Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химия в строительстве. Учебное пособие
.pdf
3) обмазочными и штукатурными покрытиями;
4) облицовкой штучными или блочными изделиями;
5) уплотняющей пропиткой поверхностного слоя конструкций химически стойкими материалами;
6) обработкой поверхности бетона составами проникающего действия с уплотнением пористой структуры бетона кристаллизующимися
новообразованиями;
7) обработкой гидрофобизирующими составами;
8) обработкой препаратами ― биоцидами, антисептиками и т.п.
Тип и состав защиты определяются функциональным назначением,
условиями эксплуатации. Так, материалы для противокоррозионной
защиты подземных сооружений следует выбирать с учетом их химической стойкости в данной агрессивной среде и экономической целесообразностью. Например, в среде растительных масел наиболее стойкими
материалами являются фурановая мастика, эпоксидная мастика, армированная стеклотканью, керамическая плитка, диабазовая плитка, в кислых
средах — кислотостойкий силикатный раствор, битумная замазка.
Для противокоррозионной защиты стен, колонн, потолков и других
несущих и ограждающих конструкций применяют в основном лакокрасочные материалы.
Для защиты арматуры и закладных деталей применяют комплексные меры защиты. Они включают выбор вяжущего для изготовления
конструкции; выбор соответствующих классов арматурных сталей;
обеспечение необходимой толщины защитного слоя бетона и его плотности; введение в бетонную смесь ингибиторов коррозии стали.
Специальная защита включает в себя меры защиты, не входящие в
состав первичной и вторичной защиты, различные физические и физико-химические методы, мероприятия, понижающие агрессивное воздействие среды (местная и общая вентиляция, организация стоков, дренаж), вынос производства с выделениями агрессивных веществ в изолированные помещения и др.
В зависимости от физического состояния агрессивные среды подразделяют на газообразные, жидкие и твердые.
В зависимости от интенсивности агрессивного воздействия на
бетонные и железобетонные конструкции среды подразделяют на
неагрессивные, слабоагрессивные, среднеагрессивные и сильноагрессивные.
В зависимости от характера воздействия агрессивных сред на бетон
среды подразделяют на химические (например, сульфатную, магнезиальную, кислотную, щелочную и т.п.) и биологически активные (на-
141
пример, химическое воздействие продуктов метаболизма грибов, бактерий, физико-механическое воздействие корней растений, гифов грибов, обрастание водорослями, лишайниками и т.п.).
В зависимости от условий воздействия агрессивных сред на бетон
среды подразделяют на классы, которые определяют по отношению к
конкретному не защищенному от коррозии бетону и железобетону.
Значение показателей агрессивности сред приведены в специальных стандартах для температуры среды от 5 до 20 °С. При каждом увеличении температуры среды на 10 °С выше 20 °С степень агрессивного
воздействия среды увеличивается на один уровень. Для жидких сред
показатели агрессивности даны при скорости потока до 1,0 м/с. В случае если скорость потока воды превышает 1,0 м/с, оценка агрессивности среды выполняется на основании исследований специализированных организаций.
Повышение коррозионной стойкости бетона. При выборе основных
материалов для бетона необходимо учитывать будущие условия эксплуатации конструкций. Так, кварцевый песок характеризуется высокой
стойкостью при любых видах коррозионного воздействия, а карбонатные
заполнители могут существенно снижать кислотостойкость бетонов.
С помощью химических добавок можно менять структурные характеристики цементного камня. Например, кремнийорганические
жидкости улучшают структуру затвердевшего бетона, смесь натриевых
солей не растворимых в воде органических кислот способствует
уменьшению трения между цементными зернами и одновременно повышает однородность бетонной смеси.
Защитным действием обладают нерастворимые соединения, образующиеся при обработке поверхности бетона или цементного камня в
объеме газами. Например, в результате реакции между фторидом кремния (IV) и гидроксидом кальция образуется нерастворимый устойчивый фторид кальция и кремнезем:
SiF4 + 2Са(ОН)2 = 2CaF2 + 2Н2О + SiO2.
Такая обработка называется ократированием.
Ократирование сходно с флюатированием — обработкой поверхности бетона водными растворами кремнефтористоводородной кислоты. При правильно подобранной рецептуре кислота не только не разрушает бетон, но создает на его поверхности устойчивый слой, который повышает стойкость бетона к действию агрессивных сред.
142
Соединения фтора используют для придания стойкости бетону, потому что они образуют газообразные или растворимые соединения с
кремнием, которые в щелочной среде цементного камня легко переходят в нерастворимые соединения, повышающие стойкость бетона.
Также для повышения коррозионной стойкости многих видов железобетонных конструкций используют пропитку их различными химически стойкими веществами (битумом, метилметакрилатом, стиролом). Благодаря этому резко возрастает непроницаемость, а следовательно, и устойчивость к разрушению.
От коррозии выщелачивания цементный камень предохраняют
карбонатные выделения, образующиеся на поверхности бетона в результате взаимодействия между гидроксидом кальция и углекислым
газом воздуха:
Са(ОН)2 + СО2 = СаСО3 + Н2О.
Произведение растворимости для СаСО3 при стандартных условиях
составляет 4,8∙10-9, а для Са(ОН)2 — 2,2∙10-2, то есть растворимость
карбоната кальция гораздо меньше растворимости гидроксида кальция.
Введение гидравлических добавок также повышает прочность цементного камня:
Са(ОН)2 + SiO2 + (n – 1)H2O = CaO∙SiO2∙nH2O.
Для защиты цементного камня от коррозии, которая протекает по
второму типу, используют различные минеральные добавки, связывающие свободный гидроксид кальция в другие, труднорастворимые
соединения.
Защита стальной арматуры
В условиях обычного атмосферного воздействия арматура в бетоне
практически не корродирует, если защитный слой бетона над ней не
менее 10…15 мм, а бетон хорошо уложен, не имеет глубоких трещин и
полостей.
Стальная арматура в бетоне находится в пассивном состоянии,
если рН поровой жидкости имеет щелочную реакцию среды от 11 до
13 единиц.
Для увеличения сроков эксплуатации железобетонных конструкций необходимо проводить мероприятия с целью защиты в двух направлениях: защита собственно стальной арматуры и мероприятия, связанные с бетоном.
143
Для защиты стали применяют обмазки. Их наносят на арматуру до
производства бетонных работ в виде равномерного плотного слоя.
Применяют обмазки на основе полистирола с заполнителем, цемента и битума, цементно-казеиновые, цементно-латексные и т.д. Кроме обмазок, используют лакокрасочные покрытия, ингибиторные смазки.
Лакокрасочные покрытия могут выполнять не только барьерную
функцию, но и пассивирующую.
Ингибиторные смазки — это густые, консистентные смазки типа
солидола, консталина с добавками ингибиторов, используют при перевозке и хранении арматуры.
Летучие ингибиторы — карбонат аммония, нитрит натрия, моноэтаноламин. Они защищают арматуру от атмосферной коррозии. Также
целесообразно применение таких ингибиторов для защиты предварительно напряженной арматуры в мостах.
Мероприятия, связанные с защитой бетоном, — это прежде всего
технологические мероприятия. Необходимо обеспечить высокую плотность, однородность и непроницаемость бетона. Для этого в бетон, например, вводят кольматирующие добавки (глины, органические коллоиды, алюминат натрия, соли железа). При гидролизе этих соединений
образуются коллоиды, которые набухают и закупоривают поры. Кроме
того, к защитным мероприятиям относится и введение небольших количеств полимеризующихся органических веществ, которые затрудняют проникновение влаги и кислорода воздуха к поверхности арматуры.
Таким образом, высокая плотность и непроницаемость бетона в
значительной мере гарантируют защиту арматуры.
Защита от биологических повреждений
Учитывая значительный ущерб, наносимый биологическими разрушениями зданиям и сооружениям, угрозу здоровью и жизни людей,
необходимо использовать различные методы противодействия биоразрушению конструкций, зданий и сооружений, биодеградации и повышения биологического сопротивления различных строительных
материалов.
Сложные, часто недостаточно изученные процессы, определяющие
интенсивность и механизм биоповреждений бетона, находятся в прямой зависимости от условий окружающей среды, степени биостойкости
материала конструкции и характера воздействия биофакторов. Поэтому
защита от биоповреждений может производиться по трем направлениям:
воздействие на окружающую среду;
повышение биостойкости бетона конструкций;
изменение характера воздействия агентов биоповреждений.
144
Для того чтобы предложить мероприятия по противодействию
биоразрушению существующих и особенно давно эксплуатируемых
конструкций и сооружений, необходимо произвести тщательное обследование объекта, так называемое мониторинговое наблюдение, с выявлением причин возникновения коррозии. Ошибочно предполагать, что,
воздействовав на один вид биодеструктора каким-либо антисептиком
или другим видом защитного материала и уничтожив его, будет решена
проблема. На смену уничтоженным биодеструкторам могут «прийти»
другие, возможно, более агрессивные к материалу, до настоящего момента находящиеся в меньшем количестве вследствие того, что их развитие сдерживали биодеструкторы-предшественники.
В различных производственных помещениях, где необходимо проводить антимикробные мероприятия, широко применяется хлорирование. Хлор является сильным антисептиком и весьма активным химическим веществом. Под воздействием хлора корродируют металлические,
железобетонные и иные конструкции. А учитывая еще и то, что хлор
относится к боевым отравляющим веществам, его применение в качестве биоцида следует признать нежелательным. Одним из вариантов
борьбы с поверхностной биокоррозией строительных материалов может быть обработка поверхности конструкций и сооружений озоном
или анодным гелем, получаемым при электродном разложении воды
постоянным электрическим током. Механизм воздействия окислителя
состоит в разрушении бактерий путем инактивации бактериальных
протеинов, то есть диффузией через мембрану клетки в цитоплазму с
поражением жизненных центров. Озон может использоваться как в газообразной форме, так и в виде водных растворов и аэрозолей. Выбор
их агрегатного состояния зависит от множества параметров.
Развитие озоновых технологий в последние десятилетия дало возможность не только генерации озона высоких концентраций из осушенного воздуха и кислорода, но в первую очередь комплексного решения проблем эффективного и безопасного его использования. Развитие электрохимических датчиков озона и кислорода, микропроцессорной техники предоставляет широкие возможности контроля безопасности работы с озоном, выбора режима озонирования и управления процессами генерации и удаления неиспользованного озона из технологического объема.
В нашей стране озонирование производилось и раньше, но это
осуществлялось совершенно в других целях — не для биозащиты конструкций, а для озонирования больничных помещений, овощехрани-
145
лищ и т.д. с целью санитарной обработки воздушной среды. Однако за
последние десятилетия появилась проблема защиты от микробиологической коррозии бетона, кирпича и т.д., ставшая в один ряд с другими
видами коррозии и требующая к себе не меньшего внимания.
Защита древесины
Основные виды защиты древесины: конструкционная защита, защитные покрытия, физическая и (или) химическая защита непораженной древесины.
Эффективным способом решения проблемы увеличения долговечности деревянных конструкций является создание пропиточных составов с комплексным огнебиовлагозащитным эффектом. Биоразрушители
и атмосферные воздействия могут также влиять на эффективность мероприятий, направленных на увеличение пожарной безопасности деревянных конструкций. Немногочисленные исследования в области комплексной защиты древесины показали, что применение широко распространенных гидрофобизирующих добавок приводит к снижению огнезащитных свойств состава. При этом также возникают серьезные проблемы взаимодействия пропиточного состава с древесиной и сохранения длительного защитного эффекта.
Другим видом защиты древесины является использование защитных покрытий, наносимых на поверхность древесины и образующих
слой, предохраняющий ее от увлажнения, биологических агентов разрушения, физических, химических и климатических факторов. Существуют различные виды покрытий: огнезащитное, влагозащитное, влагозащитно-антисептическое.
Методы защиты полимеров от старения направлены на ослабление
факторов среды (активная защита), стабилизацию полимерных материалов (ввод различных добавок) и могут быть комбинированными.
Например, термическое старение полимеров представляет собой,
как правило, цепной свободно-радикальный процесс, результатом которого является деструкция макромолекул. Эффективное подавление
радикальных реакций при старении полимеров и составляет главную
задачу стабилизации — повышение стойкости полимерного материала
к старению. В этих целях используют методы и средства, способствующие уменьшению скорости реакций, приводящих к деструкции полимера (химическая и физическая модификации, защитные покрытия,
введение специальных добавок — стабилизаторов), а также синтез полимеров заданного строения, устойчивых к старению.
146
Амины, кетамины, имины ингибируют процессы старения полимеров и резин, и некоторые из них снижают эффекты биоповреждений.
Исследование процессов радиационного старения полимерных материалов привело к разработке эффективных стабилизаторовантирадов, повышающих радиационную стойкость резин, синтетических волокон и пленок.
Применение ряда современных методов исследования, например
метода электронного парамагнитного резонанса, позволяющего определять структуру и концентрацию свободных радикалов, образующихся при окислении, термическом, фотохимическом, радиационном, механическом распаде полимеров, метода ядерного магнитного резонанса
и других, дало возможность изучить механизм старения и стабилизации
полимеров и разработать эффективные методы стабилизации различных классов полимеров. Для многих из них предложены меры комплексной защиты от теплового, термоокислительного, светоозонного,
радиационного старения. При этом оценка эффективности противостарителей осуществляется не только по активности в химических реакциях, но и по растворимости в полимере, летучести, термостабильности и
другим факторам.
Полиэтилен, например, хорошо защищается от термоокислительной деструкции в присутствии небольших количеств фенольных или
аминных антиоксидантов, что важно для его переработки. При эксплуатации полиэтилен достаточно стабилен, тогда как полипропилен
нуждается в защите от старения при эксплуатации. Здесь более эффективны такие антиоксиданты, как производные фенилендиаминов. Для
защиты полиэтиленовых пленок от действия ультрафиолетового света
применяют фенолы.
Предотвращение адсорбции и мероприятия по десорбции можно
отнести к методам и средствам защиты от биоповреждений и старения
полимеров в условиях действия биофактора на ранних стадиях развития этих процессов.
Наиболее перспективны такие полимеры, как поливинилфторид,
фторированный сополимер этилена с пропиленом, хлорсульфированный полиэтилен, полиметилметакрилат и полиформальдегид.
Поливинилфторид даже без стабилизаторов обладает очень высокой атмосферостойкостью, которая обусловлена прочной химической
связью «углерод―фтор». Этот материал практически не стареет под
действием ультрафиолетовых лучей. Ограниченность применения материала обусловлена его высокой стоимостью. Фторированная этилен-
147
пропиленовая пленка в атмосферных условиях также не стареет и обладает достаточно высокой долговечностью. Примерно такая же долговечность у хлорсульфированного полиэтилена.
Коррозия битумных полимерных материалов. Наиболее широко
битумные материалы применяют для гидроизоляции конструкций благодаря их способности не смачиваться водой и не растворяться в ней.
Однако битумы растворяются в органических растворителях — бензине, бензоле, хлороформе, четыреххлористом углероде, сероуглероде,
ацетоне, спиртах, толуоле и др.
Под влиянием света, теплоты, кислорода битумные материалы стареют. В процессе старения масла и смолы, составляющие битум, окисляются до асфальтенов, придавая битумным материалам свойства
хрупкости. Поэтому в битумных материалах, подвергающихся старению,
появляются трещины, что особенно опасно для подземных конструкций
и кровельных рулонных материалов, а также мастичных покрытий.
Битумы и битумные материалы, в которых применяют кислотостойкие наполнители, устойчивы против действия серной (при концентрации не более 50 %), соляной (при концентрации не более 30 %), азотной (при концентрации не более 25 %), уксусной (при концентрации не
более 70 %), фосфорной (при концентрации не более 80 %) кислот.
Длительное воздействие концентрированных водных растворов
(при концентрации не более 50 %) едких щелочей и карбонатов щелочных металлов вызывает интенсивное разрушение битумных конструкций. Насыщенные растворы извести, например в бетонных конструкциях, омыляют битумные материалы.
Для защиты битумных конструкций от преждевременного разрушения необходимо предусматривать их изоляцию от воздействия агрессивной среды. Для кровельных покрытий наиболее надежной защитой является устройство гравийного защитного покрытия, втопленного
в битумную мастику. Иногда для этих же целей кровлю окрашивают
алюминиевой краской, что снижает интенсивность ее разрушения от
солнечной радиации.
Предохранение вертикальных гидроизоляционных покрытий от
преждевременного разрушения достигается путем устройства защитных прижимных стенок из обожженного глиняного кирпича. Подземные
трубопроводы, покрытые битумной гидроизоляцией, предохраняются от
преждевременного разрушения покрытия путем устройства верхнего защитного слоя из стеклоткани или другого стойкого материала.
148
Кроме того, для защиты битумных покрытий от разрушения микроорганизмами необходимо вводить в их состав антисептики.
ВОПРОСЫ К ГЛАВЕ 3
1. Классификация коррозионных процессов металлов.
2. Особенности коррозии арматуры в бетоне.
4. Классификация методов защиты материалов от коррозии.
5. Особенности электрохимических методов защиты
6. Анодное и катодное покрытия металлов.
7. Деталь из сплава «хром — никель» находится в щелочном растворе с рН = 10, кислород отсутствует. Какой из компонентов сплава
будет растворяться при коррозии. Составьте уравнения электродных
процессов, нарисуйте схему коррозионного гальванического элемента.
149
4. ПОЛИМЕРЫ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
4.1. ВВЕДЕНИЕ В ХИМИЮ ПОЛИМЕРОВ
В настоящее время химия высокомолекулярных соединений оформилась в самостоятельную комплексную науку. Основной объект изучения — высокомолекулярные вещества (ВМС) — химические вещества с большой молекулярной массой и обладающие особыми свойствами. Очень часто такие соединения называют полимерами.
Исходные соединения, из которых получают ВМС, называют мо-
номерами, а молекулу полимера, состоящую из огромного числа атомов, связанных между собой ковалентной связью, — макромолекулой.
В макромолекуле можно выделить многократно повторяющиеся группы атомов — это элементарные (мономерные) звенья. Например, макромолекула полиэтилена имеет вид:
...– Н2С – СН2 – Н2С – СН2 – Н2С – СН2 –...
Исходный мономер для синтеза — этилен Н2С = СН2. В макромолекуле повторяется элементарное звено «…– Н2С – СН2 –…».
Число элементарных звеньев (n) — одна из основных характеристик макромолекулы и называется степенью полимеризации:
n = М/m,
где М — молекулярная масса полимера;
m — молекулярная масса элементарного звена. Эта величина у разных
полимеров может колебаться от нескольких единиц до многих сотен и
тысяч.
Полимеры с высокой степенью полимеризации называются высо-
кополимерами, а с небольшой — олигомерами.
Между олигомерами и полимерами нельзя провести четкой границы. При некотором увеличении молекулярной массы олигомеры приобретают свойства, характерные для полимеров.
Полимеры, содержащие в своем составе однотипные звенья, называются гомополимерами; если же в состав макромолекулы входят разные элементарные звенья, то такие полимеры называют сополимерами.
150
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]