В статье рассматривается вопрос долговечности железобетонных конструкций в агрессивной среде.
Строительство всегда было и будет одной из самых материалоемких отраслей народного хозяйства страны, поэтому рациональное использование и экономия ресурсов становятся решающими факторами в обеспечении строительства поставками сырья, материалов, топлива и энергии.
Бетону и железобетону как основным конструкционным материалам строительства принадлежит важная роль в повышении технического уровня строительства, экономии ресурсов, ускорении ввода объектов жилищно-гражданского строительства, предприятий, зданий и сооружений высокого качества и долговечности. Эти материалы широко применяют при строительстве новых зданий и инженерных сооружений, реконструкции и капитальном ремонте. Из железобетона возводят крупнейшие объекты гражданского, производственного и транспортного назначения; многоэтажные здания, дымовые трубы, гидроэлектростанции, тепловые электростанции, многопролетные мосты, спортивные сооружения больших пролетов и многие другие объекты.
Общими предпосылками к широкому использованию бетона являются практически неисчерпаемые запасы исходных материалов для вяжущих и заполнителей, экологическая рациональность использования в качестве сырья для цемента и заполнителей отходов промышленности, относительно низкая энергоемкость производства, сравнительная простота технологии изготовления, возможность придания зданиям из бетона любой формы и отделки. Кроме того, отсутствует реальная альтернатива выполнения возрастающих объемов жилищного и гражданского строительства из иных материалов.
Следует отметить, что мировая практика строительства выявила огромные возможности совершенствования не только форм железобетонных конструкций, но и внешнего вида бетонных поверхностей путем использования цветных цементов, мраморной крошки, высококачественной опалубки, придания различного рельефа и т. д.
Бетон и железобетон, особенно монолитный, пригодны для возведения качественного и долговечного индивидуального жилья как в городских, так и в сельских условиях. При этом для их изготовления можно использовать местные материалы и отходы производства.
Вопрос о долговечности железобетонных конструкций приобрел в настоящее время значение технико-экономического показателя качества строительства. В процессе эксплуатации, т. е. во времени и при различных воздействиях, долговечность железобетона зависит от многих факторов: химического состава и физических свойств среды, условий контакта внешней среды и поверхности конструкции, свойств бетона и арматуры, особенностей конструкции.
Нормы проектирования защиты строительных конструкций от коррозии дают оценку степени агрессивности жидких, твердых и газообразных сред. Они содержат комплексные показатели агрессивности различных веществ, но охватывают лишь часть возможных составов природных и техногенных сред и различных условий контакта с поверхностью бетона. В то же время в оценке степени агрессивности не учитываются напряженное состояние бетона и арматуры и конструктивные особенности строительных элементов.
Простое расширение перечня агрессивных компонентов и их концентраций, детализация условий работы, характеристик материалов и конструкций не решают задачи. Следует учесть прежде всего особенности проектирования на заданные сроки службы несущих железобетонных конструкций. Поэтому рекомендуется применять такие материалы, которые за срок службы не ухудшат своих свойств и в которых не должны проходить процессы коррозии или они должны затухать во времени.
Необходим новый подход к определению сроков службы, основанный на теории физико-химических процессов коррозии, их классификации с привлечением математического моделирования и созданием компьютеризованной методологии прогноза.
Уже в течение нескольких лет предпринимаются попытки изучить свойства отдельных коррозионных процессов, получить рассчитанные коэффициенты скорости этих процессов и на этой основе прогнозировать сроки службы бетона.
При таком подходе нормы агрессивности должны учитывать скорость процесса, рассчитывать глубину разрушения или накопление в исследуемом бетоне агрессивного вещества.
При большом разнообразии состава агрессивных сред и условий нельзя разработать универсальные методы расчета, однако такие расчеты можно осуществить для отдельных достаточно типичных и распространенных случаев.
В данный период можно считать переходным от существующей системы нормирования показателей агрессивности с качественной оценкой по отдельным параметрам к новой с максимальным использованием сроков службы и введением в нормы показателя «неагрессивна» при определенных свойствах бетона.
Преимущество расчета степени агрессивности в том, что в зависимости от вида конструкции и ее ответственности можно заранее определить параметры предельного состояния в момент потери эксплуатационной пригодности, т. е. допустимое снижение прочности бетона, арматуры или сцепления между ними или изменение размеров конструкции.
Значение допустимых потерь бетона подземных железобетонных конструкций из-за коррозии зависит от вида конструкций и условий передачи нагрузки с конструкции на грунт. Для фундаментов, передающих нагрузку на грунт через нижнюю грань, защищенную обычно гидроизоляционным слоем, критическим является повреждение бетона на толщину защитного слоя, что вызовет коррозию стальной арматуры. Для неармированных фундаментов допустимые коррозионные потери бетона следует определять несущей способностью неповрежденной части сечения элемента.
Для тонкостенных элементов, контактирующих одной поверхностью с воздухом (коллекторы, трубы, каналы), выход из строя может быть связан с потерей защитного действия бетона, коррозией арматуры, разрушением защитного слоя и потерей сцепления стальной арматуры с бетоном.
Потеря бетоном защитного действия по отношению к стали и развитие коррозии стальной арматуры объясняются нейтрализацией бетона кислыми газами или прониканием в бетон хлорид-ионов из грунтовой влаги.
Проблема повышения долговечности железобетонных конструкций непосредственно связана с проблемой защиты окружающей среды. Необходимо учитывать, что грунты и грунтовая вода являются медленно обновляющимися средами; вынос вредных компонентов, процессы их самоочищения сильно заторможены.
В настоящее время агрессивность грунтовых вод оценивают, как правило, данными химического анализа единовременно отобранных проб воды и редко при повторном или систематическом их отборе. В то же время известно, что концентрация агрессивных веществ в грунтовой воде в течение года может изменяться, тем более при вводе в эксплуатацию новых производств, использующих агрессивные технологические жидкости.
При нормировании агрессивности жидких сред необходимо прогнозировать состав среды во времени и изменения гидрогеологических условий вокруг сооружения. Проблема эта сложная, требует привлечения специалистов по инженерной геологии и, в частности, по гидрогеологии. Сложность задачи связана также с наблюдающимся повсеместно в городах и населенных пунктах повышением уровня грунтовых вод и подтопления территорий.
Проблема защиты окружающей среды, экологические аспекты деятельности человека приобретают все большее значение. Создание безвредной для человека окружающей среды совпадает с программой создания благоприятных условий эксплуатации строительных конструкций. Высокая культура эксплуатации — устранение проливов, газовых выбросов агрессивных техногенных веществ, нормально действующая вентиляция и снижение влажности воздуха в помещениях — резко снижают возможность и интенсивность коррозии бетона и арматуры несущих строительных конструкций, подвергающихся действию не только жидких сред, но и жидкости, конденсирующейся на их поверхности.
Литература:
- Алексеев С. Н., Розенталь Н. К. Коррозионная стойкость железобетонных конструкций в агрессивной промышленной среде. М.: Стройиздат,1976. 205 с.
- Алексеев, С. Н. Долговечность железобетона в агрессивных средах / С. Н. Алексеев, Ф. М. Иванов, С. Модры, П. Шисль. — М.: Стройиздат, 1990.— 320 с.
- Бабушкин В. И. Физико-химические процессы коррозии бетона и железобетона. М.: Стройиздат, 1968. 187 с.
- Бондаренко В. М. Конструктивная безопасность эксплуатируемых железобетонных конструкций // Вестник отделения строительных наук РААСН, Выпуск 8, М., 2004. С. 123–129.
- ГОСТ Р 52804–2007 Защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии. — Москва: Стандартинформ, 2008.
- ГОСТ Р 54257–2010 Надежность строительных конструкций и оснований. — Москва: Стандартинформ, 2011.
