Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Недвижимость arrow Анализ факторов, влияющих на работоспособность железобетонных конструкций инженерных сооружений при воздействии агрессивных сред

Анализ факторов, влияющих на работоспособность железобетонных конструкций инженерных сооружений при воздействии агрессивных сред


При обеспечении работоспособности железобетонных конструкций инженерных сооружений должны обеспечиваться как технологические, так и конструктивные требования. При воздействии агрессивных сред необходима защита строительных конструкций от коррозии это одна из главных и больших проблем в решении вопроса обеспечения долговечности зданий и сооружений [1].

Одной из главных причин возникновения коррозии железобетонных конструкций инженерных сооружений является воздействие агрессивных сред техногенного и природного характера. Это приводит к активным деструктивным процессам. Хорошо известно и то, что изменение свойств материала во времени зависит от взаимодействия со средой и носит необратимый характер. Особенно наглядно разрушительные процессы наблюдаются в зонах переменного уровня воды, активного химического и физического воздействия среды. Например, в сооружениях промышленной гидротехники (гиперболические башенные градирни, вентиляторные градирни, аэро-тэнки, фильтры-отстойники, камеры доков, гравитационные набережные). За эксплуатационный период 6-8 лет глубина коррозии бетона достигает 8-10 сантиметров, а за период 25-30 лет может достигать 1-1,5 метра. Кроме того, по мере проникания агрессивной среды в тело конструкции снижаются защитные свойства бетона по отношению к арматуре, которая начинает корродировать. Все это сказывается на несущей способности железобетонных конструкций [2].

Так при рассмотрении коррозии железобетона можно определить синергетические воздействия как совместное действие внешней среды (повышенная влажность, температура и т.п.), агрессивных сред (различные жидкости, газы, твердые агрессивные образования) с учетом напряженно-деформированного состояния железобетонного элемента [3, с. 125-127].

Синергетические воздействия сред приводят к существенным изменениям деформативно-прочностных свойств бетона пораженной зоны. Изменение свойств материала во времени носит необратимый характер и зависит от условий деформирования и взаимодействия со средой. Кроме того, по мере проникания агрессивной среды в тело конструкции снижаются защитные свойства бетона по отношению к арматуре, которая начинает корродировать. В результате коррозии уменьшается площадь поперечного сечения арматуры и нарушается ее сцепление с бетоном. Все это сказывается на несущей способности железобетонных конструкций [4, с. 29-32].

Повреждения бетона отмечаются при действии на него водных растворов кислот или кислых газов, растворов солей и даже щелочей, некоторых органических соединений. Степень агрессивного воздействия зависит не только от состава агрессивной среды, но и от условий контакта, скорости движения и напора жидких сред, плотности прилегающего грунта при действии грунтовых вод, температуры среды, силовых нагрузок, напряженного состояния материала конструкций и других факторов.

Практически все воздействия, происходящие с участием агрессивных твердых веществ и газов, можно отнести к синергетическим, поскольку для протекания химической реакции в нормальных условиях необходимо присутствие воды [5].

Все кислые газы действуют на бетон конструкций совместно с СО 2. В большинстве случаев опережающим процессом является карбонизация бетона, которая начинается с момента изготовления конструкции, тогда как специфические кислые газы начинают действовать, как правило, лишь после начала эксплуатации здания. Воздействие газов на бетон вызывает его нейтрализацию, а образующиеся соли проникают вглубь со скоростью, зависящей от их растворимости, проницаемости и влажности бетона. Характер основных деструктивных процессов представлен в таблице 1.

Таблица 1

Типичные случаи взаимодействия конструкции со средой

Среда

Условия воздействия среды

Преобладающие процессы в бетоне

Воздушно-влажная

Безнапорное

Нейтрализация

Напорное

То же, ускоренная

Воздушно-влажная, с присутствием растворов солей, кислот и т. д. и с непосредственным периодическим увлажнением

Безнапорное

Увеличение количества внесенных агрессивных компонентов или продуктов из взаимодействия с цементным камнем, нейтрализация, диффузия агрессивных ионов

Напорное

Те же процессы, ускоренные +выщелачивание

Водная с присутствием растворов солей, кислот и т. д.

Безнапорное

Диффузия агрессивных ионов

Напорное

То же + выщелачивание

Для оценки коррозионного повреждения бетона в железобетонных конструкциях инженерных сооружений можно использовать следующие показатели: глубина поражения бетона и ресурс эксплуатации [6, с. 74-78.].

Очевидно, что конечной целью построения математической модели коррозии L=f(t) является получение простой формулы, по которой удобно выполнять инженерные расчеты. Однако практически все исследователи при выводе зависимости L=f(t) с целью упрощения исходят из взаимодействия только двух веществ (табл. 2).

В результате исследования методического подхода к определению сроков службы бетона и подготовке предложений о количественной оценке кинетики коррозионных процессов, возникающих на контакте жидких агрессивных сред с бетоном, которые основывались на анализе природы коррозионных процессов, в работах отечественных авторов получены следующие выводы [2]:

- установлено, что интенсивность коррозионных процессов определяется интенсивностью проникания агрессивных компонентов внешней среды в поровую структуру бетона;

- движение агрессивной среды от внешней поверхности вглубь бетона осуществляется под действием гидростатического давления, молекулярной диффузии и капиллярности; давление внешней среды на открытую поверхность бетона ускоряет этот процесс;

- такая классификация действующих сил, побуждающих движение агрессивной среды в бетоне, позволяет для стационарных условий осуществлять количественные расчеты потока агрессивного вещества через поверхность бетона и дать оценку его влияния на состояние бетона во времени для несложных граничных условий.

Таблица 2

Характеристика синергетического взаимодействия двух веществ

Примеры взаимодействия бетона с диффундирующей внешней средой

Описание процесса

Дифференциальные уравнения, описывающие процесс [2]

Контакт цементного камня с растворами солей, кислот и т.д.

Наличие химического взаимодействия бетона с внешней средой, процесс контролируется диффузией и химической реакцией

(1)

Контакт цементного камня с хлоридами

Отсутствие химического взаимодействия бетона с внешней средой, процесс контролируется диффузией

(2)

Коррозия бетона в изделии или конструкции вызывается и деятельностью организмов. Биологическая коррозия в наибольшей степени встречается в тех сооружениях, где с поверхностью железобетона соприкасаются органические вещества. Коррозионное разрушение сопровождается выщелачиванием из бетона кальция и магния в виде сульфатов [7].

Климатические воздействия на бетон, к которым относят температуру, влажность воздуха, число переходов через 0°С, разрушают поверхностную структуру его слоев, приводят к образованию замкнутых микротрещин, которые, соединяясь друг с другом, образуют сквозную пористую систему, облегчая доступ последующим воздействиям ионов хлора или углекислого газа [8, с. 43-44.].

Общая теория процессов, протекающих при промерзании водонасыщенного бетона, находится пока в стадии своего развития. Особенности процесса разрушения при промерзании водонасыщенного бетона нашли отражение в работах В.М. Москвина, В.Б. Гусева, Н.К. Розенталя и других авторов. Движение фронта промерзания и увеличение объема при фазовом переходе в лед вызывает перемещение воды. При этом резко возрастают поровые давления, что снижает температуру кристаллизации. При наличии солевых растворов в жидкой фазе бетона на нее влияет и концентрация растворов солей [9].

Практика обследований показывает, что одной из основных причин снижения несущей способности железобетонных конструкций является влияние агрессивных воздействий окружающей среды. Наиболее неблагоприятным результатом такого воздействия является химическая коррозия железобетона. В промышленно развитых странах ущерб от коррозии оценивается в 3…5% от валового национального дохода, при этом 13…19% приходится на долю строительных конструкций. В настоящее время влияние коррозии на несущую способность железобетонных конструкций при обследовании оценивается ориентировочно [10, с. 28-29].

Степень агрессивности среды и глубина разрушения поверхностного слоя бетона, влияющие на потерю несущей способности железобетонных конструкций, представлены в таблице 3.

Степень агрессивности среды, влияющая на глубину поражения арматуры, представлена в таблице 4.

Таблица 3

Потеря несущей способности при эксплуатации конструкций

Степень агрессивности среды

Глубина разрушения поверхностного слоя, мм/год

Среднегодовая потеря несущей способности при эксплуатации конструкций, %

подземных

несущих и ограждающих

Слабая

До 0,4

3

5

Средняя

0,4…1,2

5

10

Сильная

Более 1,2

8

15

Таблица 4

Степень агрессивности среды

Степень агрессивности среды

Коррозионные повреждения, мм/год

Баллы по ГОСТ 13819-68

Снижение прочности в зоне коррозии, %

Неагрессивная

0,1

1…3

0

Слабая

0,01-0,05

4,5

До 5

Средняя

0,05-0,5

6

До 10

сильная

>0,5

>7

>10

Оценку ресурса эксплуатирующихся конструкций предложено выполнять по формуле [1]

, (3)

где tоб; tпр - соответственно срок эксплуатации конструкции к моменту обследования и прогнозируемый срок эксплуатации (ресурс); xоб - глубина карбонизации бетона к моменту обследования.

Стойкость бетонов повышают путем увеличения количества цемента, качественным уплотнением, однако это не предотвращает его повреждение и разрушение в агрессивных средах. Разрушение защитного слоя бетона вызывают кислые газы, хлор, углекислый газ, который активизирует процесс карбонизации.

Чтобы сделать химически активными присутствующие в цементе агрессивные соли и газы достаточно собственной влажности бетона. В результате инициируются процессы выщелачивания гидроксида кальция вследствие его гидролиза, образование солей из извести, цемента, кислот или кислых растворов, что сопровождается разрушением бетона.

Список литературы

1. Пахомова Е.Г. Прочность изгибаемых железобетонных конструкций при коррозионных повреждениях: дис. ... канд. техн. наук. - Курск, 2006.

2. Коррозия бетона и железобетона. Методы их защиты / В.М. Москвин, Ф.М. Иванов, С.Н. Алексеев, Е.А. Гузеев. - М.: Стройиздат, 1980. - 536 с.

3. Пахомова Е.Г., Горбунова И.Н. Работоспособность железобетонных конструкций при синергетических воздействиях агрессивных сред // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. - 2012. - № 2-2. - С. 125-127.

4. Пахомова Е.Г., Меркулов Д.С., Гордеев А.В. Прочность и деформативность изгибаемых железобетонных конструкций при коррозионном повреждении бетона и арматуры // Известия Орловского государственного технического университета. Серия: Строительство и транспорт. - 2008. - № 3-19. - С. 29-32.

5. Пахомова Е.Г. Работоспособность железобетонных конструкций при коррозионных повреждениях: монография. - Курск, 2010.

6. Исследование работоспособности изгибаемых железобетонных конструкций с учетом коррозионных повреждений / С.И. Меркулов, Е.Г. Пахомова, А.В. Гордеев, А.С. Маяков // Известия Юго-Западного государственного университета. - 2009. - № 4 (29). - С. 74-78.

7. Биоповреждения в строительстве / под ред. Ф.М. Иванова, С.Н. Горшина. - М.: Стройиздат, 1984.

8. Пахомова Е.Г. Расчет несущей способности изгибаемых железобетонных конструкций при коррозионных повреждениях // Промышленное и гражданское строительство. - 2009. - № 5. - С 43-44.

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

10. К методике оценки работоспособности железобетонных конструкций при нарушении сцепления арматуры с бетоном при коррозионных повреждениях / Е.Г. Пахомова, В.М. Кретова, А.В. Гордеев, А.С. Маяков // Промышленное и гражданское строительство. - 2011. - № 8. - С. 28-29.

 
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
 
Предметы
Агропромышленность
Банковское дело
БЖД
Бухучет и аудит
География
Документоведение
Естествознание
Журналистика
Информатика
История
Культурология
Литература
Логика
Логистика
Маркетинг
Математика, химия, физика
Медицина
Менеджмент
Недвижимость
Педагогика
Политология
Право
Психология
Религиоведение
Социология
Статистика
Страховое дело
Техника
Товароведение
Туризм
Философия
Финансы
Экология
Экономика
Этика и эстетика
Прочее