Коррозия и антикоррозионная защита железобетонных мостовых конструкций

Реферат
Содержание скрыть

Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 5 (24), сентябрь — октябрь 2014

http://naukovedenie.ru publishing@naukovedenie.ru

1

http://naukovedenie.ru 06KO514

Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 5 (24), сентябрь — октябрь 2014

http://naukovedenie.ru publishing@naukovedenie.ru

1

http://naukovedenie.ru 06KO514

ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»

Коррозия и антикоррозионная защита железобетонных мостовых конструкций

Коррозия бетона и железобетона

Одним из больших преимуществ железобетона по сравнению с металлами и другими материалами является его высокая коррозионная стойкость [7].

Однако опыт эксплуатации железобетонных конструкций транспортных сооружений развеял миф о «вечности» железобетона как конструкционного материала, потому что в ряде случаев под воздействием агрессивной среды (атмосферы, грунтов и грунтовых вод, постоянного электрического тока), железобетонные конструкции подвергаются интенсивной коррозии и преждевременному разрушению, что снижает эффективность их применения, а иногда даже создает опасность для движения транспорта [16].

Коррозия бетона (железобетона), подобно коррозии металла, связана с воздействием агрессивной внешней среды, но имеет ряд специфических особенностей.

Стандарт СЭВ СТ4419-83 понятие «коррозия» определяет как процесс необратимого ухудшения технических характеристик строительного материала (бетона) в результате физикохимического, химического, биологического воздействия внешней среды или же химических процессов, протекающих в самом материале, изменяющих его структуру и свойства. Можно сказать, что причиной коррозии бетона является как взаимодействие цементного камня бетона с агрессивными компонентами и факторами внешней среды, так и взаимодействие между составляющими цементного камня.

Бетон — многофазная пористая система, находящаяся в равновесии с водой в порах бетона. При рН=12,5-13 все составляющие бетон фазы устойчивы. При воздействии внешней агрессивной среды равновесие системы нарушается и в бетоне начинают протекать различные процессы, приводящие к коррозии.

Коррозия бетона и железобетона в жидких средах

На мостовые конструкции и транспортные сооружения воздействуют различные жидкие агрессивные среды. Это пресные речные воды (опоры мостов), грунтовые воды, атмосферные осадки в виде дождей, туманов, промышленные водные стоки, щелочные и кислые среды и т.п.

6 стр., 2819 слов

Коррозия бетона и железобетона

... водостойким, морозостойким и атмосферостойким. Действие агрессивных сред усиливается, если конструкции находятся под нагрузкой. Отсюда вытекает сложность и актуальность рассматриваемого свойства. 1. Классификация и общие условия коррозий цементный бетон сульфат коррозия В ...

Согласно современным представлениям, коррозию бетона и железобетона классифицируют в жидких средах на 3 вида:

I вид — коррозия, связанная с воздействием водных сред с малым содержанием солей с преимущественно нейтральной реакцией (рН=6,8ч7,2);

  • II вид — коррозия при воздействии весьма агрессивных сред, например, кислот, щелочей, некоторых солей, таких, как хлориды натрия или магния;
  • III вид — коррозия, обусловленная проникновением в поры бетона жидких сред, содержащих компоненты, образующие с поровой жидкостью или цементным камнем нерастворимые кристаллические соединения.

Каждый вид коррозии характеризуется своими особенностями, специфическими физико-химическими процессами и реакциями, которые определяют характер коррозионного разрушения. В железобетоне, наряду с коррозией бетона, может протекать коррозия стальной арматуры. Кроме того, наблюдаются и специфические виды коррозии, связанные, например, с воздействием на бетон и железобетон бактерий, грибов, водорослей и т.п.

Коррозия бетона и железобетона в атмосферных условиях

Атмосферная коррозия — наиболее распространённый вид коррозии. При этом на бетон воздействуют такие факторы атмосферы, как температура (колебания температур), влажность, наличие в атмосфере газов, осадки в виде дождя, снега и т.п.

Сухая атмосфера (относительная влажность <60%) для бетона и железобетона не опасна. При влажности более 60% на поверхности бетона и в капиллярах начинает конденсироваться влага, в которой растворяются различные газы, находящиеся в атмосфере. В зависимости от типа атмосферы (промышленная, морская, сельская и т.п.) в ней могут содержаться различные газы, от растворимости которых в плёнке влаги и в объёме капилляров и пор бетона будет создаваться различная агрессивная среда. Поэтому все газы, присутствующие в той или иной атмосфере, делят на 3 группы в зависимости от их способности влиять на процессы взаимодействия с Ca(OH)2. По С.Н. Алексееву [16] к первой группе относятся газы, образующие с Ca(OH)2 малорастворимые или нерастворимые соли с небольшим объёмом продуктов реакции. Это пары плавиковой, уксусной, щавелевой кислот, СО2 и некоторые другие. Так, при наличии в атмосфере малых концентраций СО2 в поровой влаге бетона или поверхностной плёнке может протекать реакция:

СО 2 + Ca(OH)2 > СаСО3 v + Н2 О

Образующийся карбонат кальция по объёму ненамного превышает объём Ca(OH)2 и не представляет большой опасности для прочностных свойств бетона. Мало того, при оптимальной концентрации СО2 в воздухе бетон может даже уплотняться. Однако избыточная повышенная концентрация СО2 может приводить к растворению осадка с образованием растворимого бикарбоната:

  • СаСО3 + Н2О + СО2 > Са(НСО3)2,

который, вымываясь из бетона, увеличивает объём пор и снижает его прочность.

Другая опасность при наличии в атмосфере таких газов заключается в том, что при их действии на поровую жидкость происходит снижение величины рН, т.е. частичная нейтрализация, и по достижении рН<11,0ч11,5 может начаться коррозия стальной арматуры и бетон начнёт растрескиваться.

Ко второй группе атмосферных газов относятся газы, образующие при взаимодействии с Ca(OH)2 нерастворимые объёмные продукты реакции. Это SО2, SО3, Н2S. Эти газы при взаимодействии с известью Ca(OH)2 образуют сульфат кальция:

32 стр., 15998 слов

Методы защиты от коррозии металлов и сплавов

... метод осаждения защитных металлических покрытий получил очень широкое распространение в промышленности. По сравнению с другими способами нанесения металлопокрытий он имеет ряд серьезных преимуществ: высокую экономичность (защита металла от коррозии ...

  • Ca(OH)2 + SО3 >
  • СаSО4v + Н2О;
  • Ca(OH)2 + Н2S >
  • СаSv + 2Н2О;
  • СаS + 2О2 + Н2О > СаSО4 + Н2О

Получающийся гипс СаSО4, как было сказано выше, по объёму более, чем в 2 раза больше, чем Ca(OH)2, и бетон вначале уплотняется, а затем его поверхностные слои начинают под действием внутренних напряжений отслаиваться от тела бетона и конструкция, в целом, постепенно разрушается. Атмосферы, содержащие такие газы, являются весьма агрессивными по отношению к бетону и железобетону.

Третья группа атмосферных газов — газы, образующие при взаимодействии с Ca(OH)2 растворимые соли. К таким газам относят галогены (Сl2, Вr2) и галогенводородные кислоты (НСl, НВr, НJ), некоторые органические летучие кислоты (НСООН, СН3СООН).

При взаимодействии с этими газообразными веществами получаются растворимые соли, которые вымываются из бетона, при этом увеличивается пористость бетона, снижаются прочностные свойства. Хлор и галогенводородные кислоты могут вызвать интенсивную коррозию стальной арматуры, вследствие чего будет происходить растрескивание бетона вдоль арматуры. К третьей группе относятся и азотсодержащие оксиды NO, NO2, а также азотсодержащие пары кислот НNO2, НNO3 и аммиак NН3. В результате их попадания в поровое пространство бетона протекают реакции образования растворимых нитратов, например:

2NО2 + Са(ОН)2 > Са(NО3)2 + Н2О,

которые, постепенно вымываясь, делают структуру бетона рыхлой, поровое пространство насыщается солями, которые являются гигроскопичными. Гигроскопичные продукты, такие, например, как нитрат аммония, хлорид аммония, увеличивают скорость поглощения влаги из атмосферы (примерно в 2 раза), способствуют насыщению бетона водой и дальнейшему его разрушению. Все азотсодержащие газы являются агрессивными по отношению к бетону и неопасными по отношению к стальной арматуре.

Бетонные и железобетонные конструкции, эксплуатирующиеся в различных атмосферных условиях, испытывают воздействие различных факторов. Из множества факторов, определяющих состояние атмосферы, наиболее опасными по воздействию на бетон и железобетон являются повышенная влажность и колебания температуры.

Повышенная влажность и контакт бетона с водой приводят к насыщению этого пористого материала влагой; максимальное поглощение воды (водонасыщенность) составляет для тяжёлых бетонов от 4 до 8% от массы бетона, для лёгких бетонов она может достигать 25%. Водонасыщенность бетона существенно снижает его деформационные и прочностные характеристики. При периодическом увлажнении и высыхании происходит разрыв внутренних связей между компонентами цементного камня и снижение прочности бетона. Наряду с водонасыщением значительное влияние на его прочность и деформативность оказывают температурное воздействие и попеременное замораживание и оттаивание. В этом случае говорят о морозостойкости бетона. Под морозостойкостью бетона понимают его способность в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание. Критерий морозостойкости — это количество циклов замораживания — размораживания, при котором его прочность снижается не более, чем на 15% при потере массы менее 5%. Это количество циклов определяет марку бетона по морозостойкости F, которая для тяжёлых бетонов может составлять до 1000 циклов (F1000).

5 стр., 2485 слов

Бетоны и желозобетоны

... со стальной арматурой называют железобетоном. В бетон могут вводиться специальные добавки, улучшающие свойства бетонной смеси и бетона. Бетон является одним из важнейших строительных материалов ... от внешней среды конструкциях бетон должен иметь повышенную плотность, морозостойкость и коррозиестойкость. В зависимости от назначения и условий эксплуатации бетона в сооружении предъявляются ...

Марка бетона по морозостойкости для мостовых конструкций, транспортных сооружений в различных климатических зонах выбирается по СНиП 2.01-82. Скорость и характер разрушения бетона при многократном замерзании и оттаивании зависит от количества пор (в основном капиллярных), степени насыщения водой, прочности бетона. Чем больше водонасыщенность, тем ниже морозостойкость, тем быстрее разрушается бетон (железобетон).

Водонасыщенный бетон разрушается при отрицательных температурах вследствие расширения воды в капиллярах (~ на 10%) в результате превращения её в лёд. При этом в порах возникает аномально высокое давление, значительно превышающее прочность бетона. Давление замёрзшей воды передаётся на стенки пор, микротрещин, создавая в них высокие растягивающие напряжения. Под влиянием этих внутренних напряжений возникают микротрещины в кристаллических структурах цементного камня, разрывы в гелевых структурах порового пространства. Происходит постепенное накопление локальных микротрещин, которые, сливаясь, перерастают в магистральные трещины. Установлено, что растягивающие напряжения при попеременном замораживании и оттаивании бетона вызывают постепенное разупрочнение его и разрушение.

В настоящее время нет единой теории, объясняющей механизм разрушения бетона при замораживании — оттаивании. Однако многочисленные экспериментальные данные свидетельствуют, что морозное разрушение бетона связано с действием множества внешних и внутренних факторов: воздействием кристаллизующегося льда, температурными колебаниями, различными коэффициентами термического расширения компонентов цементного камня, термической несовместимостью компонентов бетона (заполнителей и связующего), гидравлическим давлением замерзающей в порах и капиллярах воды. Так, при 0 0 С расширение льда значительно превосходит расширение бетона; поэтому переход от минусовых температур к положительным (т.е. оттаивание бетона) может быть более опасным, чем замерзание. Существенно ускоряют разрушение бетона при циклическом замораживании — оттаивании наличие растягивающих напряжений в бетоне, солей антиобледенителей в воде (в частности хлоридов), образование кристаллогидратов при охлаждении соединений, обладающих большим объёмом и другие факторы.

Для увеличения морозостойкости бетона необходимо уменьшить капиллярную пористость, водопроницаемость, что достигается обычно правильным подбором соотношения вода/цемент (В/Ц), которое не должно превышать 0,30-0,35. Установлено, что для снижения капиллярной пористости на 1% необходимо уменьшить количество воды затворения на 10 л/м 3 бетона; такой же эффект достигается увеличением расхода цемента на 20ч25 кг/м3 . Повышение морозостойкости обеспечивается также пропариванием бетона по определённому тепловому режиму.

Значительного повышения морозостойкости можно добиться оптимальным подбором минералогического состава цемента. Установлено, что повышенное содержание трёхкальциевого алюмината, введение молотых минеральных добавок, пористых заполнителей снижают морозостойкость бетонов. Поэтому для повышения морозостойкости используют цементы с минимальным содержанием трёхкальциевого алюмината (<8%), плотные (тяжёлые) заполнители из изверженных пород.

Существенно повышают морозостойкость специальные добавки, обладающие поверхностной активностью, суперпластификаторы, гидрофобизирующие жидкости. Пластифицирующие добавки типа ЛСТ повышают морозостойкость бетона, как за счёт снижения водопотребности бетонных смесей на 9-12%, так и за счёт воздухововлечения и образования в цементном камне замкнутых пор. Суперпластификаторы снижают водопотребность бетонных смесей на 20-30%, существенно уменьшая капиллярную пористость.

13 стр., 6174 слов

Технология наплавочных работ для конструкции из стали

... наплавка самозащитными порошковыми проволоками v Электрошлаковая наплавка v Плазменная наплавка v Лазерная наплавка v Электронно-лучевая наплавка v Индукционная наплавка v Газопламенная наплавка Ручная дуговая наплавка. Ручная дуговая наплавка ... рекомендуется для изделий из стали Г13); уравновешивание короблений симметричным расположением валиков; ведение наплавки детали, жестко закрепленной в ...

В последнее время используют комплексные добавки, которые увеличивают морозостойкость, обеспечивают высокие прочностные свойства, увеличивают стойкость к солевой коррозии, улучшают технологию приготовления бетонов (снижают В/Ц), уплотняют бетон.

Коррозия арматуры в железобетоне Одна из наиболее опасных и распространённых причин разрушения железобетонных конструкций мостовых сооружений — коррозия стальной арматуры [15].

В бетоне стальная арматура находится в контакте с поровой жидкостью, имеющей рН>11,8. Воздействие щелочной среды на сталь переводит её в пассивное состояние, обусловленное формированием на поверхности металла гидроксидов железа. Кроме того, слой бетона, соприкасающийся с арматурой, в той или иной степени, обладает изолирующей способностью и защищает её от коррозии. Коррозионный процесс на стали может развиться в том случае, если будут созданы условия для протекания электрохимических парциальных реакций: катодного процесса деполяризации и анодного процесса растворения. Это возможно в том случае, если нарушается пассивная плёнка, к поверхности стали проникает кислород (деполяризатор катодного процесса), создаются локальные катодные и анодные участки и возникает разность потенциалов, т.е. формируются микрогальванопары.

Нарушение пассивной плёнки, защищающей металл, возможно по следующим причинам: 1) снижение рН поровой жидкости до величин ниже 11,8; 2) проникновение к поверхности стали агрессивных хлорид-ионов и 3) ускорение анодных процессов растворения стали. Снижение рН поровой жидкости возможно при образовании растворимых веществ и вымывании их из цементного камня; это может происходить при воздействии водных растворов кислот, солей, агрессивных газов. Кроме того, в бетоне всегда достаточно влаги, необходимой для снижения рН. Учитывая, что бетон имеет достаточно высокую пористость, весьма высока вероятность проникновения к поверхности арматурной стали кислорода — деполяризатора катодного процесса. Структурная неоднородность арматурной стали, наличие различного рода включений, внутренние напряжения и т.п. создают предпосылки появления микрогальванопар, их активного функционирования, локализации коррозионных процессов, которые могут проявляться в виде питтингов, язв.

Таким образом, для стальной арматуры создаются условия для возникновения и интенсивного протекания коррозионных процессов. Эти процессы могут ускоряться и другими факторами: наличием трещин в бетоне, облегчающих проникновение агрессивных сред к стальной арматуре, собственной коррозией цементного камня, наличием блуждающих токов, недостаточной толщиной слоя бетона.

В результате протекания коррозионных процессов на стали происходит снижение механических свойств металла, появление трещин коррозионного растрескивания, особенно для напряжённой арматуры; образование продуктов коррозии большего объёма, отслоение бетона от арматуры. В конечном счёте, это приводит к разрушению железобетона. Кинетика коррозионного разрушения железобетона иллюстрируется рис. 1.

2 стр., 909 слов

Руководящие технические материалы по сварке и контролю качества ...

... обрушения плит перекрытий допускается прихватка ригелей к опорным закладным деталям колонн короткими швами длиной 40-50 мм электродами с высокими пластическими свойствами наплавленного металла, например, типа Э42, Э46. сварку трех ...

Рис. 1 Процесс коррозионного разрушения железобетона при воздействии хлоридов

Скорость коррозии арматуры зависит от изолирующей способности защитного слоя бетона, его плотности, толщины, химического состава цемента.

Внешними признаками коррозии арматуры в бетоне являются [8]:

? пятна ржавчины на поверхности бетона вдоль расположения стержней;

  • ? трещины, ориентированные по направлению арматурных стержней;
  • ? отслоение защитного слоя бетона с оголением арматуры, наличие ржавчины на поверхности арматуры.

Состояние арматуры может быть оценено по следующим признакам:

? глубине коррозионного поражения и площади коррозионных повреждений;

  • ? характеру коррозионных повреждений (сплошная, пятнами, точечная, язвами, налет ржавчины);
  • ? толщине и плотности продуктов коррозии.

Арматура в эксплуатационных условиях в бетоне обычно защищена от коррозии благодаря пассивации стали, определяемой уровнем щелочности бетона, который обычно превышает 12,0ч12,5. При этом на поверхности арматуры образуется пассивирующий слой гидроксида железа, который предотвращает разрушение стали. Как отмечалось выше, защитная способность пассивной пленки может быть нарушена или при воздействии углекислых сред на бетон, или в случае превышения критической концентрации хлоридов на поверхности арматуры. То есть коррозия арматуры в бетоне может быть связана с карбонизацией защитного слоя бетона [15], или проникновением и накоплением ионов хлора, или же влиянием кислорода, проникшего через поры, заполненные воздухом (рис. 2).

Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 5 (24), сентябрь — октябрь 2014

http://naukovedenie.ru publishing@naukovedenie.ru

1

http://naukovedenie.ru 06KO514

Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 5 (24), сентябрь — октябрь 2014

http://naukovedenie.ru publishing@naukovedenie.ru

1

http://naukovedenie.ru 06KO514

Рис. 2 Условия возникновения коррозии арматуры

При карбонизации происходит взаимодействие поровой жидкости, содержащей Са(ОН)2, с углекислым газом по реакции:

Са(ОН)2 + СО2 > СаСО3v + Н2О

Образующийся карбонат кальция насыщает поры, уменьшает рН, что приводит к изменению структуры и защитной способности бетона к арматуре.

Коррозия арматуры резко возрастает с увеличением содержания хлоридов, бикарбонатной щелочности или температуры окружающей среды.

Пассивная пленка на арматуре может быть разрушена вследствие карбонизации защитного слоя или проникновения через него ионов хлора. Также важны микроклимат на поверхности конструкции или уменьшение щелочности вследствие вымывания поровой жидкости проточной водой. Очевидно, это может иметь место в трещинах в случае бетона низкого качества или при высоком водоцементном отношении.

Если водородный показатель бетона уменьшается до критического уровня рН<11,8; то пассивная пленка разрушается с потерей ее защитных свойств по отношению к арматуре. Таким образом, коррозия арматуры возможна при наличии достаточной влажности и кислорода, что обычно имеет место в железобетонных конструкциях транспортных сооружений, эксплуатируемых на открытом воздухе в присутствии воды (рис. 3-4).

10 стр., 4527 слов

Защита от коррозии арматуры в железобетонных конструкциях

... коррозии арматуры, в результате которого ее прочность остается еще достаточной, может привести к растрескиванию бетона под давлением растущего слоя ржавчины, т. е. к нарушению расчетного сечения железобетонной конструкции. Борьба с коррозией ...

Рис. 3 Коррозия арматуры в месте разрушения защитного слоя

Рис. 4 Повреждения пролетных строений в результате коррозии арматуры

Таким образом, для увеличения долговечности железобетона необходимо обеспечить либо защиту арматуры в бетоне специальным покрытием, либо защиту поверхности железобетонной конструкции, либо то и другое.

Весьма опасным негативным следствием коррозии арматуры в железобетонных конструкциях является то, что продукты коррозии имеют объем в 2 — 9 раз больше прокорродировавшего объема арматуры. Давление продуктов коррозии вызывает образование продольных (коррозионных) трещин в защитном слое бетона с последующим его отслаиванием и нарушением сцепления арматуры с бетоном (рис. 5).

Рис. 5 Образование трещин в защитном слое бетона с последующим отслаиванием и разрушением

Коррозионное растрескивание высокопрочной арматуры, находящейся в напряженном состоянии, представляет собой особый и весьма опасный вид коррозии [16].

Он характеризуется образованием нормальных к продольной оси арматуры трещин при локальной коррозии, причем разрушение арматуры может происходить при напряжениях значительно ниже расчетных. Поведение предварительно-напряженных железобетонных конструкций, армированных сталью, склонной к коррозионному растрескиванию, труднопредсказуемо, так как равномерная коррозия напряженной высокопрочной арматуры вплоть до её разрушения может практически не наблюдаться. Понятно, что внезапные разрушения предварительнонапряженных железобетонных конструкций весьма опасны, так как не сопровождаются нарастанием прогибов и раскрытием трещин, как в случае коррозии обычной арматуры. Высокопрочные арматурные стали имеют склонность к хрупкому разрушению при одновременном действии коррозионной среды и растягивающих напряжений, что наблюдается в предварительно- напряженных конструкциях.

К сожалению, особенности коррозии высокопрочных арматурных сталей под напряжением еще недостаточно изучены, хотя исследования в этом направлении ведутся.

Защита бетона и железобетона от коррозии

Если способы защиты металлических конструкций от коррозии рассмотрены в литературе достаточно подробно, то вопросам защиты от коррозии бетонных и железобетонных конструкций транспортных сооружений уделяется недостаточно внимания.

Защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии должна исходить из условий эксплуатации, факторов, воздействующих на механизм и скорость развития коррозионного процесса. Защита от коррозии опор мостов, надземной, подземной, подводной частей фундаментов, подпорных стен, контактирующих с грунтом, опор путепроводов, выполненных из бетона и железобетона, регламентируется требованиями СНиП 2.03.11-86,

СНиП 2.02.01-86, МГСН 2.08-04, ГОСТ 31383-2008, а также рядом стандартов организаций (ЦНИИС, ВНИИЖТ).

В соответствии с нормативными документами для предохранения от коррозии бетона и железобетона предусматриваются мероприятия первичной и вторичной защиты.

Первичная защита предусматривает оптимальный с точки зрения коррозионных факторов выбор проектно-конструктивных решений железобетонных конструкций, применение способов и материалов для изготовления коррозионно-стойких бетонных и железобетонных конструкций на стадиях проектирования и строительства. К ним относятся:

7 стр., 3143 слов

Усиление опор моста

... восприятия распора от подкосов уширенных стоечных опор под существующей насадкой и к подкосам должны быть прибетонированы железобетонные охватывающие ... - песчаная подушка Рис. 4.6. Способ уширения устоя железобетонных мостов: - новый ригель со шкафной стенкой; -дополнительные ... см в шахматном порядке и обработкой старой поверхности бетона насечкой. Целесообразно новую рубашку наносить методом сухого ...

  • ? выбор расчетно-конструктивных решений по оптимальным размерам, форме поперечных сечений конструкции, снижающих влияние коррозионных факторов;
  • ? рациональные конструкторские решения, уменьшающие поверхность контакта железобетонных элементов с агрессивной средой, а также разработка эффективных конструкций мостового полотна (без сплошных барьерных ограждений), обеспечивающих разрушение гололёдной корки вследствие деформаций пролётных строений под временной нагрузкой и удаление продуктов разрушения гололёдной корки путём их сметания с проезжей части ветром;
  • ? разработка эффективных стратегий эксплуатации железобетонных конструкций, приводящих к снижению объёма применения хлоридсодержащих противогололёдных реагентов;
  • ? рациональный выбор арматурных сталей;
  • ? подбор необходимых составов бетона, обеспечивающих необходимый уровень защиты;
  • ? снижение проницаемости бетона;
  • ? использование добавок, улучшающих физико-технические характеристики бетонов (ингибирующие, пластифицирующие, регулирующие рН, уменьшающие трещиностойкость бетона, снижающие склонность к коррозионному растрескиванию и т.п.);
  • ? технологические мероприятия, повышающие качество бетона и железобетона; ? использование эффективных противокоррозионных добавок в бетон.

Вторичная защита предусматривает применение защитных средств и материалов сразу после ввода объекта в эксплуатацию и в процессе эксплуатации. К методам вторичной защиты относятся:

  • ? применение лакокрасочных материалов;
  • ? применение рулонных, листовых материалов;
  • ? использование облицовочных, оклеечных материалов;

? применение уплотняющих пропиток, пропиточно-кольматирующих составов,

цементации, силикатизации и т.п.;

  • ? использование биоцидных материалов.

Кратко перечисленные здесь методы противокоррозионной защиты бетона и железобетона не исчерпывают всех возможностей защиты от коррозии.

Пример проектных решений по защите от коррозии железобетонных опор на примере мостов через реку Волгу на обходе у Саратова и в г. Волгограде

В обычных условиях промежуточные опоры выше обреза фундаментов подвержены агрессивному воздействию атмосферы, перепаду температур, эксплуатационным нагрузкам, а части опор, расположенные в зоне переменного уровня воды, дополнительно подвержены воздействию агрессивной жидкой среды с переменными циклами замораживания — оттаивания.

К указанным эксплуатационным воздействиям следует добавить циклические нагрузки от монтажа пролетных строений методом продольной надвижки во время строительства. Суммарное воздействие этих нагрузок на железобетонные конструкции опор приводит к эрозии, карбонизации, трещинообразованию, разрушению защитного слоя и, как следствие, к коррозии арматуры и преждевременному разрушению конструкции.

Для опор мостовых переходов через р. Волгу в с. Пристанное и г. Волгограде [24] был применен тяжелый бетон со средней плотностью 2500 кг/м 3 , классом по прочности в зоне переменного уровня воды не ниже В45, в надземной части — не ниже В25, имеющий марки по водонепроницаемости W8 и W6. Марки по морозостойкости: F 200 — для умеренных климатических условий г. Волгограда, F 300 — для суровых климатических условий в зоне переменного уровня. Защитный слой для стоек опор был принят не менее 5 см. При проектировании особое внимание было уделено требованиям по горизонтальной трещиностойкости, которая отнесена к категории 3в с допустимой расчетной шириной раскрытия трещин 0,030 и 0,020 см в зоне переменного уровня воды, а при расположении вблизи плотин гидроэлектростанций и водохранилищ, в зоне попеременного замораживания и оттаивания снижена до 0,015 (0,010) см, что соответствует воздействию среднеагрессивной среды для арматурной стали 1 группы.

6 стр., 2697 слов

Опоры линий электропередач

... например АС 120/19 или АСКС 150/34. 2. Опоры воздушных линий Основными типами опор ВЛ являются анкерные и промежуточные. Опоры этих двух основных групп различаются способом подвески ... - пропитка специальными антисептиками. Металлические (стальные) опоры, применяемые на линиях электропередачи напряжением 35 кВ и выше, для защиты от коррозии в процессе эксплуатации требуют окраски. Устанавливают ...

Практика мостостроения и исследования ОАО ЦНИИС показали, что для данных климатических условий от перепада температур и усадки бетона в бетонных массивах толщиной более 3 м могут возникать вертикальные трещины, появлению которых способствует неравномерность напряжений от усадки и остывания бетона после бетонирования. Поэтому для снижения размеров стоек опоры (3,0х 4,0 м) были запроектированы специальные конструкции с компактным фундаментом и без традиционной массивной части. Для восприятия эксплуатационных горизонтальных и вертикальных напряжений от неравномерного перепада температур и усадки бетона установлены вертикальные стержни и горизонтальные хомуты из арматуры класса стали А300 (АII).

Учитывая вышеизложенные требования по прочности, морозостойкости, водонепроницаемости и трещиностойкости, бетон конструкций изготавливался с применением портландцементов высокого класса с ограничением минеральных добавок, с заполнителем из кварцевого песка и фракционированного щебня изверженных пород, с применением пластифицирующих воздухововлекающих добавок. Для более равномерного остывания бетона и сохранения влажностного режима применялись гидро- и термозащитные опалубки, обеспечивающие сохранение необходимой влажности и температуры твердения бетона. При укладке бетона стоек на плиту фундамента принимались меры по выравниванию температур этих элементов.

Однако, учитывая длительный срок строительства опор и их досрочную практическую эксплуатацию, было принято решение повысить долговечность опор применением вторичной защиты от коррозии путем нанесения на поверхности конструкций лакокрасочных материалов.

Одной из особенностей мостов через р. Волгу с длительными сроками строительства является разновременность сооружения их опор. Так, например, мост через Волгу на обходе Саратова длиной 2350 м был запроектирован с раздельными опорами, обеспечивающими ввод в эксплуатацию мостов поочередно под две полосы движения каждого. При 19 пролетах мост имеет 38 промежуточных опор. Каждая опора сооружалась сразу под две очереди. Сооружение опор велось, начиная с береговых. Поэтому от начала сооружения некоторых береговых опор первой и второй очереди до ввода в эксплуатацию моста второй очереди прошло 17 лет, что обусловило снижение долговечности этих опор почти на 17%.

Из-за того, что пролетные строения монтировались методом конвейерной сборки на береговых стройплощадках и надвигались поочередно с каждого берега, на крайних береговых опорах количество надвижек пролетов доходило до 11. При каждом шаге надвижки в опорах возникали растягивающие напряжения, близкие к расчетным эксплуатационным напряжениям. Эти обстоятельства требовали дополнительных мероприятий по увеличению долговечности опор.

На мосту обхода Саратова вторичная защита от коррозии была принята в основном для береговых опор [27], а на мосту в Волгограде, учитывая особенности его расположения в нижнем бьефе гидроэлектростанции, а также принимая во внимание повышенные городские архитектурные требования, вторичная защита принята уже для всех опор [17] (рис. 6-7).

Рис. 6 Фрагмент окраски опоры моста через р. Волгу у г. Саратова

Рис. 7 Фрагмент окраски опоры моста через р. Волгу в г. Волгограде

Применяемые для вторичной защиты от коррозии железобетонных опор лакокрасочные антикоррозионные покрытия должны удовлетворять нижеследующим требованиям:

? обладать стойкостью к воздействию климатических факторов в макроклиматических районах с умеренным климатом (У1) с рабочей

температурой воздуха от минус 45°C до плюс 40°C;

  • ? антикоррозионное покрытие опор на открытом воздухе должно относиться к III группе покрытий, а покрытие части опор в зоне действия воды — к IV группе покрытий;
  • ? по условиям эксплуатации покрытия должны быть атмосферостойкими, химически стойкими, трещиностойкими, удовлетворять требованиям средней агрессивности среды для III группы покрытий и сильной агрессивности для IV группы покрытий;
  • ? ориентировочный срок службы покрытий 15 лет;
  • ? покрытия должны обладать хорошими декоративными свойствами;
  • ? обладать синергетическим эффектом, наноситься разновременно и поэтапно в зависимости от финансовых возможностей заказчика и производственных возможностей подрядчика.

В результате сравнительного анализа были выбраны нижеследующие системы покрытий «Stelpant», состоящие из однокомпонентных полиуретановых материалов, отверждающихся за счет влаги атмосферного воздуха:

1. Для опор на открытом воздухе (III ахт):

? пропиточная грунтовка Stelpant-PU-Repair — 10-20 мкм;

  • ? промежуточное покрытие Stelpant-РU-Tiecoat- 90 мкм;
  • ? покрывной слой, устойчивый к УФ-излучению Stelpant-РU-Cover UV — 50 мкм.

    Общая толщина покрытия 150 — 160 мкм.

    2.

Для частей опор, расположенных в зоне переменного уровня воды (IV axm):

? пропиточная грунтовка Stelpant-PU Repair 10-20 мкм;

  • ? промежуточное покрытие Steipant-PU-Combination 100 — 3х150 мм;
  • ? покрывной слой, устойчивый к УФ-излучению Stelpant-РU-Cover UV — 50 мкм.

Общая толщина покрытия 510 — 520 мкм.

Пропиточная грунтовка наносится на обработанную в соответствии c Регламентом поверхность, при этом глубоко проникает в защитный слой конструкции, связывает остаточную влагу и упрочняет поверхностный слой, обеспечивая высокую адгезионную способность. Слои вторичной защиты от коррозии лакокрасочными материалами Stelpant после нанесения на поверхность удерживают влагу внутри бетонной конструкции и тем самым повышают ее прочность.

Последние испытания НИИЖБ бетонных образцов, покрытых защитными системами, близкими вышеуказанным из полиуретановых лакокрасочных материалов Stelpant, показали, что они имеют высокие защитные и эксплуатационные свойства, а именно:

  • ? обладают высокими адгезионными свойствами к бетонной поверхности: величина адгезии к сухому (влажность до 4 %) бетону составляет более 3 МПа. При изменении влажностного состояния поверхности бетона (до 12 %) значение величины адгезии покрытий снижается незначительно (до 2,8 МПа);
  • ? увеличивают марку бетона по водонепроницаемости при прямом давлении воды не менее, чем на 7 ступеней (с W4 до не менее W18), при обратном давлении воды — на 2 ступени (с W4 до W8);
  • ? повышают морозостойкость и морозосолестойкость бетона в 3-3,5 раза;
  • ? снижают величину водопоглощения бетона в 8-10 раз;
  • ? имеют низкую величину истираемости на бетоне (0,28-0,43 г/смІ) и могут применяться в конструкциях, работающих в условиях повышенной интенсивности движения;

— ? практически полностью защищают бетон от проникновения агрессивных газов и жидкостей (углекислого газа и раствора хлорида), что позволяет перевести бетон из категории нормальной и повышенной проницаемости в бетон особо низкой проницаемости.

Антикоррозионное покрытие по первой приведенной схеме осуществлялось и для железобетонных элементов проезжей части, фасадных поверхностей железобетонных и сталежелезобетонных пролетных строений, примыкающих эстакад, и на путепроводах, устраиваемых на подходах. Как показал опыт эксплуатации, эти мероприятия повысили долговечность и придали декоративный эффект конструктивным элементам, находящимся в наиболее агрессивной среде с расположением их в наиболее обозреваемых местах.

Влияние вторичной системы защиты от коррозии на первичную антикоррозионную защиту бетона и железобетона было использовано на покрытиях для фасадных и нижних поверхностей железобетонных консолей сталежелезобетонных пролетных строений правобережной эстакады в г. Волгограде (рис. 8).

Предусмотренная проектом система лакокрасочных материалов наносилась в два этапа: технологический этап для сохранения внутри влажностного режима твердения бетона и декоративный этап — также повышающий долговечность сооружения. Вместо обычных сложных, трудоемких ограждений, устраиваемых для сохранения тепло-влажностного режима твердения бетона в теплое время года (выше 5°C) сразу после распалубки, для создания влагозащитного покрытия наносится пропиточный лак Stelpant-PU-Repair толщиной 10 мкм (расход 35 г/мІ), а затем промежуточный материал Stelpant-PU-Tiecoat толщиной слоя 40 мкм (расход 110 г/мІ).

На втором этапе для создания антикоррозионного декоративного покрытия на влагозащитное покрытие наносится промежуточный материал Stelpant-PU-Tiecoat толщиной 40 мкм (расход 110 г/мІ) и покрывной слой Stelpant-PU-Cover UV толщиной слоя 50 мкм (расход 115 г/мІ).

Общая толщина покрытия 140 — 150 мкм. Работы производятся последовательными захватками 20-25 м.

Рис. 8 Правобережная эстакада моста через р. Волгу в г. Волгограде

Заключение

Опыт эксплуатации мостовых переходов показывает, что воздействие коррозионных сред на мостовые конструкции неравномерно и зависит от многих факторов. Например, от ориентации сооружения по отношению к странам света (повышенное воздействие УФизлучения с южной стороны), от розы ветров (наветренные фасады страдают от атмосферной коррозии сильнее, чем подветренные) и т.п. Поэтому для выбора оптимальной системы антикоррозионной защиты, обеспечивающей равный срок службы всех элементов моста, следовало бы организовать изучение влияния этих факторов с тем, чтобы на основе научных исследований увеличить межремонтный срок службы покрытия, а значит, и всего сооружения [1].

Для этого, кроме принятия мер по первичной защите от коррозии (эффективный водоотвод, доброкачественная дорожная одежда, водонепроницаемые деформационные швы и т.п.), необходимо обеспечить удобный доступ для нанесения покрытия в любом месте конструкции, как во время строительства, так и в процессе эксплуатации. Защитное лакокрасочное покрытие мостовых конструкций должно быть доступно для последующего мониторинга его состояния и, при необходимости, своевременного восстановления слоев краски в местах локальных повреждений.

Учитывая, что на железобетонные опоры, особенно массивные, обычно устанавливаются сравнительно долговечные металлические пролетные строения, прежде всего, следует исследовать возможности повышения долговечности опор.

Стоимость комплексной антикоррозионной защиты мостового сооружения за счет окраски железобетонных опор увеличится незначительно (4-5%) по сравнению с окраской только пролетного строения или на 0,2% от стоимости моста, а нормативный срок эксплуатации моста при этом увеличится на величину до 25%.

1. Защита от коррозии металлических и железобетонных мостовых конструкций методом окрашивания/ И.Г. Овчинников, А.И. Ликверман, О.Н. Распоров и др. Саратов: Изд-во «Кубик», 2014. 504 с.

2. Аксютин С.А. Опыт применения лакокрасочных материалов / С.А. Аксютин, В.И. Копырин // Транспортное строительство.2006. №2. С. 18-20. 3. Баженов Ю.М. Модифицированные высококачественные бетоны / Ю.М. Баженов, B.C. Демьянова, В.И. Калашников. М.: Изд-во Ассоциации строительных вузов, 2006. 368 с.

3. Макаров В.Н. Антикоррозионная защита мостовых сооружений / В.Н. Макаров, С.В. Овсянников, И.Г. Овчинников. Саратов: Издат. Центр «Наука», 2007. 192 с.

4. Во что одеть мосты? / В.Н. Макаров, О.Н. Распоров, И.Г. Овчинников, А.Г. Щербаков // Дороги России XXI века. 2002. №5. С.68-79.

5. Городские транспортные сооружения: правила эксплуатации / Министерство жилкомхоза БССР. Минск, 1989. 185 с.

6. Иванов Ф.М. Защита железобетонных транспортных сооружений от коррозии / Ф.М. Иванов. М.: Транспорт, 1968. 110 с.

7. Кириллов В.С. Эксплуатация и реконструкция мостов и труб на автомобильных дорогах / В.С. Кириллов. М.: Наука, 1971. 196 с.

8. Колесникова А.С. Химические основы защиты транспортных сооружений от коррозии: метод. пособие / А.С. Колесникова. Хабаровск: ДВГУПС, 2001. 112 с.

9. Коррозия: справочник / под ред. Л.Л. Шрайера; пер. с англ. М.: Металлургия, 1981. 632 с.

10. Кривоногов А.Г. Антикоррозионная защита мостов и эстакад полиуретановыми материалами «Stelpant» / А.Г. Кривоногов // Путевой. 2006. №13. С. 7.

11. Ликверман А.И. Эффективная система защиты металлических мостов от коррозии / А.И. Ликверман, Ф.Б. Глазман, К.О. Распоров // Транспортное строительство. 2001. №8. С. 2-5. 13. Лукьянов В.С. Защита бетонных опор мостов от температурных трещин / В.С. Лукьянов, И.И. Денисов. М.: Трансжелдориздат, 1959, 151 с.

12. Макаров В.Н. Антикоррозионная защита мостовых сооружений / В.Н. Макаров, С.В. Овсянников, И.Г. Овчинников. Саратов: Издательский центр «Наука», 2007. 192 с.

13. Маринин А.Н. Сопротивление железобетонных конструкций воздействию хлоридной коррозии и карбонизации / А.Н. Маринин, Р.Б. Гарибов, И.Г. Овчинников. Саратов: Издат. центр «РАТА», 2008. 296 с. 16. Москвин В.М. Коррозия бетона и железобетона, методы их защиты / В.М. Москвин, Ф.М. Иванов, С.Н. Алексеев, Е.А. Гузеев. М.: Стройиздат, 1980. 536 с. 17. Овчинников И.Г. Обеспечение долговечности мостовых железобетонных конструкций — опыт применения противокоррозионной защиты / И.Г. Овчинников, О.Н. Распоров, К.О. Распоров, М.В. Палагина // Дороги России 21 века. 2008. №8. С. 92-97.

14. Овчинников И.Г. Особенности применения инновационных решений при проектировании, строительстве и эксплуатации транспортных сооружений / И.Г. Овчинников, С.В. Жаденова, И.И. Овчинников // Дороги. Красная линия. 20102011. № 50. С.45-49.

15. Овчинников И.Г. Параметры контроля антикоррозионных покрытий мостовых сооружений / И.Г. Овчинников, О.Н. Распоров, И.И. Овчинников и др. // Промышленные покрытия. 2012. №9-10. С. 42-45.

16. Пухонто Л.М. Долговечность железобетонных конструкций инженерных сооружений (силосов, бункеров, резервуаров, водонапорных башен, подпорных стен) / Л.М. Пухонто. М.: Изд-во АСВ, 2004. 424 с.

17. Распоров К.О. Антикоррозионная защита АЗС и мостов / К.О. Распоров, О.Н. Распоров, И.Г. Овчинников // Дорожная держава. 2009. № 20. С. 58-60.

18. Распоров К.О. О повышении экологической безопасности при производстве работ по антикоррозионной защите металлоконструкций мостовых сооружений / К.О. Распоров, И.Г. Овчинников // Дороги России 21 века. 2007. №4. С.100-102. 23. Распоров О.Н. Выбор условий для окрашивания мостовых конструкций / О.Н. Распоров, И.Г. Овчинников, И.И. Овчинников, К.О. Распоров, С.Н. Кузнецов // Промышленные покрытия. 2013. № 5-6. С.40-41.

19. Распоров О.Н. Качество гарантировано. Опыт десятилетней эксплуатации лакокрасочных покрытий фирмы STEELPAINT на мостах России / О.Н. Распоров, И.Г. Овчинников, И.И. Овчинников, К.О. Распоров, М.Ю. Шпранкель // Дорожная держава. 2010. №28. С. 46-49.

20. Распоров О.Н. Комплексная защита. Необходимость и целесообразность комплексной антикоррозионной защиты металлических, бетонных и железобетонных элементов мостовых сооружений / О.Н. Распоров, И.Г. Овчинников, К.О. Распоров // Дороги России 21 века. 2009. № 4. С.98-101. 26. Распоров О.Н. Особенности применения новых материалов и технологий для защиты мостовых конструкций от коррозии / О.Н. Распоров, И.Г. Овчинников // Актуальные вопросы строительства: материалы Междунар. науч. конф. Саранск: Изд-во МГУ, 2005. С.642-648.

21. Распоров О.Н. По особому технологическому регламенту. Особенности технологии окрашивания металлоконструкций лакокрасочными материалами фирмы STEEELPAINT, примененной на строительстве мостового перехода через р. Волга у с. Пристанное в Саратовской области / О.Н. Распоров, К.О. Распоров, И.Г. Овчинников, М.В. Палагина // Дороги России 21 века. 2008. №3. С.100-104.

22. Распоров О.Н. Продление срока службы железобетонных мостов / О.Н. Распоров, И.Г. Овчинников, С.Н. Кузнецов // Дорожная держава. 2012. №41. С.78-79.

23. Руководство по защите металлоконструкций от коррозии металлических пролётных строений эксплуатируемых автодорожных мостов / Росавтодор, Министерство транспорта РФ. М., 2003. 77 с.

24. Сахаров В.Н. Современные методы антикоррозионной защиты металлоконструкций в гидротехнике / В.Н. Сахаров, В.Г. Майоров // Гидротехническое строительство. 2005.№3. С. 46-49.

25. Серебряников И.В. Антикоррозионная защита металлических конструкций мостов / И.В. Серебрянников, В.К. Матвеев, В.В. Черкасов // Путь и путевое хозяйство. 2008. №5. С.10-12.

26. СП 28.13330.2012 Защита строительных конструкций от коррозии. Актуализированная редакция СНИП 2.03.11-85. Введ. 01.01.2013. М., 2012. 99 с.

27. Справочное пособие «Антикоррозионная защита». Екатеринбург: Издательский дом «Оригами», 2013. 440 с.