88889.ru

Отделка плиткой и ремонт
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

КОРРОЗИЯ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА

КОРРОЗИЯ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА

Под влиянием различных агрессивных веществ, конструкция, содержащая портландцемент может разрушаться. По классификации Москвина, все виды коррозионных разрушений цемента можно разделить на три группы.

1.Вымывание Са(ОН)2, разрушение гидросиликатов и как следствие разрушения цементного камня под действием воды (коррозия 1-ого вида)

2.Разрушение цементного камня из-за реакций обмена между Са(ОН)2 цементного камня и агрессивными веществами с образованием лёгко растворимых солей.(коррозия 2-ого вида)

3.Разрушение цементного камня из-за кристаллизации в его порах продуктов большого объёма, чем исходные вещества (коррозия 3-его вида)

1. Коррозия 1-ого вида.

Она связана с вымыванием Са(ОН)2-цементного камня, под действием мягких вод (дождевые, конденсат, воды оборотного теплоснабжения, болотные). Вымывание Са(ОН)2 ведёт к резкому понижению прочности и послойному растворению цементного камня. Внешне этот вид коррозии проявляется в виде белых потёков на поверхности конструкции.

Меры борьбы с коррозией 1-ого вида.

1.Ограничение содержания С3S<50%

2.Введение в цемент активных минеральных добавок (АМД) связывающих Са(ОН)2 в нерастворимые соединения.

3.Создание на поверхности конструкций плёнок из нерастворимых продуктов, например при карбонизации.

2. Коррозия 2-ого вида.

а) кислотная коррозия.

Кислоты попадают в конструкции либо с грунтовыми водами, насыщенными стоками химических предприятий, либо с кислотными дождями из атмосферы зачастую насыщенными такими газами, как SO2-сернистый газ, НCl-хлористый водород, Сl2-газообразный хлор.

Са(ОН)2 + 2НСl = CaCl2 + 2H2O – образуется быстрорастворимое вещество CaCl2.

Сложнее воздействует на цементный камень угольная кислота.

Коррозионный процесс протекает в два этапа:

На этом этапе образуется нерастворимый СаСО3, который закупоривает поры, и процесс коррозии замедляется, т.е. затухает. Но при больших концентрациях Н2СО3, процесс возобновляется с образованием лёгко растворимого бикорбаната кальция.

б) магнезиальная коррозия.

Она может наблюдаться при воздействии грунтовых вод насыщенных магнезиальными солями и, особенно в морской воде. Разрушение цементного камня вследствие реакции обмена протекает по следующим формулам:

В результате этих химических реакций образуется растворимая соль (хлористый кальций и двуводный сульфат кальция), причём в первой реакции гидрат окиси кальция цементного камня вступает в химическую реакцию с хлористым магнием с образованием хлористого кальция и выпадением в осадок гидрата окиси магния — рыхлой смеси, которая легко смывается водой.

Меры борьбы с коррозией 2-ого вида.

1.Ограничение содержания С3S не более 50%

2.Введение активных минеральных добавок, связывающих Са(ОН)2 в нерастворимые соединения.

3.Устройство барьерной защиты, препятствующей прониканию агрессивных веществ, например, из рулонных материалов (полимерных, битумов). Для защиты от действия кислот устраивают футировки (толстые защитные слои из кислотостойкого кирпича или плиток на кислостойком растворе, либо пропитывают конструкции кислотостойкими материалами).

Коррозия 3-его вида.

Это сульфоалюминатная коррозия. Она имеет место при взаимодействии на конструкции грунтовых или морских вод с содержанием сульфат ионов (SO4 2- ) более 250мг/л. С сульфатами в цементом камне реагирует 3-х кальциевый гидроалюминат

= 3CaO × Al2O3 × 3CaSO4 × 31H2O – это соединение называется гидросульфоалюминат кальция или эттрингит.

Кристаллизуясь в порах это соединение имеет объём в 2 раза больше, чем исходные продукты и, оказывая давление на стенки пор разрушает цементный камень изнутри.

1. Изложить сущность работ по флюатированию камня кремнийорганическими соединениями

Изложить сущность работ по флюатированию камня кремнийорганическими соединениями.

Перечислите и кратко охарактеризуйте изделия, изготовленные способом литья и широко применяемые в строительстве. Приведите рисунки некоторых изделий из чугуна.

Чем объясняется коррозия затвердевшего цементного камня в минерализованных водах?

Перечислите, кратко охарактеризуйте и укажите область применения герметизирующих материалов.

Укажите роль пигментов в красочных составах.

1. Изложить сущность работ по флюатированию камня кремнийорганическими соединениями.

Каменные материалы в эксплуатации непрерывно подвергаются воздействию окружающей среды. От действия ветра одинаково разрушаются горные породы верхних слоев земной коры и каменные материалы строительных конструкций. Вредное воздействие атмосферных осадков, газов и пыли, содержащихся в воздухе, попеременное увлажнение и высыхание, сильные морозы и солнечный нагрев – все эти факторы сокращают сроки службы каменных строительных материалов и резко ухудшают их декоративные качества. Поверхности мрамора и известняков интенсивно разрушаются сернистыми газами, находящимися в воздухе. Лишайники и мхи, растущие на камне, извлекают для питания щелочные соли и выделяют органические кислоты. Вызывающие биологическое разрушение камня. Особенно быстро понижается качество пористых белых каменных материалов, применяемых для наружной облицовки, — пильных известняков и ракушечников.

Правильное и своевременное применение защитных мер повышает срок службы каменных материалов, сохраняет их декоративные качества и естественную окраску на долгое время. Выбор защитных мероприятий зависит от особенностей каменного материала и условий его работы. Чем больше пористость материала, тем сильнее на него воздействуют факторы разрушения.

Самый надежный способ защиты строительных материалов от разрушения – исключение возможности проникания в них воды. К конструктивным мероприятиям относятся применение материалов с полированной поверхностью, обеспечивающей быстрый сток воды. К химическим способам относят уплотнение поверхности материала путем пропитки водным раствором веществ (например, солей кремнефтористоводородной кислоты), вступающих в химическое взаимодействие с минералом камня, при котором растворимое вещество минерала переходит в нерастворимое состояние. Такой метод защиты называется флюатированием.

Флюатирование камня —обработка фторидными соединениями поверхности каменных зданий с целью предохранения от преждевременного разрушения.

Для этого используют гексафторсиликаты магния Mg[SiF(>] и цинка ZnISiF6. В результате химической реакции ионы кальция, находящиеся на поверхности, превращаются в малорастворимый CaF ;. Пленка этого соединения и выполняет защитную функцию. Поверхность железобетонных изделий флюатируют 3,5—7%-ным раствором кислоты H3SiF6 . Кроме того, для этой цели предложено также использовать сухой газообразный HF под давлением 0,4—0,6 МПа . В результате образуется SiF4, который при взаимодействии с находящимся в бетоне Са(ОН)з дает малорастворимый CaF ; и гель кремниевой кислоты SiO; nН2О , также малорастворимый. Оба они и выполняют функцию защиты бетона. Химическая стойкость бетона резко возрастает, особенно в агрессивных средах. Водопоглощение камня, обработанного химическим способом, значительно понижается.

Читайте так же:
Как удалить остатки цементного раствор

Идея кремнефторизации поверхности камней принадлежит великому русскому ученому Д.И. Менделееву, способы же применения ее в строительстве разработаны Н.А. Белелюбским.

2. Перечислите и кратко охарактеризуйте изделия, изготовленные способом литья и широко применяемые в строительстве. Приведите рисунки некоторых изделий из чугуна.

Литейное производство, одна из отраслей промышленности, продукцией которой являются отливки, получаемые в литейных формах при заполнении их жидким сплавом. Годовой объём производства отливок в мире превышает 80 млн. т . Широкое применение отливок объясняется тем, что их форму легче приблизить к конфигурации готовых изделий, чем форму заготовок, производимых др. способами, например ковкой. Литьём можно получить заготовки различной сложности с небольшими припусками, что уменьшает расход металла, сокращает затраты на механическую обработку и, в конечном счёте, снижает себестоимость изделий. Литьем могут быть изготовлены изделия практически любой массы — от нескольких г до сотен т, со стенками толщиной от десятых долей мм до нескольких м. Основные сплавы, из которых изготовляют отливки: серый, ковкий и легированный чугун (до 75% всех отливок по массе), углеродистые и легированные стали (свыше 20%) и цветные сплавы (медные, алюминиевые, цинковые и магниевые).

В процессе литья из расплавленного металла получают изделия, по форме и размерам соответствующие литейной форме. Формы изготавливают из различных формовочных смесей – земли, измельченного кварцевого песка, гипса, металла и огнеупорных масс. Форму получают с помощью составной модели, строго соответствующей размерам и конфигурации будущего изделия.

Для строительных целей на заводах отливают преимущественно из чугуна опорные части колонн, водопроводные и канализационные трубы, ванны, радиаторы, отопительные котлы, улитки для насосов, станины, печную арматуру, архитектурно-художественные детали, и др.

Область применения литых деталей непрерывно расширяется.

3. Чем объясняется коррозия затвердевшего цементного камня в минерализованных водах?

Бетон в инженерных сооружениях в процессе эксплуатации может подвергаться агрессивному воздействию минерализованных вод.

Коррозия цементного камня минерализованных вод – разрушение цементного камня водой, содержащей соли, способные вступать в обменные реакции с его составляющими.

Коррозия второго вида происходит при действии на цементный камень бетона минерализованных вод, содержащих химические соединения, которые вступают в обменные реакции с составляющими цементного камня. Образующиеся при этом продукты реакции либо легко растворяются и уносятся водой, либо выделяются в виде аморфной массы, не обладающей связующими свойствами

Морская вода, вода соленых озер, хлорированная вода, а также грунтовые воды, содержащие MgCl 2 , MgSO 4 , NaCl и другие соли, разрушающе действуют на цементный камень. Так, при воздействии на цементный камень вод, содержащих хлористый магний, последний взаимодействует с гидрооксидом кальция цементного камня:

Ca(OH) 2 +MgCl 2 =CaCl 2 + Mg(OH) 2 .

Образовавшийся в результате реакции хлористый кальций обладает хорошей растворимостью и быстро вымывается из бетона; остающийся гидрооксид магния представляет собой аморфное вещество, не обладающее связующими свойствами.

Природные грунтовые воды обычно содержат свободную углекислоту CO 2 и её соли, главным образом Ca(HCO 3 ) 2 . Эти соли не опасны для цементного камня, но свободная (агрессивная) углекислота разрушает его. Вначале растворенная углекислота взаимодействует с гидрооксидом кальция, образуя трудно растворимый углекислый кальций, который уплотняет поверхность цементного камня. Однако при высоком содержании в воде свободная углекислота вступает в реакцию с углекислым кальцием:

CaCO 3 +CO 2 +H 2 O=Ca(HCO 3 ) 2 .

В результате образуется легкорастворимый в воде бикарбонат кальция, который вымывается из бетона, образуя пустоты в камне и увеличивая водопроницаемость бетона. Таким образом, основной причиной и второго вида коррозии является присутствие в цементном камне свободного гидрооксида кальция.

4. Перечислите, кратко охарактеризуйте и укажите область применения герметизирующих материалов.

Герметик — материал, который при переходе в рабочее состояние в присутствии химических агентов, влаги или кислорода отверждаются с образованием пространственных химических структурных связей.

Герметизирующие составы , герметики, материалы на основе различных полимеров , предназначены для нанесения на болтовые, заклёпочные и др. соединения металлических конструкций, приборов, агрегатов, для уплотнения стыков между панелями наружных стен зданий с целью обеспечения их непроницаемости. Кроме полимера, герметизирующие составы содержат обычно наполнители, вулканизующие агенты или отвердители и др. компоненты. Герметизирующие составы применяют в виде паст, замазок или растворов в органических растворителях. Герметизирующий материал образуется непосредственно на соединительном шве в результате вулканизации (отверждения) полимерной основы герметизирующего состава или испарения растворителя.

Основные требования к герметизирующим составам: прочность и эластичность; высокая адгезия к металлам; устойчивость к действию рабочих сред (керосин, бензин, масла, спирт, кислоты, щёлочи, вода и др.); тепло- и морозостойкость; кроме того, герметизирующие составы не должны вызывать коррозии металлов. Герметизирующие составы, применяемые для защиты радиоэлектронной аппаратуры, должны обладать высокими электроизоляционными свойствами.

Наиболее распространённые герметизирующие составы изготовляют на основе полисульфидных каучуков (например, Г. с. типа У-30, УТ-32) и кремнийорганических каучуков (например, Г. с. типа виксинт, ВПГ, сильпен).

Для нужд сборного домостроения выпускают герметизирующие материалы в виде мастик и эластичных прокладок (гернит, изол, пороизол и др.), а также гидроизоляционные полимерные плёнки.

5. Укажите роль пигментов в красочных составах.

Лакокрасочные материалы состоят из двух основных компонентов – сухого вещества и связующего . В состав сухого вещества входят пигменты и наполнители, а в состав связующего – разнообразные виды связующего и растворители.

Пигменты – это тонко измельченные цветные порошки минерального или органического происхождения, нерастворимые в воде и в органических растворителях (масло, скипидар, спирты), но способные при равномерном смешивании с ними образовывать красочные составы.

Читайте так же:
Бергауф изи боден цемент

В строительстве применяют главным образом минеральные пигменты, обладающие большой стойкостью к атмосферным, химическим, световым воздействиям, что особенно важно при окраске наружных поверхностей и санитарно-технических помещений и устройств.

В художественно-оформительских работах применяют в основном минеральные пигменты, обладающие большой стойкостью к атмосферным, химическим и световым воздействиям, что особенно важно при выполнении наружной наглядной агитации. На основе органических пигментов, которые уступают по прочности минеральным, но обладают достаточной светостойкостью, т.е. не выгорают и не меняют цвета под воздействием солнечных лучей, приготовляются красочные составы для работы внутри помещений.

По происхождению пигменты разделяют на природные и искусственные.

Природные пигменты получают путем несложной механической переработки (размола, просева) глинистых пород, содержащих окислы железа, например железного сурика, мумии, охры и др. Эти пигменты прочны, устойчивы к атмосферным воздействиям и свету, обладают не яркими, но самыми разнообразными оттенками. Название пигмент получает, как правило, в зависимости от места его добычи (архангельская коричневая, серпуховская красная, подольская черная и т.д.). Для получения различных оттенков пигменты природного происхождения подвергают не только механической, но и термической обработке (прокаливанию) при различных температурах. Так, из охры светлой получают охру красную, из сиены и умбры натуральных — сиену и умбру жженые.

Искусственные пигменты вырабатываются на заводах, иногда путем сложных химических процессов. Пигменты, получаемые таким образом, отличаются постоянным химическим составом и структурой, яркостью, чистотой и насыщенностью цвета, который, как и в естественных пигментах, обусловлен соединениями различных металлов. Поэтому их называют искусственными минеральными пигментами — это разного вида белила, кроны, зелень и др.

Качество всех пигментов характеризуется их красящей способностью, укрывистостью, тонкостью помола, светостойкостью, атмосферостойкостью, огнестойкостью, стойкостью против химических воздействий, антикоррозийной стойкостью и маслоемкостью.

Красящая способность , или интенсивность, пигмента – это его свойство передавать свой цвет при смешивании с пигментами других цветов. Примером высокоинтенсивного пигмента может служить синий пигмент лазурь, который даже в минимальных дозах (0,1%) способен придавать мелу или белилам голубой оттенок.

Под укрывистостью , или кроющей способностью , пигмента понимают расход его на 1м 2 окрашиваемой поверхности. Высокоукрывистыми являются большинство органических пигментов, а также некоторые минеральные – сурик свинцовый и железный, сажа, мумия и др.

Тонкость помола оказывает сильное влияние как на интенсивность, так и на укрывистость пигмента. Ее определяют просеиванием мокрого и сухого пигмента через сита, номера которых установлены для каждого вида пигмента соответствующим стандартом. Как правило интенсивность и укрывистость пигмента тем выше, чем меньше его частицы. Однако чрезмерная тонкость помола пигмента может снижать его кроющую способность.

Светостойкость пигмента – способность его сохранять свой цвет под действием света. Это очень важное свойство, особенно для пигментов, применяемых для наружной окраски стен и кровель зданий.

Огнестойкость пигмента – способность выдерживать действие высоких температур без изменения цвета и разрушения. Пигменты обладают различной степенью огнестойкости: органические полностью лишены огнестойкости – они теряют цвет и разрушаются даже под воздействием сравнительно не высоких температур в течение короткого периода. Минеральные пигменты более огнестойки, но по-разному реагируют на действие высокой температуры. Так, ультрамарин и хромовая зелень почти не изменяют цвета, а лазурь полностью разрушается в короткий срок. Огнестойкость пигментов следует иметь в виду при использовании их для окрасок тепловых установок и отопительных устройств.

Стойкость пигмента против химических воздействий – способность противостоять действию кислотной или щелочной среды без видимых разрушений и изменений цвета. Для различных красок в зависимости от условий эксплуатации подбирают кислотостойкие или щелочестойкие пигменты. Нельзя, например, применять пигменты, не обладающие достаточной стойкостью против щелочей при окраске свежей известковой штукатурки или свежего бетона, поскольку в них всегда содержится свободная известь, которая может привести к полной порче красочного состава.

Для окраски ванных, бань и прачечных необходимо подбирать пигменты, стойкие к действию соды и едкого натра. Некоторые пигменты под действием химически агрессивной среды не разрушаются, но меняют цвет.

Антикоррозийная стойкость – способность пигмента в сочетании со связующим образовывать красочный состав, защищающий металлы от окисления. Это свойство очень важно для красок, применяемых для окраски металлических конструкций и деталей – труб, отопительных радиаторов, вентиляционных коробов и т.д. Пигменты для этих составов не должны содержать веществ, вызывающих коррозию черных металлов (например, сажи, или мумии искусственной). Высокими антикоррозийными свойствами обладают свинецсодержащие пигменты – белила, и сурик, а также железный сурик, цинковые крон и зелень и алюминиевая пудра.

КОРРОЗИЯ ПРИРОДНОГО КАМНЯ И МЕРЫ ЗАЩИТЫ ОТ НЕЕ

Непременным условием длительной службы каменных материалов в сооружениях является правильный их выбор с учетом эксплуатаци­онной среды, химико-минералогического состава и структуры матери — ші;і. Однако даже самые прочные породы, из которых выполнен материал, под механическими и химическими воздействиями атмос­ферных факторов и различных микроорганизмов разрушаются. Этот процесс по аналогии с разрушением металлов называют коррозией.

Основной причиной коррозии каменных материалов в строитель­ных конструкциях является физико-химическое воздействие воды. Это воздействие проявляется в растворяющей способности воды, особенно если она содержит растворенные газы (С02, S02 и др.); в замерзании воды в порах и трещинах, сопровождающемся появлением в материале больших внутренних напряжений. Кроме того, резкое изменение тем­пературы приводит к появлению на поверхности камня, особенно из 11олиминеральных пород, микротрещин, которые становятся очагами разрушения. Различные микроорганизмы и растения (мхи, лишайни­ки) , поселяясь в порах и трещинах камня, извлекают для своего питания щелочные соли и выделяют органические кислоты, вызывающие био­логическое разрушение камня.

Следовательно, стойкость каменных материалов против коррозии тем выше, чем они плотнее (меньше пористость) и чем меньше их растворимость. Поэтому все мероприятия по защите каменных мате­риалов от коррозии направлены на предохранение их от воздействия воды и на повышение поверхностной плотности. Эти меры могут быть конструктивными и физико-химическими.

Читайте так же:
Добавки для цементного производства

Конструктивная защита от увлажнения осуществляется путем уст­ройства надлежащих стоков воды, придания каменным материалам гладкой полированной поверхности и такой формы, при которых вода, попадающая на них, не задерживается и не проникает внутрь материала.

Физико-химические мероприятии заключаются в создании на лице­вой поверхности камня плотного водонепроницаемого слоя или ее гидрофобизации. Одним из способов повышения поверхностной плот­ности является флюатирование, при котором карбонатные породы пропитывают солями кремнефтористоводородной кислоты (флюата — ми), например флюатами магния. В результате происходящей реакции:

2СаС03 + MgSiF6 = 2CaF2 + Si02 + 2С021

в поверхностных порах камня выделяются практически не растворимые в воде фториды кальция, магния и кремнезем. Это уменьшает пори­стость и водопоглощение поверхностного слоя и несколько препятст­вует загрязнению облицовки пылью. Некарбонатные пористые породы і предварительно обрабатывают водными растворами кальциевых солей, «например хлористым кальцием, а после просушки — содой, а затем (флюатом.

р Уплотнить поверхность камня можно также последовательной про — питкой растворимым стеклом и хлористым кальцием, в результате взаимодействия которых образуются нерастворимые силикат кальция

и кремнекислота, закрывающие поры. Эта же цель достигается при последовательной пропитке поверхности камня спиртовым раствором калийного мыла и уксуснокислого алюминия. В этом случае на повер­хности камня образуется нерастворимая пленка соли жирной кислоты.

Гидрофобизация, т. е. пропитка пористого каменного материала гиброфобными (водоотталкивающими) составами, препятствующими проникновению влаги в материал, также повышает их стойкость против выветривания. Хорошие результаты дает пропитка кремнийорганиче — скими жидкостями и другими полимерными материалами, а также растворами парафина, стеарина или металлических мыл (алюминие­вого, цинкового и др.) в легкоиспаряющихся органических раствори­телях (бензине, лаковом керосине и т. д.).

Коррозия цементного камня и способы защиты (стр. 1 из 2)

В настоящее время цемент является одним из важнейших строительных материалов. Его применяют для изготовления бетонов, бетонных и железобетонных изделий, строительных растворов, асбестоцементных изделий. Изготовляют его на крупных механизированных и автоматизированных заводах. Цемент начали производить в прошлом столетии. В начале 20-х годов XIX в. Е. Делиев получил обжиговое вяжущее из смеси извести с глиной и опубликовал результаты своей работы в книге, изданной в Москве в 1825 г. В 1856 г. был пущен первый в России завод портландцемента. Портландцемент является минеральным вяжущим веществом, составляющим основу большей части номенклатуры сухих строительных смесей в качестве самостоятельного вяжущего, в смешанных цементных вяжущих системах, в составе цементно-известковых вяжущих, а также различных полимерцементных композиций. Ценные и уникальные свойства портландцемента определяются его способностью при затворении водой образовывать пластичное тесто, со временем, самопроизвольно, за счёт химического взаимодействия в системе, превращающееся в камень. Способность к самоотвердеванию, образование прочного и долговечного камня, экологическая чистота, низкая химическая опасность, пожаровзрывобезопасность в сочетании с низкой стоимостью являются предпосылками для широкого практического применения портландцемента.

Бетоны и цементный камень, как его матричная часть, в эксплуатационных условиях подвержены коррозионному воздействию различных сред, особенно минерализованной воды в морских сооружениях (молы, причалы, эстакады со свайным основанием и железобетонным верхним строением, портовые конструкции и др.), минеральной кислоты при эксплуатации резервуаров, башен и других сооружений химической промышленности. На бетон оказывают коррозионное воздействие органические кислоты и биосфера, особенно при работе сооружений в торфяных грунтах, на предприятиях пищевой промышленности. Негативное влияние могут оказывать на состав и структуру цементного камня в бетонах щелочная среда, пресная вода, особенно водные растворы электролитов. В индустриальных районах коррозионное влияние на бетонные конструкции оказывают газы, например сернистые, сероводород, хлористый водород, аэрозоли солей, например морской воды и др. Агрессивное воздействие оказывают также твердые, в основном высокодисперсные вещества, способные образовывать во влажных условиях прослойки из истинных и коллоидных растворов. Кроме химических реакций при контакте со средой возможны физические сорбционные процессы с поглощением из среды поверхностно-активных веществ (ПАВ), например серосодержащих полярных смол из нефтепродуктов, с физическим нарушением сплошности контактов в структуре и ускорением развития дефектов.

Коррозия цементного камня. Виды коррозии

Различают физическую, химическую, электрохимическую и биологическую коррозии.

Физическая коррозия

Это выветривание, растворение, разрушение вследствие температурных колебаний характерных для всех видов горных пород.

Коррозии растворения носит физико-химический характер (см. ниже коррозии выщелачивания).

Химическая коррозия

Агрессивными по отношению к цементному камню являются все кислоты и многие соли.

Этот вид коррозии имеет место чаще всего, а разрушение происходит наиболее интенсивно. Самым уязвимым веществом в цементном камне является известь. Однако связывание извести (скажем за счет SiO2) еще не исключает коррозии, поскольку она может восстанавливаться за счет отступления от гидратов кальция.

Кислоты и некоторые соли вступают в реакцию с Са(ОН)2 и образуют новые соединения, либо легко растворимые в воде, либо непрочные рыхлые, либо кристаллизующиеся со значительным

Изменением объема. Иногда это все происходит одновременно.

Все кислоты разрушают портландцементный камень

Хлористый кальций легко растворим, а CaSO4 может вступать во вза-имодействие с гидроаллюминатами кальция и образовывать гидросульфоаллюминат кальция. Последний кристаллизуется с увеличением объема.

Гипс также кристаллизуется с увеличением объема.

Хотя в пластовых водах нет непосредственно соляной и серной кислот, (но их образование можно предположить), зато имеется достаточное количество солей агрессивных по отношению к цементному камню. К таким солям относятся сульфаты (MgSO4, CaSO4), хлориды (MgCl2, CaCl2).

Агрессивный сероводород и углекислый газ, которые могут содержаться как в пластовых водах, так и в добываемых нефти и газе.

Рассмотрим основные виды химической коррозии и применение в связи с ними цементов.

Читайте так же:
Обзор рынка для цемента

Коррозия выщелачивания

Кристаллогидраты (гидросиликаты, алюминаты и ферриты кальция), образующиеся при взаимодействии с водой клинкерных минералов и составляющие вместе с наполнителями цементный камень, имеют значительную равновесную растворимость в воде. Это значит, что они остаются устойчивыми при контакте с водами, только в том случае, если в воде имеется достаточная концентрация Са(ОН)2. Если концентрация в воде Са(ОН)2 ниже равновесной, то у гидрата будут отщепляться молекулы извести и концентрация будет восстанавливаться до равновесной.

Гидросиликаты и гидроалюминаты кальция имеют тем большую равновесную растворимость, чем выше их основность. Следовательно отщепление гидратов сначала происходит от высокоосновных гидратов, их основность при этом понижается, а устойчивость в данной среде повышается.

Если концентрация гидрата окиси кальция в дальнейшем не будет понижаться, то процесс на этом остановится. Если же концентрация извести будет продолжать понижаться и станет ниже равновесной для вновь образовавшегося гидрата, то отщепление гидрата окиси кальция будет продолжаться вплоть до полного разложения гидросиликатов и гидроалюминатов, с образованием аморфных кремнезема и глинозема. Хотя последние и плохо растворимы в воде, однако они не обладают вяжущими свойствами – прочность и монолитность камня нарушаются.

Эти процессы могут наблюдаться, если цементный камень омывается непрерывно обновляющейся водой или растворами солей, имеющими малую концентрацию Са(ОН)2, либо если Са(ОН)2 связываются содержащимися в растворе веществами в прочные малорастворимые или малодиссоциирующие химические соединения (кальция).

Чем выше концентрация извести в порах цементного камня, тем выше скорость выщелачивания. Низкоосновные гидраты кальция имеют меньшую равновесную растворимость. Известь связывается, а основность понижается в тех случаях, когда в цемент вводятся активные кремнеземистые добавки, а при высоких температурах и кварцевый песок.

Таким образом, более стойкими против коррозии выщелачивания являются низкоосновные цементы (пуццолановые, шлакопесчанистые, БКЗ, известковокремнеземистые).

Более агрессивными в смысле выщелачивания являются «мягкие» воды. Растворимость извести повышается в присутствии хлористого натрия. Значит минерализованные пластовые воды в принципе все агрессивны к цементному камню. Растворимость Са(ОН)2 повышается с ростом температуры. Значит перечисленные условия требуют применения низкоосновных цементов.

Скорость выщелачивания в значительной степени зависит от коэффициента диффузии. Этому будет способствовать уменьшение относительного содержания жидкости завторения, добавки высокомолекулярных реагентов (гипан, К-4, КМЦ и др).

Облегченные цементы менее стойки к выщелачиванию, за исключением тех у которых в качестве облегчающего компонента использована какая-либо активная кремнеземистая добавка.

Магнезиальная коррозия

Если в окружающей цементный камень среде содержатся вещества, образующие с Са(ОН)2 малорастворимые соединения, то концентрация извести в ней будет поддерживаться на очень низком уровне.

Например, если в пластовых водах есть MgSO4, то он вступая во взаимодействие с Са(ОН)2 по реакции:

Mg(ОН)2 и гипс имеют очень низкую растворимость в воде. Mg(ОН)2 сам по себе представляет рыхлое аморфное вещество. Если подобный процесс будет продолжаться – цементный камень разрушится. Это магнезиальная коррозия. Подобное действие но более слабое, оказывает и хлористый магний.

Однако, чаще всего процесс затухает по мере накопления Mg(ОН)2 и Са SO4× 2Н2О в порах цементного камня кольматаций. Причем накопление этих веществ происходит тем быстрее, а уплотнение пор выше, чем выше основность цемента. Кольматация пор приводит к замедлению проникновения агрессивноного MgSO4.

Следовательно, стойкость вяжущего к этому виду коррозии понижается при введении активных минеральных добавок. Отсюда в таких средахнельзя применять облегченные цементные растворы с минеральными добавками типа диатомит, опока, тремел, пемза).

Шлаковые цементы по магнезиальной стойкости мало уступают портландцементу. Дело в том, что при магнезиальном разложении шлаковых гидросиликатов образуется значительное количество кремнекислоты, отличающейся благодаря особой структуре повышенной плотностью. Она оказывает существенное кольматирующее действие. Однако и в этом случае целесообразно повышать основность шлака. Добавлять глину и активные минеральные вещества к шлаку в этом случае недопустимо.

Коррозия цементного камня и борьба с ней

Было замечено, что сооружения, возведенные на портландцементе, в некоторых водах (мягких, минерализованных, кислых) постепенно разрушались, подвергались коррозии. Были изучены причины коррозии и предложены эффективные мероприятия по борьбе с различными видами коррозии.

Коррозия цементного камня возникает под действием какихлибо агрессивных сред, например:

• коррозии мягкими водами (щелочной средой); мягкими называют воды с жесткостью менее 4 мг экв/л, способные растворять

• коррозии водами, содержащими свободные кислоты (кислой

• коррозии магнезиальными водами, т.е. водами с содержанием катионов Мg2+ свыше 5000 мг/л;

• коррозии водами, содержащими сульфаты, ион SO42-;

• коррозии водами, содержащими свободную углекислоту СО2.

По характеру процессов, протекающих в цементном камне, находящемся в агрессивной среде, различают три основных вида коррозии.

Коррозия первого вида (выщелачивание) коррозия в пресных (мягких) водах характеризуется растворением составных частей цементного камня и в первую очередь гидроксида кальция Са(ОН)2. При напоре и фильтрации воды через бетон происходит растворение гидроксида кальция. Растворимость его сравнительно невелика 1,3 г/л, но при постоянной фильтрации воды через бетон все новые и новые порции Са(ОН)2 будут растворяться и вымываться из бетона, увеличивая пористость цементного камня. Таким образом, создаются условия для всё большей фильтрации воды сквозь толщу бетона и сопутствующего ей выщелачивания вымывания гидроксида кальция. Скорость выщелачивания зависит от быстроты просачивания и количества фильтрующейся через бетон воды, а также от ее мягкости. Чем мягче вода, тем больше она растворяет извести. Наиболее сильное растворяющее действие оказывает дистиллированная и близкая к ней по составу вода.

Все другие гидросиликаты и гидроалюминаты кальция могут существовать стабильно в цементном камне только при определенной концентрации гидроксида кальция в окружающей среде. Так, для трехкальциевого силиката она равна 1,22 г/л, для трехкальциевого алюмината 1,08 г/л, для СаО·SiO2·nH2O 0,07 г/л. Это значит, что низкоосновный гидросиликат кальция не разлагается в воде, содержащей 0,07 г/л СаО. При понижении этой предельной концентрации он будет разлагаться и отдавать в раствор СаО. При выщелачивании гидроксида кальция из бетона может наступить такой момент, когда начнут разлагаться гидросиликаты и гидроалюминаты кальция.

Читайте так же:
Герметизация слива унитаза цементом

Самая низкая растворимость, как мы видели, у низкоосновного гидросиликата кальция (0,07 г/л), в несколько раз меньше, чем у гидроксида кальция (1,3 г/л). Поэтому выщелачивание можно устранить, вводя в цемент активные минеральные добавки, содержащие активный кремнезем (например, опал SiO2·nН2О), который, вступая во взаимодействие с Са(ОН)2, переводит его в малорастворимый в воде гидросиликат кальция

Са(ОН)2 + SiO2·nН2О → СаО·SiO2·mH2O.

В качестве добавок используются осадочные горные породы диатомит, трепел, опока, содержащие достаточно активный минерал опал; вулканические породы пеплы, трасы, туфы; искусственные материалы; гранулированные доменные шлаки, содержащие некристаллический кремнезем SiO2. Весьма эффективно применение модификатора МБ, микрокремнезёма аморфной модификации, получаемого при производстве сплавов ферросилиция, и его производных.

Для защиты бетона от коррозии первого вида следует применять портландцемент с активными минеральными добавками, пуццолановый портландцемент (см. стр. 70), а также портландцементы, которые при твердении выделяют минимальное количество Са(ОН)2 белитовые цементы, содержащие пониженное количество трехкальциевого силиката.

В условиях фильтрации большое значение приобретает плотность бетона, его водонепроницаемость и мероприятия по внешней защите бетона от проникания в него фильтрующейся воды: облицовка, нанесение водостойких и водонепроницаемых покрытий.

Для коррозии второго вида типичны процессы взаимодействия между составляющими цементного камня и веществами, находящимися в агрессивном растворе-среде, с образованием либо легко растворимых солей, вымываемых движущимся растворомсредой, либо аморфных продуктов, не обладающих вяжущими свойствами.

Наиболее часто наблюдается коррозия бетона под действием углекислых вод. Она происходит следующим образом. Сначала гидроксид кальция, находящийся в цементном камне, при взаимодействии с углекислотой, растворенной в окружающей бетон воде,

переходит в углекислый кальций

Са(ОН)2 + СО2 = СаСО3 + Н2О.

Затем, присоединяя еще одну молекулу углекислоты, карбонат кальция СаСО3 образует бикарбонат кальция Са(НСО3)2, легко растворимый в воде, содержащей углекислоту

СаСО3 + СО2 + Н2О = Са(НСО3)2 .

Растворимость бикарбоната кальция 3 г/л, что в 100 раз больше растворимости карбоната кальция (0,03 г/л).

Разрушающе действуют на цементный камень также хлористые и сернокислые соли

Са(ОН)2 + МgCl2 =CaСl2 +Mg(ОН)2.

Образовавшийся хлористый кальций легко растворяется в воде, гидроксид магния нерастворимое аморфное вещество, не обладающее вяжущими свойствами.

Сернокислый магний, взаимодействуя с гидроксидом кальция цементного камня, образует гипс, который обладает сравнительно высокой растворимостью (2 г/л) и вымывается водой при небольшой концентрации сульфатов в окружающей среде.

Серная и соляная кислоты вступают в реакцию с Са(ОН)2 и образуют легкорастворимые продукты в виде сернокислого и хлористого кальция

Са(ОН)2 + Н2SО4 = СаSО4 + 2Н2О ,

Са(ОН)2 + 2НСl = СаСl2 + 2Н2О .

Во всех этих случаях причиной коррозии является взаимодействие солей или кислот с Са(ОН)2, выделяющимся при твердении портландцемента (в результате гидратации трехкальциевого силиката). Чтобы избежать коррозии второго вида, следует применять активные минеральные добавки, способные связывать гидроксид кальция в труднорастворимые соединения, использовать белитовые цементы, повышать плотность бетона.

Коррозия третьего вида характеризуется тем, что продукты химических реакций между цементным камнем и агрессивным раствором накапливаются в порах и трещинах бетона и кристаллизуются в них, разрушая цементный камень.

Примером такого вида коррозии является разрушение цементного камня под влиянием сульфатов, которые встречаются в большинстве природных вод, в частности, морских.

Сернокислые соли, взаимодействуя с гидроксидом кальция, насыщают гипсом соприкасающуюся с цементным камнем воду, поры и трещины бетона:

Са(ОН)2 + МgSO4 + 2Н2О = СаSO4·2Н2О + Мg(ОН)2.

При больших концентрациях сульфатов в растворе гипс накапливается в порах цементного камня и бетона, кристаллизуется в виде двуводного гипса с увеличением в объеме и вызывает появление вредных внутренних напряжений, которые могут привести к образованию трещин и разрушению (гипсовая коррозия).

При малых концентрациях сульфатов образовавшийся гипс вступает во взаимодействие с трехкальциевым гидроалюминатом, присоединяя большое количество воды:

ЗСаО·Al2O3·6H2O + 3(СаSО4·2Н2О) + 19Н2О =

Образовавшийся гидросульфоалюминат кальция, значительно увеличиваясь в объеме по сравнению с исходными материалами (примерно в 2,5 раза), накапливается в порах бетона, образуя кристаллы в виде тонких длинных игл, и разрушает бетон. Гидросульфоалюминат кальция, образующийся в затвердевшем цементном камне, называют "цементной бациллой" из-за его сильного разрушающего действия.

В случае возможной сульфатной агрессии следует применять цементы определенного минералогического состава со значительно пониженным содержанием трехкальциевого алюмината и несколько уменьшенным содержанием трехкальциевого силиката, чтобы исключить вышеобозначенные реакции между составляющими цементного камня и сульфатами агрессивного раствора сульфатостойкие цементы (см. стр. 73).

Повышает стойкость бетона карбонизация, имеющая место при длительном выдерживании бетона на воздухе. Атмосферная углекислота вступает во взаимодействие с гидроксидом кальция, образуя на поверхности плотную пленку из углекислого кальция, которая не растворяется в пресных водах, не взаимодействует с сульфатами и препятствует прониканию внутрь бетона агрессивных солей и кислот.

Необходимо также стремиться к получению возможно более плотного бетона. Кроме того, изолируют наружные поверхности бетона малопроницаемыми для воды покрытиями гидроизоляциями, наносят цементные штукатурки, облицовывают естественным камнем и другими материалами. Мероприятия по получению более плотного бетона и изоляции его поверхности не устраняют полностью коррозии бетона, а лишь замедляют ее и повышают стойкость бетона в условиях действия агрессивных вод. Защитное действие химических факторов подбор минералогического состава цемента, введение добавок более сильное, однако и они в ряде случаев не могут полностью устранить коррозию. Тем не менее, при умелом применении тех или иных мероприятий удается значительно повысить долговечность цементных бетонов.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector