Д.т.н., профессор Калашников В.И., к.т.н. Мороз М.Н., профессор Худяков В.А.

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства

Коррозионностойкие композиционные материалы

на минеральношлаковых вяжущих

Исходя из теории коррозионных процессов в бетонах и практики получения коррозионностойких строительных материалов, все коррозионные процессы, их интенсивность протекания определяются, во-первых, возможностью протекания обменных реакций с образованием коррозионных продуктов и, во-вторых, скоростью диффузии в поры материала. Таким образом, если реакционный процесс возможен, то, именно, плотность и низкая пористость материала, определяющая способность поглощать агрессивную жидкость, в первую очередь, определяет развитие коррозии не только с поверхности, но и внутри материала. Таким образом, для предотвращения этого явления требуется создание гидрофобных поверхностей [1,2].

При уменьшении массопоглощения бетонов в 2 раза реагирующая поверхность уменьшается также в 2 раза. Следует ожидать, что и скорость коррозионных процессов при этом существенно снизится, а время протекания их значительно возрастет. Поэтому задача состоит в том, чтобы исключить большую внутреннюю поверхность пористых материалов из участия в коррозионных процессах путем или закупоривания всех без исключения пор, включая гидратационные (контракционные и гелевые) в гидратационных вяжущих, поверхностей пропиткой или путем преобразования поверхности пор в сильно гидрофобные, исключающие миграцию агрессивных растворов.

Изучение коррозии проводилось на 3-х составах гравелитошлакопесчаного бетона состава (ГрШПБ) – «(Жигулевский гравелит:Липецкий шлак) : Сурский песок» – 1:1,5 = «(40:60):1,5»: 1) контрольного состава; 2) гидрофобизированного порошковым стеаратом кальция (2% от массы вяжущего), 3) пропитанного с поверхности (2 слоя) лаком «ВВМ-М-7». В качестве агрессивной жидкости был выбран 3%-ый раствор серной кислоты. Для сравнения был взят цементный контрольный состав.

По мнению немецких специалистов, изучавших коррозию высокопрочных бетонов [3], 3%-ый раствор серной кислоты является чрезвычайно агрессивным по сравнению с раствором Н₂SO₄ с рН=1.

В таблице представлены результаты исследования бетонов при выдерживании образцов в 3%-ом растворе серной кислоты.

Таблица – Массопоглощение и коэффициенты коррозионной стойкости гидрофобизированных бетонов при выдерживании образцов в 3%-ом растворе серной кислоты

№ состава	Состав	Изменение массы в 3%-ом р-ре Н2SO4, %, через:			Прочность при одноосном сжатии после выдерживания в растворе Н2SO4, МПа	Коэффициент коррозионной стойкости относительно 28-ми суточной прочности на сжатие при н.у.т.
		1 час	1 сут	8 дней
1	ГрШПБ	1,71	0,33	5,10	35,0	0,67
2	ГрШПБ+ +стеарат кальция	2,11	1,48	0,63	14,9	0,55
3	ГрШПБ+ +лак «ВВМ-М-7»	0,23	2,06	2,84	56,1	0,95
4	Цементный	2,01	1,75	5,78	15,3	0,67

Как следует из таблицы при экспонировании бетонов в растворе серной кислоты в начальные сроки происходит увеличение массы их за счет массопоглощения сернокислотного раствора. Контрольный ГрШПБ (состав 1 таблица) имеет массопоглощение больше, чем гидрофобизированные – 5,10 %. Массопоглощение цементного состава – 5,78 % (состав 4 таблица). Массопоглощение в сернокислотном растворе гидрофобизированного ГрШПБ, пропитанных гидрофобизирующей жидкостью лак «ВВМ-М-7» (состав 3 таблица) в 1,8 раза ниже значений негидрофобизированных составов и составляет 2,84%. Бетоны, пропитанные этим гидрофобизатором, имеют самые большие значения коэффициента коррозионной стойкости – 0,95, в то время как у контрольных ГрШПБ и цементного составов он составляет 0,67. Это связано с тем, что составы, пропитанные лак «ВВМ-М-7», практически не подвержены воздействию коррозии из-за отсутствия диффузии агрессивной жидкости в капилляры бетона. У образцов ГрШПБ, пропитанных лаком «ВВМ-М-7», прочность на сжатие больше значений контрольно состава, подверженного воздействию сернокислотной коррозии, что можно объяснить преобладанием конструктивных процессов над деструктивными, что также сказывается на высоком коэффициенте коррозионной стойкости.

Введение в гравелитошлакопесчаный бетон стеарата кальция (состав 2 таблица), не повышает коэффициент коррозионной стойкости и составляет лишь 0,55, а прочность в растворе серной кислоты лишь 14,88 МПа.

Оценка поверхности образцов гидрофобных бетонов, находящихся в течение 8 суток в растворе серной кислоты, показала: поверхность образцов ГрШПБ, как контрольного, так и гидрофобизированного стеаратом кальция, стала «пемзовой», а пропитанного – «слоистой» (рисунок (а)). Хотя прочность на сжатие ГрШПБ, пропитанного лаком «ВВМ-М-7» в период выдерживания образцов в растворе серной кислоты не понизился по сравнению с нормированной прочностью через 28 суток н.у.т., и даже превышает значение контрольного, находящегося в агрессивном растворе, но «отслоение» пропитанного слоя образца в растворе серной кислоты как показано на фотографии рисунок (а), нельзя рассматривать как коррозионностойкое покрытие для ГрШПБ, несмотря на то, что коэффициент коррозионной стойкости пропитанного бетона 0,95, против 0,67 для негидрофобизированного. Такое «поведение» пропитанного ГрШПБ можно объяснить исходя из механизма пропитки гидрофобизирующими жидкостями. Так, открытая пористость ГрШПБ составляет 6-7,5%, в зависимости от удельной поверхности гравелита. а если учесть, что пропитка осуществлялась методом распыления поверхности, то можно предположить, что здесь имеет место механизма плёночно-малопроникающего действия. Глубина пропитки такого бетона при распиле бетона подтвердила наличие данного механизма – глубина составила лишь 2-3 мм. Поэтому и коррозионное разрушение пропитанного ГрШПБ, как показали наши исследования (рис. 1 (а), идет по границе пропитанного слоя.

Таким образом, для защиты бетона от воздействия слабых растворов серной кислоты с рН<3, можно осуществлять поверхностную пропитку поверхности лаком «ВВМ-М-7». Для сравнения приведены значения прочности и коэффициента коррозионной стойкости цементно-песчаных образцов (состав 4). Прочность образцов, хранившихся в агрессивной среде, понизилась на 31% по сравнению с прочностью после твердения в течение 28 суток, коэффициент коррозионной стойкости составляет 0,67.

а) б)

Рисунок – Внешний вид образцов мелкозернистого бетона в 3%-ом растворе серной кислоты: а)ГрШПБ:  Гр0 – контрольный состав в воде; Гр1 – контрольный в серной кислоте; 2 – стеарат кальция; 3 – пропитанный лаком «ВВМ-М-7»; б) цементный бетон: Ц0 – контрольный состав в воде; Ц1 – контрольный в серной кислоте

Таким образом, поверхностная пропитка бетонов гидрофобизирующей жидкостью лаком «ВВМ-М-7» является надежным способом против высокоагрессивной кислотной коррозии. Агрессивное воздействие жидкостей на минеральношлаковые вяжущие и бетоны на их основе, будет чрезвычайно низким по сравнению с цементными бетонами. При этом с уменьшением содержания шлака в системе, воздействие его может быть сведено к минимуму из-за очень малого содержания портландита, выделяющегося при гидратации шлака.

Литература.

1. Калашников В.И. Мороз М.Н. Повышение гидрофобности минеральношлаковых композиционных материалов наночастицами стеаратов металлов. Материалы шестой всероссийской научно-технич. конференции «Актуальные вопросы строительства.» ч.2 – Саранск. Из-во Мордов ун-та, 2007. С. 87-93.

2. Калашников В.И., Нестеров В.Ю., Мороз М.Н. Марусенцев В.Я., Дуров М.А. Модификация глиношлаковых композиций с полимерными добавками и гидрофобизаторами с целью повышения водостойкости. Композиционные строительные материалы. Теория и практика: Сборник научн. трудов Межд. науч.-тех конференции – Пенза: ПДЗ, 2002. – с.150-152.

3. Frank D., Friedemann K., Schmidt D. Optimierung der Mischung sowie Verifizierung der Eigenschaten Saureresistente Hochleistungsbetone//Betonwerk+Fertigteil-Tecknik. – 2003. – №3. – S. 30-38, III., Tabl. – Bibliogr.: 11 Ref. (нем, англ.).