О.Н. КРАШЕНИННИКОВ, канд. техн. наук (ИХТРЭМС КНЦ РАН), Коррозионная стойкость арматуры в шунгизитозолобетоне
Золошлаковые смеси (ЗШС) являются одним из распространенных дисперсных техногенных продуктов, направляемых в отвалы теплоэлектростанциями и загрязняющими окружающую среду. В Кольском регионе Апатитская ТЭЦ, работающая преимущественно на каменных углях Печорского бассейна, системой гидрозолоудаления ежегодно сливает многие десятки тысяч тонн ЗШС; в отработанном зопоотвале накоплено более 7 млн. т этих смесей.
Средний химический состав ЗШС, мас.%: Si02 - 54.70, АОз - 16.71, Fe203 - 13.74, FeO - 1.39, CaO -1.88, MgO - 2.36, Ti02 -1.06, P2Os - 0.27, S03 - 0.72, С - 1.02, Na20 -1.23, K20 -1.44, п.п.п. - 2.31. Основную массу ЗШС составляет стекло (45-62%), представленное частицами шарообразной формы, а также спек (36-52%) в виде мелкопористых агрегатов с высокоразвитой поверхностью. Около 75% ЗШС составляет зольная часть (фракция менее 0.16 мм), зерен шлака крупнее 5 мм не более 1%; удельная поверхность ЗШС 250-300 м2/кг. Шлак обладает устойчивой структурой против силикатного и железистого распадов. По радиационному фактору ЗШС не имеет ограничений для использования в строительстве.
Исследованиями отдела технологии строительных материалов ИХТРЭМС КНЦ РАН доказана эффективность использования ЗШС Апатитской ТЭЦ (б. Кировская ГРЭС) в качестве минеральной добавки в различных бетонах [1, 2]. Так, за счет использования ЗШС при получении шунгизитобетона марок 50-75 возможна замена до 15% портландцемента и до 50% шунгизитового песка; при этом улучшается удобо- укпадываемость смесей, получается бетон более слитной, мелкопористой структуры, практически без ухудшения физико-механических свойств легкого бетона. Однако, поскольку исследованные ЗШС относятся к низкокальциевым кислым золам (модуль основности менее 0.1), важно было определить коррозионностойкость арматуры в шунгизитозолобетонных конструкциях, подлежащих армированию.
Для выявления пригодности ЗШС в качестве компонента легкого армированного бетона проведены эксперименты по изучению стойкости арматуры к коррозии в шун- гизитопенобетоне М50 с различным содержанием добавки ЗШС (в пределах 200 кг/м3, обеспечивающих улучшение качественных показателей легкобетонных смесей). Для приготовления бетона использовались: шунгизитовый гравий фракций 10-20 и 5-10 мм, дробленый шунгизитовый песок и ЗШС насыпной плотностью 400, 480, 880 и 990 кг/м3, соответственно, портландцемент М400 Пикалевского завода и пенообразователь - скрубберная паста Шебекинского химзавода (содержание сухого вещества 16.8%, pH 1 %- го водного раствора 9.06, плотность пены около 200 кг/м3). Расход материалов на 1 м3 бетона контрольного беззольного состава: цемент - 250 кг, шунгизитовый гравий (смесь фракций 10-20 и 5-10 мм в соотношении 65:35 мас.%) - 430 кг, шунгизитовый песок - 300 кг, вода -150 л и пенообразователь 34 л. При этом жесткость легкобетонных виброформуемых смесей равнялась 5-8 с.
Коррозионную стойкость арматуры изучали на кубах шунгизитозолобетона размером 100x100x100 мм, в которые закладывались стержни диаметром 5 и длиной 70 мм из арматурной стали В-1. Испытания вели по ускоренной методике ВНИИжелезобетона [3] при пропаривании образцов в лабораторной камере при относительной влажности 80- 90% и температуре 80°С; после 35 и 70 циклов испытаний производилось обследование стержней и определялись потери их массы и pH водной вытяжки. Результаты этих испытаний приведены в таблице.
Из ее данных видно, что с увеличением содержания ЗШС прослеживается закономерная тенденция возрастания потерь массы стержней, достигающих максимального значения после 70 циклов испытаний при расходе ЗШС 190 кг на 1 м3 бетона, однако не превышающих 0.5 мас.%; при этом разница потерь массы в зависимости от количества циклов незначительна. Для сравнения следует отметить, что, по данным ЦНИИЭПСельстроя (Лапидус М.А., 1984), коррозионные потери арматуры в керамзитозолобетоне с использованием зол Дарницких ТЭС и Каширской ГРЭС после 70 циклов сопоставимы с результатами настоящих испытаний. О пассивирующей способности шунгизитозолобетона свидетельствует и величина pH водной вытяжки, минимальное значение которой после 70 циклов испытаний составило 12.08, что выше регламентируемого показателя в 11.8[4].
Электрохимическим испытаниям подвергались контрольные образцы беззольного шунгизитопенобетона М50 и две серии образцов шунгизитозолопенобетона, содержащего 122 и 173 кг ЗШС. Снятие анодных поляризационных кривых стали в бетоне осуществлялось непосредственно после тепловлажностной обработки, после 3 и 6 мес хранения в условиях переменного увлажнения и высушивания, а также после 8 мес испытаний в атмосферных условиях г. Москвы. Характер поляризационных кривых (см. рисунок) показывает, что сталь в бетонах всех составов, хранившихся при различных условиях, находится в пассивном состоянии, поскольку при потенциале (Е)+300 мВ по насыщенному электроду плотность тока (i) не превышает 10 мкА/ см2; вместе с тем составам бетона с более высоким содержанием ЗШС соответствуют несколько более высокие показатели плотности тока. В результате проведенных 8-месячных испытаний образцов в атмосферных условиях г. Москвы коррозионных поражений стальных стержней в шунгиэитозолобетоне не отмечено.
Показатели pH жидкой фазы бетона составов беззольного №1 и золосодержащих №№ 2 и 3 в исходном виде после тепловлажностной обработки были 12.94,12.10 и 12.34, после 8 мес хранения в атмосферных условиях г. Москвы они уменьшились незначительно - до 12.2,11.97и 11.95 соответственной не превысили нормативного значения.
Вывод
Использование низкокальциевых кислых золошлаковых отходов в качестве добавки в шунгизитобетонные смеси в количестве до 200 кг/м3 обеспечивает возможность получения на их основе легкого бетона собеспеченным защитным действием по отношению к арматуре.
Бетон и железобетон, 2005 №6