Технологии производства бетона с улучшенными характеристиками. Бетон с высоким уровнем устойчивости к воздействию серной кислоты

Рассматривается добавка для получения кислотоупорного бетона.

Длявсемирно известной компании «RWEPower» в г. Нойрат, к западу от Кёльна, в Рейнском районе, гдедобывают бурый уголь, были установлены два новых индивидуально спроектированныхблока теплоэлектростанции (мощностью в 1100 МВт), работающие на буром угле.

Частьновой электростанции — две градирни, каждая по 172 м в высоту, извысококачественного кислотоупорного бетона.

Данныйвид бетона был разработан ещё в 1998 году при совместном сотрудничествекомпании «MC-Bauchemie» (г. Боттроп) и Берлинского политехнического института.Применение бетона с улучшенными рабочими показателями позволило отказаться отвнутреннего защитного покрытия. Впервые такой бетон был использован для самыхвысоких в мире градирен, построенных в 1999 году на ТЭС Нидераусема, чтонедалеко от г. Нойрат в Германии. Последние 6 лет эффективного использованиябетона, обладающего стойкостью к воздействию серной кислоты, доказали егопригодность в эксплуатации.

Благодарятому, что данный тип бетона удачно себя зарекомендовал в Нидераусеме, былорешено использовать его и в Нойрате для градирен «RWEPower». Компания «MC-Bauchemie», разработав поликарбоксилатныйсуперпластификатор с высокими эксплуатационными свойствами и усовершенствовав технологию приготовления и применения пуццолановых суспензий,сыграла одну из главных ролей в реализации данных проектов.

Технологии бетона

Новаяконцепция разработки бетона [1] основана на двух технологических принципах.Первый состоит в достижении наибольшей плотности бетонной смеси. Он включаетв себя подбор не только гранулометрического состава составляющих, но и связующих компонентов. Результатом разработки являетсямаксимальная плотность упаковки, что препятствует проникновению агрессивныхжидкостей и газов.

Второйпринцип — достижение максимальной химической устойчивости структуры связующегок различным видам воздействия. Согласно Фуллеру и Томпсону [2],гранулометрическая кривая заполнителей должна быть оптимизирована. Процентноесодержание связующего вещества зависит от максимального размера заполнителя.Максимальной плотности упаковки можно достичь, используя метод Пунтке [3].Полученный состав испытывают в различных агрессивных средах.

Технология мелкозернистых пуццолановыхсуспензий

В 1999году компания «MC-Bauchemie» разработала специальный продукт, представляющий собойсуспензию на основе микрокремнезёма иобладающий пуццолановыми свойствами для бетона (CentrilitFumeS). Размер частиц и их распределение включает в себяи наноуровень, что и было использовано пристроительстве градирни в Нидераусеме. В последующем данная добавка быламодернизирована (CentrilitFumeS2) дляприменения на теплоэлектростанции в г. Нойрат. Приразработке специальных тонкодисперсных суспензий для получениявысококачественного бетона, применяются различные пуццолановые материалы:микрокремнезём, синтетический коллоидный кремнезём, слоистые силикаты,мелкодисперсные искусственные пуццоланы, зола-унос и др.

Приналичии материалов, подобрав оптимальный гранулометрический и требуемыйхимический состав, можно гарантировать удачное выполнение технологийпроизводства бетона — так, как было описано выше.

Испытание на долговечность

Определениедолговечности образцов строительных растворов и бетона проводилось влабораториях Берлинско-Бранденбургского института испытаний строительныхматериалов и Берлинского технического института.

Морозостойкость и устойчивость к солям

CDF-тест (раствор хлорида натрия) [4]обычно применяется для определения характеристик по морозостойкости в растворесоли. По этому методу проводят 28 циклов замораживания и оттаивания. Обычноотслеживают появление различных повреждений, которые могут появиться вследствиепоявления микротрещин в структуре бетона. По этому методу кислотоупорный бетондля градирен подвергался воздействию 56 циклов «замораживания — оттаивания».Показатели потери массы бетона составили менее половины от нормированногопоказателя (1500 г/м2) (рис. 1).Проанализировав участок кривой от 28-го до 56-го цикла, можно сделать вывод,что в матрице отсутствуют нежелательные микротрещины и бетон обладает высокимпоказателем устойчивости против проникновения агрессивных жидкостей и газов,что, в свою очередь, увеличивает срок службы бетона.

г/м3

Циклы

Рис. 1.CDF-тест(раствор хлорида натрия): потеря массы бетона с добавками «MC-Bauchemie»

Пористость

Пористостьоказывает большое влияние на плотность и срок службы бетона. Пористостьхарактеризует количество пор в минеральном строительном материале.Высокоплотный бетон имеет пористость около 15 %. Используемый бетон сподобранными оптимальными характеристиками обладает пониженной пористостьюпорядка 10 %.

Диффузия хлорид-ионов

Способностьбетона препятствовать проникновению хлорид-ионов используется для определениясрока службы железобетонной конструкции. Для использования бетона в градирняхопределяют его плотность по отношению к прониканию хлорид-ионов.

Высокоплотныйбетон должен иметь коэффициент по проникновению хлорид-ионов <1•10-12м2/сек. Бетон, произведённый с добавками компании «MC-Bauchemie»,коэффициент составляет около 0,5•10-12 м2/сек и ниже.Таким образом, применяемый для строительства бетон обладает очень высокойплотностью.

Стойкость к воздействию серной кислоты

Стойкостьк воздействию серной кислоты определяли в лаборатории института испытанийстроительных материалов Берлина на специальном оборудовании.

Более12 недель образцы находились в среде с pH3,5. Каждые 7 сут. образцы извлекались из кислотной ванны. Часть из нихпромывали водой, а другая часть, помимо промывки водой, очищаласьдополнительно. После этого определялась потеря массы бетона. Высококачественныйбетон показал наилучшие результаты — около 1 % по массе. Таким образом, быловыяснено, что бетон обладает высокой кислотостойкостью.

[квадратик]— CentrilitFumeS [ромбик] — CentrilitFumeS2 [треугольничек] — CentrilitNC (новейшая разработка)

Рис. 2. Потери в массе образцов бетона (очищенных кистью). Срокнахождения в серной кислоте — более 12 недель

Рис. 3. На шлифе бетона отмечены повреждения от воздействия сернойкислоты (12 недель)

Остаточная щёлочность

Для получения высокой кислотостойкостив бетон вводят пуццолановые добавки, обладающие значительной реакционнойспособностью по гидроксиду кальция Ca(OH)2.Остаточная щёлочность определяется, чтобы обеспечить необходимый резервщёлочности для защиты арматуры от коррозии. Минимальный предел содержания Ca(OH)2 в данном тестесоставляет примерно 5 % по массе. Очень плотные по структуре, кислотостойкие,произведённые на основе пуццолановых суспензий компании «MC-Bauchemie» видыбетона содержат 5–8 масс. % Ca(OH)2.

От опытов — к опыту

Требования, предъявляемые кбетону, использованному при строительстве градирни ТЭС Нойрата:

— KT-C 60/75;

— расплыв конуса на местеукладки — 550 ±30 мм;

— расплыв конуса через 1 ч — 530±30 мм;

— высокая технологичность иобрабатываемость;

— низкая вязкость (подачабадьёй);

— быстрое твердение — >15Н/мм2 через 1 сут.

Для подтверждения марки бетона KT-C 60/75 были проведены дополнительныетесты, моделирующие условия производства: транспортировка и выгрузка бетона вусловиях, имитирующих натурные. Результаты оказались положительными, поэтомубыло решено двигаться дальше. Первый бетон KT-C60/75 был произведён в цеху, расположенном прямо на станции г. Нойрат. 50 м3 бетона былиизрасходованы в первый же день.

Выводы

Кислотоупорный бетонзарекомендовал себя хорошо. В мае 2006 года было начато строительство двухградирен для новой ТЭС на буром угле в г. Нойрат. Блоки были построены из тогоже типа бетона, который использовался при строительстве в 1999 году градирен на ТЭС Нидераусема. В марте 2007 года строительствопервой градирни было завершено. С мая 2007 года ведётся строительство второйградирни. По настоящий момент было использовано около 11 000 м3высококачественного бетона, устойчивого к воздействию серной кислоты. Вближайшие два месяца будет использовано ещё столько же. И новые градирни будутготовы выстоять перед разрушающим действием кислоты.

Литература:

1. H?ttl R., Hillemeier B. High performanceconcrete. An example of acid Resistance // BFT. — 2000. — № 1. — P. 52–60.

2. Fuller W. B., Thompson S. E. The laws ofproportioning concrete // American Society of civil engineers. Transactions. —1907. — April, № 1053. — P. 67–172.

3. PuntkeW. Wasseranspruch von feinenKornhaufwerken // Beton. — 2002. — № 5. — P. 242–248.

4. Setzer M. J., Fagerlund G., Janssen D. J.Recommendation for Test Method for the Freeze-Thaw Resistance of Concrete.Tests with Sodium Chloride Solution (CDF) // Concrete Precasting Plant andTechnology. — 1997. — № 4. — P. 100–106.