Проблемы защиты железобетонных сооружений от коррозии в засоленных грунтах



Грунты и грунтовые воды во многих районах Узбекистана характеризуются содержанием растворимых в воде солей. Минерализация грунтовых вод, как правило, увеличивается с глубиной, хотя в засушливых районах наблюдается и обратная картина, когда в поверхностных слоях грунта накапливаются соли, которые в воде не растворяются.

Для строительства наземных сооружений в условиях засоления поверхностной толщи грунтов важной задачей является придание стойкости и защита от коррозии конструкций фундаментов зданий и сооружений. Вопросы защиты от коррозии подземных сооружений: тоннелей, коллекторов, ёмкостей, трубопроводов представляют задачу, которая в этой статье не будет рассматриваться.

Для современных зданий и сооружений наиболее распространены свайные фундаменты. Особенности работы такой конструкции фундаментов в случае их устройства в грунтах, содержащих минерализованные грунтовые воды или соли, не растворяющиеся в воде.

Эффективность различных способов повышения стойкости и антикоррозионной защиты железобетонных элементов в засоленных грунтах в значительной степени определяется достоверностью оценки вида и степени агрессивности среды и прогноза изменения агрессивности в период эксплуатации. При этом особенно важно определить необходимость вторичной защиты или достаточность первичной защиты. Дело в том, что применение вторичной защиты, то есть защитного покрытия, сразу изменяет допустимую величину содержания агрессивных по отношению к бетону компонентов в грунтовой среде, так как защита обычно осуществляется материалами, с заведомо значительно более высокими показателями защитных материалов, при этом имеет место сохранение покрытиями достаточной механической прочности. В то же время применение поверхностной защиты обуславливает возникновение новых технических задач, например, придание достаточной механической прочности, необходимой при погружении свай забивкой, и при этом сохранение достаточного сцепления с грунтом для висячих свай.

Прогноз изменения засоленных грунтов или грунтовых вод представляет первостепенную задачу. Следует отметить, что в настоящее время методология определения характеристик агрессивности грунтовой среды на площадке будущего строительства производится недостаточно надёжно. Отдельные пробы воды и грунта, отобранные из скважин или шурфов, характеризуют только химический состав воды в данный период года и не дают, как правило, оснований для оценки среднего состава грунтовых вод в течение года. Зачастую, по данным анализа воды из отдельных скважин их состав резко различается, и для выбора способов защиты принимаются наиболее агрессивные показатели. Прогноз возможного изменения состава вод не производится.

Районы с засолёнными грунтами на территории Узбекистана на юго-востоке, в предгорных районах при меньшей степени засоления верхних слоев. Для этих районов характерно засоление верхних слоев хорошо растворимыми хлористыми слоями и сульфатом кальция. Климат отличается малым количеством осадков и значительным испарением влаги с поверхности груза. При этом накапливаются растворимые соли магния, кальция, натрия, что характерно для континентального засоления. В результате растворения этих солей воды в аридных областях становятся сульфатно-хлоридно-натриевыми, сульфатно-натриевыми и хлоридно-натриевыми с повышенным содержанием кальция и магния.

В рассматриваемых районах даже на сравнительно малой площади можно наблюдать существенные различия по содержанию в воде некоторых солей, например, сульфатов. При глубоком залегании грунтовых вод, накопившиеся в грунтах и грунтовых водах соли могут сохраняться длительное время после прекращения процессов соленакопления.

Существенную роль в изменении гидрохимических условий районов с засолениями грунта играют искусственные факторы: строительство каналов, водохранилищ, орошение земель, эксплуатация промышленных предприятий. Одним из распространённых следствий промышленной деятельности является интенсивный подъём уровня грунтовых вод, повышение солей в воде и, как следствие, повышение степени её агрессивного воздействия.

Краткое рассмотрение некоторых особенностей районов с засолёнными грунтами показывает, что существующий подход к оценке агрессивных свойств грунтовых сред не позволяют с достаточной достоверностью учесть характер изменения агрессивных свойств во времени, а также определить исходную агрессивность. Разработка более совершенной методологии оценки агрессивных свойств грунтовых сред представляется одной из актуальных проблем настоящего времени.

Многолетние наблюдения за изменением агрессивных свойств грунтов с использованием постоянно действующих наблюдательных скважин на ряде эксплуатируемых объектов позволяют считать это направление одним из путей решения рассматриваемого вопроса.

Сущность предложения состоит в следующем. На стадии изыскательских работ часть скважин, пробуриваемых для отбора проб грунта, оборудуются фильтрами и в течении 1,5–2 лет (практически это срок между изыскательскими работами и началом строительства) периодически (1 раз в квартал) из этих скважин производится отбор проб воды с последующим определением химического состава.

По 6–8 пробам воды из каждой скважины (за 1,5–2 года) можно судить о характере изменения уровня и химического состава грунтовых вод, исключить случайные экстремальные значения и при необходимости до начала строительства внести корректировку в проектное решение по антикоррозионной защите железобетонных конструкций гидротехнических сооружений. Опыт применения таких скважин на предприятиях с агрессивными технологическими водами показал эффективность их использования и в процессе эксплуатации гидротехнических сооружений.

При застройках целых районов или строительстве крупных водохозяйственных объектов в районах с засоленными грунтами целесообразно создание стационарных пунктов для контроля за изменением гидрохимических условий среды по времени. При наличии стационарных пунктов гидрологической службы указанные наблюдения могут успешно осуществлять такие пункты. Кроме этого, целесообразно разработать единую методику оценки агрессивных свойств грунтовых сред, которые чётко регламентируют порядок необходимых определений, минимальное количество проб и видов исследований, оформление результатов исследований.

В районах с засолёнными грунтами и высокоминерализованными грунтовыми водами обеспечить требуемую коррозионную стойкость железобетонных конструкций только за счёт применения специальных цементов, добавок и повышенной плотности бетона часто не представляется возможным. Приходится обращаться к дополнительной защите (антикоррозионным покрытием, пропитке и т. д.). Значительные сложности возникают при этом с обеспечением требуемой коррозионной стойкости железобетонных свайных конструкций.

Как показали многолетние комплексные исследования свайных конструкций в различных агрессивных грунтовых водах эффективность различных антикоррозионных защитных мероприятий и коррозионная стойкость свайных железобетонных конструкций в значительной степени зависят от учёта особенностей защищаемых конструкций, технологии их изготовления, монтажа и условий работы. Основные результаты этих исследований опубликованы, поэтому можно остановиться лишь на некоторых из них. Установлено, что при забивке свай большую роль играет фактическая плотность бетона. Уменьшение плотности в пределах от В-8 до В-2 приводит к уменьшению общего количества ударов до разрушения, при прочих равных условиях, в 25–30 раз. В то же время после приложения 25 %-ной ударной нагрузки проницаемость бетона возрастает на порядок.

В процессе забивки свай не представляется возможным гарантировать полную сохранность целостности бетона сваи. В 80 из 100 случаев на забитых сваях при отрывке были отмечены отдельные дефекты в виде трещин, сколов бетона. При применении свай из предварительно напряжённого железобетона количество дефектов значительно уменьшается, но полностью не исключается. Отмечены случаи изгиба свай в грунте с образованием трещин в растянутой зоне. Сравнительные испытания железобетонных свай с различными антикоррозионными покрытиями после забивки и без приложения ударных нагрузок в агрессивной среде показали, что в процессе забивки защитные свойства антикоррозионных покрытий снижаются.

Бытует мнение, что свая расположена вертикально в грунте, если её верхняя часть после забивки перпендикулярна поверхности, не всегда является правильной. Если на пути сваи при забивке встречаются какие-либо препятствия на глубине 4–5 метров, то остриё сваи отклоняется от продольной оси, на верхняя часть Если на пути сваи при забивке встречаются сваи при этом сохраняет перпендикулярность к поверхности. Если учесть, что практически доступ к сваям в процессе эксплуатации сооружения для осмотра и ремонта исключается, то срок эксплуатации покрытия должен определяться проектным сроком службы сооружения.

В свою очередь, защитные покрытия будут оказывать различное влияние на процесс погружения свай в грунт, а для «висячих» свай на величину несущих способности конструкции в результате изменения трения грунта по боковой поверхности сваи. При использовании для защиты свай горячих битумных покрытий в процессе их забивки в речные глинистые отложения величина бокового трения грунта снизилась на 80 %.

Снижение величины бокового трения грунта при применении ряда покрытий (этинолевых, эпоксидных, битумных) в процессе забивки свай было отмечено в лёссовых грунтах и в неоднородных грунтовых средах Бухары. Величина снижения бокового трения грунта в значительной степени зависит от шероховатости покрытия. Введение в последний покровный слой покрытия крупного кварцевого песка в определенным соотношении (1:1) к основе покрытия позволяет не только исключить снижение несущей способности висячих свай, но и несколько повысить величину последнего. Однако введение значительного количества наполнителя (кварцевого песка) в покровный слой покрытия (больше 1:1), увеличивая трение сваи с грунтом, приводит к нарушению целостности покрытия.

Применение частичной пропитки свай различными полимерными материалами как вида антикоррозионной защиты, по аналогии с поверхностными покрытиями, будет также оказывать влияние на процесс погружения свай и величину несущей способности висячих свай. Необходимо отметить, что для пропитки свай целесообразно использовать полимерные материалы, которые не приводят к значительным изменениям прочностных и деформативных свойств бетона.

Из вышеизложенного становятся очевидными те трудности, с которыми приходится сталкиваться при решении вопросов обеспечения долговечности железобетонных свайных конструкций. Поэтому не случайно количество покрытий для антикоррозионной защиты свай в действующих нормативных документах ограничено.

Обобщение результатов комплексных исследований приводит к следующим выводам:

1. Железобетонные свайные конструкции с различными защитными покрытиями в агрессивных средах при изучении и оценке их коррозионной стойкости следует рассматривать как единую систему, состоящую из «бетона-покрытия-окружающей грунтовой среды» рассматривать как единую систему, состоящую из «с учётом особенностей взаимного влияния компонентов системы друг на друга и на коррозионную стойкость конструкции в целом;
2. Эффективность и требования к защитным покрытиям свайных конструкций определяются с учётом особенностей защищаемых конструкций, условий их монтажа и особенностей защищаемых конструкций, условий их монтажа и эксплуатации;
3. Применение покрытий не исключает обязательного соблюдения требований плотности и монолитности бетона, предназначенного для работы в агрессивной среде.

Литература:

1. В. М. Москвин, Ф. М. Иванов, С. Н. Алексеев, Е. А. Гузеев. Коррозия бетона и железобетона. Методы их защиты. М. 1998.
2. В. Ф. Степанова. Долговечность строительных конструкций. М. 1997
3. В. Ф. Степанова, С. Н. Алексеев. Количественная оценка защитных свойств бетона. Киев, 1998.
4. Руководство по обеспечению сохранности арматуры в конструкциях из бетонов в агрессивных средах. М., 1999.