Стойкость гипсоцементнопуццолановых вяжущих под воздействием кислых сред

Коррозионная стойкость изделий из гипсоцементнопуццолановых вяжущих (ГЦПВ) в кислых средах представляет собой один из важных аспектов проблемы их долговечности, так как позволяет решить вопрос о возможности использования их во многих производственных зданиях сельскохозяйственного назначения.

В настоящее время кислотостойкость цементного камня и бетона оценивается по данным механических испытаний в возрасте 6—12 мес. Такая методика не позволяет в сжатые сроки определить, пригоден ли материал для использования в условиях кислотной агрессии, которая является характерной особенностью большинства сельскохозяйственных построек.

В связи с этим предлагается новая методика, позволяющая не только значительно ускорить получение необходимых данных, но и расширить информацию о механизме протекающих процессов, характеризовать их объективными кинетическими .показателями >и заложить основы прогнозирования коррозии цементного камня в кислых средах на основе строгого теоретического обоснования.

Предпосылками разработки ускоренной методики послужили следующие положения. Процессы взаимодействия цементного камня с кислыми средами относятся к гетерогенным процессам, протекающим на границе раздела твердое тело — жидкость. Такой гетерогенный процесс состоит из ряда последовательных стадий. Первая — перенос реагирующих веществ к поверхности раздела фаз («реакционной поверхности»). Вторая — собственно гетерогенная реакция. Третья — отвод прореагировавших веществ от «реакционной поверхности». Суммарная скорость процесса лимитируется скоростью наиболее медленной стадии. Если такой стадией является подача реагирующих веществ к зоне реакции или отвод от нее продуктов реакции, то реакция идет с диффузорным контролем и для ее объективной оценки необходимо определять коэффициент диффузии (D).

Если же медленной стадией процесса является стадия химического превращения, то скорость процесса лимитируется скоростью химической реакции. Тогда процесс протекает в кинетической области и для его оценки необходимо определить порядок («) и константу скорости реакции (k).

При сравнимых скоростях диффузии и химической реакции имеет место промежуточная область процесса. В этом случае для расчета необходимы значения D н ft.



Предварительно опытным путем на примере растворения гипса в воде была установлена применимость теории в соответствии с вышеприведенным уравнением. На рис. 2 приведены величины диффузионных потоков в зависимости от корня квадратного из угловой скорости вращения (прямая), которые сопоставлены с соответствующими значениями, вычисленными по уравнению Как видно из рис. 2, найденные экспериментальные значения потоков в пределах ошибки опыта совпадают с теоретическими. Исключение составляет лишь величина потока.



После предварительного твердения диски помещали в оправку так, чтобы свободной оставалась только одна их «реакционная-,, поверхность. Для предотвращения случайного растворения боковых поверхностей диска места его контакта с оправкой покрывали бакелитовым лаком. Оправка навинчивалась на вал установки, проводившейся в движение через шкивы электродвигателем мощностью 0,75 вт. Скорость вращения измеряли стробоскопическим тахометром СТ-5. «Реакционный сосуд» установки термостатировали с помощью ультратермостата. Температуру поддерживали с точностью до 0,05°С. Объем агрессивного раствора составлял 400 мл. Применялись 0,2; 1 и 3%-ные растворы NH4C1, NH4NO3 и (КМ4) SO<, имеющие кислую реакцию, и растворы органических кислот (муравьиной, уксусной, молочной и щавелевой) 0,5, 1 и 3%-ной концентраций. Растворы готовились из реактивов квалификации «х. ч.» и «ч. д. а.» на дистиллированной воде.

Началом и окончанием опыта считали соответственно момент соприкосновения диска с раствором и момент отрыва диска от поверхности раствора, отмеченные по секундомеру. Отбор проб производили пипеткой через отверстие в верхней крышке «реакционного» сосуда. Содержание ионов кальция в пробе определяли трилонометрическим титрованием. Проводили 2—4 параллельных анализа с учетом изменения объема раствора за счет отбора проб.

Для подтверждения правильности предлагаемой методики изучалась стой-

Растворение вяжущих материалов в агрессивных растворах кислот и солей проводили при разных гидродинамических режимах (2,5 KPeCRe-O 105). Прн этом были определены величины диффузионных потоков и проанализирована зависимость величины потока от ш .

Установили, что растворение ГЦПВ и портландцемента идет с диффузионным контролем до скорости вращения диска порядка 800 об мин, а гипса — вплоть до 1400 об/мин. Далее все опыты проводили в условиях диффузионного контроля за процессом растворення (ш =760 об/мин).

На рис. 3, а, б представлены результаты экспериментов прн растворении образцов из ГЦПВ в Г растворах органических кислот и 3%-ных растворах аммонийных солей. Для сравнения приведены кинетические кривые пг - растворении этих же материалов в вод- а также гипса и портландцемента в 1 % ном растворе молочной кислоты и 3- ном растворе хлористого аммония. И: рис. 3. 4 видно, что сильно влияет на скот теть растворен» - вяжущих материалов, причем наиболее агрессивными растворами из кислот является муравьиная кисл: та. а кг солей— хлорид аммония. Акалтгичная последовательность в измененное агрессивное- кислых сред была установлена также по обычной методике (табл. 1), где критерием стойкости служил коэффициент- стойкости (КСб).


Таким образом, хорошее совпадение, наблюдаемое при использовании этих двух методик свидетельствует о том, что при кислотной коррозии цементного камня (а следовательно, и бетона) имеется тесная взаимосвязь между процессами, протекающими с поверхности и в объеме пористого материала, что было теоретически обосновано ранее. Параметры внешней массопередачи позволяют прогнозировать относительную стойкость материала, оцениваемую но изменению его механических показателей.