потенциал рабочего электрода Е, мВ.

Коррозионное состояние стальной арматуры в бетоне оценивают по показателям, приведенным в табл. 2.42.

Таблица 2.42 Показатели коррозионного состояния стальной арматуры в бетоне

Дополнительными критериями являются наличие или отсутствие коррозионного поражения арматуры, значение тока коррозии. Образцы, находящиеся в пассивном состоянии на протяжении всего времени испытаний, не имеют признаков коррозионного поражения.

209

3. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ СТРОИТЕЛЬНЫХ РАСТВОРОВ

3.1.Общие свойства растворных смесей

ирастворов

Кобщим свойствам строительных растворов, подлежащих определению согласно ГОСТ 5802-86, относятся подвижность, плотность, расслаиваемость и водоудерживающая способность раствор-

210