Как определить рн бетона

Обновлено: 27.04.2024

Исследования по определению рН поровой жидкости бетона проводят в следующей последовательности. От исследуемого образца отделяют пробу массой около 10 г, измельчают в фарфоровой ступке и просеивают через сито № 02. От пробы материала, прошедшей через сито № 02, отбирают навеску 1 г, помещают ее в стеклянную колбу объемом 250 мл. В колбу наливают 100 мл дистиллированной воды и устанавливают ее на электромагнитную мешалку для перемешивания содержимого в течение 10 мин.

Через 3 мин после отстаивания прозрачный раствор сливается в химический стакан объемом 50 мл для определения численного значения рН поровой жидкости бетона на иономере.

2.3 Результаты эксперимента

Результаты проведенных исследований необходимо представить в виде таблицы 3, которую рекомендуется составить по следующей форме.

Таблица 3 – Результаты определения рН поровой жидкости бетона

Наименование исследуемого образца, конструкции, объекта

Глубина взятия керна

Цвет индикатора в слое бетона на глубине, мм

Численное значение рН

4 Основные выводы

В разделе дается анализ проведенных исследований и полученных результатов.

Учебно-исследовательская работа № 7-8 исследование влияния на бетон высоких температур

1 Теоретическая часть

Раздел должен отражать следующие вопросы:

влияние повышенных температур на свойства бетона и железобетона;

физико-химические процессы в железобетоне при нагреве конструкций.

2 Методика эксперимента

От бетонного образца отделяют три пробы цементного раствора. Проба измельчается в фарфоровой ступке до прохождения через сито № 02 и распределяется в три фарфоровые тигля. Тигли с пробами нагреваются в муфельной печи до фиксированных температур. При каждой температуре отмечается изменение цвета образцов и определяется их масса.

Для количественной оценки состава цементного камня в бетоне при нагревании выбраны следующие критерии:

- содержание связанной воды в гидросиликатах, гидроалюминатах, гидросульфоалюминатах кальция и гипсе по потере массы при нагреве до 450 0 С в результате их дегидратации;

- содержание гидроксида кальция по потере массы при температуре от 450 до 500 0 С, умноженной на коэффициент 4,11 (74:18 = 4,11), так как в 74 массовых частях Са(ОН)₂ содержится 18 массовых частей Н₂О, выделяющейся при дегидратации гидроксида кальция;

- количество карбоната кальция по потере массы при температуре от 550 до 1000 0 С, умноженной на коэффициент 2,27 (100:44 = 2,27), так как в 100 массовых частях СаСО₃ содержится 44 массовые части СО₂, выделяющегося при декарбонизации карбоната кальция.

3 Результаты эксперимента

Раздел должен содержать данные исследований, которые рекомендуется оформить в виде таблицы 4.

Прочностные характеристики бетона позволяют использовать его при строительстве несущих конструкций, которые подвержены высоким нагрузкам. Он прочен, долговечен и устойчив к перепадам температур, но, несмотря на это, бетон имеет один важный недостаток — карбонизацию.

Что такое карбонизация бетона

Это одна из самых распространенных причин разрушения бетонных и железобетонных сооружений. Этот процесс приводит к деформации поверхности и создает условия для возникновения коррозии металлической арматуры, используемой при строительстве.

Карбонизация — это процесс нейтрализации бетона под воздействием углекислого газа и влаги, поглощенных из окружающей среды. В течение этого процесса происходит постепенное изменение изначальных свойств материала — понижение щелочного баланса и образование карбоната кальция.

Общие сведения

Бетон — пористый материал, из-за чего он с легкостью впитываетСО2, который при взаимодействии с цементным камнем и клинкерными добавками, снижает щелочность жидкой фазы материала, что приводит к негативным последствиям.

Конструкции, имеющие в основании металлическую арматуру,в ходе карбонизации начинают корродировать, в результате чего появляется ржавчина, которая в свою очередь, приводит к нарушению целостности сооружения и снижению несущей способности.

Химические процессы

Процесс карбонизации начинается с момента изготовления материала и длится в течение всей эксплуатации. Происходит он следующим образом — в бетоне при контакте с воздушной средой, а именно кислотообразующими газами (углекислый газ), происходит сложная химическая реакция по превращению гидроксида кальция в карбонат кальция.

Углекислый газ проникает в поры бетонного основания и при воздействии влаги нейтрализует щелочную среду. В процессе реакции показатели рН снижаются с 12-12,5 до 9, в результате чего защитные свойства материала ослабляются, и появляется комфортная среда для развития коррозии.

Основные этапы образования ржавчины:

Диффузия СO2 через поры бетона.
Реакция и растворение СO2 в щелочной поровой жидкости.
Нейтрализация Ca(OH)2 полученной кислотой.

Насколько активным будет процесс карбонизации зависит от качества бетона и характеристик окружающей среды. Особое значение имеют следующие показатели:

Влажность воздуха.
Концентрация углекислого газа.
Пористость и проницаемость бетона.
Давление.
Температура окружающего пространства.

В результате реакции остаются продукты гидратного образования с побочными веществами — глинозем, гидратированный кремнезем, оксид железа.

Даже малый процент углекислого газа в воздухе запускает реакцию нейтрализации бетона.

Интенсивность течения

Скорость течения процесса напрямую зависит от показателей влажности воздуха:

В пределах 25% и около 100% — минимальная скорость;
от 50% до 60% — максимальные значения.

Недостаток влаги или ее избыток практически нейтрализуют процесс карбонизации. При минимальных значениях влаги не достаточно для начала запуска реакции, а при максимальных — снижается способность диффузной проницаемости.

Глубина карбонизации бетона

При проведении оценки надежности бетонной конструкции проводится определение глубины карбонизации. Подданным определением понимается расстояние от поверхности конструкции до границы перехода рН с кислого на щелочной.

При нормальных условиях коррозия может продвигаться вглубь на4-5 мм ежегодно или оставаться в пассивном состоянии. При наличии разрушенных участков или оголенной арматуры процесс ускоряется и может достигать 20 — 30 мм в год.

Как определить степень карбонизации бетона

Степень и глубина может определяться разными методами, например:

Рентгенодифрактометрией.
Инфракрасной спектроскопией.
Микроскопией.
Дифференциально-термическим анализом.
Химическим анализом.
Электрохимическим методом.
Определение с помощью индикаторов.

Чаще всего применяют тесты индикаторного типа в сочетании с карбометрическими физико-химическими способами.

Для выявления поврежденного участка вычисляется степень перехода бетона в форму карбоната, а для определения глубины процесса проводятся обследования объекта, в ходе которых используют колориметрический метод — нанесение 0,1% спиртового раствора фенолфталеина.

Средства для оценки

Лабораторные исследования по измерению степени карбонизации проводят в несколько этапов:

Образцы бетона покрывают изолирующими материалами, например, эпоксидной или акриловой смолой, затем помещают в эксикаторы под раствор хлорида натрия.
Спустя два дня образцы вынимают и измеряют диаметр, результаты заносятся в специальный журнал, где отмечают площадь каждого образца.
Далее образцы раскалывают и проводят оценку глубины проникновения раствора, именно она показывает способность конкретного материала подвергаться карбонизации.

Применение фенолфталеина

Раствор фенолфталеина используется в качестве индикаторного теста для выявления поврежденных участков и глубины проникновения коррозии.

Поверхность смачивается бесцветным 0,1% раствором фенолфталеина и по изменению его оттенка измеряется степень проникновения. Пробы снимаются только на свежем сколе.

При наличии щелочной среды (рН>8,3) бесцветный раствор меняет цвет на малиновый,в кислотной среде (рН).

Способы восстановления бетона

Есть два основных способа защиты и восстановления бетонной поверхности — это снижение способности бетона к окислению и влагопоглощению и укрепление конструкции путем физико-химической обработки.

Замедлить процесс можно при применении специальных защитных покрытий, которые имеют хорошие показатели водопроницаемости и отличаются высокими коэффициентами сопротивления к диффузии углекислого газа — полиуретановые, акриловые и эпоксидные смолы, силиконы, силоксаны и т.п.

Для замедления процесса используется подщелачивание бетона, выполняется оно двумя способами:

Электрохимическое воздействие при помощи проводников с катодами. Позволяет восстановить щелочной баланс материала и обеспечить пассивное состояние металлической арматуры.
Восстановление щелочности в процессе ионной диффузии. На бетонное основание наносится высокощелочной раствор, который стимулирует оптимальный химический баланс для поддержания прочности материала.

Эти методы замедления процесса карбонизации являются профилактическими. В качестве же капитальной меры производится полное удаление и замена дефектной части — поврежденные слои снимаются, тщательно зачищаются, затем поверхность обрабатывается изолирующим покрытием.

Прогнозирование карбонизации

Для предупреждения возникновения разрушения будущей постройки проводится комплексное обследование конструкции.

Первоначальное прогнозирование происходит на этапе проектирования.

Прогнозирование опирается на следующие данные:

Условия внешней среды — температура, влажность, давление, концентрация кислотных газов.
Изначальные свойства материала— показатели прочности, влагостойкости и паропроницаемости.
Степень гидратации цемента.
Динамика изменений свойств материала— измеряется в ходе эксплуатации.

На основе полученных данных проводится обследование конструкции и последующее прогнозирование, которое позволяет определить текущее состояние бетона и его антикоррозийные свойства.

Преимущества карбонизации

Процесс приводит к изменению изначальных свойств бетона, и несмотря на то, что он создает условия для коррозии арматурных конструкций, у него есть несколько преимуществ:

Повышение плотности бетона за счет образования карбоната кальция.
Увеличение водостойкости и газонепроницаемости за счет снижения объема пор.
Повышение прочности материала на 20 — 50%(в зависимости от марки бетона).

Карбонизация не влияет на прочность и долговечность бетонных сооружений, она оказывает пагубное влияние только на арматуру.

Карбонизация — частая причина разрушения построек из бетона, она снижает технические свойства материала, приводит к деформации поверхности, а самое главное — создает условия для возникновения коррозии стальных элементов конструкции.

Важно проводить прогнозирование и своевременную диагностику поверхности, чтобы в случае возникновения опасности принять меры по укреплению сооружения и замедлению процесса окисления бетона.

1.1. Коррозионная стойкость бетона может быть определена:

а) по изменению химического состава цементного камня бетона во времени - кинетический метод определения скорости коррозии;

б) по изменению прочностных свойств бетона: прочности на растяжение при изгибе и сжатии, динамического модуля упругости;

в) по изменению величины линейных деформаций бетона.

1.2. Методики настоящих Рекомендаций могут применяться для:

а) оценки состава и степени агрессивности жидких сред различного состава по отношению к бетону при диффузионном переносе агрессивных веществ (постоянное воздействие жидкой среды), что соответствует условиям эксплуатации ненапорных подземных и подводных конструкций;

б) определения сравнительной коррозионной стойкости бетонов и строительных растворов на основе минеральных гидравлических вяжущих различного минералогического и вещественного состава, различного вида и количества химических добавок;

в) оценки эффективности мероприятий по вторичной защите бетона (пропитка, защита лакокрасочными покрытиями и т.д.) в условиях воздействия агрессивных сред.

2.1. Интенсивность коррозионного процесса определяется массой цементного камня с единицы поверхности бетона, вступившей во взаимодействие с компонентами агрессивной среды (общекислотная, углекислая, магнезиальная, щелочная коррозия - II вид, сульфатная коррозия - III вид), или вынесенной из структуры бетона при действии на него жидкой среды (выщелачивающая коррозия - I вид) в единицу времени.

2.2. В лабораторных условиях необходимо соблюдать равенство параметров, определяющих скорость коррозии бетона в реальных условиях эксплуатации конструкций:

механизм переноса агрессивных компонентов или продуктов коррозии;

толщину слоя продуктов коррозии;

фазовый состав и структура продуктов коррозии.

2.3. Механизм переноса агрессивного компонента и толщина слоя продуктов коррозии моделируются условиями проведения эксперимента.

2.4. Фазовый состав продуктов коррозии и юс структура в лабораторных условиях воспроизводятся соответствующим подбором цемента, состава бетона, вида, концентрации и температуры агрессивной среда.

3.1. Определение скорости коррозии рекомендуется проводить на образцах-цилиндрах из цементного камня, цементно-песчаного раствора и бетона с размером крупного заполнителя до 1 см на образцах диаметром и высотой 5 см. В том случае, если при изготовлении образцов бетона применяется заполнитель с размером более 1 см, следует рекомендовать образцы-цилиндры других размеров с учетом крупности заполнителя.

3.2. При исследовании сульфатостойкости новых видов вяжущих и химических добавок для ускорения коррозионного процесса рекомендуется применять образцы малых размеров диаметром 0,5 см и высотой 1,0 см.

3.3. При исследовании сульфатостойкости новых видов вяжущих в качестве эталона принимают сульфатостойкий портландцемент по ГОСТ 22266-76*.

3.4. При испытании химических добавок, повышающих сульфатостойкость бетона, для ускорения коррозионных процессов в качестве эталона следует принимать портландцемент при содержании в клинкере С₃А не менее 9 %.

3.6. Для оценки эффективности химических добавок изготавливают образцы цементного камня следующих составов:

составы без добавки и с добавкой с равным водоцементным отношением;

составы без добавки и с добавкой с одинаковой консистенцией цементного теста.

3.7. Состав бетона выбирают в соответствии с реальными составами бетона, применяемыми для изготовления конкретных конструкций.

3.9. В случае, когда стойкость заполнителей к воздействию данной агрессивной среда неизвестна, необходимо провести специальные предварительные испытания по определению скорости коррозии данного заполнителя.

Примечание . Выполнение испытаний производится в соответствии с указаниями раздела 4 настоящих Рекомендаций. Для чего 100 г заполнителя заливают 500 мл агрессивного раствора. Определение концентрации агрессивной среды производится каждые 7 сут в течение 35 сут. Если изменение концентрации агрессивной среды за период испытаний не превышает 5 %, делается заключение о пригодности заполнителя для изготовления бетона.

3.10. Состав эталонных образцов цементного раствора принимают следующим: цемент-песок 1:3, расход воды выбирают таким, чтобы подвижность смеси соответствовала расплыву на встряхивающем столике 106 - 115 мм. Песок для испытания должен соответствовать требованиям ГОСТ 6139-79 (песок Вольский).

Примечание . Допускается изготовлять образцы из бетонной смеси, из которой отсевом на виброплощадке удалена крупная фракция заполнителя.

3.11. При изготовлении образцов цементного камня и цементного раствора смесь укладывают в форму с избытком, уплотняют в течение 1 мин на стандартной виброплощадке, а избыток смеси снимают ножом, смоченным водой.

3.12. Образцы данной серии испытаний изготовляют из одних и тех же материалов по одной и той же технологии.

3.13. В зависимости от задачи исследования образцы могут твердеть в нормально-влажных условиях, при пропаривании и при автоклавной обработке.

3.14. Условия и длительность твердения образцов из бетона назначают такими же, как для бетона конструкций, а при отсутствии данных об условиях твердения бетона в конструкциях - 28 сут. в камере нормально-влажного твердения.

В том случае, когда пропаривание применяется только как метод ускорения твердения образцов и не является предметом специальных исследований, принимают следующий режим пропаривания :

(4 + 3 + 8) ч + естественное остывание (изотермический прогрев при температуре 80 °С).

3.16. Условия твердения образцов цементного камня и цементного раствора назначают следующими: 3 сут - в ванне с гидравлическим затвором и 25 сут - в воде при температуре 20 ± 3 °С. Формы с образцами помещают в ванну через час после изготовления. Через сутки образца извлекают из формы и маркируют.

3.17. После изготовления образцов производится их отбраковка. Отбраковывают образцы неправильной геометрической формы, образцы, имеющие раковины, а также образцы, масса которых отличается более чем на 10 % от средней массы.

* Защита строительных конструкций и технологического оборудования от коррозии (Справочник строителя). / Под ред. А.У. Орлова. - М.: Стройиздат, 1981.

3.19. При исследовании эффективности защитных покрытий изучаемое покрытие наносится на торцевые поверхности образцов; цилиндрическая поверхность образцов защищается стойким в данной среде покрытием в соответствии с указаниями п. 3.18 настоящего раздела.

3.20. Все работы по нанесению лакокрасочных покрытий, а также работы по их изготовление производятся в соответствии с требованиями техники безопасности и пожарной безопасности, изложенными в «Руководстве по защите от коррозии лакокрасочными покрытиями строительных бетонных и железобетонных конструкций, работающих в газовлажных средах» (М.: Стройиздат, 1978).

3.21. Незащищенные торцевые рабочие поверхности перед погружением образцов в агрессивную среду зачищают наждачной бумагой для удаления следов покрытия и пленки цементного камня и замеряют площадь рабочей поверхности, которая в дальнейшем используется для расчета скорости коррозии.

4.1. Исследование скорости коррозии бетона проводится в проходящем токе раствора или в стационарных условиях с периодической сменой раствора.

а) изменение концентрации выбранного аниона или катиона должно происходить только в процессе коррозии;

б) изменение концентрации этих ионов определяется ускоренным методом;

в) ошибки выбранного метода определения концентраций не должны оказывать влияния на определяемую скорость коррозии.

4.4. Примерный перечень показателей агрессивности, по изменению концентрации которых рекомендуется определять скорость коррозии цементного камня, раствора или бетона, приводится в табл. 1.

Единица измерения концентрации

Допустимые пределы изменения концентрации показателей агрессивности

Углекислая, СО₂ агрессивная

Магнезиальная, Mg 2+

Аммонийная,

Щелочная, Na + + K +

Сульфатная,

Объемное титрование с индикатором нитхромазо

* При выщелачивающей коррозии используют дистиллированную воду с последующим кипячением.

4.5. Перечень показателей агрессивности, приведенный в табл. 1; может быть расширен при изучении коррозии бетона в средах другого состава. Выбранная характеристика должна соответствовать указаниям п. 4.3.

4.6. Концентрация исследуемого вещества в среде, агрессивной по отношению к бетону, выбирается в зависимости от целей исследования:

при определении скорости коррозии бетона данного состава на определенном виде вяжущего исследования выполняются при одной, заданной условиями эксплуатации бетона концентрации вещества в агрессивной среде;

при определении степени агрессивности сред по показателям агрессивности (см. табл. 1) или по отношению к бетону с маркой по водонепроницаемости выше W 8 исследования необходимо проводить при нескольких концентрациях исследуемого вещества в агрессивном растворе (не менее трех). Показатели и концентрацию агрессивных сред принимают по табл. 2.

Единица измерения концентрации

Углекислая коррозия, СО₂ агрессивная

Магнезиальная коррозия, Mg 2+

10000, 5000, 2000

Аммонийная коррозия,

Сульфатная коррозия,

34000, 10000, 3000, 1000

4.7. При моделировании процессов коррозии подводных конструкций образцы в рабочих емкостях устанавливают боковой цилиндрической поверхностью на специальные подставки по размеру образцов из стойкого в данной агрессивной среде материала так, чтобы образующиеся продукты коррозии (в случае их опадения) не скапливались у поверхности образца.

4.8. При моделировании процессов коррозии подземных конструкций исследование скорости коррозии проводится в проходящем токе при заполнении рабочей емкости установки специально подготовленным Вольским песком.

4.9. Подготовка песка заключается в следующем: песок промывают 5 %-ным раствором соляной кислоты, отмывают вначале водопроводной, а затем дистиллированной водой до отрицательной реакции раствора нитрата на ионы хлорида. Заполнение рабочей емкости производят песком любой влажности.

4.10. Установка для исследования скорости коррозии в проходящем токе раствора схематично представлена на рис. 1.

Рис. 1. Экспериментальная установка для определения скорости коррозии бетона в проходящем токе агрессивного раствора

1 - расходная емкость с агрессивным раствором; 2 - рабочая емкость с исследуемым образцом; 3 - емкость для слива отработанного раствора; 4 - краны; 5 - шланг; 6 - хлоркальциевые трубки; 7 - образец

Порядок подготовки установки к исследованиям следующий. Проверяют исправность соединительных шлангов, затем закрывают кран 4 и емкость 1 заполняется агрессивным раствором. После этого кран 4 открывают и тем же раствором заполняется емкость 2. Слив раствора из емкости 2 в емкость 3 осуществляется шлангом 5. С помощью крана 4 регулируется скорость протекания раствора в соответствии с указаниями п. 4.2 настоящих Рекомендаций.

4.11. Температура проведения исследований скорости коррозии бетона выбирается, исходя из задачи исследования и условий эксплуатации реальных конструкций; колебание температуры в процессе исследования допускается не более +3 °С.

4.12. При исследовании скорости коррозии принимается не менее трех образцов-близнецов. Испытание каждого из параллельных образцов следует проводить в отдельном приборе при исследовании скорости коррозии в проходящем токе или в отдельной емкости при исследовании скорости коррозии в стационарных условиях.

4.13. Исследование скорости коррозии в стационарных условиях следует проводить в стеклянных емкостях с плотно прилегающими крышками и пробками. В случае необходимости следует предусмотреть изоляцию емкостей от СО₂ воздуха посредством хлоркальциевой трубки с натронной известью.

4.14. В качестве рабочих емкостей можно применять эксикаторы, цилиндры с притертыми пластинками или крышками, широкогорлые колбы с плотно пригнанными резиновыми пробками и т.д.

4.15. Подготовка емкостей заключается в тщательной их очистке и сушке. Кроме того, необходимо подготовить крышки, смазав их вазелиновым маслом.

4.16. В процессе испытаний в стационарных условиях испытуемый раствор в рабочей емкости утром и вечером тщательно перемешивается.

4.17. При проведении испытаний в стационарных условиях в агрессивных средах, вызывающих развитие в бетоне процессов коррозии вида: выщелачивающая, общекислотная, углекислая - соотношение объема раствора, см 3 , к 1 см 2 поверхности образцов принимают равным 25:1, а для видов коррозии: магнезиальная, аммонийная, щелочная, сульфатная - 5:1.

При исследовании влияния химических добавок на сульфатостойкость цементных растворов образцы в количестве 30 шт. (цилиндры d = 0,5 см, h = 1,0 см) помещают в эксикаторы с агрессивным раствором (объем раствора - 250 мл).

4.18. Определение концентрации агрессивных ионов в процессе испытания производится:

а) при проведении исследований в проходящем токе через определенные интервалы времени, выбранные для данного опыта;

б) в стационарных условиях срок выполнения анализа устанавливается экспериментально в соответствии с указаниями п. 4.2.

Периодичность смены раствора в стационарных условиях или скорость протекания раствора в рабочей емкости постепенно уменьшают по мере замедления процессов коррозии.

Например, при исследовании скорости коррозии цементного камня в соляной кислоте 0,1 м концентрации интервалы смены раствора за 5 мес испытаний увеличиваются с 1 сут в первые дни испытаний до 7 сут - в конце опыта, а в растворе сульфата натрия с концентрацией иона более 10000 мг/л - с 14 сут в первый месяц испытаний до 60 сут через полгода испытаний.

4.19. В том случае, когда исследуется скорость выщелачивания, предельная концентрация СаО, при которой происходит смена дистиллированной воды, взаимодействующей с образцами, равна 20 мг/л.

4.20. В процессе исследования не разрешается поддерживать постоянство концентрации агрессивного раствора добавлением концентрированных растворов агрессивных веществ, так как это связано с накоплением продуктов коррозии в рабочей емкости, что может привести не только к значительному изменению скорости коррозии, но и к качественному изменению процессов.

4.21. Рабочие агрессивные растворы для определения скорости коррозии следует приготовлять на дистиллированной воде. Емкости (обычно стеклянные бутыли), в которых приготавливаются растворы, необходимо тщательно вымыть и проградуировать.

4.22. Для приготовления рабочих растворов следует применять вещества категории: чистый для анализа (ч.д.а.), химически чистый (х.ч.).

4.23. Анализы по определению концентрации исходных и испытуемых растворов выполняются сотрудниками, освоившими методы аналитической химии, по методикам, изложенным в специальной литературе, с соблюдением всех требований по проведению работ, приведенных в соответствующих Руководствах, а также правил по технике безопасности лабораторных работ.

4.24. Перед отбором пробы испытуемого раствора на анализ необходимо тщательно перемешать раствор в емкости 3 (см. рис. 1) (проходящий ток) или в рабочей емкости (стационарные условия).

4.25. Максимальная продолжительность исследований скорости коррозии определяется в зависимости от поставленной задачи.

4.26. При проведении исследований во внутренней диффузионной области для видов коррозии: выщелачивающая, общекислотная, углекислая, магнезиальная, аммонийная, щелочная необходимо получить не менее шести определений скорости коррозии для построения прямолинейной зависимости глубины разрушения от корня квадратного из времени (рис. 2, 3 - все шесть точек ложатся на прямую).

Рис. 2. Кинетическая зависимость процессов коррозии цементного камня в диффузионной области

1 - 0,05 м раствор Н₂С₂О₄; 2 - вода дистиллированная; 3 - агрессивная CO₂ - 300 мг/л; 4 - 0,1 м HF; 5 - 0,05 м H₂SО₄; 6 - 0,1 м HCl (бетон); 7 - 0,1 м НСl

Рис. 3. Кинетическая зависимость процессов коррозии образцов цементного раствора 1:2,5 при В/Ц = 0,5 из растворов сульфата натрия с концентрацией по иону

1 - 1,5 г/л; 2 - 5,0 г/л; 3 - 12,0 г/л; 4 - 20,0 г/л

4.27. При проведении исследований в сульфатных средах продолжительность опыта по определению количества поглощенного SO ₃ - не менее года.

5.1. Скорость коррозии выражается количеством вещества, вступившего во взаимодействие или перешедшего в агрессивный раствор в единицу времени с единицы поверхности исследуемого образца , мг/(см 2 × сут),

5.2. Степень коррозионного разрушения образцов для видов коррозии: выщелачивающая, общекислотная, углекислая, магнезиальная, аммонийная, щелочная выражается, мг/см 2 по СаО, сульфатной агрессивности, мг/см 2 по или в % SO ₃ от массы цемента в образцах.

5.3. Запись результатов испытаний для каждого из трех параллельных образцов производится по форме (табл. 3).

Нейтрализация или карбонизация бетона углекислым газом — это процесс взаимодействия бетона с углекислым газом, в результате которого происходит образование карбоната кальция со снижением рН жидкой фазы бетона и утратой бетоном пассивирующего действия на стальную арматуру.

Находящиеся в атмосфере кислотообразующие газы, в первую очередь двуокись углерода СО₂, проникая в поры бетона, стремятся в присутствии влаги нейтрализовать высоко щелочную среду, тем самым ослабляется его защитное действие по отношению к арматуре. Этот процесс, называемый карбонизацией бетона - представляет собой сложную реакцию превращения гидроксида кальция в карбонат кальция, которую в упрощенном виде можно записать:

Образец-керн, отобранный из конструкции

Процесс карбонизации состоит из целого ряда промежуточных этапов, начинаясь с поверхности бетонной конструкции с момента ее изготовления и затухая по мере проникновения углекислого газа внутрь бетона через открытые поры.

В процессе реакций значение показателя pH поровой жидкости бетона снижается от начальной величины 12,5 до уровня ниже 9. При ограниченном доступе воздуха железо не пассивируется в щелочных растворах, имеющих рН ниже 11,3-11,8. Карбонизация бетона полностью завершается при значениях рН около 9. При таких значениях рН происходит депассивация арматурной стали (разрушение защитной пленки), в результате чего возникает опасность коррозии арматуры.

Возникновение коррозии арматурной стали

Карбонизация бетона приводит к снижению щелочности бетона, увеличению количества водородных ионов в порах, является одним из основных факторов, приводящих к возникновению коррозии арматуры, образованию трещин и последующему снижению несущей способности конструкций.

Исследование глубины карбонизации бетона сводится к определению значения pH поровой жидкости на различной глубине.

Существуют установки, с автоматическим поддержанием заданной концентрации углекислого газа, для определения диффузионной проницаемости бетона для углекислого газа, на основании данных о скорости нейтрализации (карбонизации) бетона углекислым газом.

В основном этот метод предназначен для использования при разработке технологии и проектировании составов бетона, обеспечивающих длительную безремонтную эксплуатацию конструкций в неагрессивных и агрессивных газовоздушных средах, так как образцы приготавливаются не посредственно перед испытанием, и после достижения проектного возраста помещаются в установку совместно с реагентами на 7 суток.

Оценка диффузионной проницаемости бетона по отношению к углекислому газу позволяет:

- рассчитывать период, в течение которого происходит нейтрализация защитного слоя бетона в газовоздушной среде, и оценивать долговечность железобетонных конструкций по признаку сохранности стальной арматуры;

- назначать составы и технологию изготовления бетонов для железобетонных конструкций, предназначенных для эксплуатации в атмосфере с заданным содержанием углекислого газа.

При определении карбонизации бетона на объекте строительства не всегда есть возможность отобрать образцы из конструкции, поэтому используется индикаторный метод определения рН”.

Для оценки концентрации водородных ионов применяются кислотно-основные индикаторы - органические вещества - красители, цвет которых зависит от pH среды, в данном случае используется фенолфталеин С₂₀Н₁₄О₄.

Порядок проведения испытаний:

-приготовление спиртового раствора индикатора (используется 1%-ный спиртовой раствор. 1 грамм препарата растворяют в 80 мл этилового спирта и добавляют воды до объема 100 мл);

- индикатор наносят на свежий скол бетона, произведенный на исследуемой конструкции, или на пробы порошка бетона, высверленного с различной глубины из нескольких отверстий. В интервале рН от 8,2 до 10 происходит изменение окраски индикатора от бесцветной к красно-фиолетовой. Считается, что, если в бетоне вокруг арматуры значение рН поровой жидкости уменьшается до 10, бетон теряет способность надежно защищать арматуру от коррозии и в присутствии кислорода (окислитель) и влаги воздуха (электролит) может начаться коррозия арматуры. Глубину зоны карбонизации от поверхности конструкции измеряют штангенциркулем.

М.И. Бруссер, канд. техн. наук (руководитель темы); Л.А. Малинина, д-р техн. наук; А.Т. Баранов, д-р техн. наук; В.В. Патуроев, д-р техн. наук; А.С. Дмитриев, канд. техн. наук; В.И. Савин, канд. техн. наук; Р.К. Житкевич, канд. техн. наук; И.М. Дробященко, канд. техн. наук; В.И. Новаторов; В.Г. Довжик, канд. техн. наук; Л.И. Левин; Ю.Г. Хаютин, канд. техн. наук; В.А. Дорф, канд. техн. наук; К.Б. Фрейдин, канд. техн. наук; Ю.М. Баженов, д-р техн. наук; И.Н. Нагорняк; В.В. Тишенко

2. ВНЕСЕН Научно-исследовательским институтом бетона и железобетона (НИИЖБ) Госстроя СССР

3. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по делам строительства от 25.03.86 № 31

4. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

5. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

Обозначение НТД, на который дана ссылка

6. ПЕРЕИЗДАНИЕ (август, 1989 г.).

Настоящий стандарт распространяется на конструкционные тяжелый, легкий, ячеистый и плотный силикатный бетоны по ГОСТ 25192 и устанавливает правила подбора, назначения и выдачи в производство состава бетона на предприятиях и строительных организациях при изготовлении сборных бетонных и железобетонных изделий и конструкций и бетонной смеси для монолитных конструкций и сооружений (далее - конструкции), а также при обосновании производственно-технических норм расхода материалов.

Устанавливаемые настоящим стандартом правила могут применяться также для подбора состава специальных бетонов различных видов при условии обеспечения всех предъявляемых к этим бетонам требований.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Подбор состава бетона следует производить в соответствии с требованиями настоящего стандарта с целью получения бетона в конструкциях с прочностью и другими показателями качества, установленными государственными стандартами, техническими условиями или проектной документацией на эти конструкции, при минимальном расходе цемента или другого вяжущего.

1.2. Подбор состава бетона включает: определение номинального состава, расчет и корректировку рабочего состава, расчет и передачу в производство рабочих дозировок.

1.3. Подбор номинального состава бетона производят при организации производства новых видов конструкций, изменении нормируемых показателей качества бетона или бетонной смеси, технологии производства, поставщиков, вида или марок применяемых материалов, а также при разработке и пересмотре производственных норм расхода материалов.

1.4. Рабочие составы бетона назначают при переходе на новый номинальный состав и далее при поступлении новых партий материалов тех же видов и марок, которые принимались при подборе номинального состава, с учетом их фактического качества. При назначении рабочих составов их проверяют в лабораторных или производственных условиях.

В дальнейшем по результатам операционного контроля качества материалов данных партий и получаемой из них бетонной смеси, а также приемочного контроля качества бетона производят корректировку рабочих составов.

1.5. Рабочую дозировку назначают по рабочему составу бетонной смеси с учетом объема приготовляемого замеса.

1.6. Подбор состава бетона должен выполняться лабораторией предприятия-изготовителя бетонной смеси по утвержденному заданию, разработанному технологической службой этого предприятия.

Допускается производить подбор состава бетона в центральных лабораториях, трестах "Оргтехстрой", научно-исследовательских лабораториях и других организациях по утвержденному заданию на подбор состава бетона.

1.7. Результаты подбора номинального состава бетона, отвечающего требованиям утвержденного задания, должны быть оформлены в журнале подбора состава бетона и утверждены главным инженером предприятия-изготовителя бетонной смеси. Рабочие составы и дозировки подписываются начальником лаборатории или другим лицом, ответственным за подбор состава бетона.

1.8. Задание, журнал подбора номинального состава бетона, ведомости рабочих составов и листы рабочих дозировок вместе с дубликатами документов о качестве на соответствующие партии бетонной смеси или конструкций следует хранить на предприятии-изготовителе согласно требованиям, установленным ГОСТ 13015.3 для документа о качестве.

2. ЗАДАНИЕ НА ПОДБОР СОСТАВА БЕТОНА

2.1. Задание на подбор состава бетона должно быть составлено для конструкций конкретной номенклатуры, изготовляемых из бетона одного вида и качества по определенной технологии.

2.2. Задание должно содержать:

нормируемые показатели качества бетона в соответствии с техническими требованиями стандартов, технических условий или проектной документации на конструкции конкретных видов, для которых предназначен бетон;

показатели качества бетонной смеси, длительность и режимы твердения бетона и другие условия производства, принимаемые по технологической документации, разработанной в соответствии с действующими стандартами, нормами и правилами;

показатели однородности прочности бетона всех видов и плотности легких и ячеистых бетонов, а также соответствующий им средний уровень прочности и плотности, планируемые на предстоящий период;

ограничения по составу бетона и применению материалов для его приготовления, установленные нормативно-технической и технологической документацией.

2.3. Состав бетона следует подбирать исходя из среднего уровня прочности, а для легкого и ячеистого - и плотности бетона.

Значения среднего уровня прочности и плотности для подбора состава бетона принимают по ГОСТ 18105 и ГОСТ 27005 с учетом фактической однородности бетона и планируемых мероприятий по ее повышению.

Для случаев, когда отсутствуют данные о фактической однородности бетона, средний уровень прочности при подборе его состава принимают равным требуемой прочности по ГОСТ 18105 для бетона данного класса или марки при коэффициенте вариации, равном 13,5 % для тяжелого и легкого бетонов, 14% - для плотного силикатного бетона и 17% - для ячеистого, а также бетона массивных гидротехнических конструкций. Средний уровень плотности в этих случаях принимают равным марке бетона по плотности.

3. ПОДБОР НОМИНАЛЬНОГО СОСТАВА БЕТОНА

3.1. Подбор номинального состава бетона производят по следующим этапам:

выбор и определение характеристик исходных материалов для бетона;

расчет начального состава;

расчет дополнительных составов бетона с параметрами составов, отличающихся от принятых в начальном составе в большую и меньшую сторону;

изготовление пробных замесов начального и дополнительных составов, отбор проб, испытание бетонной смеси, изготовление образцов и их испытание по всем нормируемым показателям качества;

обработка полученных результатов с установлением зависимостей, отражающих влияние параметров состава на нормируемые показатели качества бетонной смеси и бетона и предназначенных для назначения номинального, а также назначения и корректировки рабочих составов бетона;

назначение номинального состава бетона, обеспечивающего получение бетонной смеси и бетона требуемого качества при минимальном расходе вяжущего.

3.2. Подбор номинального состава производят:

для вяжущего каждого вида и марки каждого предприятия-изготовителя;

для крупного заполнителя каждого карьера с одинаковой максимальной крупностью;

для крупного пористого заполнителя каждой марки по насыпной плотности и прочности каждого предприятия-изготовителя;

для песков каждого карьера;

для химических добавок каждого вида.

3.3. Выбор материалов, применяемых для изготовления бетона, следует производить на основе их паспортных характеристик в соответствии с требованиями стандартов и технических условий.

При выборе материалов следует учитывать необходимость наиболее полного использования промышленных отходов (зол, шлаков и золошлаковых смесей ТЭС и др.).

3.4. Материалы, применяемые для подбора состава, должны соответствовать требованиям стандартов или технических условий на эти материалы. До начала работы по расчетам состава бетона и приготовлению опытных замесов следует провести испытания материалов по соответствующим стандартам для определения показателей их качества, необходимых для проведения расчетов.

Активность цемента (или прочностные характеристики другого вяжущего, если их невозможно определить стандартными методами) для расчета начального и дополнительных составов следует принимать в зависимости от его фактической прочности в бетоне постоянного состава, который является наиболее массовым для предприятия-изготовителя бетонной смеси, либо другими экспресс-методами, проверенными на практике.

Указанные данные о фактической прочности цемента, примененные при подборе номинального состава, используются в дальнейшем для назначения рабочих составов бетона.

Допускается активность цемента для расчета состава бетона принимать равной его гарантированной марке. В этом случае при получении новой партии цемента в целях его использования в соответствии с фактической активностью рабочий состав бетона (в части расхода цемента) подбирают аналогично номинальному.

3.5. Пробы материалов отбирают в объеме, необходимом для подбора состава бетона.

Отобранные пробы заполнителей следует высушить до постоянной массы и просеять с отсевом от мелкого заполнителя зерен крупнее 5 мм, а от крупного заполнителя - мельче 5 мм и с разделением крупных заполнителей на отдельные фракции.

3.6. Начальный состав бетона рассчитывают по фактическим характеристикам исходных материалов в соответствии с методиками, пособиями и рекомендациями научно-исследовательских институтов, утвержденных в установленном порядке.

3.7. В качестве варьируемых параметров состава принимают параметры, оказывающие влияние на свойства бетонной смеси и нормируемые показатели качества бетона в зависимости от вида бетона и принятой методики расчета. Например, для тяжелого бетона в общем случае это цементно-водное отношение, доля песка в смеси заполнителей и расход добавки. При этом для каждого вида бетона устанавливают основной параметр, в большей мере влияющий на его прочность (например, для тяжелого бетона - цементно-водное отношение).

3.8. Дополнительные составы рассчитывают аналогично начальному при значениях варьируемых параметров состава, отличающихся от принятых при расчете начального состава в меньшую и большую сторону на 15 - 30%. Число дополнительных составов по каждому из этих параметров должно быть не менее двух.

3.9. Опытные замесы по начальному и дополнительным составам следует приготовлять на заполнителях и вяжущем, характеристики которых были приняты при расчете составов. Материалы должны иметь положительную температуру.

Объем каждого опытного замеса должен не менее чем на 10% превышать суммарный объем изготовляемых из него образцов и проб, используемых для контроля свойств бетонной смеси и бетона.

3.10. Материалы следует дозировать по массе с погрешностью не более 1,0%.

Дозирование пористых заполнителей допускается производить по объему с обязательным контролем насыпной плотности.

Воду, водные растворы добавок и синтетические смолы дозируют по массе или объему. Плотность водного раствора рабочего состава добавки должна быть предварительно определена.

3.11. Приготовление опытных замесов производят в лабораторном смесителе принудительного или гравитационного действия. Приготовление опытных замесов объемом до 15 л при подборе состава тяжелого бетона и легкого бетона без структурообразующих добавок допускается производить вручную на предварительно увлажненном противне с перемешиванием в течение 3-5 мин.

3.12. Приготовление опытных замесов начинают с перемешивания сухих материалов, а затем постепенно добавляют в замес назначенное по расчету количество воды, раствора добавки или синтетической смолы.

Допускается на основе визуального контроля удобоукладываемости и структуры бетонной смеси вносить изменения в количество отдозированной воды, а для конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов - в количество воздухововлекающей добавки или пены.

3.13. После окончания перемешивания отбирают пробы по ГОСТ 10181.0 для проверки удобоукладываемости и других свойств бетонной смеси, предусмотренных в техническом задании на подбор состава бетона. При этом определение удобоукладываемости начинают не ранее 15 мин после начала перемешивания смеси с водой.

Если свойства бетонной смеси не соответствуют каким-либо требованиям задания на подбор состава бетона, следует произвести корректировку составов до получения в замесе каждого состава смеси с заданными свойствами.

Бетонную смесь, которая не удовлетворяет требованиям задания по удобоукладываемости, допускается корректировать при вторичном перемешивании с добавлением воды, цемента, заполнителей и добавок в необходимых количествах. При подборе состава жестких смесей и смесей со структурообразующими добавками, а также бетонных смесей, свойства которых нормируются не только непосредственно после приготовления, но и через определенное время после их перемешивания, вторичное перемешивание опытных проб бетонных смесей не допускается и замес повторяют с измененными расходами материалов.

3.14. После получения бетонной смеси с заданными свойствами определяют ее плотность по ГОСТ 10181.2 (за исключением ячеистого бетона) и для каждого состава рассчитывают фактический расход материалов на 1 куб.м бетона по формулам:

Читайте также: