Около половины строительных конструкций зданий и сооружений в процессе эксплуатации подвергаются агрессивным воздействиям различного вида и интенсивности. Долговечность конструкций из бетона и железобетона обеспечивается согласно СНиП 2.03.11-85 «Защита строительных конструкций от коррозии» первичной защитой (за счет свойств собственно бетона и арматуры), а также вторичной защитой (за счет устройства противокоррозионных покрытий).
Сведения об имеющемся ресурсе противокоррозионных свойств бетона (первичная защита) необходимы для принятия решения об обеспечении заданного срока службы строительных конструкций, особенно тех, которые используются после обследования, а также проведения ремонтных и восстановительных работ.
Для бетона, находящегося в сложной агрессивной среде вводится количественный показатель в виде «меры коррозионного состояния». Под этим термином следует понимать совокупность свойств бетона, подверженных изменению при эксплуатации бетонных и железобетонных конструкций и определяющих его пригодность в качестве первичной защиты. Мера коррозионного состояния St выражается в виде произведения
; i=1,…,n, (1)
где xit – значение i-го признака на момент обследования (текущее значение xi); xik – значение i-го признака, соответствующее исчерпанию ресурса (пороговое значение xi). Ресурсом по данному параметру считается разность текущего и порогового значения в виде модуля |xit-xik|.
Оценка St в виде (1) имеет следующие свойства. Величина St возрастает (убывает), если хотя бы один из ресурсов, входящих в (1) параметров возрастает (убывает) при неизменности остальных. Оценка St=0 при исчерпании ресурса хотя бы по одному из параметров (xit=xik). Если величина xit выходит за пределы допускаемой области, ограниченной xik, она принимается равной xik.
Главными условиями, которые определяют возможность прогнозирования времени сохранения бетоном свойств первичной защиты, являются следующие:
- время, соответствующее значению St>0, включает эксплуатационный период от начала воздействия до момента обследования Тэ и прогнозируемый период от момента обследования до исчерпания бетоном ресурса по состоянию продолжительностью Тп;
- в обоих периодах при неизменяющихся параметрах эксплуатационной среды скорость исчерпания бетоном ресурса по состоянию принимается постоянной;
- величина Тп существенно зависит от величины израсходованного ресурса по состоянию и тесно связана со значением меры оценки начального состояния бетона строительной конструкции.
Темой работы является прогнозирование продолжительности периода сохранения бетоном защитных свойств и разработка мероприятий по обеспечению срока службы строительных конструкций в эксплуатационной среде.
Метод работы: Для количественной характеристики процессов, протекающих в бетоне строительных конструкций в период их службы, целесообразно использовать комплексную оценку, определяющую его коррозионное состояние в виде ограниченной совокупности изменяющихся во времени свойств, от которых зависит способность бетона выполнять функцию первичной защиты.
Сопротивляемость бетона агрессивным воздействиям зависит от главных свойств, формирующих его проницаемость и реакционную (химическую) активность по отношению к данной среде, например, капиллярного водопоглощения (w) и величины pH водной вытяжки соответственно.
Мера коррозионного состояния (St), согласно “Рекомендациям по обеспечению надежности и долговечности железобетонных конструкций промышленных зданий и сооружений при их реконструкции и восстановлении”, выражается как функция ресурса по модулям каждого из указанных параметров
, (2)
где индексы t и k соответствуют текущему и предельно допустимому значениям w и pH (wk=7%, pHk=11,5). При достижении последних бетон защитного слоя теряет свои защитные свойства (прекращает выполнять функции первичной защиты согласно СНиП 2.03.11-85 “Защита строительных конструкций от коррозии”).
Прогнозирование стойкости бетона выполняют на образцах, отобранных из защитного слоя эксплуатирующихся конструкций при их обследовании. Количество образцов, отбираемых для лабораторных исследований (определение w и pH) составляет не менее трех для каждой генеральной совокупности. Отобранные из конструкций образцы бетона должны иметь массу (в граммах) примерно в 10 раз превышающую наибольший размер крупного заполнителя (в мм).
Для определения капиллярного водопоглощения (w ,%) каждый образец помещают в водопроводную воду на время, соответствующее его полному водопоглощению, вплоть до постоянной массы (m1). Затем каждый образец помещают в сушильный шкаф, где он находится до тех пор, пока его масса не станет постоянной (m2). Величину капиллярного водопоглощения определяют с точностью до 0,1 % по формуле:
(3)
Значение рН водной вытяжки из растворной составляющей бетона определяют электрохимическим способом с помощью рН-метра с точностью до 0,01 единицы. Для этого растворную составляющую бетона измельчают в фарфоровой ступке до размера зерна 0,1 .0,5 мм. Навеску в 2 .3 г заливают 100 мл дистилированной воды и выдерживают в закрытом сосуде в течение 10 мин. Измерения проводят в течение 3 мин после отстаивания при постоянном перемешивании, производя для каждой пробы не менее трех определений рНt.
При вычислении величины So принято, что pHо=12,5. Величина wo в соответствии с таблицей 1 СНиП 2.03.11-85 “Защита строительных конструкций от коррозии” принята равной 5,7% для бетонов марки по водонепроницаемости W4 и 4,7% для бетона марки по водонепроницаемости W6.
Мера коррозионного состояния, соответствующая началу действия внешней среды, составляет
для бетона W4,
для бетона W6.
Прогнозируемый период сохранения бетоном свойств первичной защиты Tп определяют по формуле:
(4)
где Tэ - время (годы) от начала эксплуатации до настоящего обследования,
So - мера коррозионного состояния, соответствующая началу действия эксплуатационной среды, St - характеристика коррозионного состояния на время обследования, вычисленная по формуле (2), K1 – коэффициент, учитывающий изменение степени агрессивности среды после ремонта (табл.1).
Таблица 1 – Значения коэффициента К1 при изменении степени агрессивности эксплуатационной среды
Степень агрессивности среды
Значения
К1
до ремонта
после ремонта
слабая
слабая
средняя
средняя
сильная
сильная
средняя
сильная
сильная
слабая
средняя
слабая
0,7
0,5
0,8
1,5
1,2
1,8
Примечание. В случае, когда степень агрессивности среды остается после ремонта без изменения К1=1.
В случае, когда рассчитанное значение Тп оказывается меньшим, чем время до ближайшего капитального (планового) ремонта, для обследуемой конструкции необходимо дополнительно применить «вторичную защиту». Эффект от ее применения учитывается коэффициентом K2 (табл. 2) в выражении
. (5)
Таблица 2 – Значения коэффициента К2 при применении вторичной защиты
Характеристика вторичной защиты
Значения К2
Облегченная
Нормальная
Усиленная
1,5
3,0
5,0
Примечание. Вид вторичной защиты выбирают согласно действующим инструктивным документам.
Все расчеты по определению меры коррозионного состояния St следует выполнять с точностью до четырех значений цифр, а величину Tп следует округлять до одной значащей цифры.
При выборе мероприятий по обеспечению долговечности строительной конструкции после проведения ремонта необходимо учитывать, что капитальный (плановый) ремонт производственных зданий выполняют каждые 15 .20 лет, а жилых и гражданских каждые 25 .30 лет.
В тех случаях, когда значение Тп не может быть увеличено с помощью коэффициента К2 до значения, равного или большего по продолжительности периоду между капитальными ремонтами (или окончанию срока службы), необходимо произвести удаление прокоррозировавшего защитного слоя с последующей его заменой новым бетоном. При этом марка такого бетона по водонепроницаемости должна быть не ниже первоначальной, предусмотренной проектом.
В данной курсовой работе обследуется фундамент открытой эстакады, эксплуатировавшийся 17 лет (капитальный ремонт производился после 15 лет эксплуатации), оказалось, что отобранные из конструкции образцы характеризуются величиной капиллярного водопоглощения 5,1 %, а значение pH водной вытяжки 11,86 единицы.
Следует определить, какой период Tп бетон указанной конструкции будет сохранять свойства первичной защиты, если степень агрессивности эксплуатационной среды после ремонта (см. табл. 1) не изменяется. В случае, когда первичная защита не может обеспечить требуемое значение Tп, необходимо использовать вторичную защиту: облегченную, нормальную и усиленную (см. табл. 2).
Результаты расчета Tп приведены в табл. 3.
Учитывая, что капитальный (плановый) ремонт производился 2 года назад, то до следующего капитального ремонта необходимо обеспечить долговечность обследованного фундамента открытой эстакады как минимум на 13 лет. Указанный срок может быть достигнут при использовании нормальной вторичной защиты и тогда значение Тп полученное расчетом (см. табл. 3) необходимо увеличить в 3 раза (см. табл. 2), получив в результате значение
7,41 3,0 = 22, 23 года
Таблица 3 – Результаты расчета прогнозируемого периода сохранения бетоном защитных свойств
Объект, конструкция
pHt
wt
St=(4)×(5)
So-St=So-(6)
Tэ
Tп=(9)×(8)× k1
=К2×(10)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Фундамент открытой эстакады
11,86
5,1
0,0313
0,2714
0,0085
0,0195
0,4359
17
7,41
22,23
Примечания:
1. В скобках находятся номера столбцов, значения характеристик в которых используются при расчете.
2. Расчеты проводятся для бетонов марок по водонепроницаемости: W4 (So=0,016), W6 (So=0,028), W8 (So=0,032).
Вывод
В промышленности и в открытых условиях городской среды в агрессивных условиях эксплуатируется от 20 до 70 % строительных конструкций, а на долю антикоррозионных мероприятий приходится 5-20 % стоимости строительно-монтажных работ.
В условиях реконструкции и капитального ремонта зданий достигаемые качество и долговечность железобетонных конструкций, гидроизоляции, антикоррозионной защиты, как правило, ниже, чем при новом строительстве.
Проектированию реконструкции обычно предшествуют обследование конструкций, оценка их коррозионного состояния, а в ряде случаев и прогнозирование долговечности.
Данная курсовая работа позволяет определить продолжительность периода сохранения бетоном из обследуемой конструкции его защитных свойств в заданных условиях эксплуатации. Полученные результаты позволят, по необходимости, разработать план мероприятий (восстановительных и антикоррозионных работ) по вторичной защите данной конструкции.
Вторичная защита назначается в случаях, когда по результатам прогнозирования долговечности конструкций первичная защита не обеспечивает требуемого их срока службы.
При правильном выборе видов и способов первичной и вторичной защиты строительных конструкций с учетом особенностей выполнения общестроительных и специальных работ может быть достигнуто значительное сближение периодов физического и морального износа эксплуатируемой конструкции, что позволит получить существенную экономию средств, материалов и трудозатрат.
Литература
1. Бойко М.Д. Техническое обслуживание и ремонт зданий и сооружений. – Л.: Стройиздат, 1986. – 256 с.
2. Дубницкий В.Ю., Чернявский В.Л. Прогнозирование стойкости бетона при сложных агрессивных воздействиях на основе оценки величины коррозионного состояния // Известия вузов. Строительство и архитектура. -№1. – 1990. – С.122-125.
3. Рекомендации по обеспечению надежности и долговеч ности железобетонных конструкций промышленных зданий и сооружений при их реконструкции и восстановлении // Харьковский Промстройниипроект. – М.: Стройиздат, 1990. - 176 с.
4. Рекомендации по оценке состояния и усилению строительных конструкций промышленных зданий и сооружений // НИИСК. – М.: Стройиздат, 1989. – 104 с.
5. Рекомендации по оценке состояния железобетонных конструкций при эксплуатации в агрессивных средах // НИИЖБ. – М.: Стройиздат, 1984.–34 с.
6. Руководство по эксплуатации строительных конструкций производственных зданий промышленных предприятий // ЦНИИпромзданий. – М.: Стройиздат, 1981. – 56 с.