Защита железобетонных конструкций в агрессивных средах



В водохозяйственном строительстве основным материалом являются бетонные и железобетонные конструкции. Первостепенное значение имеют долговечность таких конструкций, а также средств обеспечения их долговечности. В данной статье рассматриваются два аспекта определения долговечности бетонных железобетонных конструкций: разрушение бетона и экономика долговечности. Установлено, что расчётную долговечность бетонных и железобетонных конструкции целесообразно принимать по допустимому пределу вложений средств на выполнение текущих и капитальных ремонтов, учитывая также возмещение ущерба производству за период текущих и капитальных ремонтов.

Ключевые слова: водохозяйственное строительство, железобетонные конструкции, воздействия агрессивных сред, разрушение бетона, расчётный срок службы, диагностика состояния конструкций, коррозия бетона, экономика долговечности.

В настоящее время для водохозяйственного строительства основным материалом являются железобетонные конструкции, поэтому их долговечность и средства обеспечения долговечности имеют первостепенное значение.

Водохозяйственные сооружения подвергаются воздействиям агрессивных сред, развивающиеся процессы коррозии бетона и арматуры значительно снижают долговечность железобетонных конструкций и вызывают необходимость сложных и дорогостоящих ремонтных работ [1].

В данной работе рассматриваются два аспекта определения долговечности железобетонных конструкций: разрушение бетона и экономика долговечности. С одной стороны, процессы коррозии вызывают разрушения бетона, вызываемые действием химических, физических и физико-химических факторов. Зная сущность процессов коррозии, можно прогнозировать скорость их развития в данных конкретных условиях и выбирать средства защиты, которые обеспечивают сохранность железобетонных конструкций. С другой стороны, нужно считаться не только с деструктивными процессами, приводящими железобетонное сооружение в негодность, но и с экономикой долговечности.

Принято считать, что долговечность — это расчётный срок службы сооружения. Но это не значит, что после указанного срока службы сооружение разрушится или придёт в непригодное состояние. Выполняя ремонтные работы, сооружение можно поддерживаться для эксплуатации в течение любого времени. Поэтому вопрос долговечности железобетонных сооружений в пределах расчётного срока службы, следует рассматривать с учетом экономического эффекта долговечности, то есть учитывать стоимость ремонтных работ, при которых долговечность отдельных конструкций и железобетонного сооружения в целом будет обеспечена.

Эффективность различных способов повышения стойкости и антикоррозионной защиты железобетонных элементов в агрессивных 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, заведомо более стойкими, чем бетон в солевых средах. 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 засолённых 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 или 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 расположены на юго-востоке страны, в предгорных районах. Для этих районов характерно засоление верхних слоёв хорошо растворимыми хлористыми солями и сульфатом кальция. Климат отличается малым количеством осадков и значительным испарением влаги с поверхности грунта. При этом накапливаются растворимые соли магния, кальция, натрия, что характерно для континентального засоления. В результате растворения этих солей воды аридных областей становятся сульфатно-хлоридно-натриевыми, сульфатно-натриевыми т хлоридно-натриевыми с повышенным содержанием кальция и магния.

В рассматриваемых районах даже на сравнительно малой площади можно наблюдать существенное различие по содержанию в воде отдельных 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, селехранилищ, 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 позволяет 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.

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 процентной ударной нагрузки проницаемость бетона возрастает на порядок.

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.

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, оборудуется фильтрами и в течении 1,5–2 лет (практически срок между изыскательскими работами и началом строительства) периодически (1 раз в 3 месяца) из этих скважин производится отбор проб воды с последующим определением химического состава.

В числе актуальных вопросов проблемы борьбы с коррозией нужно отметить также и технический вопрос о методах восстановления повреждений при коррозии железобетонных конструкций, прежде всего, о надёжной диагностике состояния конструкций, её бетона и арматуры, которая является первым и весьма ответственным этапом ремонтно-восстановительных работ.

Установленную расчётную долговечность целесообразно принимать по допустимому пределу вложений средств на выполнение текущих и капитальных ремонтов, учитывая также возмещение ущерба производству за период текущих и капитальных ремонтов. Сложность определения такой долговечности заключается в том, что при этом нужно выявить факторы, которые в дальнейшем должны быть учтены в процессе диагностики последующих работ по ремонту [2]. Основными факторами являются следующие:

1. Состояние поверхности бетона и возможность использовать адгезионный эффект при восстановлении повреждённого бетона. Обычно, при коррозии разрушение бетона идёт послойно и состояние поверхности играет существенную роль при восстановлении монолитности повреждённого бетона.
2. Наличие пассивирующих по отношению к стальной арматуре свойств защитного слоя бетона у арматуры, а также и состояние арматуры железобетонных конструкций.
3. Применение покрытий не исключает обязательного соблюдения требований плотности и монолитности бетона, предназначенного для работы в агрессивной среде.

При утере бетоном пассивирующих свойств для обеспечения надёжной сохранности арматуры на последующие сроки эксплуатации сооружений остаётся практически почти единственный способ — это создание условий для контроля процессов коррозии арматуры, то есть сохранения постоянного высокого сопротивления защитных слоёв бетона [3].

Ещё одним актуальным и важным является вопрос борьбы с коррозией — это вопрос о ремонтопригодности железобетонных конструкций, эксплуатирующихся в агрессивных средах.

Восстановление повреждённого коррозией бетона с включением его в работу конструкции операция трудоёмкая, сложная и дорогая, что, естественно, сказывается на стоимости текущих и капитальных ремонтов, на их трудоёмкости и материалоёмкости [4]. Более сложным положением является повреждение арматуры железобетонной конструкции, а также в тех случаях, когда необходимость создания условий для выполнения ремонтно-восстановительных работ не была предусмотрена при создании конструкции, то есть на стадии проектирования. Поэтому оценка ремонтопригодности железобетонных конструкций должна включаться в проекты водохозяйственных сооружений как обязательная часть проекта.

В заключении необходимо отметить, что борьба за снижение расходов на ремонтно-восстановительные работы, за повышение эффективности капитальных вложений в строительство должна начинаться одновременно с проектированием водохозяйственного сооружения.

Литература:

1 Москвин В. М. — Защита бетона в агрессивных средах. Труды научно-технических институтов. / ВНИИ — М., 1982. — 144 с.

2 Крылов Б. — Технология и долговечность железобетонных конструкций. Труды научно-технических институтов. / ВНИИ гидротех-ники. — М., 1986. — 174 с.

3 ЛещинскийМ.Ю.,СкрамтаевБ.Г. — Испытание прочности бетона.Труды научно-технических институтов. / ВНИИ гидротехники. — М., 1983. — 241 с.

4 Технология бетона: учеб. для вузов / БаженовЮ.М. — Москва.:Высшая школа. 1987. — 187 с.