Файл: Михайлов В.В. Расширяющийся и напрягающий цементы и самонапряженные железобетонные конструкции.pdf

и центрифугированием, расширявшиеся в свободном состоянии на 7—8%.

После 3-месячного выдерживания образцов связанно­ го расширения в среде 5%-ного раствора сульфата нат­ рия динамический модуль упругости образцов, выпилен­

ким же, как и образцов из самонапряженных труб, изго­ товленных торкретированием. Вибрированные и центри­ фугированные образцы, расширявшиеся в свободном состоянии, характеризовались высокой скоростью разру­ шения. Так, после 93-суточного пребывания в 5%-ном растворе сульфата натрия динамический модуль упруго­ сти визированных образцов снизился на 38% и вес на 16% по сравнению с первоначальными значениями. В центрифугированных образцах соответствующие пока­ затели уменьшились за тот же срок на 39 и 20% . Полу­ ченные результаты вполне закономерны, так как образцы бетона на НЦ расширились в свободном состоянии.

Таким образом, можно сделать вывод, что способ формования бетонов на НЦ практически не влияет на на сульфатостойкость. Решающим фактором является ограничение свободных деформаций в процессе развития расширения бетона, характеристика расширяемости бе­ тона в свободном состоянии и его водоцементное отно­ шение, обусловливающее в известной степени начальную пористость его структуры.

Для исследования НЦ на сульфатостойкость из раз­ личных по своему минералогическому составу цементов готовили образцы, соотношение компонентов в которых выбиралось таким образом, чтобы к моменту полного связывания гипса, входящего в состав НЦ и в гидросульфоалюминат кальция, в системе оставалось минимальное количество свободных гидроалюминатов кальция. Иссле­ довали образцы, расширение которых ограничивалось в одном и двух направлениях. С этой целью использова­ лись динамометрические кольца I и I I типа (см. прило­ жение 2), которые помещали вместе с образцами в агрес­ сивные растворы. В этом случае опытные образцы в от­ личие от выпиленных из самонапряженных изделий все время находятся в условиях ограничения деформаций свободного расширения, как это наблюдается непосред­ ственно в самонапряженном железобетоне, подвергаемом воздействию агрессивной среды.

165

ведения необходимо продолжительное время. Так, даже при высоких концентрациях агрессивных сульфатных растворов опытные образцы первые 1,5—2 года не проя­ вили признаков коррозионного разрушения. Только по истечении длительного времени образцы начинают в той или иной степени проявлять признаки коррозионного раз­ рушения, если оно к этому времени имеется вообще. По данным, полученным в настоящее время, наибольшую стойкость показывают образцы на НЦ, для приготовле­ ния которого использован низкоалюминатный портланд­ цемент: образование гидросульфоалюмината кальция в процессе расширения затвердевшего НЦ происходит в основном при взаимодействии гипса и гидроалюмината кальция, образующихся при гидратации глиноземистого цемента, входящего в состав НЦ; ко времени завершения этого процесса в среде НЦ правильно подобранного со­ става в системе не остается свободных гидроалюминатов. Поэтому сульфатостойкость такого НЦ приближается к сульфатостойкости цемента или низкоалюминатного портландцемента.

В отношении всех видов агрессии I и I I вида напряга­ ющие цементы, создающие самонапряжение в связанном

стойкость бетонов на напрягающем цементе в среде неф­ ти и минерального масла. Изучению подверглись образ­ цы бетона с расходом НЦ 500—670 кг/м3, наблюдаемые в этих агрессивных средах в течение 3 лет. В табл. 3.10 приведены данные изменения прочности на растяжение образцов, хранившихся в воде, нефти и минеральном масле. Как видно, никаких изменений прочности не на­

167

бетоны пригодными к применению в конструкциях для нефтяных продуктов.

Таким образом, напрягающие цементы могут быть рекомендованы с соответствующим армированием к применению в самых разнообразных случаях, и в том числе в условиях морской воды.

3.11. КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ АРМАТУРЫ В СРЕДЕ НАПРЯГАЮЩЕГО БЕТОНА И СЦЕПЛЕНИЕ С НИМ

Стальная арматура в самонапряженном железобе­ тоне, изготовленном с применением НЦН или НЦТ, не корродирует и надежно сохраняет свои механические свойства, так же как и в плотном тяжелом бетоне на портландцементе. Об этом свидетельствуют как много­ летние наблюдения за состоянием арматуры в самона­ пряженных изделиях, так и специально поставленные эксперименты. В плотном бетоне на портландцементе длительная сохранность арматуры обеспечивается обыч­ но благодаря тому, что в таком бетоне у поверхности арматуры существует щелочная среда, пассивирующая сталь. Недостаточно плотный бетон с течением времени теряет щелочность в результате карбонизации и сорбции агрессивных веществ из окружающей среды.

Поэтому изучение коррозии арматуры в железобетон­ ных конструкциях по сравнению с изучением коррозии открытого металла усложняется тем, что бетон необходи­ мо рассматривать как возможную коррозионную среду для арматуры с присущими ей особенностями. Одной из основных особенностей бетона является пестационарность его свойств во времени в результате постоянного взаи­ модействия с окружающей средой, изменением влажно­ сти, карбонизацией и т. п. Если влажностное состояние бетона достаточно для протекания коррозии арматуры, то наличие ее, а также скорость ее протекания будут за­ висеть от величины рН среды, в которой находится арма­ тура.

Коррозия арматуры в среде бетона на НЦ не должна наблюдаться по следующим причинам. Гипс, входящий в состав НЦ, полностью связывается в гидросульфоалюминат кальция в период его расширения, и в системе нет свободного гипса. Бетон на НЦ характеризуется боль­ шой плотностью и высокой степенью непроницаемости

1С8

как для воды, так и для газа. Глиноземистый цемент, входящий в состав -НЦ, быстро гидратируется, и образу­ ющиеся при этом гидроалюминаты кальция в значитель­ ной своей части связываются в гидросульфоалюминат кальция при взаимодействии с гипсом. Гидратация основ­ ного компонента НЦ — портландцемента — обеспечива­ ет постоянное насыщение среды гидратом окиси каль­ ция, что должно пассивировать стальную арматуру, за­ щищая ее от коррозии.

Известно, что прямые эксперименты" по выявлению коррозии арматуры в бетоне, выполняемые по ускоренной методике, в той или иной степени носят условный харак­ тер, поскольку в искусственном режиме таких испытаний не всегда можно воспроизвести многообразие факторов, действующих в натуре и во времени. Поэтому особое значение в экспериментальной оценке коррозионной стой­ кости арматуры в бетоне на НЦ имеют результаты мно­ голетних наблюдений за состоянием арматуры в само­ напряженных конструкциях.

Такие наблюдения велись за самонапряженными тру­ бами. Труба диаметром 340 мм более 18 лет находится в атмосферных условиях на открытой площадке на тер­ ритории НИИЖБ. Труба была изготовлена в 1954 г. спо­ собом торкретирования из бетона состава 1 : 1 (НЦ :песок, по весу). В процессе изготовления трубу подвергали гидротермальной обработке в течение 2 ч в воде при тем­ пературе 80° С с последующим выдерживанием в воде при температуре 20+5° С в течение 10 суток. После ис­ пытания на внутреннее гидростатическое давление труба была оставлена для длительных наблюдений за состоя­ нием бетона и находящейся в его среде арматурой. В пе­ риод длительного хранения на открытой площадке наблюдаемая труба подвергалась многократному замора­ живанию и оттаиванию, воздействию атмосферных осад­ ков и высушиванию в различных погодных условиях. Пе­ риодически через 3—4 года в нескольких местах на трубе отбивали (с большим трудом) защитный слой и осматри­ вали арматуру. Последний осмотр был в 1971 г. Во всех случаях арматура, как продольная, так и спиральная, была совершенно чистой без каких-либо признаков кор­ розии, что свидетельствовало о полной ее сохранности. Толщина защитного слоя трубы равна 12—18 мм, глуби­ на его карбонизации, определенная пробой на фенолфта­ леин, составляла 3—4 мм.

169

Аналогичным осмотрам подвергалась также труба диаметром 150 мм, изготовленная способом вибропродавливания и находящаяся на испытании в тех же усло­ виях с 1960 г . Проверка состояния арматуры показала полную ее сохранность, несмотря на то, что бетон при вибропродавлмванни характеризуется меньшей плотно­ стью, чем торкретбетон. Следует отметить, что в отдель­ ных случаях при изготовлении экспериментальных образ­ цов изделий из самонапряженного железобетона в них использовались арматурные каркасы, имевшие легкий налет ржавчины с характерной коричневой окраской. Од­ нако при извлечении арматуры из образцов она имела чистую поверхность. Это говорит о восстановительных свойствах среды затвердевшего НЦ.

Специальные эксперименты, поставленные с целью выявления коррозии арматуры в среде бетона на НЦ, установили ее надежную сохранность. В призмеиные об­ разцы размером 31,5X31,5X100 мм-, изготовленные виб­

шлифованные цилиндры диаметром 4 мм н длиной 80 мм из стали СтЗ. Такие же образцы изготавливали с арма­ турными каркасами из стальной холоднотянутой низко­ углеродистой проволоки диаметром 1,8 мм. В первом случае толщина защитного слоя составляла 12, во вто­ ром — 5 мм. Образцы подвергали различным воздейст­ виям: постоянное выдерживание в течение трех лет в пресной воде, в растворе Na2 S04 с концентрацией 1,5 и 5%, во влажных опилках, а также периодическое увлаж­ нение и высушивание в течение 6 месяцев на специаль­ ной установке, работающей с трехчасовым циклом, в те­ чение которого образцы 1 ч увлажняли в пресной воде и 2 ч оставляли в струе воздуха с температурой 40° С. По окончании этих испытаний образцы разбивали и из них извлекали арматуру. Ни в одном случае в арматуре не было обнаружено ни пятен, ни налетов, ни коррозионных язв.

Кроме того, в плотном бетоне, каким является бетон на НЦ, характеризующемся высокой степенью газонепро­ ницаемости, карбонизация действием углекислого газа воздуха ограничивается тонким поверхностным слоем, что было установлено соответствующими определениями.

Степень щелочности межфазной жидкости, характе­ ризуемая величиной рН, определяли на образцах в воз-

170