ЧЕТЫРЕ КРИТЕРИЯ ОЦЕНКИ ЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ КЛАДОЧНЫХ РАСТВОРОВ

АННОТАЦИЯ

Существует множество факторов, влияющих на развитие коррозии арматуры, расположенной в стыках кладки. После проведения стандартных испытаний, защитные свойства растворов были оценены по четырем критериям: 1) площадь карбонизации образцов, 2) потенциал разомкнутой цепи, 3) потеря массы стали и 4) наличие Cl^–. Испытания были проведены в отношении двух агрессивных сред в течение трех периодов: три, шесть и тридцать три месяца. Использовались два вида стали: обычная и оцинкованная.

Экспериментальная часть. Было выбрано семь составов: 3 цементных раствора (M1, M2, M3) и 4 известково-цементных раствора (ML1, ML2, ML3 и ML4). Первые два цементных раствора (M1, M2) представляют собой эталонные растворы, с которыми проводились сравнительные испытания, поскольку они имеют составы, аналогичные составам обычного бетона, и, следовательно, считается, что имеют аналогичные характеристики прочности.

Для исследования были приготовлены небольшие цилиндрические образцы диаметром 40 мм и высотой 100 мм со встроенным армированием диаметром 5 мм. Усиление выступало на 20 мм от верхней поверхности образца. Образцы были частично погружены в деионизированную воду и деионизированную воду с 3,5 % NaCl. Верхняя поверхность образца, а также выступающий стержень были покрыты тонким слоем эпоксидной смолы, чтобы избежать коррозии незащищенной поверхности стального стержня.

Площадь карбонизации образцов и потеря массы стали измерялись через 3, 6 и 33 месяца; тогда как измерения электрохимического потенциала проводились на протяжении всего периода. Присутствие Cl^– измерялось в конце 33-месячного периода. Для каждого состава раствора, каждого типа стали и каждой коррозионной среды было изготовлено девять образцов; три образца за 3 месяца, три образца за 6 месяцев и три образца за 33 месяца. Определение хлоридов производилось по методу Мора. Метод Мора использует хромат-ионы в качестве индикатора при титровании хлорид-ионов стандартным раствором нитрата серебра.

Зная стехиометрию и количество молей, потребляемых в конечной точке, можно определить количество хлорида в неизвестном образце. Важно отметить, что образцы сделаны с ускорителями коррозии, так как были наполовину погружены в 3,5 % NaCl.

Общее количество образцов составило 234. Для среды со средней коррозией MX2 были использованы простые стальные стержни, тогда как для среды с интенсивной коррозией MX4 использовались как стальные, так и оцинкованные прутки. Стальное защитное действие ингибитора коррозии, нитрита натрия, было исследовано в случае среды MX4 с гладкими стальными стержнями.

Зона карбонизации образцов. По истечении каждого периода времени образцы удаляются из коррозийной среды, а затем они разделяются на две части, параллельно оси стального стержня. Площадь карбонизации определяется на поверхности каждого образца с помощью индикатора фенолфталеина; насыщенная углекислотой поверхность образца остается неокрашенной, тогда как область карбонизации окрашена в пурпурный цвет. Глубина карбонизации увеличивается снизу вверх (рис. 1). На рисунках 2 и 3 изображены средние значения глубины карбонизации для каждого типа раствора через 3, 6 и 33 месяца и коррозионной среды MX2 и MX4 соответственно.

Рисунок 1. Зона карбонизации образцов

Рисунок 2. Средняя глубина карбонизации в среде MX2

Рисунок 3. Средняя глубина карбонизации в среде MX4

Результаты показывают, что глубина карбонизации увеличивается во времени во всех случаях, однако область карбонизации в каждом случае не достигла усиления. Для тех же составов раствора и по истечении времени глубина карбонизации на 5-20 % выше в случае среды MX4. Как и ожидалось, два эталонных раствора M1 и M2 демонстрируют самые низкие значения глубины карбонизации; в случае среды MX2 глубина карбонизации растворов-прототипов на 20–40 % ниже, чем у растворов M3, ML1, ML2, ML3, ML4, тогда как в случае среды MX4 значения на 30–50 % ниже. Растворы M3, ML1, ML2, ML3 и ML4 имеют одинаковую глубину карбонизации в обеих средах; различия в величине ± 10 %. Добавление нитрита натрия снижает карбонизацию, но не существенно; растворы с ингибитором коррозии имеют на 5-10 % меньшую глубину карбонизации, чем соответствующие композиции без ингибиторов.

Потенциал разомкнутой цепи. Потенциал разомкнутой цепи стальных стержней измеряется с интервалами в одну неделю в течение первых трех месяцев воздействия и один раз в месяц после этого с помощью насыщенного каломельного электрода (SCE). Для этой цели медные провода располагались на выступающих стержнях всех образцов. Следует напомнить, что для простой стали более отрицательные значения потенциала, чем -320 мВ, предполагают коррозию стали [2]. Соответствующее значение оцинкованной стали составляет -750 мВ [2].

Потенциалы разомкнутой цепи простых стальных прутков всех растворов в среде MX2 очень похожи, независимо от типа раствора, и этот потенциал остается значительно выше -320 мВ в течение 33 месяцев. Это свидетельствует о том, что нет признаков коррозионной активности. Однако можно заметить, что после первых 500 дней (~ 18 месяцев) стальные стержни эталонных растворов (М1 и М2), по-видимому, имеют более положительные потенциалы.

В противоположность можно наблюдать, что значения потенциалов разомкнутой цепи простых стальных прутков всех растворов в среде MX4 в течение 33 месяцев более отрицательны, чем -320 мВ, что указывает на продолжающуюся коррозионную активность. Добавление нитрита натрия, по-видимому, не влияет на результаты.

Средние значения потенциала разомкнутой цепи для оцинкованных стальных прутков во всех составах раствора остаются более положительными, чем -750 мВ, что означает отсутствие коррозии. Более отрицательные значения, которые наблюдались в течение первых 100 дней, можно объяснить формированием/трансформацией пассивного защитного слоя на поверхности стержней [3].

Массовая потеря стальных слитков. Перед подготовкой образцов стальные стержни были пронумерованы и взвешены с точностью до 0,0001 г. После окончания каждого периода времени в агрессивной среде образцы удаляются и разделяются на две части, параллельно оси стального стержня. Прутки отбирают и взвешивают. Окончательный вес брусков снова измеряется с точностью до 0,0001 гр. На рисунках 4 и 5 изображены средние значения потери массы (%) простых стальных стержней за период 3, 6 и 33 месяца и для каждого типа раствора в коррозионной среде MX2 и MX4 соответственно. Результаты показывают, что в течение первых 3 месяцев потеря массы стали во всех случаях незначительна; менее 0,10 %. Эта потеря массы прутков соответствует начальному образованию оксидного защитного слоя на их поверхности из-за щелочной среды окружающей их пасты. В случае среды MX2 потеря массы стальных прутков для всех исследованных типов растворов остается приблизительно стабильной и равна соответствующей потере массы в течение первых 3 месяцев в течение периода 33 месяцев, что указывает на отсутствие признаков коррозии.

Результаты показывают, что в среде MX4 и в случае простых стальных прутков наблюдается увеличение потери массы в течение 33 месяцев во всех типах раствора; На 40 % - 130 % выше по сравнению со средой MX2. В MX4 потеря массы двух опытных растворов M1, M2 на 40 % - 80 % ниже, чем потеря массы растворов M3, ML1, ML2, ML3, ML4.

Рисунок 4. Потеря массы стальных стержней в среде MX2

Рисунок 5. Потеря массы стальных стержней в среде MX4

Добавление нитрита натрия способствует уменьшению потери массы стали только для первых 6 месяцев. В течение этого периода времени потеря массы стали остается такой же, как первоначальная потеря массы в первые 3 месяца для всех типов раствора. В течение 33 месяцев потеря массы стали в растворах, содержащих ингибитор коррозии, на 5-20 % ниже, чем соответствующая потеря массы в тех же обычных составах раствора. Оцинкованные стальные прутки (только в среде MX4) не имеют каких-либо признаков коррозии, поскольку потеря массы стали для всех исследованных типов растворов в течение 33 месяцев остается стабильной, что соответствует первоначальной потере массы в первые 3 месяца.

Присутствие хлорид-ионов. Результаты показывают, что в среде MX2 все растворы содержат очень небольшое количество Cl^– (менее 70 гр / м3). Растворы M3, ML1, ML2, ML3, ML4 содержат примерно в три-четыре раза больше хлорид-ионов, чем растворы-прототипы. Увеличение концентрации хлоридов в растворах в результате увеличило пористость. В среде MX4 количество Cl^– оказывается существенным; оно в 20 раз больше, чем в среде MX2. Опять же, растворы M3, ML1, ML2, ML3, ML4 содержат примерно в три-четыре раза больше хлорид-ионов, чем растворы-прототипы. Очевидно, что количество хлоридов мало для ускорения процесса коррозии. Разница в концентрации между эталонными растворами (M1, M2 и M3) и известково-цементными растворами является значительной.

Список литературы:

1. Carino, N.J. (1999) Nondestructive Techniques to Investigate Corrosion Status in Concrete Structures. Journal of Performance of Constructed Facilities, №13 - P. 96-106.
2. Roventi, G., Bellezze, T., Barbaresi, E. and Fratesi, R. (2013) Effect of Carbonation Process on Passivating Products of Zinc in Ca(OH)2 Saturated Solution. Materials and Corrosion, №64- P.1007-1014.
3. EN 1015. Methods of Test for Mortar for Masonry. Part 11: Determination of Flexural and Compressive Strength of Hardened Mortars. CEN 1998.
4. Kaci, A., Chaouche, M. and Andreani, P.-A. (2011) Influence of Bentonite Clay on the Rheological Behavior of Fresh Mortars. Cement and Concrete Research, №41- P. 373-379.
5. Kouloumbi, N. and Batis, G. (1992) Chloride Corrosion of Steel Rebars in Mortars with Fly Ash Admixtures. Cement and Concrete Composites, №14-P.199-207.
6. Nunes, C. and Slizkova, Z. (2014) Hydrophobic Lime Based Mortars with Linseed Oil: Characterization and Durability Assessment. Cement and Concrete Research, №61-62 - P. 28-29.