Способы защиты цементных композитов
Повышение физико-химического сопротивления цементных композитов является одной из актуальных задач современного материаловедения, поскольку эти материалы находят наибольшее применение в практике строительства.
Известно, что стойкость цементных композитов в средах слабой и в отдельных случаях средней агрессивности можно обеспечить так называемыми методами первичной защиты. Первичная защита от коррозии - это защита посредством изменения состава и структуры или только структуры материала Определяющее значение при этом придается выбору вяжущего вещества.
В тех случаях, когда собственные защитные ресурсы материала не способны обеспечить надлежащую долговечность конструкции, применяют специальную противокоррозионную защиту, которую часто называют вторичной. Это достигается ограничением или исключением действия среды на материал после его изготовления и реализуется в основном устройством по цементным композитам различного рода малопроницаемых химически стойких покрытий. Очевидно, что такое подразделение защить не всегда соответствует действительности, например когда изделия или конструкции имеют собственное покрытие, наносимое в заводских условиях В этой связи возникает необходимость выработки общего подхода к выбору направлений, которые классифицировали бы все существующие способы защиты от коррозии и позволили бы изыскать их новые варианты.
Каждый материал обладает определенным диффузионным и реакционным сопротивлением, то есть имеет энергетические барьеры, предотвращающие проникновение агрессивной среды и ее химические взаимодействия. С учетом этого фактора можно выделить три основных направления, на которых базируются существующие способы повышения физико химического сопротивления материалов, в том числе цементных.
- создание на пути движения агрессивной среды к основным структурооб разующим компонентам материала дополнительного энергетического барьера,
- повышение энергетического барьера химических реакции среды с основными структурообразующими составляющими материала,
- повышение энергетического барьера для предотвращения проникновения компонентов среды и их химических взаимодействий с основными структурообразующими составляющими материала.
Первое направление предусматривает уменьшение проницаемости агрес сивной среды в бетоны за счет получения плотных структур; устройства полимерных, полимербетонных, керамических и других покрытий на поверхности материала пропитки поверхностных слоев серой, полимерными, гидрофобными и другими веществами, применения химически стойких наполнителей и заполнителей и т.д.
Стойкость цементного бетона в агрессивных средах в значительной мере зависит от его плотности. Энергия активации взаимодействия цементного связующею со многими агрессивными средами незначительна. Ее повышение путем введения в состав бетонов модификаторов неэффективно. Очевидно, что повышение плотности цементных материалов будет являться одним из основных условий роста их физико-химического сопротивления. Чем плотнее структура бетона, тем больше его диффузионное сопротивление. Повышения плотности цементных материалов можно достигнуть правильным подбором состава смеси, уменьшением В/Ц, применением добавок, специальными приемами уплотнения.
Очевидно, что замедлить диффузию среды в материал можно также на подходе к его поверхности, в поверхностных слоях или в объеме путем создания специальных преград. При этом чем ближе к поверхности располагаются препятствия и чем менее проницаемую и более равномерную они создают защиту, тем более эффективно повышается физико-химическое сопротивление материала.
Предпочтительной является защита, когда такие преграды устраиваются при подходе к основному материалу. Сюда прежде всего следует отнести покрытия различного назначения. Для цементных материалов такую защиту рекомендуют при действии на них сред высокой и средней степени агрессивности. Наибольшее применение нашли монолитные полимерные покрытия на основе термореактивных смол.
Различие свойств покрытия и основного материала часто приводит к отслоению защитного слоя и его разрушению. Это может произойти и вследствие потери адгезии покрытия к прокорродировавшей поверхности бетона. Во избежание отслоения рекомендуется пропитывать поверхность бетона связующим, на основе которого выполнено покрытие. Чем глубже пропитка, тем эффективнее сцепление покрытия с бетоном. Очевидно, что пропитывать необходимо теми веществами, которые имеют хорошую адгезию к бетону, способствуют уменьшению его проницаемости и сами являются химически стойкими.
Материал, получаемый пропиткой обычного бетона специальными полимерными составами или мономерами с последующей полимеризацией их непосредственно в теле бетона, называется бетонополимером. Бетонополимеры имеют по сравнению с обычными бетонами не только более высокую прочность, но и физико-химическую стойкость. В связи с малой диффузионной проницаемостью пропитанных бетонов они характеризуются повышенной стойкостью в сульфатах, магнезиальных, щелочных средах. При действии кислот на такие бетоны тонкие прослойки полимеров в структуре материала хотя и значительно замедляют процесс коррозии, но не могут предотвратить его полностью. Вместе с тем очевидно, что данный материал с нанесением на него покрытия из химически стойкого пропиточного вещества будет надежно сопротивляться (без отслоения покрытия) агрессивным средам, включая и растворы кислот.
Препятствия проникновению агрессивной среды можно обеспечить во время изготовления бетонов путем введения наполнителей и заполнителей. Однако если связующее вещество склонно к быстрой коррозии, что происходит при действии на цементные материалы многих сред, то введение в составы композитов инертных к среде наполнителей и заполнителей не приводит к желаемому результату, поскольку проникновение среды происходит по реакционноспособным прослойкам связующего вещества. Разрушение связующего, цементного камня, занимающего значительно меньший объем в материале, чем заполнитель, делает бесполезным присутствие последних в составах.
Если в цементном бетоне в первую очередь разрушается заполнитель, содержание которого может составлять до 80% по объему, то скорость корро зии материала увеличивается еще в большей степени, так как разрушение заполнителей увеличивает доступность среды к связующему веществу и в совокупности делает невозможным сохранение эксплуатационных свойств бетона, Введение активных к агрессивной среде заполнителей в состав цементного бетона становится эффективным в том случае, когда его разрушение будет происходить равномерно по цементному камню и заполнителю с образованием слоя, обладающего высоким диффузионным сопротивлением. Очевидно, что образование такого слоя возможно при выполнении условия
Второе направление в разработке химически стойких бетонов предусматривает повышение энергетических барьеров взаимодействия составляющей среды и бетона, то есть получение химически инертных структур материалов. При этом проницаемости бетонов отводится второстепенное значение. Таким способом можно получить проницаемые, но химически стойкие материалы, Сюда следует отнести способы повышения физико-химического сопротивления бетонов путем модификации или замены связующих веществ.
Необходимым условием высокой физико химической стойкости бетона в агрессивной среде является правильный выбор связующего вещества, так как оно является наиболее важным компонентом материала Наполнители, заполнители и добавки должны если не повышать, то хотя бы не снижать физикохимическое сопротивление бетонов.
Способность связующего взаимодействовать с компонентами агрессивной среды определяется энергией активации реакции. Чем выше энергетический барьер, тем медленнее будет реакция или даже ее протекание становится невозможным при данных условиях. Очевидно, что если выбрать цементное связующее, которое характеризуется большой энергией активации при взаимодействии с конкретной агрессивной средой, то можно заранее обеспечить высокое сопротивление бетона при ее воздействии. Таким образом, например, были разработаны водостойкие и сульфатостойкие цементные связующие.
Любое уменьшение активных центров в связующем веществе приводящее при взаимодеиствии с агрессивной средой к образованию несвязных, малопрочных продуктов, способствует повышению химического сопротивления бетонов в целом. В этой связи перспективно получение цементных связующих без химически активных центров, то есть инертных по отношению к действию среды. Следует заметить что для цементных связующих такое превращение в какой-то степени осуществлено приведенными способами только по отношению к действию слабоагрессивных сред. Получение же цементных связующих, инертных к средам средней и высокой степени агрессивности, например к сильным неорганическим кислотам, не представляется возможным, поскольку это приводит к изменению внутреннего содержания материала, а соответственно и уничтожению цементной системы.
Третье направление повышения физико химического сопротивления бе тонов основывается как на уменьшении проницаемости среды в материал, так и на повышении химической стоикости его структурообразующих составляющих. Оно предусматривает комплексный подход и выбор способов защиты бетонов.
Таким образом, можно получить плотные, оптимально наполненные, пропитанные или покрытые водоотталкивающими химически стойкими веществами цементные материалы для работы в соответствующих средах.
