|
|
Влияние жидких агрессивных сред на механические свойства строительных материалов
Воздействие среды может быть неагрессивным и малоагрессивным, при которых тот или иной материал сохраняется столетиями или даже тысячелетиями, или столь агрессивным, что конструкции разрушаются через несколько лет и даже месяцев. Следует также отметить, что окружающая среда, в условиях которой эксплуатируются строительные конструкции, может иметь весьма разнообразный состав. В одних случаях это могут быть атмосфера, газ, вода, почва; кислоты, щёлочи, соли и их растворы; различные металлы; минеральные и органические вещества в жидком и твёрдом состояниях. В других – это различные комбинации указанных сред, и также их сочетания с электрическим током, световыми и радиоактивными излучениями.
Коррозионные процессы в строительных материалах происходят преимущественно при воздействии на них жидких сред. Сухие газы и твёрдые среды при нормальных условиях в большинстве своём являются неагрессивными. Растворение газов и твёрдых сред в парах влаги воздуха приводит к образованию растворов солей, кислот и оснований, конденсация которых в капельно-жидком состоянии на строительные материалы приводит к развитию коррозионных процессов.
К химически стойким строительным материалам относятся: стекло, сера, каменные и полимерные материалы и др.
Рассмотрим данный вопрос более подробно.
Химическая стойкость стекла зависит от его состава. Силикатное стекло обладает высокой химической стойкостью к большинству агрессивных сред за исключением плавиковой и фосфорной кислот. Органическое стекло (полиметилметакрилат) не стойко в растворах кислот и щелочей, а также легко растворяется в органических растворителях (например, ацетоне).
Изделия из изверженных и метаморфических кислых горных пород стойки к действию кислот любых концентраций, кроме плавиковой и фтористоводородной; из плотных осадочных карбонатных пород – действию щелочей.
Большинство полимерных материалов и пластмасс обладает высокой химической стойкостью и устойчивостью к коррозионным воздействиям. Наиболее эффективными являются перхлорвиниловые, хлоркаучуковые, эпоксидные, полиуретановые, полиэфирные материалы, а также материалы на основе хлорсульфированного полиэтилена, тиоколов и наирита.
Поливинилхлорид стоек к действию кислот, щелочей, спиртов, бензина и смазочных масел. Полистирол водостоек, а также сопротивляется действию концентрированных кислот (кроме азотной и ледяной уксусной) и растворам щелочей (до 40 % концентрации). Полиизобутилен стоек к воде, кислотам и щелочам. Эпоксидные полимеры обладают высокой химической стойкостью за исключением сильных окислителей и влажного хлора. Полиэфиры наоборот стойки к влажному хлору и концентрированным растворам окисляющих кислот, но теряют до 40 % прочности от длительного воздействия воды. Стеклопластики обладают высокой химической стойкостью и малым водопоглощением (менее 1,5 %). Водопоглощение полиэтилена ещё ниже 0,03…0,04 %, а пенополиуретана чуть выше – 2…5 %. Кроме того, оба материала являются химически стойкими. Следует также отметить, что высокой химической стойкостью обладают и материалы на основе фурановых смол.
Органические вяжущие (битумы, дёгти и т.д.) и материалы на их основе обладают гидрофобностью и хорошо сопротивляются действию щелочей с концентрацией до 45 % и растворам кислот: фосфорной – до 85 %, серной – до 50 %, соляной – до 25 %, уксусной – до 10 %. Они менее стойки в атмосфере, содержащей окислы азота. Однако их нельзя использовать в условиях действия сильных окислителей, органических растворителей (кроме низкомолекулярных спиртов), масел и концентрированных щелочей.
Растворители по отношению к асфальто-смолистым веществам можно разделить на три группы. К первой группе относятся растворители с высокой растворяющей способностью (83…90 %) и практически с нулевой избирательностью к асфальтенам (ароматические растворители, четырёххлористый углерод и сероуглерод). Вторая группа характеризуется высокой растворяющей способностью, как и первая, но отличается от них выраженной избирательностью (хлороформ и трихлорэтилен). Третья большая группа растворителей характеризуется умеренной растворяющей способностью (27…40 %) и резко выраженной отрицательной избирательностью. К ним относятся алифатические углеводороды С5–С8, низшие алифатические спирты С1–С5 и ацетон. Растворимость битумов в таких органических растворителях, как хлороформ, бензол, сероуглерод и четырёххлористый углерод, характеризует наличие примесей – минеральных и других твёрдых веществ (например, карбенов и карбоидов). В этих растворителях битумы растворяются более чем на 99 %.
Керамические материалы, за исключением кислотостойких, обладают невысокой стойкостью к действию воды и активных жидкостей. Их водопоглощение может колебаться в интервале 0…70 %. Так, для керамического кирпича оно составляет не менее 6…8 %, фасадной плитки – не более 10 %, кислотоупорной плитки – 0,4…8 %, а керамзита и аглопорита может доходить до 70 %. К кислотостойким материалам относятся клинкерный и кислотоупорный кирпич, плитка. Эти изделия стойки к воздействию сильноагрессивных сред: кислот, слабых растворов щелочей и органических растворителей. Их химическая стойкость находится в пределах 96…99 %.
Древесина по-разному реагирует на действие химических веществ. Она обладает высокой стойкостью к действию калийных и натриевых солей, минеральным удобрениям. При обычной температуре плавиковая, фосфорная и соляная (низкой концентрации) кислоты не разрушают древесину. Серная кислота при концентрации более 5 % и особенно азотная кислота разрушают древесину при низких температурах. Большинство органических кислот при обычной температуре не ослабляют древесину; она устойчива к действию уксусной, муравьиной, лимонной и других кислот. Горячие растворы органических кислот разрушают древесину, особенно при увеличении концентрации и повышении температуры. Газовые среды, например серный или сернистый ангидрид, вредно действуют на древесину при наличии увлажнения и повышенной температуры. Следует отметить, что древесина является химически более стойким материалом, чем металл и железобетон.
Твёрдые древесные плиты (ДСП и ДВП) обладают высокой стойкостью по отношению к слабым кислотам и щелочам, концентрированным органическим кислотам, спиртам, растительному и минеральному маслам, углеводородам, но не стойки к концентрированным неорганическим кислотам и концентрированным щелочам. При воздействии последних происходит набухание плит. Сверхтвёрдые плиты более стойки к воздействию химикатов.
Малой химической стойкостью отличаются такие материалы, как неорганические вяжущие и бетоны. Приведём некоторые сведения. Гипсовые вяжущие обладают низкой водостойкостью. Водопоглощение силикатного кирпича может достигать 14…16 %, а изделия на основе известково-шлаковых вяжущих наоборот стойки к пресной воде. Повышенной химической стойкостью обладают такие вяжущие, как жидкое стекло, сульфатостойкий портландцемент (стоек к действию сульфатной коррозии), пуццолановый (стоек к выщелачиванию Ca(OH)2), расширяющийся (обладает высокой водонепроницаемостью цементного камня), глиноземистый цемент (стоек в растворах кальция (магния), выщелачиванию Ca(OH)2, однако разрушается в растворах кислот и щелочей).
К химически стойким бетонам относятся кислотоупорный бетон и полимербетоны. Первый выдерживает действие концентрированных кислот (кроме горячей фосфорной, плавиковой и кремнефтористоводородной), растворов солей и газов, однако разрушается под действием воды уже за 5 – 10 лет. Его также нельзя использовать при воздействии щелочей. В отличие от предыдущего, гидротехнический бетон обладает хорошей водостойкостью и водонепроницаемостью. Его водопоглощение не превышает 5…7 %. Полимербетоны отличаются высокой стойкостью к воде и химическим реагентам.
Следует отметить, что действие жидкой среды и воды приводит к коррозии цементного камня и бетонов.
Основные причины коррозии можно разделить на три вида: 1 – разложение составляющих цементного камня, растворение и вымывание гидроксида кальция; 2 – образование легкорастворимых солей в результате взаимодействия гидроксида кальция и других составных частей цементного камня с агрессивными веществами и вымывание этих солей (кислотная, магнезиальная коррозия); 3 – образование в порах новых соединений, занимающих больший объём, чем исходные продукты реакции; это вызывает появление внутренних напряжений в бетоне и его растрескивание (сульфоалюминатная коррозия). |
|
|
|
|
Влияние жидких агрессивных сред на механические свойства строительных материалов