• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

ДОВГОВІЧНОСТІ БУДІВЕЛЬНИХ МАТЕРІАЛІВ

ЗАХИСТ ВІД КОРОЗІЇ – ШЛЯХ ДО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ

Лекція 1

ЗМІСТ

· Мета і завдання дисципліни

Лекційний спецкурс «Корозія і захист будівельних матеріалів та конструкцій» ставить за мету підвищення освітньо-кваліфікаційного рівня студентів усіх будівельних спеціальностей і вирішує наступні завдання:

- надати систематизовані сучасні уявлення про причини виникнення різних видів корозії будівельних матеріалів, що експлуатуються у складних умовах і про механізм протікання корозійних процесів;

- навчити оцінювати ступінь агресивності експлуатаційних середовищ з метою грамотного вибору способів первинного й другорядного захисту конструкцій, будівель та споруд від корозії;

- прищепити студентам навички застосування нормативних документів, що регламентують оцінку агресивності середовищ по відношенню до конструкційних матеріалів, вибір матеріалів для конкретних умов експлуатації і грамотне піклування про конструкції протягом всього періоду їх експлуатації.

Лекційний курс «Корозія і захист будівельних матеріалів та конструкцій» побудовано з урахуванням взаємозв’язку процесів, що мають місце у структурі будівельних матеріалів під впливом агресивних факторів довкілля, з довговічністю та надійністю будівельних матеріалів і конструкцій. У ньому докладно розглядається механізм фізичної, хімічної, електрохімічної, електричної та біологічної корозії будівельних матеріалів і конструкцій. Показано вплив агресивних корозійних середовищ на стійкість і довговічність будівельних виробів. Особлива увага приділяється поведінці бетонних, залізобетонних і металоконструкцій. Дається опис методів проведення антикорозійних робіт. Відмічаються перспективні сучасні напрямки захисту будівельних конструкцій в агресивних середовищах. Лекційний курс закріплюється проведенням практичних занять і самостійною роботою студентів.

· Способи забезпечення довговічності будівельних матеріалів

Термін корозія (з грецького „роз’їдання”)означає процес руйнування будівельних матеріалів та конструкцій внаслідок хімічної, електрохімічної, біохімічної та інших видів їх взаємодії з довкіллям.

Корозія завдає народному господарству величезних збитків. Близько 10% маси щорічного виробництва чорних металів витрачається на відшкодування їх втрат від корозії. Часто через корозійне пошкодження доводиться замінювати окремий вузол чи навіть всю конструкцію. Витрати, пов'язані з виготовленням нової конструкції, набагато перевищують вартість зруйнованого металу. До того ж сам ремонт конструкції чи її частини, як правило, є дорогим заходом через великі витрати праці і застосування дефіцитних матеріалів. Коли ж врахувати також витрати, пов'язані з утратами виробництва в період ремонту й аварійних зупинок, то стає зрозумілим, що корозійні процеси заподіюють дуже великі збитки як окремим підприємствам, так і всьому господарчому комплексу країни. Тому захист будівельних конструкцій від корозії є однією з головних і важливих проблем у вирішенні питань забезпечення довговічності будівель і споруд.

У 60-80-х роках минулого сторіччя був накопичений великий науковий потенціал, розроблені основи теорії корозії бетону й арматури, способи забезпечення корозійної стійкості з/б конструкцій в агресивних середовищах. Ці розробки широко використовують у практиці будівництва і в наш час. Дослідженнями встановлено, що корозія протікає відповідно до законів кінетики можливих термодинамічних реакцій і призводить до зниження вільної енергії матеріалу, в результаті чого утворюються більш стійкі в термодинамічному відношенні сполуки.

З огляду на тенденцію останніх років використання у промисловості будівельних матеріалів відходів виробництва (золи, шлаків, золошлакових сумішей і т.п.), застосування для виготовлення бетонних і залізобетонних (з/б) конструкцій безцементних в'яжучих і в'яжучих зі зниженим вмістом клінкерного фонду необхідно вирішувати питання довговічності цих конструкцій навіть при експлуатації в нормальних атмосферних умовах (житлові, адміністративні будівлі і т.п.).

Підвищення надійності й корозійної стійкості з/б конструкцій в агресивних середовищах може бути досягнуто створенням корозійностійких будівельних матеріалів нового покоління з використанням економічних заводських технологій і нових видів арматурних сталей високої надійності, що дозволить забезпечити економію металу на 20-40 %. Якість і довговічність будівель і споруд можуть бути забезпечені застосуванням корозійностійких конструкцій. Створення таких конструкцій охоплює кілька найважливіших наукових напрямків:

1. Дослідження стійкості арматури бетону, сталевих зв'язок і з/б на нових в'яжучих, заповнювачів з використанням відходів виробництва. Розробка заходів забезпечення довговічності залізобетонних конструкцій при одночасному впливі агресивного середовища і навантаження.

2. Розробка бетонних і з/б конструкцій високої довговічності, корозійної стійкості й стійкості при біологічній корозії, що виготовляються за економічними технологіями з використанням відходів промисловості і сільського господарства. При цьому необхідно приділяти увагу вивченню:

- процесів внутрішньої корозії бетону при використанні місцевих сировинних матеріалів з підвищеним вмістом шкідливих домішок;

- процесів руйнування нових видів арматури при одночасному впливі на з/б конструкції силових навантажень різного характеру й агресивного середовища;

- оптимальних технологічних параметрів виготовлення нових видів високоміцних арматурних сталей, що забезпечують підвищення стійкості проти корозійного розтріскування, розробці захисних покриттів по арматурі і технології їхнього нанесення;

- нових видів захисних матеріалів з використанням вітчизняної сировини, критеріїв і методів оцінки їхньої довговічності;

- хімічних способів видалення продуктів корозії з поверхні арматури і корозійностійких складів для ремонту експлуатованих конструкцій.

3. Розробка і впровадження методів контролю параметрів якості і довговічності будівельної продукції на заводах-виготовлювачах.

У більшості випадків основними причинами пошкоджень є корозійні процеси, що розвиваються в результаті несприятливого впливу навколишнього середовища. Так, більшість шляхопроводів і мостів у містах, дорожні покриття руйнуються від застосування протиожеледних реагентів, через виділення в атмосферу двигунами автотранспорту та промисловими підприємствами оксидів азоту, сірчаного та інших газів, від розморожування бетону. Щорічні аварійні обвали комунальних тунелів, особливо колекторів стічних вод відбуваються в першу чергу внаслідок газової корозії металевих і залізобетонних елементів. Такі пошкодження мають місце на найдовших міських колекторах. Останнім часом поширилося ураження конструкцій цвілевими грибами, що за даними санітарних лікарів і екологів несприятливо позначається на здоров'ї людини, особливо дітей. Велику неприємність завдають будівельникам висоли на цегельних і бетонних конструкціях житлових і цивільних будинків і споруд.

За даними натурних обстежень, аналізу проектних матеріалів і експертної оцінки фахівців установлено, що агресивному впливові піддаються в різних галузях народного господарства від 15 до 75 % будівельних конструкцій будинків і споруд. Крім того, в останні роки почалося активне впровадження в практику будівництва нетрадиційних матеріалів для бетону і залізобетону (золи, шлаків, нових видів ефективних в'яжучих, хімічних добавок), нових видів арматурних сталей, що істотно впливає на довговічність конструкцій.

Зменшення маси будинків, індустріальність монтажу, архітектурна виразність дає дорогу новим видам конструкцій. Але зі зменшенням товщини «Полиць» і «Стінок» будівельні конструкції стали ще більш уразливими для корозії. Результатом цього є руйнування виробів часом навіть за одну зиму, а іноді до моменту здачі в експлуатацію будинку. Причиною, тут як правило, є погана якість бетону, неправильно підібране співвідношення в'яжучого і заповнювачів, використання забруднених реакційноактивних заповнювачів і цементів з підвищеним вмістом лугів, високе значення В/Ц, низька морозостійкість, високе водопоглинання бетону. Перелік цих факторів можна продовжити.

Немаловажну роль у збільшенні довговічності будівельних конструкцій відіграє культура виробництва та експлуатації, підвищення якості виробів при їх виготовленні. Вибір будівельних матеріалів і конструкцій, засобів їх захисту треба здійснювати залежно від проектного терміну експлуатації будівлі.

Серед загальних вимог до бетонних і з/б конструкцій на першому місці є довговічність конструкцій, яка крім наявності вихідних характеристик якості повинна задовольняти вимогам безпеки й експлуатаційної придатності з належним ступенем надійності протягом заданого терміну служби при різних видах впливу, таких як навантаження, кліматичні й технологічні фактори, поперемінне заморожування і відтавання, агресивний вплив і т.п. Наприклад, норвезькі норми проектування залізобетонних конструкцій зв'язують зовнішній вплив, який призводить до зниження довговічності, в основному з агресивністю довкілля, що розподіляється на спеціальні агресивні середовища, сильноагресивні середовища, помірноагресивні середовища, слабкоагресивні середовища. До першого виду відносяться середовища, що викликають сильний хімічний вплив і вимагають спеціальних додаткових заходів захисту. Другу групу складає морська вода або її краплі (бризи), агресивні гази, сіль або інші хімічні речовини, а також заморожування і відтавання у вологих умовах. Вплив третьої групи зазнають зовнішні або внутрішні конструкції у вологому середовищі, а також конструкції, занурені у звичайну воду. Остання група відноситься до внутрішніх конструкцій, які знаходяться у сухих неагресивних умовах.

Основними методами забезпечення довговічності на стадії проектування є гарантія забезпечення мінімальної товщини захисного шару й обмеження ширини розкриття тріщин.

Британські норми встановлюють категорії довговічності конструкції, поділяючи їх на такі:

1) ті, що підлягають заміні; 2) такі, що підлягають ремонту; 3) такі, що експлуатуються протягом усього терміну служби споруди.

При даному підході важливо врахувати таке поняття, як «критичний стан», який має на увазі значущість конструкції з погляду забезпечення її несучої здатності, складність ремонту або заміни і наслідки, що можуть виникнути при виході її з ладу. Очевидно, що для практичної реалізації такого підходу необхідна велика статистична інформація.

Сучасні європейські норми проектування залізобетонних конструкцій (Єврокод-2) не обмежуються декларацією необхідності забезпечення довговічності і включають аналіз впливів, поділяючи їх на впливи довкілля, хімічні, фізичні і непрямі впливи, розрахунок довговічності, вимоги до захисного шару, до матеріалів, провадження робіт і до якості їх виконання.

Ключовим питанням призначення необхідної довговічності конструкції або споруди при проектуванні є необхідний термін їх служби, що не нормується, але визначається замовником. Для тимчасових і унікальних споруд і будівель, що піддаються надзвичайному або незвичайному впливу, необхідний рівень довговічності повинен розглядатися на стадії проектування, а також можуть знадобитися зміни в заходах, що рекомендуються, з урахуванням прямого або непрямого впливу.

Класифікація умов навколишнього середовища в Єврокоді-2 в основному збігається з їх класифікацією в Україні і РФ. Довкілля розглядається як джерело хімічних і фізичних впливів, які безпосередньо діють на конструкція в цілому та на її окремі елементи і бетон зокрема. Але ці результати не включені до навантажень, які закладені в розрахунки.

Хімічний вплив може виникати внаслідок:

- експлуатації споруди, наприклад, яка використовується для зберігання рідини і т.п.);

- впливу довкілля;

- взаємодії з багатьма хімікаліями в газоподібному або рідкому стані, найчастіше розчинів кислот і сульфатних солей;

- вмісту хлоридів у складі бетону;

- реакцій між складовими бетону, наприклад, реакції луговмісних заповнювачів.

Фізичний вплив відбувається внаслідок:

- дії сил тертя;

- впливу заморожування і відтавання;

- водовсмоктування.

Непрямі впливи виникають унаслідок деформацій конструкції в цілому, окремих несучих або конструктивних елементів, викликаних навантаженнями, температурою, повзучістю, усадкою, мікротріщинами і т.д.

Забезпечення довговічності створюється шляхом:

- використання конструктивних форм, що потребують мінімального водоцементного відношення і води замішування;

- надання конструкціям або деталям розміру і форми, що забезпечують гарний водовідвід і відсутність застою води та тріщин, через які могла б просочуватися вода.

Опір корозії арматури для більшості залізобетонних споруд забезпечується захисним шаром високоякісного бетону з низькою проникністю. У більш складних умовах необхідно застосовувати додаткові захисні покриття арматури або бетону.

Бетони підвищеної довговічності одержують за рахунок керованого структуроутворення й активного впливу на структуроутворення на всіх етапах технології. Ці бетони відрізняються багатокомпонентністю складу, наявністю комплексних хімічних добавок, наповнювачів, додаткових компонентів. Вимоги висуваються також до в'яжучих речовин і заповнювачів. Попередні оцінки показують, що можливе створення бетонів з терміном служби більше 500 років.

Для одержання бетонів підвищеної довговічності треба забезпечити високу щільність і якість цементного каменю або твердої фази, що можливо за рахунок гідратації цементу разом з модифікаторами структури і додатковими компонентами і збереження резерву непрогідратованого цементу для усунення випадкових дефектів, що можуть виникнути при впливі зовнішніх факторів у період тривалої експлуатації.

Якість цементного каменю і його здатність пристосовуватися до зовнішніх і внутрішніх впливів визначається не тільки його щільністю, але і розмірами зерен та міжзерновою пустотністю.

Відповідно для бетонів підвищеної довговічності варто застосовувати цементи з питомою поверхнею 5000-6000 г/см² разом з модифікаторами, що перешкоджають агрегації часток у водному середовищі. Такі цементи сприяють більш ефективному використанню суперпластифікаторів, що дозволяє одержувати бетонні суміші з гранично низьким В/Ц і найвищою щільністю твердої фази. При цьому необхідно враховувати всі вимоги до цементів, які висувають для звичайного бетону з гарантованою морозостійкістю.

Спільне використання тонкодисперсних цементів і суперпластифікаторів забезпечує одержання більш тонкодисперсних новоутворень і в цілому дуже дрібнокристалічної структури цементного каменю, чому також сприяє правильний підбір мінералогічного складу цементу.

Істотний вплив на структуру бетону мають тонкодисперсні наповнювачі. Їх можна умовно поділити на дві групи:

- наповнювачі-розріджувачі цементу, що знижують його активність і за розмірами часток їх можна порівняти із зернами цементу (мелені шлаки, золи та ін.);

- ультратонкі наповнювачі – мікрокремнезем та інші, частки яких на порядок менше зерен цементу і можуть розташовуватися в пустотах між його зернами, сприяючи підвищенню щільності затверділого цементного каменю.

Для одержання бетону підвищеної довговічності необхідно міжзернові пустоти в бетоні заповнити новоутворами цементу, які при твердінні більш ніж у 2 рази збільшують об’єм твердої фази. Однак при високих В/Ц і малому ступені гідратації цементу новоутворів не вистачає для заповнення міжзернових пустот й у бетоні залишаються великі пори і капіляри, що різко знижують його морозостійкість. Введення ультратонких наповнювачів зменшує міжзернову пустотність бетону, дозволяє одержувати досить щільні й довговічні бетони при трохи підвищених В/Ц і гарантує стійкість бетону у випадках, коли зовнішній негативний вплив починається раніше, ніж цементний камінь достатньо прогідратує і бетон стане досить щільним.

Використання разом із суперпластифікаторами ультрадисперсних наповнювачів дозволяє одержувати бетони з низьким В/Ц і дуже незначним об’ємом міжзернових пустот. У цих умовах не відбувається повної гідратації навіть дуже тонкомолотих цементів і в бетоні зберігається достатня кількість непрогідратованих цементних зерен як гарантія самозаліковування дефектів, які можуть виникнути при впливі зовнішніх факторів у період експлуатації бетону. Для гарантії експлуатаційної надійності цей об’єм непрогідратованих зерен повинен складати не менше 10 % від первісного обсягу цементу.

Наповнювачі-розріджувачі в цих умовах використовують як регулятори міцності бетону, вони одночасно сприяють поглибленню гідратації цементу, що дозволяє впливати на структуроутворення бетону й у ряді випадків запобігати виникненню дефектів, що зменшує небезпеку тріщиноутворення.

Значний вплив на показники довговічності справляє і заповнювач. Крім відомих вимог до заповнювачів для бетонів, що експлуатуються в різних умовах, доцільно обмежувати розмір зерен заповнювача 10-20 мм або застосовувати дрібнозернисті бетони. Великий заповнювач зменшує опірність бетону руйнуванню втоми при поперемінному впливі морозу і відтаванні та інших факторів, що викликають неоднорідне поле внутрішніх напружень і температуро-вологісні градієнти й деформації.

У табл. 1 наведене порівняння властивостей звичайного і довговічного бетонів.

Таблиця 1 - Порівняльні показники звичайного і довговічного бетонів

Отже, підводячи підсумок вищесказаному, слід зазначити, що довговічність бетонних конструкцій завжди визначається внутрішніми і зовнішніми факторами.

Внутрішні фактори, у свою чергу, визначаються основними вихідними компонентами бетону, а саме цементом і заповнювачами:

- цемент (наявність вільних СаО, MgО, SO₃, N = N₂O –екв.;

- заповнювач (може бути активним стосовно лугів у вигляді К₂О + Nа₂O).

Зовнішні фактори:вологість;температура;забруднення повітря і води;хімічні, механічні та біологічні впливи.

Достатня довговічність досягається за допомогою наступних заходів:

- урахування вимог довговічності при проектуванні будівельних споруд (наприклад, виключення впливу опадів і агресивних середовищ);

- правильний вибір вихідних компонентів бетону;

- відповідний догляд за бетоном;

- захист бетону, наприклад, за допомогою просочення або покриття.

Недостатня довговічність бетону виявляється, коли споруди мають естетичні дефекти, тріщини в бетоні, зовнішні ознаки руйнування бетону (відколи, великі тріщини і т.п.), ознаки корозії.

Залежно від призначення та умов експлуатації конструкцій у кожному конкретному випадку найбільш важливими можуть бути такі властивості бетону:

- морозостійкість, а також опір заморожуванню при впливі розморожуючих засобів і відтавання бетону в момент будівництва;

- щільність бетону, що обумовлює опір проникненню в бетон агресивних розчинів і газоподібних середовищ, наприклад, при експлуатації резервуарів і сховищ;

- атмосферостійкість (опір атмосферному впливу);

- біостійкість, тобто стійкість до біологічних впливів, наприклад, до продуктів життєдіяльності мікроорганізмів;

- стійкість до карбонізації, тобто до проникнення СО₂ у зовнішні будівельні елементи або в тунельні споруди чи хлорвмісних розморожуючих засобів, що контактують з елементами мостів;

- стійкість до реакцій в самому бетоні, що викликають розширення, наприклад, у результаті реакції «луг + кремнієва кислота», утворення етрингіту, гідратації СаО;

- тріщиностійкість при термічних, вологісних, механічних і динамічних навантаженнях;

- стійкість до руйнування структури в результаті термообробки або дії вогню.

Для забезпечення довговічності бетону урахування тільки показника міцності при стиску є не достатнім. До безпосередніх показників довговічності відносяться:

1. Щільність, що обумовлює такі властивості, як:

- водонепроникність;

- водопоглинення при однобічному або об'ємному контакті з водою;

- газопроникність.

2. Опір перемінному заморожуванню і відтаванню у воді або в сольових розчинах, що оцінюється: втратою маси; зміною об’єму; деформаціями розширення.

3. Глибина карбонізації, а також глибина проникнення хлоридів, що визначається за допомогою:

- індикаторів або

- індикаторних реакцій.

4. Вплив агресивних середовищ, що визначається: за деформаціями розширення; втратою об’єму; втратою міцності; за допомогою ультразвуку.

Висока довговічність бетону забезпечується за допомогою таких заходів:

- підбором відповідної крупності заповнювачів;

- інтенсивним перемішуванням компонентів бетону;

- інтенсивним ущільненням (без розшарування);

- застосуванням пластифікаторів і засобів, що поліпшують легкоукладальності бетону;

- належним доглядом за бетоном (створення заданих температуро-вологісних умов).

Однією з головних причин зниження довговічності бетону є виготовлення бетонів низьких класів міцності із застосуванням високомарочних цементів, що призводить до збільшення В/Ц і одержання бетонів зі зниженою щільністю (підвищеним обсягом пор). Тому однаковий клас бетону не означає рівноцінну їхню довговічність. Висока довговічність вимагає високої щільності бетону.

Довговічність зовнішніх будівельних елементів з бетону досягається при:

- максимальному зниженні В/Ц;

- мінімальному вмісті цементу;

- обмеженні мінімальної товщини бетонного покриття;

- обмеженні максимально припустимого обсягу пор;

- обмеженні максимально припустимих розмірів тріщин;

- обмеженні вмісту необхідних пороутворюючих добавок.

Читайте також:

1. L2.T4/1.1. Засоби періодичного транспортування штучних матеріалів.
2. L2.T4/1.2. Засоби безперервного транспортування матеріалів. Транспортери.
3. L2.T4/1.3. Засоби дозування сипучих матеріалів.
4. БІОЛОГІЧНА КОРОЗІЯ БУДІВЕЛЬНИХ МАТЕРІАЛІВ
5. Будівельніх матеріалів та конструкцій
6. Бухгалтерський облік доходів і фінансових результатів підрядних будівельних організацій
7. Бухгалтерський облік основних засобів у підрядних будівельних організацій
8. Вибір будівельних машин, механізмів і технологічного транспорту для комплексної механізації монтажних робіт
9. Вивчення ринку сировини й матеріалів
10. Вивчення стороною захисту матеріалів кримінальної справи після закінчення досудового слідства.
11. Виготовлення виробів з полімерних матеріалів
12. Види фотоматеріалів

Переглядів: 2941