Контрольная работа по «Долговечность строительных материалов и изделий»

Саратовский Государственный Технический Университет

Строительно - Архитектурно - Дорожный Институт

Кафедра: «Производство строительных изделий и

конструкций»

Контрольная работа по дисциплине:

«Долговечность строительных материалов и изделий»

Вариант 7

Саратов 2012

Содержание

1.          Разрушение цементного камня при действии кислых вод.

2.          Защитные свойства бетона по отношению к стальной арматуре.

3.          Полимербетоны.

4.          Лакокрасочные защитные покрытия по металлу.

9

1. Разрушение цементного камня при действии кислых вод

Различные виды цементов характеризуются различной стойкостью против действия тех или иных агрессивных факторов. Например, цементы с низким содержанием алюминатов кальция характеризуются повышенной стойкостью против действия гипса и других сульфатов и называются поэтому сульфатостойкими. Пуццолановые портландцементы отличаются повышенной водостойкостью и т.д. Поэтому выбирать цементы для бетонов различного назначения следует не только с учетом их прочностных показателей, но и стойкости против действия тех агрессивных сред, в которых должны работать бетонные конструкции.

По агрессивному действию на цементный камень природные воды подразделяются на мягкие; содержащие агрессивную углекислоту; содержащие сульфаты; содержащие повышенное количество солей магния и содержащие свободные кислоты.

Кислотная коррозия происходит при действии растворов любых кислот с рН менее 7; исключение составляют поликремниевая и кремнефтористоводородная кислоты. Свободные кислоты встречаются в сточных водах промышленных предприятий, они могут проникать в почву и разрушать бетонные фундаменты, коллекторы и т.д. Кислота образуется также из сернистого газа, выходящего из топок. В атмосфере промышленных предприятий, кроме SO2, могут содержаться ангидриды других кислот, а также хлористый водород. При растворении его во влаге, адсорбированной на поверхности конструкций, образуется соляная кислота. Кислота вступает в химическое взаимодействие с гидратом окиси кальция, при этом образуются растворимые соли (CaCl2) и соли, увеличивающиеся в объеме (CaSO4·2H2O):

Ca(OH) 2 + 2HCl = CaCl2 + 2H2O;

Ca(OH) 2 + H2SO4 = CaSO4·2H2O.

Кроме того, кислоты могут разрушать и силикаты кальция.

Органические кислоты, как и неорганические, быстро разрушают затвердевший портландцемент. Большой агрессивностью отличаются уксусная, молочная, масляная и винная кислоты. Жирные кислоты (олеиновая, стеариновая и др.) разрушают цементный камень, так как при действии гидрата окиси кальция они омыляются. Поэтому вредны и масла, содержащие кислоты жирного ряда: льняное, хлопковое. Нефть и нефтяные продукты (керосин, бензин, мазут) не представляют опасности для цемента, если они не содержат большого количества нафтеновых кислот или соединений серы.

9

2. Защитные свойства бетона по отношению к стальной арматуре.

Защитный слой бетона в железобетонных конструкциях ограждает арматуру от внешней среды, но не изолирует ее полностью. Внешняя по отношению к железобетонным конструкциям среда воздействует прежде всего на бетон и лишь через него – на арматуру. По существу, средой, в которой находится арматура, является бетон.

Коррозия стальной арматуры происходит по электрохимическому механизму, для действия которого необходимы следующие условия:

       наличие разности потенциалов между отдельными участками поверхности металла, т.е. электрохимическая неоднородность ее;

       наличие электролитической связи между этими участками;

       активное состояние поверхности на анодных участках, где металл растворяется;

       наличие достаточного количества деполяризатора, в частности кислорода, необходимого для поглощения на катодных участках поверхности металла избыточных электронов.

Поскольку структура стали и контактного слоя бетона у ее поверхности неоднородны, то первое условие для арматуры в бетоне выполняется всегда. Так как бетон представляет собой капиллярно-пористое тело с активной и гидрофильной внутренней поверхностью, то второе и четвертое условия протекания коррозионного процесса в бетоне также выполняются. Следовательно, отсутствие коррозии стали в плотном бетоне связано с тем, что не выполняется третье условие.

Защита бетоном стальной арматуры основывается на пассивирующем действии щелочных сред.  В щелочных растворах коррозия железа уменьшается, что объясняется образованием защитной пленки из гидрата окиси железа. С увеличением рН уменьшается растворимость гидроокиси и защитные свойства пленки повышаются.

При гидратации зерен портландцементного клинкера в значительном количестве образуется гидрат окиси кальция. Влага, содержащаяся в пористом теле цементного камня, твердевшего в нормальных условиях и не претерпевшего изменений по влиянием агрессивной среды, насыщена гидратом окиси кальция и имеет щелочную реакцию. Величина рН жидкой фазы такого бетона находится в пределах 12,2-13,0. В водном растворе с таким рН наступает практически полная пассивация поверхности стали.

Однако бетон представляет собой капиллярно-пористое тело. Основную массу пор и капилляров в бетоне составляют поры и капилляры цементного камня, образовавшиеся в результате испарения избыточной воды затворения. В процессе длительного твердения при полной гидратации зерен клинкера химически связанная вода составляет до 20-25% от массы цемента (в/ц = 0,2-0,25). Практически для получения удобоукладываемых смесей применяют в/ц не менее 0,4. Избыточная вода затворения образует, испаряясь, разветвленную сеть пор и капилляров - мелких в цементном камне, более крупных – на контакте цементного камня с зернами заполнителя. Капиллярно-пористое тело бетона в зависимости от плотности структуры обладает различной проницаемостью для газов, паров и жидкостей. Кроме того, в зависимости от влажностных условий окружающей среды бетон может иметь разную степень насыщения влагой.

При непосредственном длительном увлажнении бетона заполняются все поры, включая крупные, и арматура находится в условиях полного погружения в электролит. Аэрация поверхности стали в этом случае затруднена, т.к. поры закрыты влагой и в таких условиях арматура в обычном плотном бетоне не корродирует. Низкой относительной влажности окружающей среды соответствует малая степень заполнения влагой пор бетона. Несмотря на сравнительно легкий доступ кислорода воздуха к поверхности арматуры, на ней оказывается мало влаги для протекания процесса электрохимической коррозии стали. Поэтому при относительной влажности воздуха ниже 60% в обычном тяжелом бетоне коррозии арматуры не наблюдается. Коррозия арматуры в плотном бетоне обычно происходит при значениях относительной влажности воздуха 70-80%, либо при периодических увлажнениях конструкций. В этих условиях влажностное состояние бетона таково, что наряду с наличием достаточного количества влаги для работы коррозийных гальванических пар на поверхности арматуры имеется более или менее свободный доступ кислорода воздуха к ней через частично открытые поры и капилляры.

Чем больше пор в бетоне и чем они крупнее, тем более неоднородны условия на поверхности арматуры как из-за несплошного обволакивания арматуры цементным камнем и пленками щелочной влаги, так и вследствие разной степени аэрации ее поверхности. Чем больше пористость и неоднородность структуры бетона, тем выше опасность возникновения коррозии арматуры и скорость ее развития.

Другой особенностью бетона как среды для арматуры является то, что его свойства изменяются во времени. Пористый цементный камень, проницаемый для паров и газов, соприкасаясь с воздушной средой, может подвергаться интенсивной карбонизации. В процессе карбонизации углекислый газ воздуха проникает в поры и капилляры бетона, растворяется в поровой жидкости и реагирует с гидроокисью кальция, образуя слаборастворимый карбонат кальция. Карбонизация снижает щелочность содержащейся в бетоне влаги. Скорость распространения процесса карбонизации вглубь бетона зависит от его проницаемости и концентрации углекислоты воздуха.

Присутствующие в промышленной атмосфере кислые газы – сернистый газ, хлор, хлористый водород – также поглощаются бетоном и реагируют с гидратом окиси кальция, резко понижая щелочность бетона. Бетон, лишенный естественной щелочности, перестает оказывать защитное действие на стальную арматуру, и при определенном влажностном состоянии бетона арматура начинает корродировать, причем скорость коррозии будет зависеть от воздухопроницаемости бетона.

Другими факторами, влияющими на состояние арматуры в бетоне, кроме состава и влажности окружающей среды, являются: состояние поверхности и степень напряжения арматуры; структура, состав бетона и толщина защитного слоя; вид вяжущего и режим твердения бетона; различные добавки, вводимые в бетон в качестве пластификаторов и ускорителей твердения; наличие трещин в бетоне защитного слоя.

В трещинах с малым раскрытием скорость коррозии арматуры становится меньше скорости коррозии незащищенной стали. Это объясняется тем, что растущий в стесненных условиях слой ржавчины сильно уплотняется и начинает существенно ограничивать как анодный, так и катодный процессы на поверхности арматуры в зоне трещин. Этого не происходит при коррозии незащищенной арматуры, когда образуется рыхлая ржавчина. В широких трещинах и при специфической агрессивности среды это затухание коррозии может носить временный характер, так как прочность бетона на растяжение в защитном слое может оказаться недостаточной для восприятия растущего давления со стороны слоя ржавчины, произойдет раскалывание и отпадение защитного слоя бетона с последующим ускорением коррозии арматуры и распространением ее вдоль стержня. Практически такая опасность тем меньше, чем выше прочность бетона и толще защитный слой у арматуры.

9

3. Полимербетоны.

Полимербетонами называют бетоны, в которых вяжущими служат различные полимерные смолы, а заполнителями являются неорганические материалы: песок и щебень. Для ускорения твердения, улучшения свойств синтетических смол применяют отвердители, пластификаторы и другие добавки.

Наиболее часто для полимербетонов используются термореактивные смолы: фурановые, эпоксидные и полиэфирные. Фурановые смолы являются наиболее дешевым полимерным вяжущим. В строительстве наибольшее распространение получил мономер ФА, получаемый при взаимодействии фурфурола и ацетона в щелочной среде. Отверждение мономера ФА происходит в присутствии катализатора – бензосульфокислоты, оптимальное количество которой составляет 20-30% от массы ФА.

Эпоксидные смолы – это полимерные вещества линейного строения, содержащие эпоксигруппу. Для полимербетонов наиболее пригодны жидкие эпоксидные смолы ЭД—5 и ЭД—6. Для холодного отверждения эпоксидных смол применяют полиэтиленполиамин (10-12% от массы смолы), а также высокомолекулярные вещества – полиамиды, полиэфиры и др. Для улучшения деформативной способности в смолу вводят пластификаторы – дибутилфталат в количестве 15-20% от массы смолы.

Для полимербетонов на фурановых и формальдегидных смолах применяют заполнители, стойкие в кислой среде, так как для их полимеризации используют кислые отвердители. Использование известняков, доломитов, цементов и др., имеющих щелочную реакцию, недопустимо, так как это приводит к резкому снижению прочности бетона. Для полимербетонов на полиэфирных и эпоксидных смолах можно применять самые различные заполнители, в том числе карбонатные породы, асбест и др.

Свойства полимербетонов зависят от вида смолы, состава бетона и технологии его получения. В зависимости от вида полимерного связующего и соответствующего ему отвердителя полимербетоны делятся на классы: фурановые, фенолоформальдегидные, полиэфирные, эпоксидные. Полимербетоны отличаются от цементного бетона высокой прочностью, в особенности при растяжении (7-20МПа) и изгибе (16-40 МПа), и химической стойкостью.

Фурановый полимербетон относится к самым стойким полимерным материалам. Он стабильно сохраняет свои свойства в растворах серной и соляной кислоты, хлоридов, щелочей, а также жирах, маслах и нефтепродуктах. Слабо сопротивляется действию окислителей (азотная, уксусная кислота) и некоторых растворителей (ацетон, бензол, спирт).

Фенолоальдегидный полимербетон достаточно стоек к действию кислот, кроме окисляющих, растворителей, масел и нефтепродуктов. Полиэфирный полимербетон характеризуется повышенной стойкостью к окислителям. В то же время сложноэфирные связи в структуре полиэфира снижают стойкость полимербетона к щелочам и солям, имеющим основную реакцию, а также к воде. Степень снижения прочности полиэфирного полимербетона в воде не меньше, чем в растворах кислот и солей.

Химическая стойкость эпоксидных связующих зависит от характера отвердителя и вида, образующихся при твердении межмолекулярных связей. Отвержденные ароматическими полиаминами эпоксидные полимербетоны особо устойчивы к кислотам (соляной, хромовой, уксусной). Повышенной стойкостью к воде, щелочам и окислительным средам обладают эпоксидно—полиамидные составы.

На стойкость полимербетонов существенное влияние оказывают наполнители, которые сами должны обладать достаточной химической стойкостью в конкретных агрессивных средах. Плотность структуры бетона как первое условие химической стойкости подтверждается также количественным влиянием наполнителей на стойкость. Любые мероприятия, повышающие водостойкость полимербетона, обеспечивают одновременно и повышение его химической стойкости.

Способы создания плотной структуры полимербетонов обеспечивают повышение не только водостойкости, но и морозостойкости. Разработаны составы тяжелых полимербетонов плотностью 2200-2400 кг/м3, имеющих предел прочности на сжатие: на основе фенолоформальдегидных смол 40-60 МПа, карбамидных – 50-80МПа, полиэфирных – 80-120 МПа, фураново-эпоксидных – до 160МПа.

При этом водопоглощение полимербетона за 24 часа составляет не более 0,3%, морозостойкость от 300-500 циклов. Механические свойства полимербетонов повышаются при армировании их стальной или стеклопластиковой арматурой, а также при использовании волокнистых наполнителей – асбеста, стекловолокна и др.

Полимербетоны и армополимербетоны находят широкое применение в транспортном строительстве. Из них изготавливают опоры контактной сети, используют для омоноличивания опор моста, заполнения деформационных швов, инъецирования арматурных каналов мостовых конструкций, устройства покрытий проезжей части. Многолетняя эксплуатация сталеполимербетонных шпал показала высокую их надежность в условиях интенсивного движения вагонов, периодического воздействия масел, минеральных удобрений и других реагентов.

4. Лакокрасочные защитные покрытия по металлу.

Лакокрасочные защитные покрытия широко распространены и применяются наиболее часто. В состав покрытия входят пленкообразующие вещества, наполнители, пигменты, пластификаторы, растворители, катализаторы. Покрытие такого рода не только хорошо защищает изделие в различных атмосферах, но и придают ему приятный внешний вид. Кроме того, варьируя состав и используемые материалы, получают покрытия с специфическими свойствами (токопроводящие, необрастающие, светящиеся, декоративные, с повышенной прочностью, жаростойкостью, кислотостойкостью и т.п.).

Лакокрасочные защитные покрытия в свою очередь подразделяются на лаки, краски, эмали, грунтовки, олифы и шпаклевки.

Лакокрасочные покрытия, покрытия, которые образуются в результате плёнкообразования (высыхания) лакокрасочных материалов, нанесённых на поверхность изделий. Основное назначение Лакокрасочные покрытия - защита материалов от разрушения (например, металлов - от коррозии, дерева - от гниения) и декоративная отделка изделий. Существуют также лакокрасочные покрытия специального назначения - электроизоляционные, флуоресцентные, термоиндикаторные, термостойкие, бензо- и маслостойкие и др. Применяют Лакокрасочные покрытия во всех отраслях народного хозяйства и в быту. При правильной эксплуатации срок службы лакокрасочные покрытия может достигать нескольких лет, они не дороги, просто наносятся и ремонтируются, придают защищаемой поверхности красивый внешний вид. В 1972 во всём мире для получения лакокрасочные покрытия было израсходовано около 14,5 млн. т лакокрасочных материалов.

Свойства лакокрасочные покрытия определяются составом лакокрасочных материалов (типом плёнкообразующих веществ, пигментов и др.), а также структурой покрытий, которые в большинстве случаев состоят из нескольких слоев. Важнейшие требования к лакокрасочные покрытия - прочное сцепление (адгезия) отдельных слоев друг с другом, а нижнего слоя - также и с подложкой, твёрдость, прочность при изгибе и ударе, влагонепроницаемость, атмосферостойкость, комплекс декоративных свойств (прозрачность или укрывистость, цвет, степень блеска, узор и др.). При получении многослойных лакокрасочные покрытия применяют следующие материалы: грунтовки, которые наносят непосредственно на подложку для её антикоррозионной защиты и обеспечения адгезии лакокрасочные покрытия; шпатлёвки, наносимые по слою грунтовки при необходимости заполнения пор, мелких трещин и устранения др. дефектов поверхности; краски, которые придают поверхности необходимые декоративные свойства и обеспечивают стойкость лакокрасочные покрытия к внешним воздействиям; лаки, наносимые по слою краски для повышения блеска лакокрасочные покрытия (при получении прозрачных лакокрасочные покрытия лак наносят непосредственно на защищаемую поверхность). Общая толщина многослойных Лакокрасочные покрытия составляет обычно 40-300 мкм.

Использованная литература.

1.       Гуревич Э. А. Химическое сопротивление строительных материалов. , Саратов, 2003

2.       Москвин В. М., Иванов Ф. М., Алексеев С. Н., Гузеев Е. А. Коррозия бетона и железобетона, методы их защиты.  М.; Стройиздат, 1980

3.       СНиП 2.20.11-85. Защита строительных конструкций от коррозии. Госстрой СССР, Москва, 1986.

9