РАЗРАБОТКА РЕМОНТНОГО РАСТВОРА ПОВЫШЕННОЙ КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Введение

Одной из проблем, стоящих перед жилищно – коммунальными комплексами является восстановление (или полная реконструкция) очистных сооружений ресурс которых, как правило, уже исчерпан. Как один из вариантов экономически – обоснованного решения этой проблемы предполагается использование специальных пригодных к механическому нанесению ремонтных растворов, стойких в условиях агрессивных воздействий, которым подвергаются конструкции очистных сооружений. Залогом экономической эффективности такого решения является использование при изготовлении ремонтного раствора местных сырьевых материалов.

Таким образом, целью данной работы было исследование сульфатостойких вяжущих композиций как основы ремонтного раствора повышенной коррозионной стойкости для восстановления очистных сооружений.

Исследование коррозионной стойкости вяжущих композиций

Рекомендации по первичной защите бетона сооружений биологической очистки сточных вод [1], распространяющиеся на железобетонные конструкции сооружений биологической очистки хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод (аэротенки, метантенки, отстойники и вспомогательные сооружения), предусматривают слабо агрессивное по СНиП 2.03.11-85 [2] (умеренное по ACI 318-02 [3]) сульфатное воздействие на бетон и средне агрессивное по [2] воздействие обусловленное микробиологическим фактором. Имеющиеся агрессивные воздействия согласно [1] предусматривают использование цемента с С₃А до 8% (для всех конструкций очистных сооружений), или шлакопортландцемента (для песколовок и отстойников) при обеспечении водонепроницаемости бетона не ниже W8 для метантенков и W6 для других конструкций. По американскому стандарту ACI 318-02 для таких условий (в части сульфатных воздействий) рекомендуется использование умеренно сульфатостойкого портландцемента (MS) с С₃А до 8%, или умеренно сульфатостойкого портландцемента полученного смешиванием портландцемента (IP) с С₃А более 8% и золы уноса или других пуццолан класса F по ASTM C 618.

По методике SVA (предлагается экспертным комитетом по «технологии бетона» Deutsches Institut für Bautechnik) [4] была исследована сульфатостойкость ряда вяжущих композиций на основе различных цементов и пуццолан. По этой методике вяжущее вещество признают сульфатостойким, если расширение образцов 1х4х16 см на его основе не превышает 0,5 мм/м после 91 суток (180 суток по последним рекомендациям DIBt) выдерживания в 4,4% растворе сульфата натрия.

Исследование стойкости в сульфатном растворе портландцемента ПЦ I-500 (ОАО «Дикергофф Цемент Украина”) с содержанием С₃А 6-8% (по данным производителя) свидетельствует о умеренной сульфатостойкости (в течение более 90 но менее 180 суток) цемента (рис.1). Введение в состав вяжущих композиций 10% метакаолина разных производителей снижает сульфатостойкость растворов (рис.1), что вероятно обусловлено наличием в метакаолине активного Al₂O₃.

Рис.1. Исследование по методике SVA сульфатостойкости вяжущих композиций на основе ПЦ I-500 и метакаолина

Добавление к ПЦ I-500 10% золы уноса Ладыженской ТЭС позволяет получить сульфатостойкую (согласно методике SVA) вяжущую композицию, расширение которой не превышает 0,5 мм/м при выдерживании в течение 180 суток в 4,4% растворе сульфата натрия (рис .2). Вяжущие композиции, полученные смешиванием 10% золы уноса, 10% метакаолина и ПЦ I-500 согласно результатам испытаний по методике SVA  являются умеренно сульфатостойкими (в течение более 90 но менее 180 суток, рис.2).

Рис.2. Исследование по методике SVA сульфатостойкости вяжущих композиций на основе ПЦ I-500,

метакаолина и золы уноса Ладыженской ТЭС

При одновременном добавлении к ПЦ I-500 10% метакаолина и 2% сульфата натрия, сульфатостойкость (согласно методике SVA) полученного вяжущего вещества повышается (по сравнению с композициями без сульфата натрия), хотя не превышает сульфатостойкости ПЦ I-500 без добавок (рис .3). Такой эффект можно объяснить реагированием активного Al₂O₃ метакаолина и сульфат-ионов с образованием эттрингита на стадии структурообразования, что приводит к снижению содержания активного Al₂O₃ в затвердевшем растворе и, соответственно, снижению вероятности образования эттрингита в  результате действия внешних сульфатных сред.

Рис.3. Исследование по методике SVA сульфатостойкости вяжущих композиций на основе ПЦ I-500, метакаолина и сульфата натрия

Сульфатостойкость (по методу SVA) раствора на основе ПЦ II / А-Ш-400 превышает сульфатостойкость раствора на основе ПЦ I-500 (рис.4). При введении в ПЦ II / А-Ш-400 10% метакаолина различных производителей сульфатостойкость вяжущих композиций снижается (рис.4).

Рис.4. Исследование по методике SVA сульфатостойкости вяжущих композиций на основе ПЦ I-500, ПЦ II / А-Ш-400 и метакаолина

Еще одним агрессивным воздействием, которое менее выражено в случае очистных сооружений, однако имеет место в случае железобетонных канализационных коллекторов, является биогенная сернокислотная коррозия [4]. Так, согласно DIN 19573 растворы для возведения и реконструкции канализационных сетей кроме испытаний по методике SVA испытывают в частности путем выдерживания в серной кислоте с рН0 в течение 14 суток, при этом регламентируется глубина коррозии образцов балочек 4х4х16 не более 5,2 мм и остаточная прочность раствора не менее 55%.

Исследование стойкости вяжущих композиций в растворе серной кислоты с рН0 (в течение 14 дней) по глубине коррозии (рис.5) свидетельствует об увеличении устойчивости растворов пропорционально увеличению степени минерализации вяжущих веществ. Наиболее стойкими по критерию глубины коррозии в растворе серной кислоты с рН0 можно признать композиции на основе ШПЦ III / А-400.

Рис.5. Исследование стойкости вяжущих композиций в растворе серной кислоты с рН0  (по глубине коррозии в течение 14 суток)

Выводы

Проведенные исследования позволили выбрать вяжущую композицию, характеризующуюся повышенной стойкостью к сульфатной коррозии. На основе выбранной вяжущей композиции был разработан модифицированный ремонтный раствор для ремонта бетонных конструкций, подвергающихся статическим и динамическим нагрузкам.  Разработанная сухая смесь  успешно апробирована путем машинного нанесения. Затвердевший раствор  характеризуется прочностью при сжатии более 55 МПа, модулем упругости более 30 ГПа, адгезией к основанию более 2МПа, усадкой менее 1 мм/м, морозостойкостью F200, водонепроницаемостью W10.

1. Рекомендации по первичной защите бетона сооружений биологической очистки сточных вод. НИИЖБ, Москва 1985
2. СНиП 2.03.11-85. Защита строительных конструкций. от коррозии
3. ACI 318-02. Building Code Requirements for Structural Concrete
4. Stark, J.,Wicht B.: Dauerhaftigkeit von Beton – Der Baustoff als Werkstoff. Baupraxis Birkhauser, Berlin 2001
5. DIN 19573:2016-03. Mortar for construction and rehabilitation of drains and sewers outside buildings

Все статьи автора «Троян Вячеслав Васильевич»