电邮这篇文章 Analysis of sedimentation at interaction of filled cement stone with magnesium salts
- 作者: Kupriyashkina L.I., Garynkina E.N., Kupriyashkina E.I., Sedova A.A.
- 期: 卷 5, 编号 11 (2017)
- 栏目: Статьи
- ##submission.dateSubmitted##: 05.03.2025
- ##submission.dateAccepted##: 05.03.2025
- URL: https://ogarev-online.ru/2311-2468/article/view/282425
- ID: 282425
如何引用文章
全文:
详细
The tests show the effect of the degree of filling with zeolite-containing rock on the strength of cement composite at interaction with magnesium sulphate and magnesium chloride. The pH value obtained as a result of the interaction of cement composites with magnesium salts is analyzed. The effect of an aggressive medium on the content of free magnesium and calcium ions in the sediment filtrate is considered.
全文:
Бетон на сегодняшний день является одним из самых популярных материалов в строительстве. Ежедневно он подвергается воздействию агрессивных сред, частично или полностью разрушаясь. Соли магния MgCl2 и MgSO4 распространены повсеместно: сточные, грунтовые воды, морская вода и т.д. Поэтому при длительном действии этих солей возникает необратимый характер разрушения бетона. Данные соли вызывают магнезиальную коррозию:
Са(ОН)2 + MgCl2= CaCl2+ Mg(OH)2↓;
Са(ОН)2 + MgS04 + H2O = СаS04 ּ2H2O + Mg(OH)2↓.
Магнезиальная коррозия вызывает разложение гидросиликатов и гидроалюминатов кальция, а также выпадение осадка – гидроксида магния (рыхлой объемной массы). Все это непосредственно приводит к разрушению бетона [1].
Чтобы выявить процессы, приводящие к разрушению при действии солей магния, были проанализированы осадки, полученные при выдерживании цементного камня в растворах хлорида и сульфата магния различной концентрации в течение 7, 14, 28 суток и изменения прочности.
При проведении эксперимента использовали цементные композиты, наполненные цеолитсодержащими породами на 0; 10; 20; 30 %. Образцы помещали в емкости по 5 шт. и заливали 0,5; 1,5; 2,5 %-ным раствором хлорида магния (MgCl2). В другом варианте – 0,5; 1,0; 1,5 %-ным раствором сульфата магния (MgSO4). Цементные композиты выдерживали в растворах солей 7; 14; 28 суток, следя за изменением концентрации ионов магния и кальция с помощью ионного анализатора PIA-100 и за изменением водородного показателя pH. Прочность композитов испытывали на сжатие на разрывной машине Р-20 со шкалой 4 тонны. Результаты проведенного эксперимента приведены соответственно в таблицах 1, 2.
Состояние водных растворов внешней агрессивной среды и среды железобетонных конструкций (кислой рН<7; нейтральной рН=7; щелочной рН>7) оценивается через концентрацию ионов водорода с помощью водородного показателя pH, который численно равен отрицательному десятичному логарифму концентрации ионов водорода (H+), выраженной в молях на литр:
pH = – Lq(H+)
В железобетонных конструкциях для бетона, имеющего щелочную среду, наиболее опасной является коррозия стальной арматуры. При снижении показателя рН ниже 11,8 в поровой жидкости бетона нарушается пассивация стали, тем самым начинает корродировать арматура. В бетоне появляются сетки трещин, поры, новообразования, позволяющие проникать агрессивным хлорид-ионам и кислороду к арматуре. Бетон начинает разрушаться. Вследствие чего мы можем утверждать, что рН-показатель является неотъемлемым элементом при оценке состояния железобетонных конструкций [2].
Анализ фильтрата в растворах хлорида (табл. 1) и сульфата (табл. 2) магния показывает, что постепенно происходит повышение рН с 6 (контрольные составы) до 8,5–10 с последующим незначительным снижением за счет выщелачивания гидроксида кальция из цементного камня.
Во время эксперимента фиксировали изменение содержания ионов магния и кальция методом ионной хроматографии. В таблицах 1 и 2 представлено динамическое изменение концентрации ионов магния при выдерживании цементного камня, наполненного ЦСП (цеолитсодержащие породы) при 10; 20; 30% и без наполнения в течение 28 суток в растворах хлорида магния с концентрацией 0,5; 1,5; 2,5%. Из таблиц видно, что реакция обмена между гидроксидом кальция и хлоридом магния зависит от концентрации соли, степени наполнения и времени экспонирования цементного камня в растворах хлорида магния. Обменная реакция между цементным камнем без ЦСП протекает с более высокой скоростью при всех концентрациях раствора хлорида магния.
Таблица 1
Результаты анализа фильтрата после выдержки цементного камня в растворах хлорида магния различной концентрации
τ, | ω, % | ω, % | Содержание | Xср±(tt,f ⋅𝑆) ∕ | pH | ||
Mg2+ | Ca2+ | SiO2·nH2O | Cl- | ||||
14 | 0,5 | 0 | 1061,141 | 27,835 | 0,207 | 2717,608 | 8,460 |
10 | 878,925 | 26,512 | 0,132 | 2697,916 | 9,830 | ||
20 | 916,502 | 192,310 | 0,145 | 2693,118 | 8,990 | ||
30 | 1082,663 | 44,427 | 0,042 | 2720,869 | 9,320 | ||
1,5 | 0 | 2530,236 | 64,447 | 0,079 | 8486,367 | 8,940 | |
10 | 2288,565 | 102,620 | 0,042 | 8232,624 | 8,900 | ||
20 | 2223,172 | 433,220 | 0,058 | 8635,201 | 9,030 | ||
30 | 2326,792 | 118,445 | 0,108 | 8509,945 | 8,890 | ||
2,5 | 0 | 3679,389 | 149,466 | 0,079 | 13514,241 | 8,550 | |
10 | 3321,635 | 272,747 | 0,301 | 13513,333 | 9,110 | ||
20 | 3748,612 | 186,353 | 0,265 | 13993,917 | 9,570 | ||
30 | 3685,195 | 177,367 | 0,423 | 13802,035 | 9,580 | ||
28 | 0,5 | 0 | 1006,917 | 19,838 | 0,223 | 2615,999 | 8,790 |
10 | 816,557 | 16,53 | 0,281 | 2524,315 | 9,210 | ||
20 | 742,083 | 147,63 | 0,186 | 2673,285 | 9,572 | ||
30 | 999,826 | 23,496 | 0,127 | 2518,400 | 9,730 | ||
1,5 | 0 | 2529,255 | 45,641 | 0,089 | 7665,861 | 9,200 | |
10 | 1771,166 | 30,52 | 0,113 | 7924,934 | 8,830 | ||
20 | 1514,278 | 178,66 | 0,081 | 7868,010 | 8,690 | ||
30 | 1860,404 | 70,045 | 0,116 | 7676,389 | 9,200 | ||
2,5 | 0 | 3598,633 | 85,247 | 0,292 | 13207,274 | 9,430 | |
10 | 3029,991 | 191,382 | 1,113 | 13414,241 | 9,260 | ||
20 | 3226,918 | 90,791 | 0,494 | 13894,667 | 8,930 | ||
30 | 3277,710 | 101,313 | 0,464 | 13772,685 | 9,890 | ||
Введение ЦСП понижает скорость обменной реакции. Наиболее медленно реакция протекает при 30% степени наполнения. В этом случае в растворе содержится наибольшее количество свободных ионов магния. Это, вероятно, связано с понижением содержания оксида кальция в цементном камне за счет снижения доли самого цемента в бетоне (содержание CaO в портландцементе ~ 65%, в ЦСП ~ 7,2%). По результатам эксперимента можно сделать вывод, что ЦСП снижает коррозию цементного камня [3].
Таблица 2
Результаты анализа фильтрата после выдержки цементного камня в растворах MgSO4 различной концентрации
τ, | ω, % | ω, % | Содержание ионов, | Xср±(tt,f ⋅𝑆) ∕ | pH | ||
Mg2+ | Ca2+ | SiO2·nH2O | SO4- | ||||
7 | 0,5 | 0 | 359,786 | 158,511 | - | - | 9,890 |
10 | 10,334 | 854,549 | 0,134 | 4469,073 | 9,710 | ||
20 | 338,860 | 402,591 | 0,116 | 4056,701 | 9,620 | ||
30 | 697,209 | 175,174 | 0,134 | 3850,515 | 9,710 | ||
1,0 | 0 | 2033,399 | 933,183 | - | - | 9,870 | |
10 | 1739,506 | 1346,335 | 0,234 | 9872,164 | 9,660 | ||
20 | 2182,883 | 416,337 | 0,161 | 8800,000 | 9,690 | ||
30 | 2776,112 | 268,938 | 0,249 | 7150,516 | 9,740 | ||
1,5 | 0 | 3245,620 | 2161,515 | - | - | 9,850 | |
10 | 4323,927 | 1329,251 | 0,141 | 17377,320 | 9,530 | ||
20 | 4541,973 | 534,377 | 0,187 | 15977,318 | 9,780 | ||
30 | 4757,402 | 409,377 | 0,193 | 16787,628 | 9,760 | ||
14 | 0,5 | 0 | 234,917 | 269,426 | - | - | 9,664 |
10 | 0 | 980,697 | 0,432 | 3614,937 | 9,755 | ||
20 | 170,914 | 485,340 | 0,375 | 3770,579 | 9,660 | ||
30 | 672,469 | 235,217 | 0,381 | 3423,985 | 9,560 | ||
1,0 | 0 | 0 | 3991,599 | - | - | 9,640 | |
10 | 1360,306 | 1856,878 | 0,423 | 8003,846 | 9,630 | ||
20 | 1975,193 | 781,371 | 0,409 | 7345,027 | 9,489 | ||
30 | 2511,359 | 353,264 | 0,567 | 5581,946 | 9,612 | ||
1,5 | 0 | 2552,112 | 3142,035 | - | - | 9,651 | |
10 | 3990,893 | 1730,120 | 0,340 | 14097,697 | 9,693 | ||
20 | 4364,444 | 762,720 | 0,427 | 14034,960 | 9,530 | ||
30 | 4510,582 | 346,501 | 0,425 | 13452,048 | 9,620 | ||
28 | 0,5 | 0 | 61,571 | 149,371 | 0,276 | 2630,000 | 9,440 |
10 | 0 | 688,626 | 0,549 | 2163,074 | 9,365 | ||
20 | 0 | 347,931 | 0,551 | 3204,124 | 9,162 | ||
30 | 516,308 | 48,323 | 0,959 | 2832,990 | 9,180 | ||
1,0 | 0 | 0 | 3406,131 | 0,249 | 6997,938 | 9,220 | |
10 | 479,821 | 1846,652 | 0,471 | 5925,773 | 9,210 | ||
20 | 1332,631 | 917,253 | 0,429 | 6255,670 | 8,980 | ||
30 | 2052,792 | 401,561 | 0,648 | 4564,94 | 9,010 | ||
1,5 | 0 | 2216,620 | 2028,277 | 0,212 | 10750,515 | 9,040 | |
10 | 2788,775 | 1949,610 | 0,491 | 10255,670 | 9,060 | ||
20 | 2983,746 | 706,724 | 0,462 | 9810,684 | 9,200 | ||
30 | 4146,798 | 271,895 | 0,549 | 9224,742 | 9,030 | ||
В таблицах 1 и 2 показано изменение концентрации ионов кальция при выдерживании цементного камня с различным содержанием ЦСП. Концентрация свободных ионов кальция увеличивается в зависимости от доли ЦСП в цементном камне. Самая низкая концентрация ионов кальция наблюдается в растворе при контакте с цементным камнем со степенью наполнения 30%.
Экспериментальные данные свидетельствуют, что обменная реакция между гидроксидом кальция и сульфатом магния протекает медленно. При степени наполнения ЦСП на 30% свободных ионов магния в растворах больше, чем с более низкой степенью наполнения.
Прослеживается взаимосвязь содержания свободных ионов магния в растворе с содержанием ионов кальция. С увеличением концентрации ионов магния уменьшается содержание ионов кальция. На указанную взаимосвязь оказывает влияние степень наполнения цементного камня ЦСП. Чем больше степень наполнения, тем меньше оксида кальция в цементном камне и тем больше свободных ионов магния в растворе.
Параллельно с анализом фильтратов осадков была определена прочность образцов на сжатие. Результаты эксперимента показали, что наиболее высокой прочностью обладают цементные композиты, наполненные ЦСП на 20% ‒ 41,4 МПа, выдержанные в 1,5% растворе хлорида магния. С повышением концентрации хлорида магния до 2,5% наблюдали понижение прочности до 37,8 МПа. Ненаполненные композиты при всех изученных концентрациях хлорида магния показали более низкую прочность. Степень наполнения композитов ЦСП оказывает заметное влияние на прочность, так же, как и концентрация агрессивной среды [4–6].
По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы: цеолитсодержащие породы можно использовать в качестве наполнителя в цементное вяжущее для получения химически стойких железобетонных конструкций. Согласно полученным результатам в системе «цементный камень – хлорид магния» степень наполнения цементного камня при 10 и 20% наиболее эффективна в плане повышения прочности и коррозионной стойкости. Более низкой прочностью обладают композиты, выдержанные в системе «цементный камень – сульфат магния». Экспериментальные данные показали, что при повышении степени наполнения ЦСП до 30% и выше прочность цементных композитов понижается. Введение цеолитсодержащих наполнителей позволяет уменьшить корродируемость арматуры в железобетонных конструкциях, работающих в агрессивных средах.
作者简介
L. Kupriyashkina
编辑信件的主要联系方式.
Email: ogarevonline@yandex.ru
俄罗斯联邦
E. Garynkina
Email: ogarevonline@yandex.ru
俄罗斯联邦
E. Kupriyashkina
Email: ogarevonline@yandex.ru
俄罗斯联邦
A. Sedova
Email: ogarevonline@yandex.ru
俄罗斯联邦
参考
- Барбакидзе Б. Ш. Долговечность строительных конструкций и сооружений из композиционных материалов. – М.: Стройиздат, 1993. – 256 с.
- Куприяшкина Л. И., Гарынкина Е. Н., Куприяшкина Е. И. Влияние цеолитсодержащих пород на рН-показатель бетонов // Актуальные вопросы архитектуры и строительства. – Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2016. – С. 273–275.
- Баландина А. В., Куприяшкина Л. И., Осипов А. К., Савинова О. Н., Седова А. А., Селяев В. П. Влияние концентрации солей магния на прочность цементного камня, наполненного цеолитсодержащей породой [Электронный ресурс] // Огарев-online. – 2016. – № 19. – Режим доступа: http://journal.mrsu.ru/arts/vliyanie-koncentracii-solej-magniya-na-prochnost-cementnogo-kamnya-napolnennogo-ceolitsoderzhashhej-porodoj.
- Куприяшкина Л. И., Седова А. А., Куприяшкина Е. И., Гарынкина Е. Н. Действие магнезиальных солей на наполненные цементные композиты // Долговечность строительных материалов, изделий и конструкций: материалы Всероссийской научно- технической конференции, посвященной памяти заслуженного деятеля науки РФ, академика РААСН, д.т.н. профессора Соломатова В.И. – Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2016. – С. 59–64 .
- Селяев В. П., Седова А. А., Куприяшкина Л. И., Осипов А. К. Комплексное изучение процессов повреждения цементного камня растворами карбоновых кислот// Известия высших учебных заведений. Строительство. – 2013. – № 8. – С. 34–41.
- Селяев В. П., Седова А. А., Куприяшкина Л. И., Осипов А. К., Куприяшкина Е. И. Изучение процессов повреждения цементного камня, наполненного цеолитосодержащей породой, растворами хлористоводородной кислоты // Известия высших учебных заведений. Строительство. – 2014. – № 7. – С.32–38.
补充文件
