К ВОПРОСУ О МАСЛОСТОЙКОСТИ БЕТОНА ДЛЯ ФУНДАМЕНТОВ ПОД ПРОКАТНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ

УДК 69.059.4

Долгова О.А., Саламатов Д.В.
Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова

Модернизация оборудования, в процессе реконструкции прокатных цехов металлургических заводов, связана, прежде всего, с изменением размеров фундаментов под оборудование, при этом возникает необходимость в полном или частичном удалении старого бетона и замене его новым, с улучшенными эксплуатационными характеристиками.

К подземным конструкциям прокатных цехов относятся монолитные фундаменты под основное прокатное оборудование, а также подпорные стены, балки и плиты перекрытий, фундаменты под несущие конструкции и т.п.

При эксплуатации прокатного оборудования, нарушается герметизация смазывающихся поверхностей, и имеют место утечки масла. Проникающее через уплотнение масло попадает на железобетонные конструкции и интенсивно пропитывает бетон на большую глубину.

Фундаменты под прокатное оборудование подвергаются в процессе работы в различных сочетаниях воздействию повышенных температур, масла, воды с окалиной и грунтовых сульфатосодержащих вод [1.].

Агрессивное действие нефтепродуктов, в частности минеральных масел, связано с тем, что они при длительном воздействии на бетон железобетонных конструкций пропитывают бетон и снижают его прочность на сжатие, сцепление с арматурой и, следовательно, несущую способность железобетонных конструкций [2, 3, 4]. Бетон, пропитанный маслом, как бы стабилизируется, оставшаяся в нем влага изолируется от непрореагировавших зерен цемента и дальнейшей гидратации их не происходит. Составляющие нефтепродуктов (за исключением отработанного масла) химического воздействия на бетон не оказывают. Однако при длительном воздействии нефтепродуктов на бетон прочность его снижается вследствие ослабления контактов между заполнителями бетона и цементным камнем. По данным Н. М. Васильева после 7-8 лет хранения в смазочном масле у образцов нормальной плотности потеря прочности достигает 60-70% и в дальнейшем почти прекращается [2]. Это объясняется влиянием содержащихся в составе масел высокополярных смол и присадок, способных легко проникать в мельчайшие поры и трещины и, расклинивая их, снижать сцепление между растворной частью и крупным заполнителем, а также арматурой [3].

Повышение сопротивляемости бетона действию минеральных масел обычно рекомендуют производить путем уменьшения его проницаемости, либо повышения его прочностных характеристик с учетом их снижения во времени до заданного уровня [5].

По СНиП 2.03.11-85 степень агрессивного воздействия минеральных масел на бетон классифицируется при марках по водонепроницаемости W 4 и W 6 как слабоагрессивная, а при W 8 неагрессивная (при В/Ц не более 0,6; 0,55; и 0,45 соответственно).

Для исключения попадания на бетон нефтепродуктов рекомендуют устраивать металлические или пластмассовые поддоны с высотой борта 20-25 мм и устройством отверстия в днище для отвода масла и других нефтепродуктов в систему маслоудаления, также рекомендуется проектировать полы с уклоном и устройством для сбора и удаления проливов. В.М. Москвин и К.Д. Некрасов, отмечая вредное влияние минеральных масел на бетонные полы промышленных предприятий, рассматривают и рекомендуют к практическому применению ряд конструкций маслостойких полов [4, 5].

Н.М. Васильев предлагает защищать бетон маслостойкими покрытиями из перхлорвиниловой пленки [6] и снижать маслопроницаемость бетона путем использования добавки хлорного железа совместно с СДБ [4].

Ф.Перкинс [7] считает, что смазочные масла являются опасными для бетона только в случае наличия в них жирных кислот. Причем, отмечается, что масла, обладая высокой проникающей способностью, при наличии в них кислот, потенциально опасны для арматуры.

Для установления дальнейшей возможности эксплуатации конструкций, пропитанных нефтепродуктами и, в первую очередь, маслом, устанавливают глубину пропитки, фактическую прочность конструкций (особенно перекрытия) и, в случае крайней необходимости, прибегают к удалению масла из бетона путем нагревания перекрытия при помощи специальных нагревательных электроковров или установок [5].

В данной работе приведены результаты исследования неорганических пластификаторов – хромата калия К₂CrO₄ (ГОСТ 4459-75) и тиосульфата натрия – Na₂SO₃ (СТЭВ 223-75). Работами М.М. Сычева, Л.Б. Сватовской, В.Я. Андриевской [8, 9] показано, что эти добавки и их комплексы наряду с сильным ускоряющим эффектом, обладают ингибирующим, пластифицирующим и повышающим плотность и коррозионную стойкость действием на бетон. Эти добавки были выбраны, с целью оценки их эффективности в бетоне, для фундаментов под оборудование в прокатных цехах ОАО ММК.

В качестве вяжущего для бетона применяли шлакопортландцемент М 300 (ГОСТ 10178-85) Магнитогорского цементо-огнеупорного завода.

Минералогический состав клинкера: C₃S — 61%, C₂S — 13%, C₃A — 5,7%, C₄AF — 14,2%, содержание шлака в цементе — 54,2%.

Исследование маслостойкости проводили по ускоренной методике на образцах-балочках размерами 4х4х16 см, изготовленных из цементно-песчаного раствора состава 1:3 в возрасте 28 суток нормального твердения (при температуре +20⁰С и относительной влажности воздуха 95%). Половину образцов пропитывали в ванне с индустриальным минеральным маслом И-20(веретенное, ГОСТ 1707-51) с подогревом до 100-120⁰С в течение 3-х часов и последующим охлаждением в этом же масле. Пропитанные таким образом образцы после охлаждения испытывали на изгиб и сжатие и определяли коэффициенты стойкости как отношение прочности промасленных образцов к прочности образцов до пропитывания маслом.

Сульфатостойкость бетона, пропитанного маслом, оценивали также по ускоренной методике.

Предварительно пропитанные маслом (по вышеизложенной методике) образцы подвергали кипячению в 10% растворе сульфата натрия в течение 3-х часов, после чего определяли коэффициент стойкости, сравнивая прочность промасленных образцов после кипячения в растворе сульфата натрия с прочностью исходных непромасленных образцов.

Результаты проведенных испытаний (табл. 1) свидетельствуют о повышении маслостойкости бетона на шлакопортландцементе с комплексной добавкой 2,5% Na₂SO₃ + 1,5% K₂CrO₄ по сравнению с бетоном без добавок. Это можно объяснить особенностями капиллярно-пористого строения бетона. При кипячении бетона без добавок в минеральном масле происходит адсорбционное понижение прочности, которое вызывают поверхностно-активные вещества (смолы), содержащиеся в количестве 2% в минеральном масле, оказывающие, в свою очередь, расклинивающее действие, что снижает прочность материала [2].

Примечание:

1. СПЦ – сульфатостойкий портландцемент М 400;
2. ШПЦ – шлакопортландцемент М 300; 3- ШПЦ + 2,5% Na₂SO₃+1,5% K₂CrO₄

Бетон с комплексной добавкой 2,5% Na₂SO₃ + 1,5% K₂CrO₄ обладает повышенной маслостойкостью, что обусловлено микропористой структурой, которую создают добавки. Бетон с добавкой приготовлен на уменьшенном, на 16% водоцементном отношении при равном расходе цемента, что также способствует уменьшению количества микродефектов в цементном камне, следовательно, снижает вероятность попадания масла в толщу бетона. Так как поры бетона с добавкой заполнены серой в коллоидно-дисперсном состоянии, то можно предположить, что сера является своеобразным амортизатором, гасящим расклинивающее действие поверхностно-активных веществ [2, 4, 8].

Исследование сульфатостойкости бетона, пропитанного маслом, проводили на образцах-балочках 4х4х16 см, предварительно пропитанных минеральным маслом. Образцы подвергались кипячению в 10%-ном растворе Na₂SO₄.

Как видно из результатов (табл. 2), образцы, пропитанные маслом, снижают сопротивляемость сульфатной коррозии по сравнению с непропитанными, что согласуется с предыдущими исследованиями маслостойкости бетона.

Механизм разрушения у пропитанных и непропитанных маслом образцов одинаков, меньшая стойкость к коррозии объясняется тем, что поры цементного камня ослаблены поверхностно-активными веществами. У бетона с комплексными добавками отмечается повышенная стойкость и к этому виду комбинированных коррозионных испытаний.

Выполненные по ускоренным методикам испытания позволяют оценить сравнительную стойкость бетонов в средах, характерных для прокатных цехов металлургического производства и эффективность добавок для повышения стойкости бетона в этих средах. Прогнозируемый межремонтный срок эксплуатации бетона с добавками может быть увеличен примерно в 1,3 раза.

Библиографический список.

1. Молчанов Л.Г., Ольгинский А.Г. и др. Особенности эксплуатации среды и коррозии бетона фундаментов под прокатное оборудование // Известия вузов. Строительство и архитектура.–1985.-№ 8.-С. 143-146.
   
2. Васильев Н.М. Влияние нефтепродуктов на прочность бетона // Бетон и железобетон.-1981.-№ 3-С. 36-37.
3. Васильев Н.М. Влияние нефтепродуктов на сцепление бетона с арматурой // Бетон и железобетон.-1981.-№ 10 — С. 27-28.
4. Васильев Н.М. Снижение маслопроницаемости бетона // Бетон и железобетон.-1981.-№ 11. — С. 14-15.
5. Руководство по защите железобетонных конструкций от действия нефтепродуктов.-М.: Стройиздат, 1983.-24 с.
6. Васильев Н.М., Савицкий А.Н., Поленина Т.В. Технико-экономическая эффективность антикоррозионной защиты полов от воздействия минеральных масел /Коррозионностойкие бетоны и железобетонные конструкции. М.: НИИЖБ, 1981. — С. 151-155.
7. Перкинс Ф. Железобетонные сооружения: Ремонт, гидроизоляция и защита / Пер. с англ.: Под ред. М.Ф. Цитрона.- М.: Стройиздат, 1980.-256 с.
8. А.С. 833703 (СССР). Добавка в бетон // Сватовская Л.Б., Сычев М.М. и др. Опубл. в Б.И., 1981.- № 20.
9. Андриевская В.Я., Сватовская Л.Б., Сычев М.М. Опыт опробывания новых активаторов твердения бетона // Оптимизация и интенсификация твердения бетонов в заводских условиях. – Л.: ЛДНТП, 1980.