Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 6
ГЛАВА 1.СОВРЕМЕННОЕ ПРЕДСТАЛЕНИЕ О ПРОЦЕССАХ КОР РОЗИИ БЕТОНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА. МЕТОДЫ ПРОТИ ВОКОРРОЗИОННОЙ ЗАЩИТЫ
1.1. Первичная защита бетона и железобетона от коррозии. Влияние технологических факторов на эффективность первичной защиты
1.2. Вторичная защита бетона от коррозии. Особенности защиты от коррозии материала забивных железобетонных свай
1.3. Цель и задачи исследований
ГЛАВА 2. ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВА НИЙ
2.1. Исходные материалы и технология изготовления образцов... 39
2.2. Основные положения методики исследований бетона забивных железобетонных свай 42,
2.2.1. Измерение и регистрация деформаций бетона
2.2.2. Исследование структуры бетона ультразвуковым методом
2.2.3. Методика контроля проницаемости бетона фильтратометром ФМ-2 Ц8
2.2.4. Исследование структуры бетона методом оптической микроскопии 5" 2.2.5 Исследование влияния пропитки бетона на его свойства после ударного нагружения
2.2.6. Исследование сохранности покрытий при забивке сваи
2.2.7. Исследование коррозионной стойкости бетона в агрессивных средах 53
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК НА ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ БЕТОНА И ЕГО ПРОНИЦАЕМОСТЬ В АГРЕССИВНЫХ СРЕДАХ
ЗЛ Исследование влияния технологических параметров изготовления свай на выносливость бетона при динамическом нагружении
3.2. Исследование структуры бетона при ударном нагружении в лабораторных условиях ?
3.3. Исследование структуры бетона при ударном нагружении на стенде для динамических испытаний 65
ГЛАВА 4. ЗАЩИТА СВАЙ ОТ КОРРОЗИИ МЕТОДОМ ПРОПИТКИ БЕТОНА НЕФТЕПРОДУКТАМИ
4.1 Уточнение времени пропитки бетона мазутом
4.2. Изменение основных свойств бетона после его пропитки мазутом
4.3 Исследование сохранности антикоррозионной защиты при забивке свай в грунт и влияние защитного покрытия на их несущую способность
4.3Л. Лабораторные исследования сохранности защитного покрытия при его сдвиге по грунту .
4.3.2. Исследование сохранности защитных покрытий при погружении свай и влияние их на несущую способность
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ БЕТО НА СВАЙ ПОСЛЕ ИХ ПОГРУЖЕНИЯ
5Л. Исследование коррозионной стойкости бетона с защитной пропиткой мазутом в различных агрессивных средах
5.1.1. - в жидких кислых средах
5.1.2. - в сульфатных средах
5.1.3. - в солевых средах при наличии испаряющей поверхности
ГЛАВА 6. АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ И ПРЕДЛО ЖЕНИЯ ПО ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЮ В ПРАКТИКЕ СТРОИ ТЕЛЬСТВА
6.1 Прогнозирование коррозионной стойкости бетона после погружения свай в грунт» в том числе бетона пропитанного нефтепродуктами.
6.2. Предложения по дополнению и уточнению главы СНиП 2.03.П-85 /3 ?
6.3. Внедрение предлагаемых решений при строительстве объектов нефте- и газопереработки
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ
Введение к работе
Успешное решение проблемы долговечности бетона и железобетона, подвергающегося воздействию агрессивных химических сред, может внести существенный вклад по дальнейшему повышению эффективности капитальных вложений в строительство.
Одним из наиболее распространенных и ответственных конструкций в строительстве являются забивные сваи. Значительный объем применения этих конструкций в жилищном, гражданском и промышленном строительстве объясняется их универсальностью и широкой областью применения, высокими технико-экономическими показателями и эксплуатационной надежностью. В последующие годы будет продолжаться тенденция к дальнейшему росту их применения, причем лидирующее положение будет оставаться за забивными сваями [17,87,131,136,137].
Призматические железобетонные сваи являются наиболее массовым элементом свайных конструкций, а забивка наиболее распространенный способ их погружения. Во многих случаях они возводятся на строительных площадках с агрессивными, по отношению к бетону и железобетону, грунтовыми водами, химический состав которых может быть очень разнообразным и зависит от климатических условий, количества осадков, типа пород, степени загрязнения промышленными стоками и т.п. Особенно это характерно для площадок химических предприятий, которые, как правило, являются источником создания агрессивной среды [35,43].
Выбор способов противокоррозионной защиты подземных бетонных и железобетонных конструкций, эксплуатирующихся в агрессивных грунтовых средах, производится в соответствии с действующей главой СНиП 2.03.11-85 по результатам химического анализа грунтовых вод на момент изысканий и определению коэффициента фильтрации грунтов. Однако опыт эксплуатации предприятий химии и нефтехимии показывает, что в процессе работы возможны утечки и проливы технических вод, в результате чего повышается уровень и степень агрессивности грунтовых вод по отношению к бетону и железобетону [16,36,47]. Если не учитывать этот фактор, то, предусмотренная в проектах защита оказывается не эффективной. Эксплуатационные свойства конструкций быстро снижаются и требуют восстановления [6,62]. Ремонт только одной сваи в стесненных условиях действующего предприятия обходится в 150-200 рублей, что составляет около 40 % стоимости сваи вместе с затратами на ее погружение ( цены 1984г.) [84,104]. Из-за сложности доступа к сваям для осмотра и ремонта в процессе эксплуатации срок службы конструкций должен определяться сроком службы сооружения.
В отличие от других конструкций забивные сваи в процессе погружения подвергаются значительным ударным нагрузкам, в результате чего претерпевает изменение исходная структура бетона. Возникающие в конструкции динамические сжимающие и растягивающие напряжения приводят к увеличению проницаемости бетона и создают условия для интенсивного его разрушения в агрессивных средах [89,97]. Впервые на динамическую нагрузку, как причину видимых и скрытых разрушений железобетонных свай, указал Н.М. Герсеванов [39]. В настоящее время, на основе теории динамического расчета ,получены условия трещиностоЙкости и прочности железобетонных свай при забивке [30]. Однако они не позволяют количественно установить степень разуплотнения бетона при ударном нагружении. Поэтому оценить скорость коррозионного поражения бетона свай в процессе эксплуатации не представляется возможным, так как имеющиеся работы по оценке коррозионной стойкости бетона в агрессивных грунтовых средах не учитывают всех особенностей свайных конструкций. Многие исследователи, испытывая конструкцию в агрессивной среде, нагружают её статически [12,20,31], либо вовсе не нагружают, учитывая лишь исходную плотность бетона, коэффициент фильтрации грунта, вид и степень агрессивности воды - среды [21,116]. Современная теория коррозии и методы прогнозирования в основном базируются на этих же принципах [4,98,113]. Не учитывается этот фактор и главой СНиГТ, хотя он довольно часто, по видимому, оказывает решающее значение на кинетику коррозионного поражения бетона. Примером этого могут служить железобетонные сваи причальных сооружений, безремонтный срок службы которых составляет 7-12 лет [63]. Исследования, проведенные Михальчуком П.А. [97], показывают, что изменение проницаемости бетона зависит от исходной плотности и прочности и от уровня динамических нагрузок. Действующей главой СНиП 2.03.11-85, при изготовлении забивных свай для эксплуатации в агрессивных средах, рекомендуется плотность бетона не менее Вб, а влияние забивки при этом не рассматривается.
В связи с изложенным актуальной является задача выявления количественной зависимости структурных изменений бетона от его исходной прочности и плотности и условий забивки свай, характеризуемых уровнем нагружения, грунтовыми условиями и степени агрессивности грунтовых вод. При решении данной задачи появится возможность количественно оценить скорость коррозионного поражения бетона в агрессивных грунтовых средах после забивки свай в грунт, более целенаправленно и эффективно назначать тот или иной способ защиты с тем, чтобы обеспечить безремонтный срок службы зданий и сооружений. При назначении защиты следует учитывать такие факторы как сохранность защиты при погружении и влиянии её на изменение несущей способности свай по боковой поверхности.
Цель работы: Изучение изменения структуры бетона при ударном нагружен ии и разработка эффективного состава для противокоррозионной защиты забивных железобетонных свай в агрессивных грунтовых средах.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
- в лабораторных и натурных условиях оценить роль и влияние исходных свойств бетона на изменение его исходной структуры при ударном нагружен ии;
- подобрать методики для комплексного исследования структуры бетона при ударном нагружении; - исследовать коррозионную стойкость бетона до и после ударного нагружения;
- теоретически обосновать и разработать эффективный состав для противокоррозионной защиты забивных свай;
- экспериментально оценить эффективность антикоррозионной защиты бетона забивных свай в различных агрессивных средах;
- исследовать сохранность вторичной защиты при погружении конструкций в грунт и влияние ее на несущую способность свай;
- разработать метод количественной оценки скорости коррозии бетона в агрессивных средах в зависимости от степени ударного нагружения забивных свай и условий их эксплуатации;
- разработать предложения по дополнению и уточнению главы СНиП 2.03.11 - 85 «Защита строительных конструкций от коррозии» в части железобетонных свай в агрессивных грунтовых средах.
Научная новизна. Осуществлен комплексный подход к оценке коррозионной стойкости забивных железобетонных свай в агрессивных средах с учетом особенностей, конструкций, технологии погружения и условий эксплуатации. Выявлены, роль и влияние исходных свойств бетона и технологических параметров, применяемых при забивке свай, на изменение защитных свойств бетона. Получены данные по изменению структуры бетона в зависимости от степени ударного нагружения. Разработаны и использованы в исследованиях методики по комплексному исследованию изменения структуры бетона при динамическом нагружении.
Впервые на реальных свайных конструкциях проведены исследования прочностных, деформативных и структурных характеристик бетона при ударном нагружении,
Выявлены этапы и характер разуплотнения бетона при динамическом нагружении. Разработан способ контроля изменения структуры бетона при забивке свай в грунт. Получены экспериментальные данные коррозионной стойкости бетона в зависимости от степени его разуплотнения.
Разработан и внедрен эффективный способ антикоррозионной защиты свай из доступных и недорогих материалов в Республике Башкортостан.
Выявлены роль и влияние вторичной защиты на коррозионную стойкость бетона в агрессивных средах и несущую способность забивных свай.
Выполнен расчет долговечности бетона забивных железобетонных свай в агрессивных грунтовых средах с учетом фактической плотности и прочности бетона, технологии погружения и условий эксплуатации.
На защиту выносятся:
- результаты исследования влияния исходных свойств бетона и технологических параметров забивки на изменение структуры бетона в процессе погружения свай;
- методика комплексного исследования структуры бетона при ударном нагружении;
- данные об изменении структуры бетона при разном уровне динамического нагружения;
- способ контроля изменения структуры бетона при ударном нагружении;
- результаты исследования влияния пропитки бетона топочным мазутом на его коррозионную стойкость;
- результаты исследования сохранности вторичной защиты при забивке свай в грунт и ее влияние на изменение несущей способности забивных свай;
- методика количественной оценки скорости ц характера разрушения бетона в агрессивных грунтовых средах в зависимости от степени ударного нагружения свай и условия эксплуатации.
Практическая значимость работы.
Результаты проведенных исследований позволили сформулировать предложения по дополнению и уточнению главы СНиП 2.03.11 - 85 «Защита строительных конструкций от коррозии» в части, касающейся оценки изменения структуры и как следствие коррозионной стойкости бетона забивных железобетонных свай в агрессивных средах, обоснования выбора вторичной защиты и прогнозирования долговечности свайных конструкций с учетом структурных изменений и условий эксплуатации.
По результатам исследований разработан пакет нормативно-технической документации для антикоррозионной защиты бетона забивных свай методом пропитки бетона топочным мазутом. Разработанные составы защищены авторскими свидетельствами (7 составов) и внедрены при строительстве Астраханского ГКК. Тобольского НХК и на объектах в г.Уфы и г.Москвы.
Реализация результатов работы:
- на строительных площадках 1 очереди Астраханского газоконденсат ного комплекса ПСМО «Астраханьпромгазстрой» выполнена вторичная защита забивных свай методом низкотемпературной пропитки в объеме 2000 м3 с экономическим эффектом 269 тысяч рублей (в ценах 1984г.);
- при строительстве 2 очереди Астраханского ГКК институтом ЮжНИИгипрогаз в рабочие проекты в качестве вторичной защиты забивных свай включена пропитка свай топочным мазутом в объеме 800 м3;
- при строительстве Тобольского нефтехимического комбината ПСМО»Тоболпромстрой» принята к внедрению установка для пропитки железобетонных изделий. Применение пропитки железобетонных свай нефте , продуктами для слабо- и среднеагрессивных сред на площадках Тобольского НХК согласована с институтом НИИЖБ г. Москва;
-с 1998 по 1990 г.г. на строительных площадках г.Москвы,г.Сочи,г.Уфы выполнена антикоррозионная защита и гидроизоляция подземных бетонных и железобетонных конструкций пропиточными материалами на основе нефтепродуктов в объеме 6350 .
- с 1993 по 1998 г.г. на строительных площадках г. Москвы выполнена антикоррозионная защита и гидроизоляция подземных бетонных и железобетонных конструкций пропиточными материалами на. основе нефтепродуктов в объеме 100 тыс. мг с экономическим эффектом более 2,0 млн. рублей.
- в 1990 г. институтом МОСПРОЕКТ-2 разработано пособие по проектированию «Гидрозащита подвальных и цокольных этажей» в которое включены составы защищенные а.с.№1701711 и 1674506.
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на следующих конференциях и семинарах:
- 1- П Республиканские научно-практические конференции «Оптимизация технологии производства бетонов повышенной прочности и долговечности» (г. Уфа, 1983; 1985 г.г.); научно-практическая конференция «Повышение коррозионной стойкости железобетонных конструкций при морозной и сульфатной агрессии» (г. Челябинск, 1984 г.);
- научно-практический семинар «Повышение стойкости строительных материалов и защита от коррозии строительных конструкций и технологического оборудования» (г. Челябинск, 1986 г.);
- научно-технический семинар «Защита строительных конструкций при реконструкции промпредприятий с агрессивными средами» (г. Свердловск,
1986 г.);
- Республиканская научно-практическая конференция «Повышение уровня индустриализации в фундаментостроении с применением новых конструкций и технологий» (г. Уфа, 1986 г.);
- научно-практический семинар «Повышение долговечности строительных конструкций в агрессивных средах» (г. Уфа,1987 г.);
- научно-техническая конференция «Методы защиты железобетонных конструкций и сооружений от коррозии в агрессивных средах» (г. Волгоград, 1987 г.);
- II межобластная научно-практическая конференция «Теория и практика защиты от коррозии металлических и железобетонных конструкций и оборудования» (г. Астрахань, 1988 г.);
- III международная научно-техническая конференция «Надежность и долговечность строительных материалов и конструкций» (г. Волгоград, 2003 г.);
- VII международная конференция «Проблемы строительного комплекса России» (г, Уфа, 2003 г.);
- Международная научно-практическая конференция «Защита от коррозии и мониторинг остаточного ресурса промышленных зданий, сооружений и инженерных сетей» (г. Донецк, 2003 г.).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 34 работах, изданы I технические условия, 5 рекомендаций по применению составов на основе нефтепродуктов для защиты подземных бетонных и железобетоных конструкций. Получено 7 авторских свидетельств №1244133 и №1301824 за 1986г.; №1497982 за 1989г.; №1594898 за 1990 г.; №1674506 , №1701711 ,№1706164 за 1991 г.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы, содержащего источников, в том числе работ зарубежных авторов и предложений. Работа изложена на страницах машинописного текста, содержит таблиц и рисунков.
Автор с большой теплотой и признательностью вспоминает о Петре Алексеевиче Михальчуке, бывшем заведующем сектором Центральной лаборатории коррозии бетона и железобетона НИИЖБ Госстроя СССР, который стоял у истоков данной работы и в большой степени благодаря ему было определено основное направление этих исследований. Автор выражает также благодарность сотрудникам института башниистрой, оказавшим помощь при выполнении работы.
