Главная → Статьи

Цементы, стойкие к воздействию различных соединений

Действие неорганических кислот. Цементы, используемые для изготовления бетонных сооружений, подвергаются кислотной коррозии. Суть действия кислоты заключается в реакции с составляющими цементного камня, в результате чего образуются легкорастворимые соли, которые вымываются из бетона. Образующиеся же нерастворимые соединения, например гидроокись кремния или алюминия, остаются в виде рыхлых масс. Скорость разрушения бетонов при этом виде коррозии зависит во многом от растворимости продуктов реакции. Агрессивность фазы при кислотной коррозии оценивается водородным показателем: при рН«6 становится заметно отрицательное воздействие кислой воды на бетон. Следует отметить, что все виды портландцементов некислотостойки: 1%-ные растворы серной, соляной и азотной кислот сильно разъедают бетон в течение довольно небольшого периода времени. То же относится к 5%-ной фосфорной кислоте.

Конечными продуктами действия кислоты на цементный камень будут гель кремнекислоты, а также кальциевые и алюминиевые соли данной кислоты:

CSH + 2HN03-Si02 • rtH20 + Ca(N03)2 + H20, C2AH8+HN03 * Al2(N03)3 + Ca(OH)2.

С целью защиты сооружений от кислотной коррозии были созданы кислотоупорные цементы. Их получают совместным помолом кварцевого песка и кремнефтористого натрия. При использовании цемента его затворяют водным раствором силиката натрия, т. е. жидким стеклом.

Различают три разновидности кислотоупорного цемента. Первая представляет собой тонкомолотую смесь кварцевого песка и 4% Na2SiF6, затворяемую натриевым жидким стеклом. Вторая разновидность отличается от первой большим (не менее 8%) содержанием Na2SiF6 Третья разновидность содержит не менее 14% кремнефтористого натрия.

Область применения кислотоупорного цемента зависит от его разновидности: первая разновидность цемента используется для приготовления кислотоупорных замазок, вторая —для получения растворов и бетонов для футеровки различных химических аппаратов на предприятиях химической, коксохимической отраслей промышленности, третья —для сооружения кислотохранилищ, варочных котлов, защиты полов от действия кислот, газоходов от коррозии при транспортировании сернистых, хлористоводных и других газов.

Анализ термодинамических расчетов для реакции взаимодействия составных частей цементного камня и бетона с кислыми газами позволяет сделать следующие выводы:
1. Кислые газы в атмосферных условиях корродируют цементный камень и бетон
2. По устойчивости к кислым газам составные части цементного камня и бетона располагаются в следующий ряд: СаСОз > C5S6H5,6 > С4АН19 > Са(ОН)2 > С3АН6 > С2АН8 > САНю.
3. Продукты гидратации глиноземистого цемента в химическом отношении больше подвержены воздействию кислых газов по сравнению с продуктами гидратации обычного портландцемента.
4. Карбонатные породы являются более стойкими к кислым газам, чем составные части цементного камня, поэтому их целесообразно применять в качестве заполнителей бетона, предназначенного для работы в условиях воздействия SO2 и H2S.
5. Гидроалюминаты уменьшают стойкость цементного камня по отношению к кислым газам, поэтому применение сульфа-тостойких цементов (с содержанием 6% СзА) для приготовления бетона, предназначенного для эксплуатации в условиях взаимодействия промышленных кислых газов, целесообразно по сравнению с обычными и тем более высокоалюминатными цементами.

Поскольку карбонаты более стойки к действию кислых газов, их целесообразно использовать в качестве заполнителей для бетонов, работающих в таких средах.

Долговечность бетонных изделий в большой степени зависит от плотности, водонепроницаемости и вида применяемого цемента, а также от специальных мер, связанных с изоляцией бетона от агрессивной среды (например, окраска, оклейка, оштукатуривание, разные способы гидроизоляции). Способ защиты от коррозии устанавливается в каждом конкретном случае в зависимости от причины, которая может ее вызвать.

При проектировании следует руководствоваться «Указаниями по антикоррозионной защите строительных конструкций, учитывающими условия взаимодействия внешней среды и бетона. Природные воды различаются по агрессивности к бетону и в СНиПе приведены «Признаки и нормы агрессивности воды — среды».

Действие органических кислот. По степени их воздействия различают две группы кислот: к первой группе относятся кислоты со сравнительно низкой молекулярной массой, например молочная и масляная, образующиеся при прокисании молока и масла; уксусная, содержащаяся в уксусе и употребляемая при солении различных пищевых продуктов, а также в других производственных процессах; щавелевая и винная. Все эти кислоты растворяются в воде; ко второй — кислоты с высокой молекулярной массой, например олеиновая, стеариновая и пальмитиновая, входящие в состав различных масел и жиров.

Молочная кислота оказывает наибольшее разрушительное действие на схватившийся цемент, в связи с чем на маслодельных и сыроваренных заводах бетонные полы часто разрушаются.

Этот процесс усиливается, когда на пол попадает пена от молока. Полы из керамических плиток, уложенных на цементном растворе, также разрушаются в таких условиях эксплуатации. При погружении цементных или бетонных образцов в раствор молочной кислоты происходит постепенное разложение цемента и выделение заполнителей, пока в конце концов почти весь вяжущий материал не будет удален. При этом расширения бетона не происходит. В растворах молочной кислоты, концентрация которых несколько выше 1%, глиноземистый цемент разрушается гораздо быстрее, чем портландцемент, но по мере разбавления раствора кислоты устойчивость глиноземистого цемента возрастает.

Отходы маслодельных и сыроваренных заводов содержат молочную кислоту с величиной рН до 4; на предприятиях, где перерабатываются эти отходы, бетон на глиноземистом цементе остается невредимым, а на портландцементе — разрушается. Глиноземистый цемент успешно применяется на маслодельных заводах в связи с его высокой устойчивостью против сильно разбавленных органических кислот. Однако, он неустойчив при действии сильно щелочных дезинфицирующих средств.

В качестве вяжущего для полов из керамической плитки в помещениях, где молоко обрабатывается и разливается в бутылки, применяют кислотоупорные цементы. Ни пуццолановые цементы, ни шлакопортландцемент не обладают какими-нибудь преимуществами перед портландцементом в отношении устойчивости против действия молочной кислоты. Кроме того, шлакопортландцемент при соприкосновении содержащихся в нем сульфидов с кислотой приобретает неприятный запах. Этим же недостатком обладает и сульфатно-шлаковый цемент, хотя его устойчивость при действии молочной кислоты можно считать более высокой.

Обработка поверхности бетонных полов не дает значительного эффекта в смысле повышения их кислотоустойчивости. Поэтому баки для хранения разбавленных растворов молочной кислоты, например сыворотки, покрывают кислотоупорной битумной краской или смоляным лаком. В сыроварнях применяют более прочные покрытия, например из асфальтовой мастики или белых глазурованных керамических плиток, предпочтительно на кислотоупорном цементном растворе.

Масляная кислота оказывает на бетон такое же действие, как и молочная. Она содержится в прокисшем силосе.

Уксусная кислота разрушает схватившиеся цемент и бетон, в 5%-ном растворе (почти максимальная концентрация кислоты в уксусе) она в течение нескольких месяцев оказывает на них заметное разрушительное действие. При этой концентрации глиноземистый цемент разрушается даже гораздо быстрее; он более устойчив к действию растворов с концентрацией меньше 0,5%. Пуццолановый цемент и шлакопортландцемент обладают У большей устойчивостью, чем портландцемент. Для защиты бетона от воздействия слабых растворов уксусной кислоты применяют кислотоупорные краски и покрытия из горячего парафина. Для защиты бетонов от сильных растворов уксусной кислоты требуются более надежные покрытия, чем от молочной кислоты.

Винная кислота действует на бетон так же, как молочная и , уксусная. Сильно разбавленные растворы винной кислоты, например во фруктовых соках, как правило, не вызывают значительного разрушения бетона, но сам бетон вредно действует на соки. Из этих соображений, а также ввиду присутствия в соках Сахаров рекомендуется наносить на поверхность бетона покрытия, например из кремнефтористых соединений. Яблочный сок, содержащий яблочную кислоту, может вызвать серьезные разрушения бетонов на портландцементе и на глиноземистом цементе.

Щавелевая кислота оказывает незначительное действие на портландцементный бетон, поэтому ее применяют даже для обработки бетонных поверхностей, желая придать им большую устойчивость к действию других слабых органических кислот. При этом образуется нерастворимая поверхностная пленка оксалата кальция. Щавелевая кислота не оказывает агрессивного действия и на глиноземистый цемент.

Кислоты с высокой молекулярной массой, например олеиновая, стеариновая и пальмитиновая, а также обычные ненасыщенные и насыщенные кислоты жирного ряда оказывают ясно выраженное агрессивное действие на бетон: оно возрастает по мере увеличения молекулярной массы в ряду стеариновой (СПН2П02) и олеиновой (CnH2n—2O2) кислот. Исключение из этого правила составляют низшие члены ряда. Эти жирные кислоты с высокой молекулярной массой встречаются в промышленности как составные части масел и жиров. Все они не растворяются в воде.

При обычных температурах главные члены ряда стеариновой кислоты представляют собой твердые вещества с низкой точкой плавления, а члены ряда олеиновой кислоты —жидкости с высокой точкой кипения. Как правило, эти кислоты как составные части масел оказывают агрессивное действие на любой незащищенный бетон. Разрушение обычно бывает более сильным, когда бетон работает на воздухе (полы), чем когда он постоянно погружен в жидкость. Хотя шлакопортландцемент, глиноземистый и пуццолановый цементы более устойчивы к действию этих кислот, чем портландцемент, разница столь незначительна, что не имеет практического значения.

Действие растительных, животных масел и жиров. Растительные и животные масла и жиры состоят главным образом из глицеридов или других сложных эфиров — высших членов нескольких рядов жирных кислот. В некоторых случаях они содержат также значительные количества соответствующих свободных жирных кислот и спиртов. Глицерин является главным спиртовым компонентом масел и жиров и встречается, например, как глицерид стеариновой кислоты (стеарин) в сале и лярде, как глицерид пальмитиновой кислоты (пальмитин) — в пальмовом масле, как глицерид олеиновой кислоты (олеин) — в оливковом масле.

Масла растительного происхождения, даже совершенно свежие, обычно содержат довольно большое количество свободных жирных кислот. В свежевытопленных животных жирах обычно присутствует немного свободной кислоты, но количество ее возрастает при хранении этих жиров на воздухе. Прогорклость масла и жиров появляется в результате окисления некоторых свободных жирных кислот, содержащихся в них.

Глицериды и другие сложные эфиры при гидролизе распадаются на составляющие их спирт и кислотные компоненты. Этот процесс, называемый омылением, может быть вызван действием растворов кислоты или щелочи. При соприкосновении масел с бетоном свободная известь, содержащаяся в схватившемся цементе, омыляет материал, образуя кальциевую соль жирной кислоты и выделяя многоатомный спирт. Этот спирт, в свою очередь, может вступать в реакцию с известью. Так, с олеином образуется олеат кальция и глицерин; последний соединяется с известью с образованием глицерата кальция. Таков типичный механизм разрушительного действия омыляющих масел и жиров на бетон. Если присутствуют и свободные кислоты, как это часто бывает, то они также действуют на бетон с образованием кальциевых солей этих кислот.

Степень разрушения бетона под действием масел зависит от того, насколько они проникают внутрь бетона. Таким образом, вязкость масла является важным фактором, и при прочих равных условиях агрессия, по-видимому, проявляется тем слабее, чем большей вязкостью обладает масло. Масла при хранении на воздухе поглощают влагу и окисляются, в результате чего усиливается их агрессивность. Следовательно, такие масла можно без опасений хранить в закрытых бетонных баках, но они разрушающе действуют на бетонные полы, которые легко теряют защитное покрытие и становятся доступными для воздуха и влаги.

Глицерин в больших количествах производится в мыловаренной промышленности. Свободный глицерин не входит как составная часть в твердые мыла, но обычно содержится в жидких мылах. Он полностью смешивается с водой в любых пропорциях и является растворителем извести.

Агрессивное действие глицерина на бетон выражается в том, что он медленно связывается со свободным гидратом окиси кальция в схватившемся цементе и растворяют его. Слабый 2%-ный раствор глицерина в воде оказывает разрушительное действие на свежеуложенный портландцементный бетон, но почти не действует на хорошо карбонизировавшуюся поверхность затвердевшего бетона. Для хранения разбавленных растворов глицерина пользуются стальными баками, покрытыми цементным раствором; причем при сооружении их требуется исключительная тщательность. Для защиты от агрессивного действия слабых растворов глицерина поверхность бетона обрабатывают синтетической смолой или другими подходящими красками, но при хранении более сильных растворов (10%-ных и выше) это не помогает, требуются более толстые защитные покрытия. Установлено, что концентрированный глицерин, содержащий лишь несколько процентов воды, менее агрессивен.

К наиболее часто встречающимся неминеральным маслам относят хлопковое, пальмовое, оливковое, кокосовое, льняное, репное, тунговое, лярдовое масла, рыбий жир. Как правило, все они агрессивны по отношению к незащищенному портландце-ментному бетону, хотя в некоторых случаях их вредное действие можно свести к минимуму. Некоторые быстровысыхающие масла, например льняное и тунговое, часто используют при обработке поверхности бетона.

Проблема устойчивости бетонных полов к действию масел и жирных кислот представляет интерес для многих предприятий, на которых производится мыло, маргарин, жиры, консервы, свечи, смазочные масла, смазка на растительной основе и др. Трудности, которые при этом возникают, усугубляются еще тем, что полы должны противостоять сильному износу от движения тележек. Замена стальных ободьев колес резиновыми там, где это возможно, часто значительно снижает износ бетона.

В мыловаренной промышленности и на заводах по производству растительных масел было установлено, что полы из портландцементного бетона обычно оказываются непригодными в тех случаях, когда они подвергаются действию растительных масел и кислот. Даже полы из бетона с крупным гранитным заполнителем или бетонные полы, затертые чистым цементом, размягчаются и в конце концов разрушаются. Чем выше содержание свободных жирных кислот в маслах, тем скорее проявляется их агрессивное действие. Добавки, повышающие твердость бетона, оказывают хорошее действие на его поверхность и несколько уменьшают ее износ, однако при большой нагрузке они не помогают. Было также установлено, что бетонные полы плохо служат на предприятиях, изготавливающих животные жиры, маргарин и т. д. В тех же случаях, когда жир остается на полу сравнительно короткое время, бетон может эксплуатироваться вполне удовлетворительно. Часто бетонные полы защищают стальными плитами.

Хлопковое масло быстро разрушает портландцементный бетон. Более устойчивым оказался бетон на шлакопортландцемен-те, а самым устойчивым — бетон на глиноземистом цементе. При значительном содержании свободных органических кислот в масле устойчивость глиноземистого цемента понижается и может стать такой же, как у портландцемента. Репейное масло оказывает сильное агрессивное действие как на портландцемент, так и на глиноземистый цемент. Действие лярдового и сырого льняного масел проявляется значительно медленнее. Глиноземистый цемент, по-видимому, не обладает каким-либо преимуществом перед портландцементом в отношении устойчивости к действию льняного масла. Но бетон на сульфатно-шлаковом цементе и через 5 лет не обнаружил признаков разрушения под действием льняного масла. Портландцементный бетон быстро разрушается при обработке его кокосовым маслом.

Вопрос о сравнительной устойчивости различных цементов против агрессии масел изучен еще недостаточно. Так, в некоторых случаях глиноземистый цемент более устойчив, чем портландцемент, однако это не является общим правилом. В Германии применяют пуццолановые портландцементы или шлакопорт-ландцементы, но они лишь частично повышают долговечность полов, подвергающихся агрессивному действию масел.

Бетонные баки, используемые для хранения различных масел, не подвергаются столь сильному разрушению, как можно было бы ожидать на основании испытаний небольших образцов или опыта службы бетона в условиях воздействия воздуха и атмосферной влаги. Часто в качестве защитных средств применяют растворы силиката натрия и крем нефтор исто го магния, но в более тяжелых условиях лучшие результаты дают смоляные краски. Битумные материалы, размягчающиеся под действием масел, непригодны для защиты поверхности бетона.

Агрессивное действие скипидара на бетон невелико, но он обладает способностью глубоко проникать в него. Смазочные масла нефтяного происхождения не оказывают агрессивного действия на бетон, хотя многие из них содержат растительные масла. То же самое относится к маслам, применяемым для охлаждения инструмента на заводах. Такие масла, попадая на бетонный пол, вызывают постепенное его разрушение, а также проникают глубоко в бетон, иногда даже просачиваются насквозь. Глиноземистый цемент наиболее устойчив, чем портландцемент, к этому виду агрессии.

Действие сахарных растворов на бетон. Проблема создания бетонных полов, устойчивых к действию сахарных растворов, часто горячих, весьма актуальна для различных предприятий пищевой и кондитерской промышленности. Сахарные растворы оказывают агрессивное действие на полы из портландцемент-ного бетона. Соединенное действие этих растворов и механического истирания может привести к разрушению бетонных полов. Рекомендуют применять для защиты бетонных полов пуццола-новые цементы и обрабатывать поверхность бетона растворами силиката натрия или кремнефтористого магния, что лучше. Но эти способы защиты дают лишь временный эффект. Использование глиноземистого цемента для изготовления бетона или в качестве защитного покрытия на портландцементном бетоне дает лучшие результаты. Однако и он не может обеспечить высокую долговечность бетона.

Применение бетонных резервуаров для хранения мелассы дало удовлетворительные результаты, однако в некоторых случаях было отмечено размягчение и растрескивание поверхности бетона. Установлено, что светлая очищенная меласса является более агрессивной, чем темная. Рекомендуется выдерживать бетон перед заполнением резервуара по крайней мере в течение 28 сут на воздухе и обрабатывать его поверхность кремнефто-ристым магнием или силикатом натрия.

Ваш отзыв