Алексеев с н коррозия и защита арматуры в бетоне
Обновлено: 16.05.2024
Вопросы качества и долговечности строительных конструкций, как в техническом, так и в экономическом аспекте привлекают все большее внимание строителей. Очевидно, что во многих случаях экономически оправдано увеличение первоначальных затрат на изготовление конструкции и ее надежную защиту, если это позволяет сократить число и стоимость ремонтов в процессе эксплуатации.
В особенности это относится к железобетонным, конструкциям, в которых стальная арматура может быть хорошо защищена бетоном, а последнему можно придать значительную стойкость к воздействию среды.
Длительное и систематическое изучение стойкости разнообразных железобетонных конструкций в различных условиях эксплуатации, проводимое коллективом Центральной лаборатории коррозии НИИ бетона и железобетона под научным руководством д-ра тех. наук проф. В. М. Москвина, показало, что наиболее опасны повреждения, вызываемые развитием коррозии арматуры, а их устранение чрезвычайно затруднительно.
В настоящее время не существует простых и надежных методов прекращения раз начавшегося процесса коррозии арматуры. Поэтому в своих исследованиях и при работе над вторым изданием настоящей книги автор .уделил основное внимание теоретическому обоснованию и разработке практических рекомендаций, которые должны обеспечить длительную сохранность арматуры в конструкциях из различных бетонов в разных условиях эксплуатации.
Большая часть разработанных рекомендаций включена в «Указания по проектированию антикоррозийной защиты строительных конструкций» и другие нормативные документы. Некоторые рекомендации еще недостаточно конкретны и нуждаются в дальнейшем уточнении. В частности, это относится к нормированию плотности бетона.
Железобетон широко известен как долговечный материал, в большинстве случаев не нуждающийся в какой- либо защите от воздействий внешней среды. Бетон, представляющий собой искусственный каменный материал, может быть изготовлен достаточно прочным и стойким к агрессивным воздействиям, а стальная арматура обычно находится под надежной защитой слоя этого бетона.
Действительно, большинство старых железобетонных конструкций и сооружений, относящихся к первым десятилетиям XX в., подтверждает репутацию железобетона как долговечного материала. Однако известно немало фактов, когда происходят как местные повреждения, так иногда и значительные разрушения железобетонных конструкций.
Можно отметить две основные схемы развития процессов коррозии железобетонных конструкций. По первой коррозия арматуры начинается после разрушения бетона в защитном слое, т. е. причина повреждения конструкции заключается в недостаточной стойкости бетона.
Развитие коррозии по второй схеме начинается с арматуры, когда бетон не обладает достаточными защитными свойствами, но и не разрушается под действием среды, которая в данном случае не является по отношению к нему агрессивной. Разрушение бетона происходит под давлением растущей на арматуре ржавчины, т. е. носит чисто механический характер. Обычно такого рода разрушение железобетонных конструкций вызывается действием влажного воздуха или периодического увлажнения и характерно для влажных цехов, особенно при загрязнении атмосферы агрессивными газами.
В настоящей книге рассматриваются в основном особенности коррозии и способы защиты железобетонных конструкций, когда коррозия арматуры развивается по второй схеме.
СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА КОРРОЗИИ СТАЛИ
В БЕТОНЕ И ЕГО ЗАЩИТНОЕ ДЕЙСТВИЕ
§1. Основные сведения из теории коррозии металлов
Коррозия арматуры в бетоне является частным случаем многообразного явления коррозии металлов.
Под понятием коррозии металлов подразумевается процесс постепенного разрушения их поверхности в результате химического или электрохимического взаимодействия металла с окружающей средой. Чисто химическое взаимодействие металлов со средой встречается несравненно реже, чем электрохимическое. Коррозия стальной арматуры в бетоне является электрохимическим процессом. Поэтому ниже будут кратко изложены основные положения электрохимической теории коррозии металлов, необходимые для понимания сущности процесса коррозии арматуры в бетоне, и обоснования способов ее защиты.
Электрохимическая коррозия, или коррозия в электролитах, является результатом работы множества микроскопических короткозамкнутых гальванических элементов, возникающих на поверхности металла при контакте с электролитом. Их возникновение обусловлено неоднородностью металла или окружающей среды. Таким образом, электрохимическая коррозия предполагает наличие электрического тока, который возникает в процессе коррозии и не нуждается во внешней причине. При наличии внешней причины в виде блуждающих токов коррозия обычно усиливается.
Известно, что при погружении в электролит двух электродов из разных металлов они приобретают различные по величине электрические потенциалы. При замыкании электродов между ними возникает ток. Прохождение тока сопровождается растворением электрода с более электроотрицательным потенциалом — анода.
Короткозамкнутые гальванические элементы могут возникать и на одном металле вследствие наличия участков поверхности с различными потенциалами.
В книге излагаются результаты экспериментальных и теоретических работ, проведенных автором, и обобщаются данные, полученные другими исследователями в области коррозии и защиты арматуры железобетонных конструкций.
На основании электрохимической теории коррозии металлов рассмотрены условия пассивности стали в нейтральных и щелочных средах, разобран механизм защитного действия бетона и установлены причины коррозии арматуры.
Исследованы основные факторы, влияющие на состояние арматуры в бетоне: особенности окружающей среды, плотность бетона и толщина защитного слоя, вид вяжущего и режим твердения бетона, различные добавки, вводимые в бетонную смесь, а также трещины образующиеся в бетоне при работе конструкций.
Описаны виды разрушения арматуры, в частности специфические хрупкие обрывы; характерные для высокопрочной, в особенности термически упрочненной, арматуры предварительно напряжённых железобетонных конструкций, вследствие коррозионного растрескивания или водородной хрупкости.
Изложены включенные в последние годы в нормы проектирования практические рекомендации по выбору видов конструкций и армирования, назначению толщины защитного слоя и плотности бетона. Сформулированы основные требования к технологии изготовления железобетонных конструкций, обеспечивающие сохранность арматуры, в частности тонких армирующих сеток в армоцементных конструкциях. Приведены сведения по защите поверхности железобетонных конструкций в агрессивных средах.
Значительное внимание уделено особенностям лёгких и ячеистых бетонов как среды для арматуры, характеру развития её коррозии в такой среде и способом защиты. Излагаются практические рекомендации по повышению защитных свойств лёгких бетонов на пористых заполнителях.
Освещаются основные результаты исследований защитных покрытий арматуры в ячеистых бетонах и технологии их нанесения на арматурные каркасы. Приводятся рекомендуемые рецептуры и технологические правила приготовления и нанесения защитных покрытий в заводских условиях. Описываются механизированные технологические линии по защите арматурных каркасов.
Книга предназначена для проектировщиков, производственников и научных работников, занятых созданием, эксплуатацией и изучением железобетонных конструкций для зданий и сооружений, подвергающихся агрессивным воздействиям.
Глава 1. Сущность процесса коррозии стали в бетоне и его защитное действие
§ 1. Основйые сведения из теории коррозии металлов
§ 2. Условия пассивности стали в нейтральных и щелочных средах
§ 3. Механизм защитного действия бетона
Глава 2. Основные факторы, влияющие на состояние стальной арматуры в бетоне
§ 4. Влияние среды на защитные свойства бетона
§ 5. Влияние окружающей среды на процесс коррозии стали в бетоне
§ 6. Плотность бетона и толщина защитного слоя
§ 7. Вид вяжущего и режим твердения бетона
§ 8. Добавки, вводимые в бетонную смесь
§ 9. Трещины в бетоне
Глава 3. Виды разрушения арматуры в бетоне вследствие коррозии
§ 10. Уменьшение сечения элементов вследствие коррозионных потерь
§ 11. Хрупкое растрескивание под напряжением
§ 12. Водородное охрупчивание
§ 13. Меры предупреждения хрупкого коррозионного разрушения
Глава 4. Защита арматуры обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций
§ 14. Выбор видое конструкций и армирования, назначение толщины защитного слоя и плотности бетона
§ 15. Особенности технологии изготовления железобетонных конструкций, обеспечивающие сохранность арматуры
§ 16. Меры защиты армирующих сеток в армоцементных конструкциях
§ 17. Защита поверхности железобетонных конструкций
Глава 5. Защита арматуры в конструкциях из легких, ячеистых и автоклавных силикатных бетонов
§ 18. Особенности коррозии арматуры и ее защита в легких бетонах
§ 19. Особенности коррозии арматуры в ячеистых бетонах
§ 20. Защитные покрытия для арматуры в ячеистых бетонах
§ 21. Технология нанесения защитных покрытий на арматурные каркасы
В книге авторов СССР, ЧССР и ФРГ изложены современные представления о формировании структуры и свойств цементного камня и бетона для придания им наибольшей стойкости к агрессивным средам. Рассмотрены способы повышения коррозионной стойкости бетона. специальный раздел посвящен вопросам коррозии арматуры. Для научных и инженерно-технических работников.
Глава 1. Долговечность бетона
Глава 2. Классификация и нормирование химической агрессивности внешней среды по отношению к бетону
Глава 3. Стойкость бетона в суровых климатических условиях
Характеристика климатических воздействий на железобетон
Морозостойкость бетона
Глава 4. Структура бетона
Бетон как композиционный материал
Поровая структура бетона
Факторы, влияющие на поровую структуру
Характеристики поровой структуры
Глава 5. Процессы коррозии и стойкость бетона в химически агрессивных средах
Коррозия I вида
Коррозия II вида
Коррозия III вида
Коррозия бетона в разных средах
Биокоррозия
Глава 6. Внутренняя коррозия бетона
Глава 7. Коррозия стальной арматуры
Теория процесса коррозии стали в бетоне
Коррозия стали в бетоне. Период развития
Коррозия под напряжением
Повышение коррозионной стойкости арматуры
Инкубационный период при хлоридной агрессивности среды
Глава 8. Бетон, как среда, защищающая стальную арматуру от коррозии
Пассивирующее действие бетона на сталь
Защитное действие легкого бетона
Кинетика карбонизации как мера длительности защитного действия бетона
Повышение защитного действия бетона добавками-ингибиторами
Прогноз состояния железобетона в атмосферных условиях
Глава 9. Специальная защита арматуры
Защитные покрытия арматуры
Катодная защита арматуры железобетонных конструкций
Защита сварных соединений сборных железобетонных конструкций
Глава 10. Коррозия железобетонных конструкций
Напряженное состояние железобетонных конструкций и его влияние на процессы коррозии
Трещины в бетоне и их влияние на процессы коррозии арматуры
Повышение долговечности при проектировании и изготовлении конструкций
Глава 11. Расчет сроков службы и прогноз долговечности железобетонных конструкций
Выщелачивание извести при фильтрации воды через бетон
Действие кислот на бетон
Действие сульфатов на бетон
Разрушение бетона при попеременном насыщении раствором солей и высушивании
Прогноз долговечности железобетонных конструкций в воздушных средах
Список литературы
Заключение
Предисловие
За последние годы проблеме долговечности конструкции и сооружений из бетона и железобетона уделяется все большее внимание. Огромные масштабы применения этих строительных материалов и ограничения сроков службы в различных средах обусловили нарастающие объемы работ по ремонту и восстановлению конструкций из железобетона Если учесть их малую ремонтопригодность, возникает задача гарантировать требуемые сроки службы железобетона при проектировании и возведении зданий и сооружений. Задача прогноза и расчета железобетонных конструкций на заданный срок службы может быть решена только на основании исследования сложных процессов, протекающих между материалом конструкции ц окружающей средой. Описание процессов взаимодействия бетона и арматуры с внешней средой и составляет содержание книги.
В книге содержатся дискуссионные положения по некоторым вопросам теории коррозии и прогноза сроков службы железобетонных конструкций. Однако авторы надеются, что применение современных методов исследования и моделирование процессов позволят в ближайшие годы развить общую теорию коррозии железобетона.
Цель книги — дать представление строителям и специалистам по строительным материалам о факторах, определяющих сроки службы сооружений Придание необходимой долговечности конструкциям зданий и сооружений — не менее важная задача, чем придание им прочности Последствия неправильной оценки воздействий внешней среды могут выявиться после достаточно длительного срока эксплуатации конструкции и, к сожалению, учесть этот опыт могут, как правило, уже другие поколения. Планомерного накопления опыта по срокам службы железобетона в различных условиях явно недостаточно и исследование действия природных агрессивных сред на элементы конструкций, подвергающихся одновременно нагружению, проводились и проводятся в составе краткосрочных программ, в то время как надежный результат можно получить лишь при длительных испытаниях.
Проектирование железобетонных конструкций, предназначенных для работы в агрессивных средах, — это задача специального исследования. Однако авторы не могли пройти мимо простейших инженерных расчетов, которые позволяют оценить возможные сроки службы железобетона в различных условиях. Это только первый шаг в решении поставленной сложной задачи проектирования конструкций заданной долговечности. Попытки в этом направлении делаются и за рубежом. Книга является результатом сотрудничества авторов разных стран. Гп. 1, 2, 3, 5, 6 написаны Ф.И. Ивановым (СССР), гл. 4 С. Модры (ЧССР), перевод с чешского яз. Ф.М. Иванова, гл. 8 П. Шисслем (ФРГ), перевод с немецкого яз. Н.К. Розенталя, гл. 7, 9, 10 С.Н. Алексеевым (СССР) и глава 11 совместно С.Н. Алексеевыми Ф.М. Ивановым (СССР).
В книге излагаются результаты экспериментальных и теоретических работ, проведенных автором, и обобщаются данные, полученные другими исследователями в области коррозии и защиты арматуры железобетонных конструкций.
На основании электрохимической теории коррозии металлов рассмотрены условия пассивности -стали в нейтральных и щелочных средах, разобран механизм защитного действия бетона и установлены причины коррозии арматуры.
Исследованы основные факторы, влияющие на состояние арматуры в бетоне: особенности окружающей среды, плотность бетона и толщина защитного слоя, вид вяжущего и режим твердения бетона, различные добавки, вводимые в бетонную смесь, а также трещины, образующиеся в бетоне при работе конструкций.
Описаны виды разрушения арматуры, в частности специфические хрупкие обрывы; характерные для высокопрочной, в особенности термически упрочненной, арматуры предварительно напряжённых железобетонных конструкций, вследствие коррозионного растрескивания или водородной хрупкости.
Изложены включенные в последние годы в нормы проектирования практические рекомендации по. выбору видов конструкций и армирования, назначению толщины защитного слоя и плотности бетона. Сформулированы основные требования к технологии изготовления железобетонных конструкций, обеспечивающие сохранность арматуры, в частности тонких армирующих сеток в армоцементных конструкциях. Приведены сведения по защите поверхности железобетонных конструкций в агрессивных средах.
Значительное внимание уделено особенностям лёгких и ячеистых бетонов как среды для арматуры, характеру развития её коррозии в такой среде и способом защиты. Излагаются практические рекомендации по повышению защитных свойств лёгких бетонов на пористых заполнителях.
Освещаются основные результаты исследований защитных покрытий арматуры в ячеистых бетонах и технологии их нанесения на арматурные каркасы. Приводятся рекомендуемые рецептуры и технологические правила приготовления и нанесения защитных покрытий в заводских условиях. Описываются механизированные технологические линии по защите арматурных каркасов.
Книга предназначена для проектировщиков, производственников и научных работников, занятых созданием, эксплуатацией и изучением железобетонных конструкций для зданий и сооружений, подвергающихся агрессивным воздействиям. Загрузить файл
11 MB
В соответствии с решениями XXV съезда КПСС об улучшении жилищных условий советского народа намечено повысить сохранность жилищного фонда и улучшить его эксплуатацию. Выполнение этих задач зависит от многих факторов, и в частности от учета конструктивных особенностей здания. Такой особенностью крупнопанельных зданий является наличие в их наружных ограждениях стальных закладных, деталей и связей, обеспечивающих совместную работу отдельных строительных элементов. Во время тепловлажностной обработки панелей, а затем, под воздействием изменяющейся по сезонам года влажности наружных стен стальные закладные детали и связи подвергаются коррозионным разрушениям, в результате которых снижается прочность и пространственная жесткость конструкций. Вследствие разрушения материала стены продуктами коррозии ухудшаются теплотехнические качества ограждений. В связи с этим необходимо периодически определять состояние стальных элементов в наружных ограждениях и принимать меры к продлению срока их службы, а в случае необходимости - усиливать конструктивные узлы зданий.
Сроки обследования конструктивных узлов зданий предложены на основании анализа результатов указанных натурных работ и материалов исследований, выполненных ЛНИИ АКХ и другими организациями.
По всем рассматриваемым сериям домов проанализированы результаты контроля более чем 100 конструктивных узлов. Стальные элементы в домах серии 1-335 являются несущими (в Инструкции и Рекомендациях рассматриваются дома серии 1-335 с неполным каркасом. В домах с полным внутренним каркасом закладные детали служат лишь для обеспечения пространственной жесткости здания и находятся в благоприятном температурно-влажностном режиме), т. е. наиболее ответственными по сравнению с закладными деталями и связями в домах других серий. В домах серии 1-335, эксплуатируемых 10-12 лет в неблагоприятных климатических условиях Ленинграда, коррозионные разрушения наиболее значительны и составлнют в среднем 0,55 мм с каждой открытой поверхности стального элемента. Исследования показали, что несущие консоли в основном корродируют в той части, которая расположена в ячеистом бетоне.
В конструкции домов серии ОД (К-7) стальные элементы являются основными деталями крепления навесных наружных панелей к несущим панелям и подлежат систематическому контролю.
В домах серии 1-464 стальные связи обеспечивают совместную работу продольных и поперечных стен и связывают наружные панели между собой. Панели перекрытия в домах этой серии опираются по контуру (на продольные и поперечные стены), тем самым создавая жесткую связь продольных и поперечных стен, а наружные панели пригружены весом перекрытия. Таким образом, конструктивные осо6еннocти это1 серии таковы, что пространственная работа основных конструкций здания обеспечивается и при отсутствии закладных деталей.
Карнизные блоки по конструкции самоустойчивы, но при отсутствии дополиительного крепления стальными связями непредвиденная нагрузка на карнизный свес может привести к опрокидыванию карнизного блока. С учетом этих конструктивных особeнностей стальные связи домов серии 1-464 систематическим обследованиям не подлежат. Однако при различных ремонтных работах следует определять состояние закладных деталей и связей по методике, предлагаемой настоящей Инструкцией. В Рекомендациях предложен вариант усиления крепления карнизных блоков в домах серии 1-464.
Стальные связи в конструктивных узлах домов серии 1Лг-507 создают пространственную жесткость здания и работают на растяжение лишь при температурных деформациях панелей. Состояние этих деталей в настоящее время опасений не вызывает. Наружные продольные стены в домах данной серии имеют толщину 40 см и несут нагрузку от перекрытия. Карнизные блоки имеют противовес и являются самоустойчивыми. Эти обстоятельства позволяют считать, что здание серии 1Лг-507 может нормально эксплуатироваться н после потери прочности закладными деталями и связями наружных стен и карнизных блоков. В связи с этим также здания не подлежат систематическому обследованию. В особых условиях находятся стальные детали вентиляционных панелей, служащие опорой для лестничных площадок. Oднако они постоянно доступны для наблюдения и должны систематически обследоваться.
В домах серии 1-468 имеются два вида закладных деталей и связей: в узле крепления самонесущих панелей из автоклавного газобетона к несущим панелям и в узле соединения наружных панелей. В обоих узлах при натурных обследованиях обнаружены лишь незначительные коррозионные поражения.
Критической для стали в ячеистом бетоне является влажность 7-10% по массе. Сохранность стальных элементов может быть обеспечена, если исключить увлажнение бетона выше указанных пределов. Коррозия закладных деталей в ячеистом бетоне с ·влажностью до 5% носит характер затухающего поверхностного налета, Таким образом, для повышения долговечности закладных деталей в условиях эксплуатации в ячеистом бетоне необходимо прежде всего обеспечить нормальный температурно-влажностный режим ограждений, своевременно устранять все неисправности водоотводящих устройств и контролировать влажность газобетона в местах, подвергающихся протечкам или промерзаниям. Закладные детали и связи в домах серии 1-468 систематическому обследованию не подлежат. Однако при деформациях, в результате которых отдельные панели вышли из плоскости стены, нарушениях защитного слоя ячеистого бетона в местах расположения стальных элементов или других деформациях нужно выявить состояние закладных деталей и связей и, в случае необходимости, усилить конструктивные узлы.
Состояние несущей способносm стальных закладных деталей и связей оценивается по отношению сечения металла после очистки от ржавчины к проектной величине сечения. Во избежание среза закладной детали по линии глубоких язвенных поражений фиксируется наличие и количество язв.
Закладные детали и связи после обследования, а также стальные элементы, вводимые в конструктивные узлы для усиления, подлежат антикоррозионной защите. Для защиты стальных элементов, подвергшихся коррозии в процессе эксплуатации зданий, не могут быть использованы способы, применяемые в новом строительстве (металлизация цинком или алюминием, нанесение комбинированных металлизационно-лакoкрасочных покрытий), поскольку они требуют полной очистки поверхности металла от продуктов коррозии и окалины.
В условиях сравнительно небольшой по площади выемки материала стены вокруг стальных элементов такие эффективные методы очистки, как механизированная пескоструйная и дробеструйная очистка деталей, неосуществимы. Обработка стальных элементов травильными пастами нежелательна из-за необходимости последующей обильной промывки водой, которая увеличит влажность стены. Кроме того, остатки кислоты снизят защитные свойства бетона. Очистка продуктов коррозии вручную стальными щетками трудоемка и не гарантирует их полного удаления.
ЛНИИ проведена работа по выявлению возможности использования полимерных составов для антикоррозионной защиты закладных частей и связей. Установлено, что этот способ защиты является для данных условий наиболее технологичным. На основании исследований предлагается рыхлые продукты коррозии удалять с поверхности закладных частей механическим путем, а прочие связанные (толщиной до 100 мкм) обрабатывать грунтом-преобразователем BA-0112, выпускаемым Загорским лакокрасочным заводом. При взаимодействии грунта с продуктами коррозии образуются химически стойкие нерастворимые соединения.
В качестве антикоррозионных покрытий рекомендуется применять эпоксидные, эпоксидно-каучуковые и перхлорвиниловые составы, имеющие хорошую адгезию к грунту-преобразователю, который одновременно служит грунтом под эти материалы.
Лабораторные и производственные опыты, проведенные на закладных деталях домов серии ОД и 1-335, показали, что лакокрасочные материалы с преобразователем ржавчины позволяют получить защитные покрытия, имеющие хорошую адгезию к металлу и обеспечивающие надежную защиту от коррозии.
Натурные наблюдения, а также лабораторные ускоренные испытания в агрессивных средах показали, что срок службы оцинкованной стали в среде бетона примерно в 1,5-2 раза меньше, чем стали, защищенной рекомендуемыми лакокрасочными покрытиями.
Муленкова В.И. Артюшин Д.В. Проектирование усиления железобетонных и каменных несущих конструкций многоэтажных промышленных зданий 2011г
Читайте также: