КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ АРМАТУРЫ В ЛЕГКИХ БЕТОНАХ

 

Гилязидинова Н.В., Бакушкин Р. А. (КузГТУ, г.Кемерово, РФ)

 

Corrosion stability of armature easy concrete.

 

Известно, что в условиях атмосферного воздействия арматура в тяжелом бетоне практически не подвергается коррозии при условии, что её защитный слой имеет требуемую толщину, а бетон достаточно плотен, малопроницаем и содержит в своём составе необходимое, для создания и длительного сохранения высокой прочности среды, количества цемента.

Это объясняется тем, что при гидратации цемента в значительном количестве образуется гидрат окиси кальция; влага, содержащаяся в пористом теле цементного камня насыщается им и величина жидкой фазы бетона находится в пределах рН 12,2 - 13. В щелочных растворах с таким содержанием рН наступает практически полная пассивация поверхности стали (при рН ≥ 11,8) - на ее поверхности образуется защитная пленка из гидрата окиси железа. Так как в плотном бетоне нормального хранения на клинкерном вяжущем запас гидроксида кальция составляет 10- 15% от массы цемента, а также длительно сохраняется "клинкерный фонд (не полностью прогидратировавшие зерна цементного клинкера), то запасы Са(0Н)₂ в бетоне пополняются и это обеспечивает длительную сохранность арматуры.

Известно, что топливные золы и шлаки могут связывать значительную часть гидроксида кальция, понижая рН жидкой фазы, а несгоревшие частицы угля - играть роль эффективных катодов при непосредственном контакте с поверхностью арматуры. Обращается внимание также на то, может иметь место локальное снижение рН и наблюдаться местная коррозия арматуры,

В технической литературе указывается на то, что .дробленный керамзит, особенно его пылевидные фракции могут связывать гидрат окиси кальция; это, приводя к существенному снижению щелочности, может также служить источником поражения коррозией арматуры.

Установлено, что бетон обладающий способностью пассивировать сталь со временем может потерять ее, в результате процесса его карбонизации.

Для выявления влияния оговоренных факторов на снижение коррозиезащитных свойств легких бетонов на золошлаковых (зольных) заполнителях ТЭС Кузбасса, проведены исследования:

а) рН жидкой фазы различных видов бетона на шлаковых заполнителях;

б) гидравлической активности свежедробленых и недробленых зерен заполнителя;

в) глубины карбонизации.

Исследования проводились на бетонах приготовленных на дробленом и недробленом керамзитовом гравии, природном песке и золошлаковой смеси в различных сочетаниях установлено, что щелочность водной вытяжки из бетона на заполнителях из смеси дробленого керамзитового гравия и золы-унос ТЭС или золошлаковой смеси ниже критического ее значения (рН=11,8), обеспечивающей защиту арматуры от коррозии (как в раннем возрасте так и, особенно, при длительном хранении); замена в керамзитобетоне золошлакового заполнителя природным песком не ведет к ее существенному повышению.

И лишь использование недробленого керамзитового гравия и природного песка увеличивает щелочность до величины более критической.

Активность дробленых зерен керамзита определялась по методике Ю.Н. Бута и В.В. Тимашова, основанной на определении количества поглощенной кремнеземом окиси кальция из насыщенного известкового раствора. Из анализа результатов исследований видно, что дробленный керамзитовый гравий обладает реакционной способностью по отношению к гидрату окиси кальция, но она практически полностью исчерпывается в начальный период набора прочности бетона.

Глубину карбонизации определяли путем изучения образцов. Установлено, что карбонизация легких бетонов может достигать глубины 35-40 мм. Этот факт необходимо учесть при назначении защитного слоя.

Исходя из этих предпосылок, Кузбасским государственным техническим университетом производились исследования коррозийно-защитных свойств керамзитобетонов классов В 3,5 – В 7,5 на различных мелких заполнителях (природном песке, золе-уносе и пылевидной золе Кемеровской ТЭЦ) при содержании вяжущего от 180 до 350 кг/м³ и величине защитного слоя бетона в 15, 20 и 25 мм. Исследования осуществлялись на образцах-кубах 10х10х10 см, в которых сквозь отверстия в опалубке пропускались металлические стержни d 4 мм, на 40...50 мм превышавшие размер образца. Отверстия сверлили на расстоянии 15, 20 и 25 мм от её наружных граней. После бетонирования, уплотнения на лабораторном вибростоле, изотермического набора прочности и разопалубливания, стержни, вбетонированные в образцы-кубы, подвергались испытаниям частично путём их выдерживания в атмосферных условиях при температуре 18...20°С и влажности 65...70% в течение 210 - 240 суток, частично путём замачивания-высушивания по ускоренной методике В.М. Москвина.

Затем кубы испытывались на сжатие, а извлечённые из них арматурные стержни подвергались визуальному осмотру, при этом различная интенсивность развития коррозии в пределах образца описывалась следующими характеристиками: следы коррозии (едва различимые мелкие следы ржавчины); точечная коррозия (появление отдельных мелких точек ржавчины); пятна коррозии (развитие ряда различных по величине пятен ржавчины); сплошная коррозия (наличие больших пятен ржавчины в пределах образца).

Иследование установлено следующее:

1. Керамзитобетон средней плотности 1240…1400 кг/м³ на природном плотном песке при расходе портландцемента М 300 – 200...250 кг/м³ не обеспечивает защиты арматуры от коррозии, она развивается не только при защитном слое в 15 и 20 мм, но и при 25 мм. Следы и пятна коррозии визуально обнаруживаются и при естественном хранении образцов в атмосферных условиях в течение 210...240 суток. Увеличение содержания цемента до 300...350 кг/м³ уменьшает, но не приостанавливает ржавление арматуры. Можно предположить, что имеет место воздействие частиц керамзита на развитие коррозии, возможно, этот процесс в большей мере проявляется при активации керамзитовых зёрен.

2. Замена в составе керамзитобетона природного песка пылевидной золой мокрого удаления при расходе цемента 200...250 кг/м' способствует ускоренному развитию коррозионных процессов, как в условиях замачивания-высушивания, так и естественного сравнения образцов. Вероятно, наряду с увеличением пористости и влагосодержания керамзитобетона повышение дисперсности этого мелкого заполнителя приводит к снижению удельного содержания и активности цементного теста.

3. Керамзитобетон на мелком заполнителе из гидравлически активной золы-уноса при малом расходе портландцемента М 300 180...200 кг/м³ не защищает арматуру от коррозии при защитном слое в 25 мм. С увеличением расхода цемента до 220...250 кг/м³ интенсивность развития коррозионных процессов снижается, но не прекращается. Очевидно, положительно сказывается роль добавки активной золы на общее удельное содержание бетона. Однако следует иметь в виду, что введение в цемент гидравлических добавок может связать со временем значительную часть гидрата окиси кальция и ускорить коррозию арматуры.

4. Введение в состав керамзитобетона на мелком заполнителе из природного песка и пылевидной золы гидроудаления ТЭЦ ингибитора коррозии арматуры (нитрата натрия или нитрита натрия + термоборат натрия в размере соответственно 2 и 0,5% от расхода цемента) приводит к тому, что при замачивании-высушивании образцов с малым защитным слоем (в 15...20 мм) обнаруживаются лишь следы  коррозии, а при защитном слое в 25 мм ржавление арматуры прекращается. В условиях естественного хранения образцов в течение 240 суток развитие процесса кррозии не установлено.

Из проведённых исследований вытекают следующие рекомендуемые конструктивные и технологические мероприятия по защите арматуры от коррозии в лёгком керамзитобетоне на различных мелких заполнителях – природном песке, сухой золе-уносе ТЭЦ или пылевидной золе гидроудаления: минимальный защитный слой бетона для рабочей распределительной арматуры наружных стен должен составлять не менее мм в состав бетона обязательно вводить ингибитор коррозии арматуры; расход цемента, а следовательно, содержание цементного теста в бетонной смеси должно быть достаточным для заполнения межзерновых пустот с некоторым избытком, необходимым для раздвижки зёрен. Этим условиям отвечают нормативные требования, согласно которым минимальный расход цемента в армированных конструкциях на исследованных мелких заполнителях должен приниматься не ниже 220 кг/м³, а при применении активной золы-уноса ТЭЦ - 200 кг/м. Качество укладки и уплотнения бетона должно обеспечивать его высокую плотность, однородность и, как следствие, уменьшенную проницаемость, отвечающую требованиям удобоукладываемости. Согласно опытам, она не должна превышать 9... 12 см.