| |
Химическая стойкость арматуры
При изучении химической стойкости стеклянного
волокна и
стеклопластиков многие исследователи за критерий
принимают
изменение массы образцов при воздействии агрессивных
сред.
Для исследования стойкости арматуры такая методика
не может
быть использована, так как полученные результаты
не позволят
оценить потери прочности арматуры, т.е. ее
работоспособность
при восприятии растягивающих напряжений. Также
совершенно
несостоятельна и методика определения стойкости по
изменению внешнего вида образцов, т.е. цвета,
состояния поверхности
и т.д. Наиболее приемлемым критерием при изучении
химической
стойкости арматуры следует считать прочностный
критерий, который комплексно выражает связь
физико-химических и механических свойств материала.
Этот критерий при изучении стойкости арматуры и был
принят определяющим.
Для ускорения и облегчения испытаний опытных
образцов
арматуры Н.А. Мощанским было предложено испытывать
короткие образцы арматуры на изгиб. Однако, как
показали результаты испытаний, разрушение таких
образцов происходило из-за
нарушения целостности сжатой зоны изгибаемых
образцов, что
не отражало действительной работы арматуры в
конструкциях.
Е связи с этим прочностные характеристики арматуры
следует
определять при их испытании на разрыв.
Для уменьшения влияния неоднородности арматуры по
длине
на разброс опытных данных образцы каждой партии
брались
из одного мотка арматуры. Длина образцов для
испытания принималась равной 700 . . . 800 мм. Для
обеспечения расположения
места разрыва образца между захватами, т.е. в
средней рабочей
его части, концы испытуемых образцов на 250 мм перед
погружением в агрессивные среды усиливались
стеклопластиковым
жгутом, пропитанным полимерным связующим, с
последующей
полимеризацией либо покрывались слоем горячего
парафина.
Подготовленные образцы стеклопластиковой арматуры
перед
испытанием (погружением в агрессивную среду)
подвергались
кондиционированию — выдерживались в течение
нескольких
суток при постоянном температурно-влажностном режиме
(температура 20i2°C, относительная влажность воздуха
65±5%).
После кондиционирования для каждой партии арматуры
определялись основные характеристики — объемная
масса, содержание
связующего, степень полимеризации и водопоглощение.
Затем
образцы помещались в различные агрессивные среды на
7, 10 сут,
на 1,- 3, б, 12, 24 мес и более. После воздействия
агрессивной
среды образцы извлекались из растворов,
выдерживались на
воздухе 10—12 ч и испытывались на прочность при
разрыве, при
этом определялись модуль упругости и относительное
удлинение
перед разрывом. Одновременно со стеклопластиковой
арматурой
воздействию агрессивных сред подвергалась стальная
высокопрочная арматура также диаметром 3 мм.
Характеристики сравнительной стойкости
стеклопластиковой
и стальной арматуры во времени были получены с
помощью
сопоставления результатов кратковременных
прочностных испытаний образцов арматуры до
погружения в агрессивные среды
и после длительной выдержки в них.
38
Проникание растворов агрессивных реагентов к
основному
рабочему материалу стеклопластиковой арматуры, т.е.
к стеклянному волокну, через полимер происходит по
имеющимся в
нем трещинам, порам и каналам, а также за счет
диффузии реагента через полимер. Процесс диффузии
молекул жидкости через
межмолекулярные дырки в полимере к стеклянному
волокну
носит замедленный характер и продолжается около 50
.. .60 сут.
За этот период происходит заполнение его
микродефектов на
поверхности стеклянного волокна и наблюдается
активное снижение прочности арматуры за счет
расклинивающего эффекта жидкости в трещинах на
поверхности стеклянного волокна. В этот
период происходит химическое поражение волокна в
процессе его
взаимодействия с агрессивной средой.
На основании результатов, полученных при испытании
арматуры, построен график сравнительной химической
стойкости
стеклопластиковой и стальной арматуры (рис. 17). На
графике
по вертикальной оси фиксируется прочность арматуры
через
г сут в процентах предела прочности арматуры до
испытания,
т.е. (бс/6 в ) 100%, где dr—прочность арматуры после
г сут воздействия агрессивной среды; бьр— временное
сопротивление арматуры разрыву до испытания в
агрессивной среде. Из графика
следует, что в первые 50 . . .60 сут происходит
интенсивное снижение прочности стеклопластиковой
арматуры, затем этот процесс замедляется и
приобретает прямолинейный характер. Снижение
прочности стальной арматуры происходит значительно
активнее. Например, в 1 н растворе Н250^ через 50 .
. .60 сут стальная
арматура полностью теряет прочность — разрушается, а
стеклопластиковая теряет примерно 10%. Прочность
стеклопластиковой арматуры под воздействием 1 н
раствора H2SO4 в течение 300 сут
снижается на 15%, в течение 900 сут — на 20%. В
растворе сильвинита за 50 . .. 60 сут прочность
стальной арматуры практически
не снижается, а стеклопластиковой — уменьшается на
5%. В насыщенном растворе сильвинита остаточная
прочность стеклопластиковой арматуры через 900 сут
составляет 90%, стальная арматура
к этому времени разрушается. Таким образом, из
графика следует, что долговечность стеклопластиковой
арматуры значительно
превышает долговечность стальной арматуры [12].
Нами было обследовано состояние железобетонных
конструкций в реальных условиях эксплуатации на
заводах синтетических волокон (кислая среда), на
комбинатах и складах минеральных удобрений (солевая
коррозия). В процессе этих обследовании установлено
следующее. На заводах синтетических волокон
железобетонные конструкции подвергаются воздействию
растворов серной кислоты различных концентраций, а
также сероводорода, сероуглерода и сернистого газа.
Под воздействием растворов серной кислоты происходит
разрушение стальной арматуры, а
также традиционного цементного бетона. Срок
эксплуатации
железобетонных конструкций в таких условиях не
превышает 4 . . . 5 лет. Например, на кислотной
станции Светлогорскогзавода искусственного волокна
ребристые железобетонные панели перекрытий над
технологическими тоннелями после каждых
4-х лет эксплуатации заменяются. При воздействии
солей на
складах и комбинатах минеральных удобрений также
наблюдается коррозия стальной арматуры в
железобетонных конструкциях. Срок их службы в этих
условиях сокращается до 7 лет.
Таким образом, при замене железобетонных конструкций
конструкциями из специальных коррозионностойких
бетонов
со стеклопластиковой арматурой представляется
возможным
существенно повысить их долговечность и обеспечить
требуемые
сроки эксплуатации промышленных зданий и сооружений.
Стойкость стеклопластиковой арматуры определяется
видом
агрессивной среды, причем воздействие кислот и
щелочей оказывает наиболее разрушительное действие
на арматуру. Известно,
что в процессе твердения цементных бетонов и при их
увлажнении
образуется щелочная среда, поэтому стеклопластиковая
арматура
в цементных бетонах при определенной их влажности
способна
снижать прочность во времени.
Были проведены исследования влияния на
стеклопластиковую арматуру среды различных бетонов,
приготовленных на портландцементе и глиноземистом
цементе. При этом установлено,
что независимо от вида цемента во всех влажных
бетонах происходит снижение прочности арматуры, а
степень снижения зависит
от влажности бетона.
Стержни стеклопластиковой арматуры диаметром 3 мм
закладывались в бетонные призмы., которые твердели
либо в воздушно-сухих условиях при относительной
влажности воздуха
около 60%, либо над поверхностью воды (относительная
влажность окружающей среды при этом составляла около
90 .. .100%),
а часть призм погружалась в воду на несколько
миллиметров.
Через определенное время выдержки в таких условиях
призмы
раскалывались, арматура извлекалась и испытывалась
на разрыв.
Результаты исследования снижения прочности арматуры
диаметром 3 мм без пленочного покрытия в бетоне на
портландцементе представлены на рис. 18, из которого
следует, что в первые
50 . . .60 сут наблюдалось активное снижение
прочности арматуры
независимо от влажности бетона. Необходимо
напомнить, что в
этот период одновременно происходило снижение
прочности арматуры за счет химического процесса и
расклинивающего эффекта,
который возникал в результате заполнения влагой
микротрещин, расположенных на поверхности волокна. В
последующее
время бетонные призмы, находившиеся в воздушно-сухих
условиях, высыхали, происходило удаление влаги из
микротрещин,
поэтому прочность арматуры в этих призмах несколько
повышалась. Однако прочность не достигала исходной
по причине частичного разрушения волокна за счет
химического процесса взаимодействия щелочи со
стеклянным волокном во влажном вызревающем бетоне.
Затем процесс снижения прочности арматуры
в этих призмах прекращался, причем потери прочности
составляли около 10% исходной (рис. 18, кривая 1) В
призмах, расположенных над водой (относительная
влажность 90 . . .100%), после первых 50 ... 60 сут
снижение прочности арматуры продолжалось. За 600 сут
снижение прочности арматуры в этом случае произошло
примерно на 20% (рис. 18, кривая
2). В призмах, частично погруженных в воду,
наблюдалось неуклонное снижение прочности арматуры,
и через 300 сут арматура
практически разрушилась (рис. 18, кривая 3).
На основании результатов этого исследования
необходимо сделать следующие выводы. Во-первых,
стеклопластиковую арматуру не следует применять в
конструкциях, изготовленных
из цементных бетонов и эксплуатируемых во влажном
состоянии;
во-вторых, при проектировании конструкций из
цементных
бетонов со стеклопластиковой арматурой, которые
эксплуатируются в воздушной среде с относительной
влажностью более
70%, необходимо учитывать снижение прочности
арматуры в течение всего времени эксплуатации таких
конструкций; в-третьих,
при эксплуатации конструкций из цементных бетонов со
стеклопластиковой арматурой в воздушной среде с
относительной влажностью менее 70% следует учитывать
снижение прочности арматуры на 10% на весь срок
эксплуатации. |
