Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса. Цель и задачи исследований
1.1. Особенность морского влажного жаркого климата Вьетнама 11
1.1.1. Природно-климатические особенности Вьетнама 11
1.1.2. Химический состав морской воды мира и Вьетнама 15
1.1.3. Влияние климатических факторов на процесс коррозии стальной арматуры
1.2. Анализ натурных обследований коррозионного состояния стальной арматуры в бетоне морских гидротехнических сооружений, эксплуатируемых в условиях влажного жаркого климата Вьетнама 22
1.3. Цель и задачи исследований 34
ГЛАВА 2. Разработка теоретических положений повышения стойкости железобетона морских гидротехнических сооружений, эксплуатируемых в условиях влажного жаркого климата Вьетнама
2.1. Механизм коррозии стальной арматуры в бетоне с хлоридами
2.1.1. Механизм коррозии стальной арматуры в бетоне 35
2.1.2. Особенность механизма коррозии стальной арматуры в бетоне с хлоридами J
2.1.3. Особенность механизма коррозии стальной арматуры в бетоне морских гидротехнических сооружений, эксплуатируемых в условиях влажного жаркого климата Вьетнама 50
2.2. Разработка теоретических положений повышения стойкости железо бетона в морских гидротехнических сооружениях, эксплуатируемых в условиях влажного жаркого климата Вьетнама 54
2.2.1. Вторичная защита 57
2.2.2. Первичная защита 61
Выводы 69
ГЛАВА 3. Материалы, использованные в работе. методики исследований
3.1. Материалы, использованные в работе 71
3.2. Методики исследований 85
3.2.1. Косвенный метод 85
3.2.2. Прямой метод 87
3.2.3. Определение диффузионной проницаемости СОг в бетоне 88
3.2.4. Определение диффузионной проницаемости хлорид-ионов в бетоне
3.2.5. Определение общего содержания хлорид-ионов в бетоне 90
3.2.6. Определение других физико-механических характеристик бетона 91
ГЛАВА 4. Лабораторные исследования повышения стойкости железобетона для конструкций морских гидротехнических сооружений в условиях, имитирующих влажный жаркий климат Вьетнама
4.1. Создание бетона повышенной стойкости, обеспечивающего длительную сохранность стальной арматуры в конструкциях морских гидротехнических сооружений в условиях, имитирующих влажный жаркий климат Вьетнама 95
4.2. Разработка режимов ускоренного и длительного испытания защитных свойств созданного бетона по отношению к стальной арматуре в конструкциях морских гидротехнических сооружений в условиях, имитирующих влажный жаркий климат Вьетнама
4.3. Исследования коррозионного состояния стальной арматуры в бето не повышенной стойкости в конструкциях морских гидротехнических сооружений в условиях, имитирующих влажный жаркий климат Вьетнама 104
4.3.1 Косвенный метод 105
4.3.2 Прямой метод 115
4.3.3. Диффузионная проницаемость углекислого газа и хлорид - ионов исследуемого бетона 119
Выводы 131
ГЛАВА 5. Разработка рекомендаций по повышению стойкости железобетона для конструкций морских гидротехнических сооружений, эксплуатируемых в условиях влажного жаркого климата. расчёт экономической эффективности от применения результатов исследований, полученных в работе
5.1. Разработка рекомендаций по повышению стойкости железобетона для конструкций морских гидротехнических сооружений, эксплуатируемых в условиях влажного жаркого климата Вьетнама 134
5.2. Расчёт экономической эффективности от применения результатов исследований, полученных в работе 134
Выводы 139
Основные выводы и предложения 140
Список использованной литературы 143
Приложения 162
- Химический состав морской воды мира и Вьетнама
- Разработка теоретических положений повышения стойкости железо бетона в морских гидротехнических сооружениях, эксплуатируемых в условиях влажного жаркого климата Вьетнама
- Создание бетона повышенной стойкости, обеспечивающего длительную сохранность стальной арматуры в конструкциях морских гидротехнических сооружений в условиях, имитирующих влажный жаркий климат Вьетнама
- Разработка рекомендаций по повышению стойкости железобетона для конструкций морских гидротехнических сооружений, эксплуатируемых в условиях влажного жаркого климата Вьетнама
Введение к работе
Во Вьетнаме в выполнении принятого плана развития народного хозяйства, в том числе строительства промышленных, гражданских, транспортных, и морских гидротехнических сооружений (МГС), большую роль играют бетон и железобетон как основные строительные материалы. По мере того, как эти материалы стали основными в строительстве морских портов и морских гидротехнических сооружений, появились разрушения их при эксплуатации, в том числе и из-за коррозии стальной арматуры.
В условиях влажного жаркого климата (ВЖК) Вьетнама значительная часть возведенных из бетона и железобетона морских гидротехнических сооружений подвергается в период эксплуатации действию агрессивных сред -морской воды, могущей вызвать повреждения и даже выход из строя строительных конструкций, если при возведении сооружения не были приняты или не выполнены специальные мероприятия по предотвращению коррозии материалов конструкции.
В настоящее время в больших объёмах осуществляется строительство морских гидротехнических сооружений из железобетона в условиях влажного жаркого климата. Этот климат характеризуется повышенной температурой и влажностью воздуха, высокой интенсивностью солнечной радиации, большим количеством осадков, а также наличием агрессивных веществ и, прежде всего, хлорид-ионов и углекислого газа.
Повреждение конструкций в морских гидротехнических сооружениях в результате коррозии протекает тем быстрее и глубже, чем более агрессивна внешняя среда и чем менее учтены эти агрессивные воздействия при проектировании, возведении и эксплуатации сооружений, т.е. на всём жизненном цикле конструкций. По ориентировочным подсчетам зарубежных и вьетнамских специалистов, потери от коррозии составляют около 1,25% национального дохода. В эти расходы входит не только стоимость материалов, расходуемых на ремонт, но и ущерб от не соответствующего требованиям экс-
плуатации состояния строительных конструкций и от нарушения нормального эксплуатационного режима в период ремонтов. Чтобы произошло снижение размера затрат на ремонтно-восстановительные работы морских гидротехнических сооружений, необходимо разработать мероприятия по защите стальной арматуры в этих сооружениях, эксплуатируемых в условиях влажного жаркого климата Вьетнама.
Анализ натурных обследований морских гидротехнических сооружений из железобетона, эксплуатируемых в условиях ВЖК Вьетнама, показывает, что происходит коррозия арматуры уже к 10...25 годам эксплуатации, то есть значительно раньше сроков, предусмотренных нормами. При этом одной первичной защиты недостаточно и требуются не только первичная, но и вторичная защита
В связи с этим решение проблемы повышения стойкости железобетона морских гидротехнических сооружений, эксплуатируемых в условиях ВЖК, заключается в модифицировании структуры бетона комплексными добавками на основе суперпластификатора и кремнеземистого компонента, а также ингибитора коррозии арматуры и покрытий на основе растворов олигоэфи-ров и полиизоцианатов морских железобетонных конструкций в зоне переменного уровня.
Исходя из изложенного, целью диссертационной работы является разработка технологии железобетонных морских гидротехнических сооружений, стойких в условиях ВЖК.
Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:
обосновать возможность повышения стойкости железобетона в морских гидротехнических сооружениях, эксплуатируемых в условиях ВЖК;
изучить особенность ВЖК Вьетнама и его влияние на коррозионное состояние стальной арматуры в бетоне морских гидротехнических сооружений;
провести анализ натурных обследований морских гидротехнических сооружений из железобетона, эксплуатируемых в условиях ВЖК Вьетнама, и установить особенность коррозии стальной арматуры в этих условиях;
- разработать режимы ускоренного и длительного испытания защитных
свойств бетона по отношению к стальной арматуре, имитирующие эксплуатационные условия ВЖК Вьетнама;
провести лабораторные исследования коррозионного состояния стальной арматуры в бетоне морских гидротехнических сооружений в условиях, имитирующих ВЖК Вьетнама, косвенными и прямыми методами;
изучить способность бетона обеспечивать длительную сохранность стальной арматуры в условиях, имитирующих морской влажный жаркий климат (МВЖК), путём определения диффузионной проницаемости и установить прогноз длительности его защитного действия по отношению к стальной арматуре;
- разработать рекомендации по повышению стойкости железобетона
для конструкций морских гидротехнических сооружений, эксплуатируемых в
условиях ВЖК и определить экономическую эффективность от применения
результатов исследований, полученных в работе.
На основе результатов исследований определена научная новизна работы:
обоснована возможность повышения стойкости железобетона для конструкций морских гидротехнических сооружений в условиях ВЖК путём модификации структуры бетона комплексной добавкой, состоящей из суперпластификатора и золы рисовой шелухи (ЗРШ), снижающей капиллярную пористость и образующей низкоосновные гидросиликаты, стойкие к агрессивному действию хлорид-, сульфат-ионов, углекислого газа, а также путём применения суперпластификатора и ингибитора коррозии арматуры NaN02;
установлены зависимости диффузионной проницаемости бетонов хлорид-ионов косвенным (электрическим) и прямым (химическим) методами от состава и количества комплексной добавки;
показано, что введение комплексных добавок, содержащих суперпластификатор С-3 - 1% и ЗРШ -10%; С-3 - 1% и ингибитор коррозии стали NaNC>2 - 2% от массы цемента, снижают диффузионную проницаемость хло-
8 рид-ионов в 2 раза, что существенно повышает коррозионную стойкость
стальной арматуры в бетоне;
установлено влияние комплексных добавок на водонепроницаемость, водопоглощение и характер пор исследуемых бетонов;
установлено влияние компонентов комплексной добавки суперпластификатора и ЗРШ на процесс начального структурообразования и структуру цементного камня, которое позволило оптимизировать составы бетонов.
Практическая значимость работы заключается в том, что;
предложены комплексные добавки: состав 1 - СП С-3 в количестве 1% и ЗРШ в количестве 10% массы портландцемента; состав 2 - СП С-3 в количестве 1% и ингибитора коррозии стали NaN02 в количестве 2% массы портландцемента, а для морских железобетонных конструкций в зоне переменного уровня - состав 1 и 2 с покрытием «Консолид-1»;
разработан режим ускоренного испытания защитных свойств бетона морских гидротехнических сооружений по отношению к стальной арматуре, имитирующий ВЖК Вьетнама, включающий высушивание -19 ч при температуре +60±5С, увлажнение - 5 ч в 5-ти %-ном растворе NaCl с температурой +20... 25С, а также режим длительного испытания в условиях относительной влажности среды 85% и наличия хлорид-ионов;
разработана методика прогнозирования стойкости стальной арматуры в бетоне путём использования коэффициента, полученного в лабораторных условиях, имитирующих натурные;
разработаны мероприятия по повышению стойкости морских железобетонных конструкций в зоне переменного уровня путём использования покрытий на основе растворов олигоэфиров и полиизоцианатов.
Внедрение результатов Основные результаты исследований использованы при разработке "Рекомендаций по повышению стойкости железобетона для конструкций морских гидротехнических сооружений, эксплуатируемых в условиях влажного жаркого климата".
9 Апробация
Основные положения работы доложены на третьей и четвертой международной (восьмой и девятой межвузовской) научно-практической конференции молодых учёных, аспирантов и докторантов "Строительство-формирование среды жизнедеятельности" (М., 2005 и 2006). На защиту выносятся:
теоретические положения и экспериментальное подтверждение повышения стойкости железобетона для морских гидротехнических сооружений, эксплуатируемых в условиях ВЖК за счёт модифицирования его структуры комплексными добавками, а в ряде случаев и защиты конструкций покрытием «Консолид-1»;
разработанные комплексные добавки, обеспечивающие получение железобетона для морских гидротехнических сооружений с повышенной стойкостью в условиях ВЖК;
- зависимости характеристик структуры бетона от введения в него
комплексных добавок;
зависимости диффузионной проницаемости хлорид-ионов и углекислого газа в бетон от вида комплексной добавки;
рекомендации по повышению стойкости железобетона для морских гидротехнических сооружений, эксплуатируемых в условиях ВЖК и экономическая эффективность от внедрения полученных результатов исследований в практику.
Работа выполнена на кафедре "Технология вяжущих веществ и бетонов" строительно-технологического факультета Московского института строительства и архитектуры при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московском государственном строительном университете под руководством профессора, доктора технических наук Ферронской Анны Викторовны, которой автор сердечно признателен за постоянную помощь при осуществлении диссертационной работы.
10 Автор выражает благодарность заведующему кафедрой "Технология
вяжущих веществ и бетонов" академику Баженову Юрию Михайловичу и коллективу этой кафедры за содействие и помощь при выполнении данной работы.
Химический состав морской воды мира и Вьетнама
Как указывалось ранее, концентрация хлорид-ионов в приморском ат мосферном воздухе Вьетнама может достигать 1,30...2,00 мг/м3, а в морской воды 2,2...12,3 мг/м3 [195]. Таким образом, с учётом колебания температур и относительной влажности воздуха среда эксплуатации в условиях ПВЖК для железобетона по указанному СНиП 2.03.11 [108] может быть оценена как среднеагрессивная, а в условиях МВЖК - как сильноагрессивная.
На основе изложенных материалов можно делать следующие выводы: - приморские и морские гидротехнические железобетонные сооружения Вьетнама работают в исключительно неблагоприятных условиях многокомпонентной агрессивной среды - на приморские и морские гидротехнические железобетонные сооружения Вьетнама оказывают влияние высокие параметры солнечной радиации, изменения температуры и влажности бетона и среды, в результате чего возникают существенные деформации, которые ведут к появлению трещин, проникновению агрессивной среды вглубь бетона, к арматуре, т.е. к повреждению железобетонный конструкции и ухудшению ее качества - Вот почему для гидротехнических железобетонных сооружений, работающих в морских и приморских условиях Вьетнама, необходимо особенно обращать внимание на коррозию стальной арматуры в результате воздействия хлорид-ионов. Таким образом, видно, что МВЖК Вьетнама может оказывать влияние на коррозионное состояние арматуры в железобетоне. Для выявления влияния МВЖК на коррозионное состояние арматуры в железобетоне был проведён анализ натурных обследований морских сооружений из железобетона, возведённых в районах Вьетнама с этим климатом. Результаты этого анализа приведены в п. 1.2. Анализ натурных обследований коррозионного состояния стальной арматуры в бетоне морских гидротехнических сооружений, эксплуатируемых в условиях влажного жаркого климата Вьетнама В п. 1.1 установлена особенность условий эксплуатации морских гидротехнических сооружений. С учётом колебания температурно-алажностных условий и наличия хлорид-ионов в указанных пределах согласно СНиП [108] среда оценена как среднеагрессивная (см.табл. 1.7 и 1.8). К сожалению, приходится констатировать, что до настоящего времени во Вьетнаме не учитываются специфические условия МВЖК при проектировании, возведении, а также при эксплуатации сооружений из железобетона. Это приводит к снижению долговечности сооружений из железобетона, которые выходят из строя значительно раньше сроков, предусмотренных нормами, что подтверждено натурными обследованиями, выполненными рядом исследователей [191,194,198 и др.]. В табл.1.9. и нарис. 1.3...1.8 приведены результаты натурных обследований сотрудников Вьетнамского института строительных наук и технологий по определению концентрации хлоридов на поверхности железобетона , эксплуатируемых в разных зонах морской и прибрежной среды Вьетнама, а также анализ их. Анализ результатов обследований коррозионного состояния стальной арматуры в бетоне морских гидротехнических сооружений, эксплуатируемых в условиях ВЖК Вьетнама, позволяет отметить следующее: - установлено, что содержание хлорид-ионов в железобетоне повышается и значение рН в защитном слое его снижается во времени, что безусловно способствует коррозии стальной арматуры; - показано, что во всех сооружениях имеет место коррозия стальной арматуры уже к 10...25 годам эксплуатации, хотя их проектная долговечность равна 50...60 годам (табл. 1.9. и на рис. 1.3...1.8). Она происходит, прежде всего, из-за накопления хлорид-ионов в приарматурной зоне в количестве, превышающем критическое или (и) из-за карбонизации железобетона, если она происходит на глубину залегания арматуры. Сильное коррозионное повреждение стальной арматуры имело место более чем у 75% сооружений со сроком эксплуатации менее 30 лет и более чем у 50% - со сроком эксплуа тации ниже 15 лет. Присутствующие же в аэрозоле морских солей сульфат-ионы, как показали натурные обследования, в железобетоне на глубине 15...55 мм, не вызывали сульфатную коррозию железобетона в этих условиях даже после эксплуатации в течение более 30 лет. Анализ натурных обследований сооружений из бетона морских гидротехнических сооружений, эксплуатируемых в условиях ВЖК Вьетнама, показывает, что снижение долговечности их происходит в основном из-за коррозии арматуры. При одновременном воздействии углекислого газа и аэрозолей хлористых солеи в условиях ВЖК Вьетнама коррозия арматуры в ЖБ морских гидротехнических сооружений развивается особенно интенсивно даже при небольших содержаниях хлорид-ионов. В работе [169] приведены данные натурных обследований 219 железобетонных морских причалов, построенных за последние 50 лет. Результаты обследования показали сильное повреждение элементов конструкций вследствие коррозии арматуры. Имеется значительное число примеров преждевременного повреждения конструкций морских гидротехнических сооружений в суровых климатических условиях побережья Севера и Дальнего Востока [46, 59, 66]. а в отдельных случаях и на побережьях Чёрного и Балтийского морей [49].
Таким образом, анализ проведённых натурных обследований коррозионного состояния стальной арматуры в бетоне морских гидротехнических сооружений, эксплуатируемых в специфических условиях ВЖК Вьетнама, а также за рубежом, показывает, что одной из главных причин разрушений их является неучёт влияния этого климата при проектировании, возведении, а также при эксплуатации гидротехнических сооружений из ЖБ. Это приводит, прежде всего, к коррозии стальной арматуры и указывает на то, что необходимо повышать стойкость железобетона морских гидротехнических сооружений с учётом особенности ВЖК Вьетнама.
Разработка теоретических положений повышения стойкости железо бетона в морских гидротехнических сооружениях, эксплуатируемых в условиях влажного жаркого климата Вьетнама
Анализ результатов натурных обследований коррозионного состояния стальной арматуры в бетоне сооружений, эксплуатируемых в условиях ВЖК Вьетнама, показал, что имеют место случаи коррозии стальной арматуры, которая связана с воздействием хлористых солей и карбонизацией ЖБ. Установлено, что коррозия стальной арматуры в бетоне, эксплуатируемом в этих условиях, зависит также и от других факторов: класса бетона, качества исходных материалов, качества проектных решений и возведения, влажности, температуры и солнечного облучения; количества частиц соли или тумана, оседающих на поверхности ЖБ; а также от действия попеременного высушивания (быстрая карбонизация) и увлажнения (интенсивная коррозия стальной арматуры), нагревания и охлаждения и т. д.
Осаждение солей также зависит от направления и силы ветра, продолжительности эксплуатации и т. д. Поскольку морские соли, особенно хлориды кальция и магния, гигроскопичны, то на поверхности железобетона может образовываться жидкая плёнка. Это, в частности, происходит в тех случаях, когда при суточных или сезонных изменениях погоды достигается точка росы.
Солнечный свет может стимулировать биологическую деятельность, например грибов и плесеней, наличие которых способствует удержанию влаги и пыли, усиливая коррозионные процессы. В работе [99] установлено значительное влияние нагрева солнцем на скорость карбонизации бетона в условиях ВЖК. Бетон у поверхностей, облучаемых солнцем, карбонизируется вдвое быстрее, чем на затененных поверхностях, и в десять раз быстрее, чем в зонах, изолированных от лучистого нагрева и находящихся в условиях повышенной влажности. Карбонизация бетона приводит к снижению значения рН жидкой фазы его у стальной арматуры ниже минимального значения, необходимого для пассивации стальной арматуры (рН = 11,8). В условиях одновременного воздействия углекислого газа и хлористых солей коррозия стальной арматуры в бетоне развивается особенно интенсивно даже при небольших содержаниях хлорид-ионов в нём. Поэтому ранее при натурных обследованиях наблюдали коррозию стальной арматуры в бетоне даже после кратковременной эксплуатации (10... 25 лет).
Скорость коррозии стальной арматуры в бетоне, эксплуатируемом в условиях ВЖК, зависит также от количества осадков и их распределения за данный промежуток времени. Частые дожди могут уменьшать коррозию стальной арматуры в бетоне, смывая с его поверхности солевые отложения. Поэтому, иногда коррозия стальной арматуры в бетоне в укрытых частях конструкций может быть больше, чем на открытых участках, именно из-за того, что пыль и осевшая из воздуха соль не смываются.
Следует отметить, что приведённые выше сведения касаются, в основном, коррозии стальной арматуры в обычных тяжёлых бетонах, эксплуатируемых в обычных условиях. Гораздо меньше информации имеется о коррозии стальной арматуры в бетоне и стойкости железобетона в условиях ВЖК.
Исследования в этом направлении во Вьетнаме проводились транспортным научно-исследовательским институтом. В результате этих исследований создана добавка Zecagi-XB, которая обладает способностью одновременно снижать проницаемость бетона и тормозить коррозию стальной арматуры в бетоне, эксплуатируемом в морской воде.
Исследования института строительной науки и технологии (IBST) Вьетнама показали, что ингибиторы коррозии стали Nn и Nf на основе NaNC 2 и Na3PC 4 способствуют защите стальной арматуры в бетоне [193]. Этим же институтом показано, что бетон с комплексными добавками (NaNC 2 + LK.-1. NaNCb + Саз(РС 4)2 обладает повышенными защитными свойствами по отношению к стальной арматуре [198].
А в работе [35] показано, что введение в бетон бентонитов, добываемых во Вьетнаме, позволяет получать более плотную структуру за счет кольмата-ции пор и химического взаимодействия составляющих бентонитов с ионами морской воды и продуктами гидратации портландцемента и следовательно, позволяет повысить долговечность морских гидротехнических сооружений из бетона и железобетона.
Анализ этих работ, также как и работ зарубежных стран, позволяет отметить ряд противоречий, связанных с трактовкой причин коррозии стальной арматуры в бетоне, эксплуатируемом в условиях ВЖК Вьетнама, а также с некорректностью проведения в ряде случаев коррозионных испытаний. Так, по мнению исследователей работы [198], карбонизация бетона не является главной причиной, которая может привести к коррозии стальной арматуры в нём в условиях ВЖК, хотя, скорость карбонизации бетона может достигать примерно 1 мм/год в обычной воздушной среде. В работах [193, 198] также отсутствуют данные о влиянии использованных добавок на диффузионную проницаемость в бетоне углекислого газа.
В этих же исследованиях образцы на определение защитных свойств бетона по отношению к стальной арматуре подвергали воздействию агрессивной среды лишь после 28 сут твердения в нормальных условиях.
Наконец, исследователи работ [42, 106, 193, 198 и др.] проводили исследования на водонепроницаемость, которая находится в функциональной связи с коррозионной стойкостью бетона и его защитной способностью по отношению к стальной арматуре, но лишь в том случае, если железобетон эксплуатируется при напорном режиме (трубы, резервуары, плотины и т. п.). А диффузионная проницаемость хлорид-ионов в бетоне, являющаяся характерным показателем для стойкости железобетона, эксплуатируемого в приморских районах, не определялась в этих работах и вовсе. Хотя известно, например по работе [143], что одним из основных параметров, определяющих скорость коррозии железобетона в хлорсодержащей газовой среде, является эффективный коэффициент диффузии хлорид-ионов в поровой жидкости его. При выполнении данной диссертационной работы все эти недостатки по возможности были учтены.
Создание бетона повышенной стойкости, обеспечивающего длительную сохранность стальной арматуры в конструкциях морских гидротехнических сооружений в условиях, имитирующих влажный жаркий климат Вьетнама
Проведённый анализ позволил установить, что в этих жестких условиях в ряде случаев происходит коррозия стальной арматуры уже к 10...25 годам эксплуатации, т.е. значительно раньше срока, предусмотренного нормами из-за того, что используемый в конструкциях морских гидротехнических сооружений бетон не обладает необходимыми защитными свойствами, предотвращающими коррозию стальной арматуры в нём.
Это указывает на необходимость создания бетона повышенной стойкости, обеспечивающего защитные свойства стальной арматуры в конструкциях морских гидротехнических сооружений, эксплуатируемых в условиях ВЖК Вьетнама. Теоретические положения повышения стойкости железобетона для морских гидротехнических сооружений, эксплуатируемых в этих условиях, приведены в П.2, п.2.2. Для подтверждения правильности этих теоретических положений были проведены специальные лабораторные исследования, включающие: - создание бетона повышенной стойкости, обеспечивающего длительную сохранность стальной арматуры в конструкциях морских гидротехнических сооружений в условиях, имитирующих ВЖК Вьетнама; - разработку режима ускоренного испытания защитных свойств созданного бетона по отношению к стальной арматуре в конструкциях морских гидротехнических сооружений в условиях, имитирующих ВЖК Вьетнама; - проведение исследований коррозионного состояния стальной арматуры в бетоне повышенной стойкости для морских гидротехнических сооружений в условиях, имитирующих ВЖК Вьетнама; - проведение исследований способности бетона повышенной стойкости длительно сохранять стальную арматуру для морских гидротехнических сооружений в условиях, имитирующих ВЖК Вьетнама. Создание бетона повышенной стойкости, обеспечивающего длительную сохранность стальной арматуры в конструкциях морских гидротехнических сооружений в условиях, имитирующих влажный жаркий климат Вьетнама Бетоны для конструкций морских гидротехнических сооружений должны обладать такими свойствами, которые обеспечивают длительную службу (долговечность) конструкций в непростых условиях ВЖК Вьетнама [127]. В общем случае, согласно [124], долговечность конструкций морских гидротехнических сооружений может быть обеспечена выполнением следующего комплекса основных мероприятий; - рациональными конструктивными решениями; - правильным выбором бетона для них; ; - правильным выбором материалов для этого бетона; - применением совершенной технологии приготовлении бетонной смеси и изготовления конструкций; - защитой конструкций; - правильной эксплуатацией. Невыполнение хотя бы одного из этих мероприятий, что показано в Г2.1., приводит к преждевременному выходу сооружений из строя. Одной из главных причин этого является неучёт влияния особенности ВЖК Вьетнама при проектировании, возведении и эксплуатации гидротехнических сооружений, приводящий к коррозии стальной арматуры в бетоне. В связи с этим необходимо повышать стойкость бетона морских гидротехнических сооружений, эксплуатируемых в этих условиях. Ниже приведены основные соображения по созданию бетона повышенной стойкости, которые должна обеспечить длительную сохранность стальной арматуры в этом бетоне в условиях ВЖК Вьетнама. Для этого руководствовались указаниями по обеспечению долговечности бетонных и железобетонных конструкций морских гидротехнических сооружений [124], СНиП 2.03.11 [108] и Пособием к нему [85], Европейским стандартом [151], а также разработанными теоретическими положениями повышения стойкости бетона для морских гидротехнических сооружений, эксплуатируемых в условиях ВЖК Вьетнама, приведенными в П.2, п.2.2. Согласно [124] в зависимости зоны расположения бетоны в морских гидротехнических сооружениях по отношению к уровню воды классифицируются на: - подземный и подводный бетон, постоянно подвергающийся воздействию минерализованных и пресных вод, в том числе и грунтовых вод; - бетон зоны переменного уровня воды, подвергающийся в рассматриваемых условиях ВЖК Вьетнама попеременному увлажнению и высыханию; - надводный бетон, подвергающийся действию атмосферных осадков, переменной влажности и температуры радиации с учетом особенностей ВЖК Вьетнама (см. Г1.1, п.1.1.). Основными природными и эксплуатационными факторами, агрессивно действующими на бетон морских гидротехнических сооружений в условиях ВЖК Вьетнама, являются; - многократное увлажнение и высыхание; - химическое действие морской и других минерализованных вод, а также воздействие агрессивных растворов и блуждающих токов; - механические воздействия движущихся наносов, ударов воды и швартующихся судов и др. Исходя из ионного состава морской воды в некоторых регионах Вьетнама, приведенного в Г1.1, п.1.1.2., видно, что наибольшую опасность для стальной арматуры представляют ионы СГ. А наиболее сложной по характеристике воздействий и особенностям протекающих процессов взаимодей ствия бетона и стальной арматуры с указанной средой является зона переменного горизонта воды. В верхней части этой зоны наибольшую опасность представляют процессы коррозии стальной арматуры в бетоне, который постепенно насыщается раствором хлоридов, что приводит к депассивацию стальной арматуры и к разрушению, что четко видно на рис.4.1. Постоянный доступ кислорода и влаги в бетон создает благоприятные условия для коррозии стальной арматуры [2, 4, 127]. Степень агрессивного воздействия жидкой неорганической среды на стальную арматуру железобетонных конструкций в этих условиях согласно СНиП 2.03.11 [108] и Пособию к нему [85] будет сильноагрессивной. Согласно этим же нормативным документам при проектировании железобетонных конструкций морских гидротехнических сооружений, эксплуатируемых в условиях ВЖК Вьетнама, их коррозионная стойкость может быть обеспечена первичной и вторичной защитой. В общем случае, к мерам первичной защиты конструкций относятся: - выбор бетона; - применение материалов повышенной коррозионной стойкости; - снижение проницаемости бетона различными приёмами; К мерам вторичной защиты конструкций относятся: - лакокрасочные и другие покрытия; - уплотняющая пропитка поверхностного слоя бетона химически стойкими материалами и др. Конструкции для морских гидротехнических сооружений должны изготовляться из гидротехнических бетонов согласно ГОСТ 4795 [38], ГОСТ 4797 [39], требованиям СНиП (2.06.01-86; 3.07.02-87; 2.03.01-84), требованиям указаний [124] и СНиП 2.03.11 [108] и Пособию к нему [85].
Разработка рекомендаций по повышению стойкости железобетона для конструкций морских гидротехнических сооружений, эксплуатируемых в условиях влажного жаркого климата Вьетнама
Электрохимический метод Известно, что коррозия стальной арматуры в обычном бетоне представляет собой электрохимический процесс, протекающий с ограничением анодного процесса. Поэтому при проведении исследований коррозионного состояния стальной арматуры в бетоне повышенной стойкости для морских гидротехнических сооружений в условиях, имитируемых ВЖК Вьетнама, использовали метод анодной поляризации стальной арматуры в бетоне. Общий вид установки и принципиальная схема электрохимического испытания коррозионного состояния стальной арматуры в образцах из созданного бетона приведены на рис. 4.3.
Изготовленные образцы после 7 сут твердения, а также после попеременного увлажнения и высушивания по режиму: высушивание в течение 19 ч при температуре +60 ± 5С - увлажнение в течение 5 ч 5-ти %-ным раствором NaCl с температурой +20...25С подвергали электрохимическому испытанию. Такой режим является наиболее жестким, так как на поверхности стальной арматуры будут образовываться достаточное количество влаги и свободный доступ кислороду. Совместно с кислородом „работают" хлорид-ионы, общее содержание которых вследствие высокой растворимости NaCl в жидкой фазе цементного камня при его увлажнении резко повышается. Кроме того, как будет показано ниже, погружение образцов в раствор NaCl вызывает вымывание из них ингибитора и снижение щелочности жидкой фазы. Таким образом, принятый режим испытаний ускоряет депассивацию стальной арматуры в бетоне.
О коррозионном состоянии стальной арматуры в бетоне судили по характеру анодных поляризационных кривых. За критерий оценки принята методика СТ СЭВ 4421-83, разработанная лабораторией "Коррозия и долговечность бетонных и железобетонных конструкций" (ГУП НИИЖБ). Стальная арматура считается пассивной, если при потенциале +300 мВ по каломельному электроду плотность тока не превышает ЮмкА/см . Если плотность тока 10...25 мкА/см , стальная арматура находится в неустойчивом пассивном состоянии, а при плотности тока выше 25 мкА/см - происходит активное растворение металла [116].
На рис. 4.4...4.12 приведены анодные поляризационные кривые стальной арматуры в образцах из бетона исследуемых составов (составы см. в табл.4.2). Каждая кривая построена по результатам испытаний 3 образцов-близнецов.Анализ полученных результатов позволяет отметить следующее. После 7 сут твердения стальная арматура в образцах из бетона всех составов пассивна во всех исследуемых составах. Это значит, что все составы бетона не являются агрессивной средой по отношению к стальной арматуре.
После 3 мес ускоренного испытания стальная арматура в образцах состава 1 интенсивно корродировала, а в составах 2...4 и 2 , 3 - была пассивна. После 6 мес -стальная арматура в образцах составов 2...4 и 2 , 3 - продолжала оставаться пассивной. Таким образом, проведённые электрохимическим методом исследования в жестких условиях позволяют отметить, что бетон класс В35 и В40 с комплексной добавкой 1 или 2 обеспечивает удовлетворительное состояние стальной арматуре во все сроки испытаний. Исследование показателя щелочности бетона у стальной арматуры Степень сохранности стальной арматуры в бетоне зависит не только от его плотности, но и от щелочности жидкой фазы в порах бетонах [4, 7, 46, 67 и др.]. Поэтому определяли начальный и после ускоренного испытания рН в порах бетонах. По мнению многих исследователей [13, 58], поровая влага цементного камня является электролитом, содержит ионы растворимых продуктов гидратации цемента, ионы внешней среды и представляет собой насыщенный раствор Са(ОН)г с рН = 12,0... 12,5 (а по некоторым данным - 11,8), в котором в метастабильном равновесии находятся ионы Са2+, ОН" , а также Na , К , AIO2, Fe02 , Si032", S042", С1 и некоторые другие. В табл. 4.6 приведены величины рН жидкой фазы бетона у стальной арматуры перед и после 6 мес ускоренного испытания в принятых жестких условиях. В возрасте 7 сут водородный показатель бетона исследуемых составов (без добавок и с комплексными добавками) находится в пределах 12,35...12,57, что очень близко друг к другу . Это значит, что выбранные комплексные добавки состав 1...4 мало влияют на рН жидкой фазы бетона. Эти данные полностью коррелируют с результатами электрохимического испытания - стальная арматура находится в пассивном состоянии в бетоне всех составов в возрасте 7 сут.
