Расчёт кинетических констант процессов коррозии цементных систем в агрессивной среде

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Виды коррозии цементного камня

2. Прогнозирование долговечности строительных материалов

3. Исходные данные

4. Расчёт кинетических констант процессов коррозии цементных систем в агрессивной среде

5. Графики зависимостей кинетических констант

Вывод

Литература

Введение

Неорганическими вяжущими веществами называют порошкообразные материалы, которые при смешивании с водой образуют пластично-вязкое тесто, способное со временем затвердевать в результате физико-химических процессов. Переходя из тестообразного в камневидное состояние, вяжущие вещество скрепляет между собой камни либо зерна песка, гравия, щебня. Это свойство вяжущих используют для изготовления бетонов, силикатного кирпича, строительных растворов.

Вяжущие вещества по составу делят на две большие группы:

Неорганические (известь, цемент и др.)

Органические (битумы, дегти, полимеры).

Регулирование физико-механических свойств вяжущих материалов позволит снизить температуру обжига и существенно сократить энергетические затраты, получать материалы с заданными свойствами по энергосберегающей и безотходной технологии, увеличить начальную скорость твердения.

1. Виды коррозии цементного камня

Кислотная коррозия. Строительные изделия и конструкции зачастую эксплуатируются в агрессивных, по отношению к ним, средах. Наиболее опасны для сооружений на основе портландцемента различные виды химической агрессии.

Так, например, железобетонные конструкции предприятий химической промышленности часто эксплуатируются в средах с высоким содержанием хлористого водорода, сероводорода, сернистого газа, оксидов азота, хлора, обладающих кислотными свойствами.

Эти газы растворяются в поровой жидкости цементного камня, образуя растворы кислот.

При этом цементный камень, обладающий щелочными свойствами (рН жидкой фазы 12,5 - 12,7), подвергается кислотной агрессии. Вначале происходит связывание свободных гидроксильных групп, находящихся в порах бетона, ионами гидроксония кислоты с образованием слабо диссоциирующих молекул воды:

Затем, когда концентрация гидроксида кальция становится ниже равновесной растворимости двухосновных гидросиликатов кальция, последние гидролизуются, что сопровождается снижением основности:

Выделяющийся при этом гидроксид кальция в соответствии с приведенным выше уравнением реагирует с кислотой. Равновесная растворимость одноосновных гидросиликатов кальция составляет десятые доли г/л по . Они стабильны при рН среды не ниже 10. В растворах, щелочность среды которых ниже этой величины, в кислых средах разлагаются и одноосновные гидросиликаты:

Таким образом, гидросиликаты кальция разлагаются с образованием кремнекислоты, не обладающей связующими свойствами. Подобным образом происходит кислотное разложение гидроалюминатных и гидроферритных фаз. Норма агрессивности кислых сред по отношение к бетону приведена в СНиП 2.03.11-85.

Кислотная коррозия происходит послойно. Основным фактором, тормозящим продвижение фронта коррозии вглубь изделия, является кремнекислота, которая образуется при разложении гидросиликатов кальция. Чем ниже основность цемента и больше в нем кремнезема, тем более плотный слой кремнекислоты образуется при взаимодействии цемента с кислотами. В связи с этим снижение основности вяжущих увеличивает их сопротивляемость кислотной агрессии.

Коррозия выщелачивания. Железобетонные элементы плотин гидроэлектростанций с большой скоростью омываются мягкими речными водами, что вызывает вымывание из цементного камня ионов кальция и гидроксила и может привести к почти полному разложению гидросиликатов кальция и гидроалюминатных фаз.

Экспериментальные исследования показали, что выщелачивание 10 % извести снижает прочность мелкозернистых бетонов на 10 %, 20 % извести - на 30 %, а 30 % извести - на 40 %.

Сульфатная коррозия. Опасными для бетонных и железобетонных изделий и конструкций с точки зрения сульфатной агрессии является морская вода, засоленные грунтовые воды и некоторые бытовые и промышленные сточные воды. Морские и грунтовые воды, содержащие более 200 мг/л сульфат-ионов, реагируют с гидроалюминатом кальция, находящимся в цементном камне, с образованием трехсульфатной формы гидросульфоалюмината кальция (эттрингита) по реакции:

При кристаллизации эттрингита в порах цементного камня исходный объем частиц алюминатной фазы возрастает в 2-3 раза. При этом растущие кристаллы эттрингита оказывают кристаллизационное давление на стенки пор, вызывая в них большие растягивающие внутренние напряжения. Цементный камень при этом испытывает расширение, которое может превысить предельную деформативность камня и вызвать его растрескивание. Исследования показали, что серьезные повреждения цементного камня наблюдаются при кристаллизации в нем более 7-8 % эттрингита в пересчете на .

Необходимо отметить, что сульфоалюминатное расширение наблюдается лишь при кристаллизации эттрингита в среде, насыщенной гидроксидом кальция. В этих условиях алюминаты и гидроалюминаты кальция, из которых образуются кристаллы эттрингита, обладают очень малой растворимостью. В связи с этим частицы эттрингита образуются в ограниченном пространстве вблизи алюминатных фаз. Это создает большие локальные напряжения, превышающие предел прочности материала на растяжение. Если же концентрация гидроксида кальция ниже 0,5-0,6 г/л, то гидросульфоалюминатная коррозия не наблюдается. Это объясняется тем, что при низкой концентрации извести в жидкой фазе растворимость гидроалюминатов кальция достаточно велика и алюминат-ионы заполняют все свободное пространство вокруг исходной частицы. При этом кристаллы эттрингита образуются не только вблизи поверхности алюминатных частиц, но и в свободном поровом пространстве, поэтому кристаллизационное давление не достигает опасных величин.

Гидросульфоалюминатная агрессия может наблюдаться, если концентрация солей серной кислоты в воде превышает 250 мг/л в пересчете на . В высокоосновных цементах под воздействием растворов сульфатных солей, кроме эттрингита, в порах цементного камня кристаллизуется гипс:

Гипс кристаллизуется в порах цементного камня, если концентрация сульфатов превышает 1000 г/л. При кристаллизации гипса происходит меньшее увеличение объема твердой фазы, чем при кристаллизации эттрингита, поэтому гипсовая агрессия менее опасна, чем гидросульфоалюминатная.

Из изложенного следует, что важнейшим способом повышения сульфатостойкости цемента является уменьшение в нем содержания трехкальциевого алюмината; снижение содержания алита также способствует повышению их сульфатостойкости, так как при этом ослабляется гипсовая агрессия. В связи с этим, согласно ГОСТ 22266-94, в сульфатостойких цементах содержание должно быть не более 5%, а не более 50%. Другим способом значительного повышения сульфатостойкости портландцемента является уменьшение концентрации гидроксида кальция в жидкой фазе цементного камня до 0,5-0,7 г/л. Это достигается путем ввода в цемент активных минеральных добавок, поглощающих свободный гидроксид кальция. В качестве активных добавок используется трепел, диатомит, опока, которые поглощают до 200...400 мг на 1 г; доменные гранулированные шлаки, активность которых доходит до 50-100 мг/г; вулканические стекла (туфы, трассы, пепел и т.п.).

Высокой сульфатостойкостью отличается глиноземистый цемент, при гидратации которого образуются низкоосновные гидроалюминаты кальция, отличающиеся повышенной растворимостью по алюминат-иону, а также шлакощелочные вяжущие.

Магнезиальная коррозия. В растворах солей магния () наблюдается магнезиальная коррозия цементного камня. При этом ионы магния связывают гидроксильные группы, находящиеся в жидкой фазе цементного камня, с образованием очень слабо растворимого гидроксида магния, который выпадает в осадок:

Продукт реакции при этом не обладает связующими свойствами. В магнезиальных солях вначале растворяются и высаживаются в виде гидроксида магния гидроксильные группы, входящие в состав цементного камня, затем гидролизуются двухосновные гидросиликаты кальция и в конце концов даже низкоосновные гидросиликаты кальция разлагаются с образованием гидроксида кальция и аморфной кремнекислоты . Это вызывает падение прочности строительных изделий и конструкций вплоть до их полного разрушения.

При магнезиальной коррозии слой гидроксида магния, образующийся в результате взаимодействия агрессивной среды с компонентами цементного камня, оказывает значительное диффузионное сопротивление продвижению фронта коррозии вглубь изделия. Чем плотнее этот слой, тем сильнее тормозится диффузия агрессивных ионов в цементный камень. В связи с этим, важнейшим способом замедления магнезиальной коррозии является применение высокоосновных цементов, которые содержат наибольшее количество и создают при гидратации максимальную щелочную среду. На их поверхности образуется довольно плотный слой гидроксида магния. Пуццолановые цементы в этих условиях нестойки, так как в них мало извести.

Углекислотная коррозия. Наиболее распространена углекислотная коррозия цементного камня. Она обусловлена тем, что гидроксид кальция, а также гидросиликаты и гидроалюминаты кальция энергично взаимодействуют с углекислым газом, содержащимся в атмосфере. При этом образуется слаборастворимый карбонат кальция в виде минералов кальцита, арагонита либо ватерита. Взаимодействие углекислого газа с ионами кальция, содержащимися в порах цементного камня, происходит через жидкую фазу. При этом вначале углекислый газ растворяется в поровой жидкости с образованием карбонат- и гидрокарбонат-ионов по схемам:

Выделяющиеся при этом водородные ионы связывают гидроксильные группы, содержащиеся в поровой жидкости цементного камня, что снижает щелочность среды. При этом рН жидкой фазы бетонных и железобетонных конструкций на основе портландцемента падает с 12,5...12,7 до 9...10. Это вызывает депассивацию стальной арматуры, которая устойчива против окисления в среде насыщенного гидроксида кальция. В связи с этим важнейшим отрицательным следствием карбонизации цементного камня является резкое снижение стойкости стальной арматуры против окисления.

При карбонизации высокоосновных цементов прочность камня может даже возрасти. Это обусловлено тем, что при взаимодействии цементов с углекислым газом образуется много частиц карбоната кальция, которые за счет возникновения коагуляционных и конденсационно-кристаллизационных связей между собой создают собственную структуру твердения, наподобие воздушной извести. При использовании же низкоосновных цементов с высоким содержанием активных минеральных добавок концентрация образующихся частиц карбоната кальция недостаточна для этого. Чем выше основность цементов, используемых для приготовления строительных изделий и конструкций, тем более плотный слой карбоната кальция образуется на поверхности в атмосфере углекислоты, который оказывает существенное диффузионное сопротивление углублению фронта коррозии. Из изложенного следует, что в условиях углекислотной агрессии целесообразно применять высокоосновное вяжущее без активных минеральных добавок.

В связи с тем, что взаимодействие углекислого газа с компонентами цементного камня происходит через жидкую фазу, большое влияние на него оказывает относительная влажность воздуха. При относительной влажности воздуха, близкой к 0 %, коррозия практически не идет. Существенно замедляется она и при очень высокой относительной влажности воздуха (80-90 %). Наибольшая скорость коррозии наблюдается при относительной влажности 40-60 %. В некоторых случаях строительные изделия и конструкции подвергаются воздействию водных растворов углекислого газа. При этом углекислый газ растворяется в воде, образуя раствор слабой угольной кислоты. Закономерности коррозии цементного камня под влиянием водных растворов аналогичны общекислотной коррозии, поэтому в этих случаях рекомендуется применять цементы с высоким содержанием активных минеральных добавок, в частности, шлакопортландцементы.

Сероводородная коррозия. Чрезвычайно высокой агрессивностью по отношению к портландцементному камню отличается газообразный сероводород. Этому виду коррозии бетонные и железобетонные изделия подвергаются на предприятиях газоперерабатывающей промышленности, где природный газ содержит 2...30 % сероводорода.

Продукты взаимодействия сероводорода с гидроксидом, гидросиликатами и гидроалюминатами кальция, в противоположность углекислому газу, ни при каких условиях не образуют собственную структуру твердения, поэтому в атмосфере сероводорода цементный камень теряет физико-механические свойства. При взаимодействии с компонентами цементного камня наблюдаются лишь деструктивные процессы и ни один продукт коррозии не обладает вяжущими свойствами. Наиболее энергично реагируют с сероводородом железистые соединения цементного камня с образованием сульфида железа, поэтому в условиях сероводородной агрессии не рекомендуется применять вяжущие с повышенным содержанием .

Закономерности коррозии цементного камня в среде сероводорода аналогичны процессам общекислотной коррозии, поэтому основным средством повышения стойкости цементного камня является снижение его основности путем ввода активных минеральных добавок и уплотнения камня путем снижения его водосодержания за счет введения гидрофобизирующих добавок.

Биологическая коррозия. На предприятиях пищевой промышленности наблюдается биологическая коррозия цементного камня. Так, например, в пекарнях, при производстве кондитерских изделий, консервов на бетонные и железобетонные изделия оседает пыль муки и сахара, частицы жиров и других пищевых продуктов. Со временем на них поселяются бактерии, которые питаются ими, выделяя при этом уксусную, молочную и другие кислоты. При этом цементный камень подвергается агрессии органических кислот. Закономерности биологической агрессии сходны с общекислотной, поэтому для ее замедления необходимо применять цементы с пониженной основностью. Кроме того, для предотвращения микробиологической коррозии цементного камня добавляют в цемент слаборастворимые соединения бора, цинка, сурьмы и других элементов, обладающих бактерицидным действием. Коррозия под воздействием органических веществ. Аналогичные процессы образования агрессивных по отношению к цементному камню органических соединений наблюдаются в сточных водах. К жидким органическим средам, слабоагрессивным по отношению к бетону нормальной проницаемости относятся: масла минеральные, ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилол и др.), кетоны (ацетон, метилэтилкетон и др.), одноатомные спирты, стирол, формальдегид (водный раствор с концентрацией от 20 до 50 г/л) и др.

Среднеагрессивны по отношению к бетону растительные и животные масла, многоатомные спирты, фенолы (водные растворы с концентрацией до 10 г/л ).

2. Прогнозирование долговечности строительных материалов

Срок межремонтной службы строительных материалов и конструкций должен равняться десяткам лет. Столь длительные сроки их испытаний для выбора наиболее стойких составов бетонов неприемлемы, поэтому специалисты чаще всего применяют различные способы ускоренного определения коррозионной стойкости строительных материалов. Их можно разделить на две группы.

Первая группа методов основана, главным образом, на изучении падения механической прочности и некоторых других показателей цементного камня в агрессивных средах. По результатам испытаний определяют коэффициент стойкости материала, который равен отношению предела прочности камня, твердеющего в агрессивной среде, к прочности контрольного образца, твердеющего в воде. Иногда в качестве критерия оценки используется изменение геометрических размеров образца. При этом можно получить сравнительные данные о стойкости тех или иных составов строительных материалов в агрессивных средах и выбирать наиболее стойкие из имеющихся в наличии составов. Для прогнозирования срока службы строительных изделий и конструкций при заданной степени повреждения либо оценки степени повреждения при заданной продолжительности их эксплуатации в агрессивных средах этот способ непригоден.

Более перспективное направление разрабатывается специалистами НИИЖБ [1], Уфимского нефтяного института [2, 3], а также зарубежными специалистами [4].

При этом на основе краткосрочных (0,5-2 года) исследований кинетики роста глубины корродированной зоны строительного изделия или конструкции рассчитывают коэффициент диффузии агрессивного флюида. На этой основе можно рассчитать глубину коррозионного повреждения изделия за любой срок эксплуатации:

, (1)

где ? эффективный коэффициент диффузии, м²/с; ? концентрация агрессивного агента, кг/кг или м³/м³; ? время, с; ? реакционная емкость материала по отношению к агрессивному агенту, т.е. количество агрессивного агента, которое может быть связано единицей объема или массы материала, кг/кг или м³/м³.

Этот способ позволяет более надежно прогнозировать долговечность строительных материалов и изделий, однако он имеет ряд недостатков.

Метод основан на предположении, что процесс коррозии идет с внутренним диффузионным контролем, с постоянным значением коэффициента диффузии на весь период эксплуатации строительного изделия.

Процесс коррозии строительных материалов, в частности цементного камня и бетона, зависит от вида и концентрации агрессивной среды, состава и плотности корродируемого материала, а также внешних условий и описывается различными кинетическими кривыми. Формула (1) является лишь одним из четырех видов. Использование формулы (1) при любых видах кинетики коррозионных процессов может привести к существенным погрешностям при прогнозировании долговечности материалов в агрессивной среде.

Кроме того, для применения уравнения (1) необходимо определить кинетику увеличения глубины коррозии во времени, что является весьма трудоемким.

В связи с изложенным, актуальна проблема совершенствования методики определения коррозионной стойкости материалов или прогнозирование долговечности материалов на основе краткосрочных испытаний.

Прежде всего, для уверенного прогнозирования долговечности материалов необходимо знать механизм процессов его взаимодействия с агрессивной средой. Рассмотрим важнейшие из них.

Если скорость реакции лимитируется интенсивностью химического взаимодействия между агрессивным флюидом и активными компонентами строительного материала, то такие реакции находятся под кинетическим контролем. Если же более медленной стадией является диффузия компонентов в зону реакции, а скорость химической реакции достаточно велика, то такие реакции описываются законами диффузионной кинетики [5].

Реакции взаимодействия компонентов цементного камня с кислотами, солями серной кислоты, магния и так далее относятся к числу ионных реакций, поэтому являются весьма быстрыми. В связи с этим кинетический контроль процессов коррозии цементного камня может наблюдаться лишь на начальной стадии до образования слоя продуктов коррозии. В основной период ее самые медленные стадии, определяющие скорость процесса в целом, находятся под диффузионным контролем.

В свою очередь реакции, находящиеся под диффузионным контролем бывают двух видов:

· если интенсивность процессов коррозии определяется скоростью подвода к поверхности образца агрессивных флюидов, то такая реакция находится под внешним диффузионным контролем;

· если скорость подвода агрессивного агента к поверхности образца больше, чем его диффузия в порах строительного материала, то процесс находится под внутренним диффузионным контролем.

Для выяснения механизма процесса коррозии необходимо рассчитать диффузионный критерий Био:

, (2)

где ? интенсивность подвода агрессивного агента к поверхности изделия, м³/м² с; ? характеристический размер изделия, м; ? коэффициент диффузии агрессивного агента в порах строительного материала.

Процесс находится под внешним диффузионным контролем, если < 10. Обычно процесс коррозии находится под внешним диффузионным контролем при малой концентрации либо медленном омывании изделия агрессивной средой. При кислотной коррозии цементных бетонов внешний диффузионный контроль наблюдается при концентрации растворов серной и соляной кислот ниже 0,01-0,05 Н и смене раствора не чаще 1-2 раза в сутки.

Это наблюдается при коррозии цементных бетонов на сооружениях АПК, а также в очистных сооружениях для бытовых отходов.

При внешнем диффузионном контроле скорость процесса постоянна во времени и описывается линейной функцией в координатах время-степень коррозии. При солевой коррозии цементных бетонов, а также в сооружениях химической и нефтехимической промышленности процессы обычно находятся под внутренним диффузионным контролем. На основе теории массообменных процессов авторы предложили следующие уравнения кинетики коррозии цементного камня:

; (3)

, (4)

где ? продолжительность процессов взаимодействия цементного камня с внешней средой; ? монотонно возрастающий во времени показатель степени коррозионного повреждения (глубина проникновения агрессивного флюида в глубь цементного камня, количество выщелаченной извести, количество накопившихся в материале ионов , и т.п.); ? коэффициенты, характеризующие замедление скорости коррозии во времени.

Уравнение (3) изображается прямой линией в координатах , а (4) - в координатах . При этом величина есть отрезок, отсекаемый на оси ординат при . Коэффициенты и равняются тангенсу угла наклона, образуемого прямой с осью абсцисс.

В уравнениях (3) и (4) есть величина, обратная начальной скорости процесса .

На ее основе может быть рассчитана начальная скорость процесса коррозии:

. (5)

Очевидно, что эта величина, не связанная с диффузионными характеристиками процесса, отражает реакционную способность агрессивного агента по отношению к компонентам строительных материалов. Она связана с кинетическим контролем процесса и может быть оценена на основе термодинамических расчетов взаимодействия компонентов строительных материалов с внешней средой. Коэффициенты и характеризуют интенсивность диффузионного торможения коррозии во времени. Из сопоставления формул (1) и (3) следует, что

. (6)

Уравнение (3) характеризует процесс с экстенсивным торможением во времени, когда удельное диффузионное сопротивление строительного материала постоянно во времени. При этом скорость процесса уменьшается пропорционально степени коррозии.

Формула (4) описывает процесс, происходящий с интенсивным торможением во времени, когда удельное диффузионное сопротивление возрастает.

Уравнение (3) по своей структуре идентично (1), так как оба они описывают процесс коррозии с постоянным во времени коэффициентом диффузии, когда монотонно меняющаяся во времени степень коррозии равна корню квадратному из продолжительности процесса.

Из уравнения (3) можно рассчитать коэффициент диффузии: . Если при этом , т.е. показателем степени коррозии является глубина поражения цементного камня, то . Зная эту величину, на основе уравнения (1) можно рассчитать коэффициент диффузии. Если же показателем степени коррозии является не глубина проникновения агрессивного агента , а любая другая величина, например количество выщелаченной извести, накопление в порах образца продуктов реакции и тому подобное, то рассчитать с достаточной точностью коэффициент диффузии невозможно.

В предлагаемом здесь методе в этом нет необходимости, так как для прогнозирования долговечности материала вполне достаточно знание величин, входящих в уравнения (3) и (4). При этом, зная и , можно из формулы (3) рассчитать время, за которое глубина коррозионного повреждения достигнет заданного значения:

. (7)

Из формулы (4) можно рассчитать степень коррозионного поражения за любой заданный промежуток времени:

. (8)

При решении уравнений относительно или получается определенное ограничение, которое необходимо учитывать. В противном случае получается решение, лишенное физического смысла.

При решении вопроса о том, какое из приведенных уравнений (3) или (4) взять за основу расчетов долговечности строительных материалов, необходимо руководствоваться следующими соображениями.

1. В любом случае начальная скорость коррозии должна быть не меньше 0. Результат расчета, при котором начальная скорость имеет отрицательное значение, не имеет физического смысла. В связи с этим необходимо выполнить расчет по обоим уравнениям, и если один из вариантов приводит к результату <0, то он отбрасывается, а берется второй результат, где ?0.

2. Если оба значения начальной скорости больше нуля, то необходимо сравнивать коэффициенты корреляции по каждому уравнению и выбрать то уравнение, для которого коэффициент корреляции имеет наибольшее численное значение.

3. Исходные данные

Исходные данные для расчета кинетических констант процесса коррозии и прогнозирования долговечности строительных изделий и конструкций.

Вариант 3

1. Кинетика поглощения СО₂ (концентрация 20% от объема) образцами из цементно-песчаного раствора (1:2) с различным водоцементным отношением.

№	В/Ц	Объем поглощенного СО2 (мл) за время (ч)
		1	4	10	25	50
1 2 3	0,4 0,5 0,6	240 300 400	500 700 1000	800 1400 1500	1450 2400 2500	1800 3000 3000

2. Кинетика нейтрализации углекислым газом бетонов различной плотности.

№	Плотность бетона	Глубина нейтрализации (мм) за время (год)
		5	10	20	25	30
1 2 3	Очень плотный Плотный Средней плотности	4 15 21	5 22 33	6,5 29 45	6,8 30 48	8 30 50

По экспериментальным данным были построены графики кинетики поглощения СО₂ (концентрация 20% от объема) образцами из цементно-песчаного раствора (1:2) с различным водоцементным отношением (Рис. 1) и кинетики нейтрализации углекислым газом бетонов различной плотности (Рис. 2).



Рис. 1. Кинетика поглощения СО₂ (концентрация 20% от объема) образцами из цементно-песчаного раствора (1:2) с различным водоцементным отношением

Рис. 2. Кинетика нейтрализации углекислым газом бетонов различной плотности

цементный коррозия строительный кинетический

4. Расчет кинетических констант

Расчет кинетических констант производится с помощью компьютерной программы с применением двух уравнений теории переноса, одно из которых характеризует процесс с интенсивным торможением во времени, а второе - с экстенсивным.

Уравнения теории переноса

Исходные данные	Значения кинетических констант при расчёте
	по уравнению №1 (по Y)	по уравнению №2 (по t)
t	Y	U0	Ktor	Kkor	U0	Ktor	Kkor
1)
1	240
4	500
10	800
25	1450
50	1800	1176,4	0	0,9731	170,29	0,0004	0,9855
1	300
4	700
10	1400
25	2400
50	3000	550,21	0	0,9619	245,23	0,0003	0,9921
1	400
4	1000
10	1500
25	2500
50	3000	-1789	0	0,9598	338,27	0,0003	0,9943
2)
5	4
10	5
20	6,5
25	6,8
30	8	-0,75	0,6741	0,9689	1,13	0,1038	0,9849
5	15
10	22
20	29
25	30
30	30	-3,52	0,0376	0,9137	5,22	0,0261	0,9975
5	21
10	33
20	45
25	48
30	50	-24,36	0,0117	0,9562	6,21	0,0145	0,9995

Для проведения анализов на основе полученных данных построим графики зависимости начальной скорости (U0) и коэффициента торможения (Кtor).

5. Графики зависимостей кинетических констант

Рис. 3. Зависимость начальной скорости коррозии от водоцементного отношения.

Рис. 4. Зависимость коэфициента торможения от водоцементного соотношения.



Рис. 5. Зависимость начальной скорости коррозии от глубины нейтрализации.

Рис. 6. Зависимость коэфициента торможения от глубины поражения цементного камня.

Вывод

В данной курсовой работе было рассмотрено влияние объёма и глубины нейтрализации цементного состава на кинетические константы.

Проанализируем полученные графики:

1. а) Анализ графика зависимости начальной скорости коррозии от водоцементного отношения цементно-песчаного раствора.

При увеличении В/Ц начальная скорость коррозии увеличивается.

В количественном отношении при увеличении В/Ц в 1,25 раза начальная скорость увеличивается в 1,5 раза.

Начальная скорость характеризует химическую активность углекислого газа с цементно-песчаным раствором: чем больше В/Ц, тем активнее.

СО₂ + Са(ОН)₂ = СаСО₃ + Н₂О

Исходя из этой формулы, мы видим, что известняк остается в зоне реакции, закупориваются поры.

Пористость увеличивается, следовательно, поверхностная константа увеличивается.

б) Анализ графика зависимости коэффициента торможения от водоцементного отношения.

Коэффициент торможения коррозии цементно-песчаных растворов уменьшается при увеличении В/Ц отношения.

При В/Ц равном 0,4 раствор более плотной структуры, чем при 0,6, когда СаСО₃ недостаточно, поэтому проникновение идет быстрее.

При В/Ц равном 0,5-0,6 коэффициент торможения постоянен и равен 0,0003.

Второй показатель характеризует диффузионную проницаемость и зависит от плотности, а не от химического состава.

В количественном отношении В/Ц увеличивается в 1,25 раза, а коэффициент торможения уменьшается в 1,33 раза.

Следовательно, начальная скорость больше зависит от В/Ц, чем коэффициент торможения.

2. а) Анализ зависимости начальной скорости коррозии от глубины нейтрализации цементного камня.

Коррозия бетона зависит от его плотности.

При средней плотности начальная скорость равна 6,21.

При очень плотных бетонах - 1,13.

Следовательно, при увеличении плотности от средней до очень плотной начальная скорость коррозии уменьшается в 5,5 раз.

б) Анализ графика зависимости коэффициента торможения от глубины нейтрализации цементного камня.

Коэффициент торможения увеличивается при увеличении плотности бетона.

При средней плотности коэффициент торможения равен 0,0145.

При очень плотных бетонах - 0,1038.

При увеличении от средней плотности к очень плотной коэффициент торможения увеличивается в 9,5 раз.

Таким образом, коэффициент торможения зависит больше от плотности, чем начальная скорость коррозии.

Литература

1. Москвин, В.М. Коррозия бетона в кислых средах и методы исследования / В.М. Москвин.//Бетон и железобетон. - 1971.- №10. - С. 10 - 12.

2. Розенталь, Н.К. Коррозионная стойкость цементных бетонов низкой и особо низкой проницаемости /Н.К. Розенталь. - М.: ФГУП ЦПП, 2006.- 520 с.

3. Полак, А.Ф. Расчет долговечности железобетонных конструкций/А.Ф.Полак. - Уфа: Изд-во Уфимск. нефт. ин-та, 1983. - 116 с.

4. Полак, А.Ф. Физико-химические основы коррозии железобетона/А.Ф.Полак. - Уфа: Изд-во Уфимск. нефт. ин-та, 1982. - 73 с.

5. Усияма, Х. Диффузия различных ионов в затвердевшем портландцементном тесте // VI Международный конгресс по химии цемента / Х. Усияма, С. Гото. - М.: Стройиздат, 1976. - 358 с.

6. Нудельман, Б.И. Исследование магнезиально-сульфатной коррозии алинитовых цементов // Отчет о научно-исследовательской работе / Б.И. Нудельман, З.П. Пулатов. - Ташкент, 1995. - 182 с.

7. Грачева, О.И. Химизм взаимодействия продуктов гидратации асбестоцемента с сероводородом // Тр. НИИ Асбестоцемент/ О.И. Грачева, Е.О. Барбакарзе. - М., 1963. - Вып. 17. - С. 36-54.

8. Крепление высокотемпературных скважин в коррозионно-активных средах / В.М. Кравцов, Ю.С. Кузнецов, М.Р. Мавлютов, Ф.А. Агзамов. - М.: Недра, 1987. - 190 с.

9. Исследование в области защиты бетона и железобетона от коррозии в агрессивных средах : сб. тр. НИИЖБ. - М.: Стройиздат, 1984. - 72 с.

10. Raju, P. Durability of concrete exposed to dilute sulphurie acid / P. Raju, P. Dayaratnam // Bild. and Enoiron. - 1984. - 19, № 2.

Размещено на Allbest.ru