Бетон.ру

Железобетонные конструкции, особенно те, которые находятся в условиях морского климата или агрессивных сред, интенсивно разрушаются. Ремонт этих конструкций требуют огромных затрат и в дальнейшем эти затраты будут возрастать. По оценке Ассоциации генеральных подрядчиков США, затраты связанные с ремонтом элементов инфраструктуры на период в 19 лет составит 3.3 триллиона долларов. Затраты на ремонт элементов инфраструктуры США, из-за с коррозии арматуры составляют 100 миллиардов долларов в год. Также признано, что когда стоимость ремонтов преждевременно вышедших из строя железобетонных конструкций достигнет угрожающего уровня, большинство отремонтированных конструкций будут нуждаться в повторном ремонте из-за нарушения технологии ремонтов. Необходимо осознать, всем кто имеет какое либо отношение к железобетонным конструкциям или к их ремонту, что отремонтированная железобетонная конструкция представляет собой комплекс систем с неоднородными механическими электрохимическими характеристиками. Долговечность конструкции после ремонта может значительно снизиться. Заключение о долговечности конструкции требует системной оценки и методов. Основоположником системного подхода в изучении проблемы или явления следует считать Аристотеля. Основной принцип системного подхода сформулировал Аристотель в своем изречении: Целое это больше чем сумма компонентов.

Долгие годы существовало мнение, что железобетон надежный и долговечный строительный материал. В чем причина резкого нарастания затрат связанных с ремонтом и содержанием элементов инфраструктуры? Щелочная среда бетона образует пассивационный слой на поверхности арматуры. В результате долговременного взаимодействия бетона с углекислым газом и растворами солей идет реакция карбонизации, PH среды снижается, , начинаются процессы коррозии. При значениях PH бетона выше 10 коррозионные процессы в конструкции не идут. В железобетонной конструкции происходят процессы, аналогичные тем, которые происходят в щелочном аккумуляторе или в батарейке. Батарейка разряжается, когда заканчиваются реактивы, коррозия железобетонной конструкции прекратиться, когда вся арматура превратится в ржавчину. Для повышения коррозионной устойчивости арматуры в бетон вводят ингибиторы коррозии применяют имплантированные гальванические катоды. Биполярные молекулы ингибитора коррозии образуют на поверхности арматуры устойчивую защитную пленку в результате чего ионы солей не могут контактировать с металлом, в результате этого компоненты гальванической системы разомкнуты, электрохимические процессы в конструкции остановлены.

Ингибиторы коррозии можно добавлять в бетон, ремонтные смеси, или наносить на поверхность существующих конструкций. Пример применения ингибитора коррозии представлен на цветной вкладке. Раствор ингибитора проникает на глубину до 50 мм. В настоящее время при строительстве электростанций, конструкции изготавливаются с добавками ингибитора коррозии. Норвежская фирма Norsk Hydro, производит ингибитор коррозии NitCal, продажи этого химиката на строящиеся объекты составляют более одного миллиона тонн в год. При ремонте карбонизированных или насыщенных хлоридами участков бетона, начинается коррозия арматуры в прилегающих участках конструкции, в результате такого ремонта образуется "горячая точка." Через 2-3 года потребуется снова ремонтировать этот участок. Принцип действия гальванической защиты следующий: При контакте двух разнородных металлов, сначала корродирует металл, имеющий более высокую отрицательную ЭДС. Вместо арматуры корродирует анод, установленный в ремонтный участок. Этот метод позволяет на десятки лет остановить коррозию арматуры. Устойчивость конструкции к разрушению из-за коррозии арматуры зависит от плотности бетона, способов уплотнения и ухода. В результате вибрирования и пропаривания в верхнем слое ( положение при изготовлении) в результате выхода воздуха и воды, образуются капилляры, называемые каналами просачивания. Через эти микро каналы в бетон поступает вода и растворы агрессивных солей, ускоряющие коррозию. Несущие колонны каркаса имеют разную степень пористости. Неоднородность свойств бетона в конструкции также стимулирует электрохимические процессы. При выборе технологии защиты конструкции от коррозии следует учитывать характеристики бетона.

Технология ремонта и защиты железобетонных конструкций от коррозии арматуры:

1. На стадии бетонирования. В бетон на растворном узле добавляется ингибитор коррозии, пластификатор, полимерные волокна. Пластификатор позволяет в десятки раз снизить водопроницаемость конструкции. Волокно исключает образование усадочных трещин, что также повышает водонепроницаемость и газовую плотность бетона.
   
2. Ремонт конструкций с заменой разрушенных участков. Карбонизированный бетон имеет PH ниже 10, нормальный бетон имеет PH 11-13. При ремонте необходимо удалить весь карбонизированный бетон. Однако из-за неоднородности электрохимических свойств ремонтного участка и ненарушенного бетона, коррозию остановить невозможно. Проблема решается с помощью имплантированных анодов как об этом рассказано выше.
   
3. Обработка поверхности конструкций сеалантами типа Granit-28 и полимерцементными композитами. Granit-28 реагирует со свободной известью бетона. В порах и трещинах образуется плотная кристаллическая структура не пропускающая воду но позволяющая бетону дышать. Наружный слой бетона, обработанный сеалантом работает как полупроницаемая мембрана, не пропуская влагу в конструкцию. В результате изменения суточных и сезонных температур, влажность бетона конструкции снижается до 3-6%. Коррозия при этих значениях влажности останавливается. В случае, если защитный слой начал разрушатся целесообразно выполнить защиту поверхности полимер цементным композитом. На производственной базе OU ALBEKA в 1998 году был выполнен натурный эксперимент по защите разрушенного защитного слоя и остановке коррозии арматуры. Описание эксперимента. Была проведена защита поверхности керамзитобетонной панели полимерцементным композитом слоем 0.5- 0.8мм. Панель изготовлена на Дубровском заводе железобетонных конструкций (г. Кировск Ленинградской области) в 1976 году. Плоскость стены ориентирована с юга на север. Доминирующее направление ветров – западное. В начале эксперимента имело место незначительное разрушение защитного слоя. Через четыре года разрушение защитного слоя увеличилось на незащищенном участке. На защищенном участке разрушений нет. Причина надежной защиты в полупроницаемой мембране на поверхности панели. В результате снижения влажности керамзитобетона процес коррозии прекратился. Стены тепловых станций Санкт- Петербурга и северозападного региона выполнены из аналогичных панелей. Разрушения, которые можно видеть на фотографии можно видеть повсеместно.
   
4. Обработка поверхности конструкции ингибитором коррозии. Раствор мигрирующего ингибитора коррозии наносят на поверхность бетона, через 10-20 дней на поверхности арматуры образуется защитная пленка. Для бетона изготовленного из сланцезольного цемента эффективность ингибитора может снижаться из-за низкой водопроницаемости.
   
5. Планирование затрат на содержание и ремонт элементов инфраструктуры. Научно технический отдел корпорации Corrosion Control Technology сформулировал взаимосвязь между затратами на ремонт железобетонных конструкций, выполненных на разных временных промежутках срока службы конструкции. Эта зависимость известна как "Закон пяти". Один доллар затраченный дополнительно на стадии и изготовления конструкции эквивалентен пяти долларам затрат на интервале расчетного срока службы конструкции и двадцати пяти долларам на временном интервале первых разрушений. И эти затраты в 25 долларов эквивалентны 125 долларам, которые необходимо затратить на ремонт при частичной потере конструкцией несущей способности. Очевидно, что ремонт отдельных мест с установкой имплантированных анодов в 25 раз дешевле больших ремонтов и вероятно в 125 раз дешевле стоимости работ связанных с усилением конструкций при частичной потере несущей способности.

Автор: Аркадий Смородинский

Материал публикуется на портале БЕТОН.РУ с личного разрешения директора компании "ALBEKA OU" (Эстония) Аркадия Смородинского. Компания "ALBEKA OU" действует на строительном рынке Эстонии с 1992 года.