Визначення змін мінерального складу бетону, обумовлених хімічною корозією в сульфатному середовищі

Автор(и)

  • Оксана Іванівна Шкромада Сумський національний аграрний університет, Україна https://orcid.org/0000-0003-1751-7009
  • Вікторія Дмитрівна Івченко Сумський національний аграрний університет, Україна https://orcid.org/0000-0002-5985-9712
  • Вадим Дмитрович Чіванов Інститут прикладної фізики Національної академії наук України, Україна https://orcid.org/0000-0001-5845-2315
  • Ольга Григорівна Швець Сумський національний аграрний університет, Україна https://orcid.org/0000-0001-9872-3829
  • Володимир Борисович Москаленко Інститут прикладної фізики Національної академії наук України, Україна https://orcid.org/0000-0003-2775-1317
  • Олександр Васильович Коченко Інститут прикладної фізики Національної академії наук України, Україна https://orcid.org/0000-0002-3189-1139
  • Олена Михайлівна Бабенко Сумський державний педагогічний університет імені А.С. Макаренка, Україна https://orcid.org/0000-0002-1416-2700
  • Юлія Володимирівна Харченко Сумський державний педагогічний університет імені А.С. Макаренка, Україна https://orcid.org/0000-0002-8960-2440
  • Аліна Володимирівна Піхтірьова Сумський державний університет, Україна https://orcid.org/0000-0003-3106-8828
  • Оксана Вікторівна Юрченко Сумський національний аграрний університет, Україна https://orcid.org/0000-0001-6498-2339

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.268627

Ключові слова:

сульфатна технологія, рентгенівська дифракція, термопрограмована мас-спектрометрія, рентгенофлуоресцентний аналіз, електронна мікроскопія

Анотація

Об’єктом дослідження були бетонні конструкції хімічного підприємства з виробництва двоокису титану. При цьому руду за сульфатною технологією виробництва розкладають сульфатною кислотою. В умовах агресивного середовища виникає хімічна корозія бетону, пролонгована з часом.

За допомогою методів рентгенівської дифракції та рентгенофлуоресцентного аналізу визначений мінеральний склад двох дослідних зразків бетону. Встановлено, що у зразку отриманого з цеху для обробки руди сульфатною кислотою, збільшений вміст оксиду сірки (SO2) на поверхні на 33 %, при цьому зменшується вміст карбонатів (CaСO3) на поверхні на 52,9 %, на глибині 2 см – на 53,6 5, порівняно до іншого (контрольного) зразку. При цьому у зразку бетону з приміщення для зберігання руди (контроль) виявляли оксид заліза (Fe2O3) на поверхні, вміст якого зменшувався на 10,4 % на глибині 2 см та на 12,4 % на глибині 4 см.

Результати використання електронної мікроскопії показують кристали сірки на поверхні зразка бетону. Також встановлено, що мікроструктура бетону змінена під впливом сульфатної корозії залежності від інтенсивності ураження на глибину від 2 до 4 см. Методом термопрограмованої масспектрометрії встановлено, що при нагріванні зразку бетону, підданого дії сульфатної кислоти до температури 400 °С з поверхні виділяється переважно діоксид сірки SO2. З поверхні контрольного зразка, який містить значну кількість CаCO3, який легко руйнується сульфатною кислотою, вірогідно менша кількість продукту термодеструкції карбонату кальцію діоксиду вуглецю (СО2).

Результати проведеного експерименту можна застосовувати для вивчення механізму розвитку сульфатної корозії бетону пролонговану з часом

Біографії авторів

Оксана Іванівна Шкромада, Сумський національний аграрний університет

Доктор ветеринарних наук, професор

Кафедра акушерства та хірургії

Вікторія Дмитрівна Івченко, Сумський національний аграрний університет

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра терапії, фармакології, клінічної діагностики та хімії

Вадим Дмитрович Чіванов, Інститут прикладної фізики Національної академії наук України

Доктор сільськогосподарських наук, доцент

Відділ радіаційної біофізики

Ольга Григорівна Швець, Сумський національний аграрний університет

Кандидат педагогічних наук, доцент

Кафедра терапії, фармакології, клінічної діагностики та хімії

Володимир Борисович Москаленко, Інститут прикладної фізики Національної академії наук України

Головний інженер комплексної установки УМС

Відділ ядерно-фізичних досліджень

Олександр Васильович Коченко, Інститут прикладної фізики Національної академії наук України

Молодший науковий співробітник

Відділ радіаційної біофізики

Олена Михайлівна Бабенко, Сумський державний педагогічний університет імені А.С. Макаренка

Кандидат педагогічних наук, доцент

Кафедра біології людини, хімії та методики навчання хімії

Юлія Володимирівна Харченко, Сумський державний педагогічний університет імені А.С. Макаренка

Кандидат хімічних наук, доцент

Кафедра біології людини, хімії та методики навчання хімії

Аліна Володимирівна Піхтірьова, Сумський державний університет

Кандидат ветеринарних наук, доцент

Кафедра громадського здоров’я

Оксана Вікторівна Юрченко, Сумський національний аграрний університет

Кандидат економічних наук, доцент

Кафедра будівництва та експлуатації будівель, доріг та транспортних споруд

Посилання

  1. Siryi, A. Yu. (2020). Vyrobnytstvo pihmentnoho dvookysu tytanu sulfatnym sposobom. Rozrobyty ta modernizuvaty vakuum-vyparnyi aparat dlia kontsentruvannia rozchynu tytanilsulfatu. Sumy: SumDU, 76. Available at: https://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/82160
  2. Niu, D., Lv, Y., Liu, X., Chen, L., Chen, G., Zhang, B. (2020). Study on the Sulfuration Mechanism of Concrete: Microstructure and Product Analysis. Materials, 13 (15), 3386. doi: https://doi.org/10.3390/ma13153386
  3. Shkromada, O., Paliy, A., Yurchenko, O., Khobot, N., Pikhtirova, A., Vysochin, I. et al. (2020). Influence of fine additives and surfactants on the strength and permeability degree of concrete. EUREKA: Physics and Engineering, 2, 19–29. doi: https://doi.org/10.21303/2461-4262.2020.001178
  4. Landa-Sánchez, A., Bosch, J., Baltazar-Zamora, M. A., Croche, R., Landa-Ruiz, L., Santiago-Hurtado, G. et al. (2020). Corrosion Behavior of Steel-Reinforced Green Concrete Containing Recycled Coarse Aggregate Additions in Sulfate Media. Materials, 13 (19), 4345. doi: https://doi.org/10.3390/ma13194345
  5. Zhou, Y., Tian, H., Sui, L., Xing, F., Han, N. (2015). Strength Deterioration of Concrete in Sulfate Environment: An Experimental Study and Theoretical Modeling. Advances in Materials Science and Engineering, 2015, 1–13. doi: https://doi.org/10.1155/2015/951209
  6. Zhao, G., Shi, M., Fan, H., Cui, J., Xie, F. (2020). The influence of multiple combined chemical attack on cast-in-situ concrete: Deformation, mechanical development and mechanisms. Construction and Building Materials, 251, 118988. doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.118988
  7. Li, X., O’Moore, L., Song, Y., Bond, P. L., Yuan, Z., Wilkie, S. et al. (2019). The rapid chemically induced corrosion of concrete sewers at high H2S concentration. Water Research, 162, 95–104. doi: https://doi.org/10.1016/j.watres.2019.06.062
  8. Marquez-Peñaranda, J. F., Sanchez-Silva, M., Husserl, J., Bastidas-Arteaga, E. (2015). Effects of biodeterioration on the mechanical properties of concrete. Materials and Structures, 49 (10), 4085–4099. doi: https://doi.org/10.1617/s11527-015-0774-4
  9. Stawiski, B., Kania, T. (2019). Examining the Distribution of Strength across the Thickness of Reinforced Concrete Elements Subject to Sulphate Corrosion Using the Ultrasonic Method. Materials, 12 (16), 2519. doi: https://doi.org/10.3390/ma12162519
  10. Shkromada, O., Fotina, T., Petrov, R., Nagorna, L., Bordun, O., Barun, M. et al. (2021). Development of a method of protection of concrete floors of animal buildings from corrosion at the expense of using dry disinfectants. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (6 (112)), 33–40. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.236977
  11. Liu, D., Gong, C., Tang, Y., Jian, Y., Cao, K., Chen, H. (2022). Evaluation of Corrosion Damage in Sulfate-Attacked Concrete by CT, Ultrasonic Pulse Velocity Testing and AHP Methods. Sensors, 22 (8), 3037. doi: https://doi.org/10.3390/s22083037
  12. Ariza-Figueroa, H. A., Bosch, J., Baltazar-Zamora, M. A., Croche, R., Santiago-Hurtado, G., Landa-Ruiz, L. et al. (2020). Corrosion Behavior of AISI 304 Stainless Steel Reinforcements in SCBA-SF Ternary Ecological Concrete Exposed to MgSO4. Materials, 13 (10), 2412. doi: https://doi.org/10.3390/ma13102412
  13. Li, T., Huang, H.-H. (2021). Probabilistic quantitative analysis on the contents of sulfate corrosion products in concrete. Construction and Building Materials, 275, 122134. doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.122134
  14. Murphy, C. J., Ardy Nugroho, F. A., Härelind, H., Hellberg, L., Langhammer, C. (2020). Plasmonic Temperature-Programmed Desorption. Nano Letters, 21 (1), 353–359. doi: https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c03733
  15. Bozhokin, M. S., Bozhkova, S. A., Rubel, A. A., Sopova, J. V., Nashchekina, Y. A., Bildyug, N. B., Khotin, M. G. (2021). Specificities of Scanning Electron Microscopy and Histological Methods in Assessing Cell-Engineered Construct Effectiveness for the Recovery of Hyaline Cartilage. Methods and Protocols, 4 (4), 77. doi: https://doi.org/10.3390/mps4040077
  16. Calvin, J. J., Kaufman, T. M., Sedlak, A. B., Crook, M. F., Alivisatos, A. P. (2021). Observation of ordered organic capping ligands on semiconducting quantum dots via powder X-ray diffraction. Nature Communications, 12 (1). doi: https://doi.org/10.1038/s41467-021-22947-x
  17. Shkromada, O., Fotina, T., Dudnyk, Y., Petrov, R., Levytska, V., Chivanov, V. et al. (2022). Reducing the biogenic corrosion of concrete in a pigsty by using disinfectants. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (6 (118)), 57–66. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.263310
  18. Shkromada, O., Pikhtirova, A., Chivanov, V., Ivchenko, V., Sribniak, N., Shvets, O., Litsman, Y. (2022). Detection of the synergetic influence of chemical and microbiological factors on the properties of concrete constructions at chemical plants during the long-term service. EUREKA: Physics and Engineering, 4, 114–126. doi: https://doi.org/10.21303/2461-4262.2022.002485
  19. Tan, Y., Yu, H., Ma, H., Zhang, Y., Wu, C. (2017). Study on the micro-crack evolution of concrete subjected to stress corrosion and magnesium sulfate. Construction and Building Materials, 141, 453–460. doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.02.127
  20. Gu, Y., Martin, R.-P., Omikrine Metalssi, O., Fen-Chong, T., Dangla, P. (2019). Pore size analyses of cement paste exposed to external sulfate attack and delayed ettringite formation. Cement and Concrete Research, 123, 105766. doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2019.05.011
  21. Zhao, W., Fan, Z., Li, X., Kong, L., Zhang, L. (2022). Characterization and Comparison of Corrosion Layer Microstructure between Cement Mortar and Alkali-Activated Fly Ash/Slag Mortar Exposed to Sulfuric Acid and Acetic Acid. Materials, 15 (4), 1527. doi: https://doi.org/10.3390/ma15041527
  22. Zhao, G., Shi, M., Guo, M., Fan, H. (2020). Degradation Mechanism of Concrete Subjected to External Sulfate Attack: Comparison of Different Curing Conditions. Materials, 13 (14), 3179. doi: https://doi.org/10.3390/ma13143179
  23. Li, J., Zhao, G., Shi, M. (2020). Degradation and life prediction model for piles due to crystallisation attack in sulfate saline area. Advances in Cement Research, 32 (4), 181–195. doi: https://doi.org/10.1680/jadcr.18.00147
  24. Zhao, G., Li, J., Han, F., Shi, M., Fan, H. (2019). Sulfate-induced degradation of cast-in-situ concrete influenced by magnesium. Construction and Building Materials, 199, 194–206. doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.12.022
  25. Shkromada, O., Ivchenko, V., Chivanov, V., Tsyhanenko, L., Tsyhanenko, H., Moskalenko, V. et al. (2021). Defining patterns in the influence exerted by the interelated biochemical corrosion on concrete building structures under the conditions of a chemical enterprise. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (6 (110)), 52–60. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.226587
Визначення змін мінерального складу бетону, обумовлених хімічною корозією в сульфатному середовищі

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-12-31

Як цитувати

Шкромада, О. І., Івченко, В. Д., Чіванов, В. Д., Швець, О. Г., Москаленко, В. Б., Коченко, О. В., Бабенко, О. М., Харченко, Ю. В., Піхтірьова, А. В., & Юрченко, О. В. (2022). Визначення змін мінерального складу бетону, обумовлених хімічною корозією в сульфатному середовищі. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(6 (120), 42–50. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.268627

Номер

Том 6 № 6 (120) (2022): Технології органічних та неорганічних речовин

Розділ

Технології органічних та неорганічних речовин

Ліцензія

Авторське право (c) 2022 Oksana Shkromada, Viktoriia Ivchenko, Vadym Chivanov, Olha Shvets, Volodymir Moskalenko, Alexander Kochenko, Olena Babenko, Yuliya Kharchenko, Alina Pikhtirova, Oksana Yurchenko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.