ИССЛЕДОВАНИЯ АГРЕССИВНОЙ АКТИВНОСТИ СОЛИ ОАО «ТЫРЕТСКИЙ СОЛЕРУДНИК» НА ЦЕМЕНТОБЕТОН

*Салтанова Юлия Владимировна, **Алексеенко Виктор Викторович,

В настоящее время, предприятия-изготовители выпускают противогололёдные материалы без учета дорожных и экологических требований: агрессивной способности противоголёдных материалов на цементобетон, и др. Одной из причин этого, отсутствие методики по определению агрессивной способности конкретных противогололёдных материалов (в том числе соли) на цементобетон. Это создает трудности не только при проведении входного контроля используемых материалов, но и при выборе способа борьбы с зимней скользкостью, определении норм расхода противоголёдных материалов и технологии производства противогололёдных работ.

Разработка и внедрение методик по определению качественных показателей противогололедных материалов позволит дорожным организациям повысить качество и эффективность борьбы с зимней скользкостью на дорогах и улицах Российской Федерации и снизить воздействие на окружающую среду.

Наиболее неблагоприятное воздействие противогололедные соли оказывают на цементобетонные дорожные покрытия. Многолетними наблюдениями при эксплуатации дорожных цементобетонных покрытий установлено, что разрушение бетона обусловлено в значительной мере агрессивным воздействием на него растворов хлористых солей в сочетании с заморозками. Образующиеся на покрытии при таянии снега и льда солевые растворы различной концентрации проникают в поры и капилляры бетона и при замерзании разрушают его. Сначала происходит разрушение верхнего слоя и его отслоение, затем разрушение бетона распространяется в глубину, при этом крупный заполнитель теряет связь с цементным раствором и под влиянием колес автомобилей выкрашивается из тела бетона.

Самым нестойким компонентом бетона является цементный камень, как наиболее химически активный и вследствие этого подверженный опасности разрушения в результате химического и физического действия агрессивной среды. Разрушение цементного камня может происходить под влиянием физических факторов (насыщение водой, попеременное замораживание и оттаивание, увлажнение и высыхание и т. п.), а также при химическом взаимодействии компонентов камня с агрессивными веществами.

Морозостойкость цементного камня зависит от минерального состава клинкера, тонкости помола цемента, при этом важное значение имеет наличие в цементе наряду с тонкими фракциями относительно крупных зерен, которые обеспечивают «клинкерный фонд» для самозалечивания дефектов, возникающих при попеременных воздействиях среды.       

Увеличение водопотребности цемента снижает морозостойкость цементного камня, так как при этом повышается его капиллярная пористость (вода в порах не переходит в лед даже при сильных морозах). Поэтому в морозостойких бетонах значение В/Ц принимают не более 0,4...0,55.

Химическая стойкость цементного камня связана со скоростью и глубиной коррозионных процессов, вызываемых воздействием агрессивных жидкостей на его составные части:

Коррозия первого вида — разрушение цементного камня в результате растворения и вымывания некоторых его составных частей (коррозия выщелачивания). При действии воды на цементный камень вначале растворяется и уносится водой свободный гидроксид кальция, образовавшийся при гидролизе. После вымывания свободного гидроксида кальция и снижения его концентрации ниже 1,1 г/л начинается разложение гидросиликатов, а затем гидроалюминатов и гидроферритов кальция. В результате выщелачивания повышается пористость цементного камня и снижается его прочность. Процесс коррозии первого вида ускоряется, если на цементный камень действует мягкая вода или вода под напором.

Одной из мер ослабления коррозии выщелачивания является выдерживание бетонных изделий на воздухе для того, чтобы на их поверхности прошел процесс карбонизации, и образовалась малорастворимая корка из СаСО₃. Главным же средством борьбы с выщелачиванием гидроксида кальция является применение плотного бетона и введение в цемент активных минеральных добавок, связывающих Са (ОН)₂ в малорастворимое соединение — гидросиликат кальция

Коррозия второго вида происходит при действии на цементный камень агрессивных веществ, которые, вступая во взаимодействие с составными частями цементного камня, образуют либо легкорастворимые и вымываемые водой соли, либо аморфные массы, не обладающие связующими свойствами (кислотная, магнезиальная коррозия, коррозия под влиянием некоторых органических веществ и т. п.).

Коррозия третьего вида объединяет процессы, при которых компоненты цементного камня, вступая во взаимодействие с агрессивной средой, образуют соединения, занимающие больший объем, чем исходные продукты реакции. Это вызывает появление внутренних напряжений в бетоне и его растрескивание.

В случае дорожных покрытий мороз не только непосредственно влияет на долговечность бетона, но и обусловливает необходимость применения солей, понижающих температуру замерзания воды. Для этой цели обычно применяют NaCl и СаС1₂, их периодическое воздействие при чередовании замораживания и оттаивания приводит к поверхностному шелушению бетона. Соли создают осмотическое давление и вызывают движение воды к верхней плоскости плиты, на которой она замерзает. Действительный механизм, в результате которого соли-антиобледенители вызывают шелушение бетона, еще не выяснен.

Наибольшие разрушения бетона наблюдаются при попеременном замораживании и оттаивании в присутствии раствора-антиобледенителя на поверхности. Если солевой раствор удаляется с поверхности бетона перед повторным замораживанием, поверхностного шелушения не наблюдается даже у бетона без воздухововлекающих добавок.

Еще более агрессивное влияние хлориды оказывают на железобетон, прежде всего на арматуру. Хлористые соли проникают через защитный слой бетона и накапливаются вблизи арматуры, вызывая коррозию стали. Слой бетона в свою очередь разрушается и дает трещины как непосредственно под действием солей, так и в результате разрушающего действия процесса коррозии арматуры.

Считается, что на дороги с асфальтобетонным покрытием противогололедные соли оказывают сравнительно небольшое отрицательное воздействие. Однако, это верно только в случае полной исправности верхнего покрывающего слоя, препятствующего проникновению воды и растворов солей в основание дороги. При некачественном проведении строительных и ремонтных работ остаются плохо заделанные швы, стыки с бордюрным камнем и другие дефекты. Вместе с тем в условиях современного интенсивного и грузонапряженного движения происходит довольно быстрое разрушение асфальтобетона, в результате чего также возникают различные деформации и трещины, что увеличивает водопроницаемость покрытия, а следовательно, и проницаемость его для соляных растворов. От водопроницаемости асфальтобетонного покрытия во многом зависит работа и долговечность его и нижележащих бетонных и цементобетонных слоев дорожной одежды, поскольку вода и еще в большей степени соляные растворы способствуют их разрушению. Интенсивность воздействия растворов зависит от того, в каких количестве и концентрации они проникают в основание. Насыщение бетонного и цементобетонного основания солями до концентраций, оказывающих на него наиболее агрессивное действие, происходит постепенно. При переменном замораживании и оттаивании в соляных растворах процесс разрушения дорожного покрытия значительно ускоряется.

Степень разрушения бетона зависит от вида соли. Наибольшей агрессивностью по отношению к бетону обладает хлористый натрий, а менее — хлористый кальций. Хлористый магний вызывает незначительные разрушения бетона, хотя длительное выдерживание в растворе этой соли может привести к коррозии бетона. Неодинаковое агрессивное действие солей объясняется их различными эвтектическими точками и разной плавящей способностью. [1 – 6].

В связи с тем, что в настоящее время, отсутствует методика по определению агрессивного активности соли на цементобетон, а существующие методики носят рекомендательный характер, была разработана методика «Определение агрессивной активности раствора соли ОАО «Тыретский солерудник» на цементобетон», с учетом ОДМ «Методика испытания противогололёдных материалов», утвержденных Росавтодором в 2003 году [1] и метода под номером 3 из таблицы 1 ГОСТ 10060.0-95. Методы определения морозостойкости. Общие требования [7].

Объем образцов бетона после водонасыщения определяли методом гидростатического взвешивания по ГОСТ 12730.1-78. Точность взвешивания до 0,02 г. Контрольные и основные образцы (по 3 образца) после насыщения в эталонном (NaCl) и испытуемом растворе соли подвергали испытаниям на замораживание и оттаивание. Для этого насыщенные образцы помещали в заполненную таким же раствором емкость на две деревянные прокладки: при этом расстояние между образцами и стенками емкости было 10±2 мм, слой жидкости над поверхностью образцов был не менее 20±2 мм.

Далее образцы помещали в морозильную камеру при температуре воздуха в ней не выше минус 10 °С в закрытых сверху емкостях. После установления в закрытой камере температуры минус 10 °С её понижали в течение 1 ±0,25 ч. до минус 50±5 °С и делали выдержку при этой температуре 1 ±0,25 ч. Далее температуру в камере повышали в течение 1±0,5 ч до минус 10 °С и при этой температуре, из морозильной камеры, выгружали емкости с образцами. Образцы оттаивали в течение 1±0,25 ч. в ванне с раствором соли при температуре 18±2 С. При этом емкости с образцами погружали в ванну, таким образом, чтобы каждая из них была окружена слоем жидкости не менее 50 мм.

После каждых пяти циклов испытаний контролировали состояние образцов (появление трещин, сколов, шелушение поверхности) и массу путем взвешивания. Перед взвешиванием образцы промывали чистой водой, поверхность осушали влажной тряпкой. После каждых пяти циклов, попеременного замораживания-оттаивания, растворы испытуемой соли и NaCl в емкостях и ванне для оттаивания заменялись на вновь приготовленные.

Результаты измерений занесли в таблицы 1 и 2.

Таблица 1

Результаты измерения объёма образцов и потери массы

Таблица 2

Результаты измерения удельной потери массы образцов

где: №1 – раствор стандартный NaCl, №2 – исследуемый раствор соли

Выводы

1. Анализ литературных источников показал, что агрессивные свойства растворов солей определяются степенью их минерализации, количеством содержащихся в воде растворенных веществ (неорганические соли, органические вещества). Растворы солей вызывают понижение прочности цементобетона. Разрушающее действие растворов солей определяется их способностью взаимодействовать с водой с образованием водородных (кислых) или гидроксидных (щелочных) ионов. Наиболее неблагоприятное воздействие противогололедные соли оказывают на цементобетонные дорожные покрытия. Разрушение бетона обусловлено агрессивным воздействием на него растворов хлористых солей в сочетании с заморозками. Образующиеся при таянии снега и льда солевые растворы различной концентрации проникают в поры и капилляры бетона и при замерзании разрушают его.

Самым нестойким компонентом бетона является цементный камень, как наиболее химически активный и вследствие этого подверженный опасности разрушения в результате химического и физического действия агрессивной среды. Разрушение цементного камня происходит под влиянием физических факторов (насыщение водой, попеременное замораживание и оттаивание, увлажнение и высыхание и т. п.), а также при химическом взаимодействии компонентов камня с агрессивными веществами.

2. На сегодняшний день отсутствует методика определения агрессивной активности соли ОАО «Тыретский солерудник» на цементобетон, а известные методики исследования агрессивных свойств противогололедных материалов носят рекомендательный характер.

3. Исследованиями установлено, что соль ОАО «Тыретский солерудник» более агрессивна к цементобетону, чем стандартный раствор NaCl. Так критическая потеря массы, установленная ОНД и Рекомендациями [1, 6], равная (Dmуд = 0,07 г/см³), после 20 циклов составила для стандартного раствора NaCl - 0,078 г/см³, а в исследуемой группе растворов соли - 0,101 г/см³

Список литературы:

1.        ОДМ «Методика испытания противогололедных материалов», разработанных государственной службой дорожного хозяйства России (Росавтодором) в 2003 г., утвержденной распоряжением Минтранса России от 16.06.03 № ОС-548-р

2.        ГОСТ Р 9.905-2007. (ИСО 7384:2001, ИСО 11845:1995. Единая система защиты от коррозии и старения. Методы коррозионных испытаний. Общие требования. Москва. Стандартинформ. 2007)

3.        Дворкин Л. И., Лушникова Н. В. Свойства высокопрочных бетонов с добавкой метакаолина // Химические и минеральные добавки в бетон. - Харьков: Колорит, 2005. - С. 78–83.

4.        Калашников В. И. Через рациональную реологию - в будущее бетонов -1. Тонкодисперсные реологические матрицы и порошковые бетоны нового поколения // Технологии бетонов. 2007. - № 5. - С. 8 –10.

5.        Калашников В. И. Через рациональную реологию - в будущее бетонов - 2. Виды реологических матриц в бетонной смеси, стратегия повышения прочности бетона нового поколения // Технологии бетонов. 2007. - № 6. С. 8–11.

6.        ОДМ 218.5.006-2008. Методические рекомендации по применению экологически чистых антигололедных материалов и технологий при содержании мостовых сооружений, утверждены распоряжением Росавтодора от 10.09.2008 № 383-р Москва 2009

7.         ГОСТ 10060.0-95. Методы определения морозостойкости. Общие требования