Корозійна стійкість залізобетонних конструкцій у заволожених та засолених середовищах

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

ДЕРЖАВНЕ ПІДПРИЄМСТВО ДЕРЖАВНИЙ НАУКОВО-ДОСЛІДНИЙ

ІНСТИТУТ БУДІВЕЛЬНИХ КОНСТРУКЦІЙ

05.23.01 - Будівельні конструкції, будівлі та споруди

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Корозійна стійкість залізобетонних конструкцій у заволожених та засолених середовищах

Парнета Богдан Зіновійович

Київ - 2009

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано в Державному підприємстві Державний науково-дослідний інститут

будівельних конструкцій Міністерства регіонального розвитку та будівництва України

Науковий керівник

доктор технічних наук, професор

Лучко Йосип Йосипович

Професор кафедри рухомого складу і колії Львівської філії Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту ім. академіка В. Лазаряна

Офіційні опоненти

доктор технічних наук, професор

Савицький Микола Васильович,

проректор з наукової роботи Придніпровської державної академії будівництва і архітектури (м. Дніпропетровськ) Міносвіти України

кандидат технічних наук, доцент

Коваль Петро Миколайович,

директор Державного дорожнього науково-дослідного інституту

ім. М.П. Шульгіна (м. Київ) Державна служба автомобільних

доріг України “Укравтодор

Захист відбудеться „ 25 ” березня 2009 р. о 1600 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 26.833.01 Державного підприємства Державного науково-дослідного інституту будівельних конструкцій Мінрегіонбуду України, м. Київ за адресою: 03680, м. Київ-37, вул. Івана Клименка, 5/2, зал засідань.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Державного підприємства Державного науково-дослідного інституту будівельних конструкцій Мінрегіонбуду України, м. Київ.

Автореферат розісланий „ _23_ ” __лютого____ 2009 р.

Загальна характеристика роботи

Актуальність роботи. Експлуатаційні впливи, яким піддається більшість будівельних конструкцій, спричиняють корозійні процеси, основною причиною яких є нестаціонарність параметрів середовища, в якому їх експлуатують. Агресивні середовища переважно характери-зуються чітко вираженою періодичністю дії, що зумовлено кліматичними умовами та особли-востями виробничого циклу на промислових підприємствах.

Бетонні та залізобетонні конструкції зазнають дії агресивних середовищ, які зумовлюють локальне корозійне руйнування і пришвидшують втрату несучої здатності об'єктів, якщо не вживати відповідних заходів щодо їх захисту. Захисту також потребують конструкції будинків старої забудови, що зазнають впливу заволоженості та засоленості через відсутність або пошко-дження вертикальної та горизонтальної гідроізоляцій.

Одним з методів захисту бетонних та залізобетонних конструкцій, що перебувають в умовах заволоженості та засоленості є метод просочення антикорозійними розчинами. У розроб-ках з цієї тематики не для всіх конструктивних елементів розроблено математичний апарат для визначення тривалості такого насичення, а в передумовах постановки задач з просочення не враховано фізико-механічних характеристик структури бетону.

Критичний огляд експериментальних досліджень засвідчив, що в працях багатьох авторів спостерігається деяка неоднозначність щодо заповнення пор конструкцій антикорозійними рідинами, а також недостатньо вивчено розповсюдження вологості всередині масиву виробу та швидкість просочення бетонних та залізобетонних елементів будівель і споруд відповідними розчинами в часі. Недостатньо досліджено вплив комплексних хімічних додатків поліфункціо-нальної дії на характеристики міцності та деформативності бетонних та залізобетонних конструк-цій протягом певного періоду часу.

Тому актуальними з теоретичного та практичного погляду є дослідження, спрямовані на створення аналітичних методик розрахунку надійності і корозійної тривкості заволожених та засолених бетонних і залізобетонних конструкцій, а також впровадження відповідних технологій ремонту таких конструкцій з прогнозом ресурсу їх подальшої експлуатації.

Незважаючи на певну кількість публікацій з цієї тематики, відповідні заходи щодо ресурсу таких конструкцій та їх корозійної стійкості висвітлено недостатньо.

Ця робота присвячена аналітичним і експериментальним дослідженням заволоженості та засоленості бетонних і залізобетонних елементів конструкцій, що є першопричиною руйнування конструкцій тривалої експлуатації, розробленню заходів для запобігання цих негативних явищ.

Зв'язок роботи з науковими програмами. Робота виконана в межах науково-дослідних робіт за програмами та темами: „Обстеження конструкції басейну будівлі готелю „Прикарпаття” в м. Трускавці і розробка технічної документації щодо подальшої безпечної експлуатації” - г/д № 0050 від 04.04.2006 р.; „Обстеження фундаментів під розгрузочними опорами ГПА №№ 1, 2, 3, 4 та експертні висновки з розробкою проекту посилення фундаментів” - г/д № 1/06/05 від 04.04.2006 р.; „Обстеження фундаментів АВО газу на компресорній станції „Опори ІІ” і розробка проектних пропозицій по заміні кріплень електродвигунів” - г/д № 01/06/05 від 01.09.2006 р. У зазначених роботах автор виконував обов'язки відповідального виконавця.

Мета роботи: Узагальнити і науково обґрунтувати теоретичні основи математичного моделювання просочення бетону та залізобетону, аналітично оцінити і експериментально досліди-ти вплив заволоженості та засоленості на експлуатаційні властивості конструкцій.

Для досягнення поставленої мети необхідно розв'язати такі основні науково-технічні завдання:

- узагальнити та науково обґрунтувати теоретичні основи моделювання процесу просо-чення бетонних і залізобетонних конструкцій з урахуванням мікромеханіки структури та фізико-хімічної специфіки корозійного руйнування;

- розробити методику визначення часу просочення бетонних та залізобетонних конструкцій;

- експериментально дослідити процеси заволоженості та засоленості на зразках з бетону; залізобетонний конструкція заволожений корозійний

- розробити методику оцінки корозійної тривкості заволожених та засолених бетонних і залізобетонних конструкцій;

- створити відповідні технології ремонту заволожених та засолених залізобетонних конструкцій з прогнозом ресурсу їх подальшої експлуатації;

- дослідити вплив домішок до бетону для підвищення його корозійної тривкості, що має велике значення для захисту арматурних стрижнів у залізобетонних конструкціях.

Об'єкт досліджень - бетонні та залізобетонні конструкції і їхні елементи, які експлуату-ються в заволожених та засолених середовищах.

Предмет досліджень - бетонні та залізобетонні конструкції, що перебувають під одночас-ним впливом навантаження та корозійного середовища.

Достовірність теоретичних і експериментальних результатів, викладених у дисертації, підтверджена результатами експериментальних досліджень на лабораторних зразках та натурних конструкціях, а також порівнянням їх в окремих випадках з літературними даними.

В експериментах використано методи механічних та хімічних досліджень матеріалів і конструкцій відповідно до існуючих стандартів: акустичної емісії, теплової, склерометричної металографії, тензометрії, оптичної мікроскопії й ультразвукової дефектоскопії та статистичного опрацювання результатів.

Наукова новизна одержаних результатів:

- теоретично обґрунтовано рівняння руху рідини в пористому середовищі та одержано функції залежності зміни насиченості залізобетонних конструкцій антикорозійною рідиною від координати та фронту просочення, а також залежність координати фронту просочення від загаль-ного ступеня просочення і проникливості;

- отримано розв'язок задачі та залежності для просочення суцільного циліндричного бруса антикорозійною рідиною залежно від тривалості та глибини просочення виробу;

- вперше експериментально досліджено процеси заволоження та засолення бетонних зразків, їхню інтенсивність залежно від товщини зразків та класу бетону. Встановлено, що засо-лення зразків безпосередньо залежить від величини заволоження конструкції;

- на основі виконаних експериментальних досліджень встановлено процес просочення (за-воложення та засолення) бетонних конструкцій з врахуванням фізико-хімічної специфіки корозійного руйнування та визначено час стабілізації заволоження та засолення в таких конструкціях;

- розроблено нові композиційні матеріали для влаштування вертикальної гідроізоляції і захисту бетонних та залізобетонних конструкцій від заволоженості та засоленості;

- вдосконалено інструменти для реалізації методики влаштування горизонтальної гідроізо-ляції ін'єкційним методом;

- розроблено сучасну методику та технологію влаштування горизонтальної гідроізоляції залізобетонних та бетонних конструкцій.

Практичне значення одержаних результатів. На основі одержаних теоретичних та експериментальних даних розроблено методику та технологію ремонтно-відновлювальних робіт бетонних та залізобетонних конструкцій будівель і споруд тривалої експлуатації, що значно підвищує їхню довговічність та корозійну стійкість.

Технологічна схема послідовності виконання горизонтальної та вертикальної гідроізоляції із застосуванням нових полімеризаційних матеріалів і комплексних добавок та удосконаленого пристосування - пістолета-ін'єктора - розроблена і використана на реальних об'єктах як промис-лового, так і громадського призначення для посилення бетонних і залізобетонних конструкцій та виконання гідроізоляційних робіт. Здійснено апробацію цієї методики та технології на багатьох об'єктах. Зокрема, під час ремонту конструкцій басейну в будівлі готелю „Прикарпаття” („Ріксус”); фундаментів під розвантажувальними опорами ГПА насосної станції „Опори”; фундаментів АВО газу на компресорній станції „Опори ІІ”; реконструкції готелю „Дністер” в м. Львові та інших об'єктів, що дало змогу значно продовжити термін експлуатації цих об'єктів та дало значний економічний ефект.

Особистий внесок здобувача полягає в виконанні експериментальних досліджень, опрацюванні отриманих результатів та впровадженні результатів роботи на реальних об'єктах, формулюванні основних положень і висновків. Автор дослідив основні рівняння фільтрації багатофазних рідин у пористому середовищі. Математично змоделював просочення бруса круглого перерізу антикорозійною рідиною [1 - 4]. Здобувач розробив програму експеримен-тальних досліджень заволоженості та засоленості бетонних та залізобетонних зразків. Відпрацював технологію влаштування горизонтальної гідроізоляції на бетонних та залізобетонних стінах і фундаментах [7, 8, 10, 11, 13, 16]. Дисертант проаналізував теоретичні питання дослідження корозії та вплив добавок на міцність і експлуатаційні властивості бетонних та залізобетонних конструкцій [5, 6, 12, 17]. Впровадив розроблену технологію горизонтальної та вертикальної гідроізоляції під час виконання ремонтно-відновлювальних робіт на реальних об'єктах [9, 14, 15, 18].

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи автор доповідав на наукових конференціях, симпозіумах і семінарах, зокрема на VI Міжнародному симпозіумі „Механіка і фізика руйнування будівельних матеріалів та конструкцій” (Ужгород, 2005); Міжнародній науково-технічній конференції, присвяченій 75-й річниці Одеської державної академії будівництва та архітектури (Одеса, 2005); ІІ Міжнародній конференції „Ресурс і безпека експлуатації конструкції, будівель і споруд” (Харків, 2005); IV Міжнародній конференції „Карпатський трамвай” (Львів - Сколе - Вигода, 2005); IV науково-технічній конференції „Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди” (Рівне, 2005); науково-технічному семінарі „Структуроутворення, міцність та руйнування композиційних будівельних матеріалів і конструкцій” (Одеса, 2005); Міжнародній науково-практичній конференції „Механіка і фізика руйнування будівельних матеріалів та конструкцій” (Львів - Дубляни, 2006); науково-практичному семінарі „Сучасні проблеми проектування, будівництва та експлуатації споруд на шляхах сполучення” (Київ, 2006); V науково-практичному семінарі „Діагностика, довговічність та рекон-струкція мостів і будівельних конструкцій” (Львів, 2007).

Публікації. Результати роботи викладені в 18 наукових працях, зокрема 15 - у вітчизняних наукових фахових виданнях та у патенті на корисну модель, 2 - у матеріалах і тезах доповідей вітчизняних та міжнародних конференцій, симпозіумів і семінарів.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів і висновків, списку літературних джерел та додатків. Загальний обсяг дисертації становить 163 сторінки комп'ютерного набору (основний текст 133 сторінки, 51 ілюстрація, 20 таблиць та 3 додатки на 11 сторінках). У бібліографії зазначено 157 назв використаних літературних джерел.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність роботи та необхідність виконання досліджень, пов'язаних з підвищенням корозійної стійкості бетонних та залізобетонних конструкцій будівель і споруд, сформульовано мету і завдання досліджень, показано її наукову новизну та практичне значення, наведено дані апробації результатів і визначено особистий внесок здобувача.

У першому розділі проаналізовано результати теоретичних і експериментальних досліджень просочення та корозії бетонних і залізобетонних конструкцій. Основну увагу приділе-но питанням антикорозійного захисту елементів будівельних конструкцій, що працюють у заволожених та засолених середовищах. Дослідженням корозії бетону, арматури і залізобетону займалися багато фахівців. Зокрема А.М. Бамбура, Є.М. Бабич, О.Б. Голишев, П.М. Коваль, Ю.Р. Колесник, А.І. Лантух-Ляшенко, Й.Й. Лучко, В.В. Мозговий, Т.А. Молодченко, М.В. Савицький, Л. Чарнецький, Л.М. Чернявський, Л.О. Шейніч та ін.

Серед великої кількості робіт, присвячених дослідженню корозійних процесів у залізобетонних конструкціях, недостатньо досліджень, в яких розроблено математичний апарат для визначення тривалості насичення антикорозійними розчинами. Також багато авторів в передумовах постановки задач з просочення не враховують фізико-механічних характеристик деградованої та недеградованої структури бетону.

Бетонні та залізобетонні конструкції майже завжди перебувають під одночасною дією як силового навантаження, так і агресивного середовища. Актуальною є проблема збереження конст-рукцій промислових виробництв, оскільки вони зазнають значного корозійного впливу. Експери-ментальні дослідження просочення та корозії бетонних і залізобетонних конструкцій розглянуто в працях А.М. Бамбури, З.Я. Бліхарського, А.В. Грішина, В.С. Дорофеєва, П.М. Коваля, Й.Й. Лучка, Л.М. Чернявського, Л.О. Шейніча та ін.

У висновках багатьох дослідників спостерігається деяка неоднозначність в питаннях експериментів з заповнення пор конструкцій антикорозійними рідинами та недостатньо вивчено кінетику та процеси, які відбуваються під час просочення елементів будівель і споруд відповідними розчинами в часі.

Питання впливу добавок на міцність та експлуатаційні властивості бетонних і залізобетонних конструкцій та особливості виготовлення бетонів і сухих сумішей висвітлені в роботах М.М. Жука, Ф.М. Іванова, І.І. Кархута, Ю.І. Орловського, Х.С. Соболь, В. Степанової, Л.Г. Шпинової, Л.О. Шейніча та ін.

Однак, детальнішого дослідження потребують питання оптимізації та систематизування вибору добавок з точки зору широкого загалу споживачів. Потребує вдосконалення методика оптимізації кількості добавок залежно від витрат та якості цементу.

На основі аналізу літературних джерел сформульовано висновки, згідно з якими поставлено мету дисертаційної роботи, визначені завдання, які необхідно було розв'язати під час її виконання.

У другому розділі викладені теоретичні дослідження просочення та корозії бетонних та залізобетонних конструкцій [1, 2, 3, 4].

Проаналізувавши процес фільтрації багатофазних рідин, було встановлено, що основними характеристиками руху антикорозійної рідини в пористому середовищі є насиченість нею та швидкість її руху. Для описування руху рідини в межах моделі суцільного середовища вводять ха-рактеристики усередненого руху. Масштаб руху визначається характером розподілу фаз у порах. Вимірюючи насиченість у кожному перерізі, можна побудувати криві і (рис. 1, а). Враховуючи це, в цьому випадку закон фільтрації для кожної з фаз можна записати так:

, (1)

де безрозмірні функції - відносні проникності, а добутки - фазові проникності. Якщо сили інерції невеликі, то функції залежать тільки від безрозмірних параметрів .

а	b
Рис. 1. Характер зміни функцій: а - функції Леверетта від насиченості порового простору антикорозійним розчином; b - функції проникнення від насиченості тіла антикорозійним розчином; 1 - більше змочувальна рідина, 2 - менше змочувальна рідина

Зі зростанням насиченості фази від нуля до одиниці проникність також змінюється від нуля до одиниці. Тому можна вважати, що вид функції , як і визначається структурою порового простору. Криві залежності відносної проникності від насиченості однієї з фаз (наприклад, більше змочувальної) мають, зазвичай, несиметричний вигляд (рис. 1, b).

	Встановивши основні закономірно-сті фільтрації багатофазних рідин у порис-тому середовищі, досліджено основні рів-няння руху рідини. Врахувавши умови не-розривності зміни маси в часі в елемен-тарному об'ємі, визначаємо її як суму мас на гранях (рис. 2). Наприклад, витрати че-рез площинки ABCD і EFGH визнача-ються за формулою: . (2) Аналогічно визначивши витрати че-рез решту граней та врахувавши перепад гідростатичного тиску і припустивши, що швидкість просочування підлягає закону
Рис.2. До визначення диференціального об'єму просочуваного середовища у сферичних координатах

Дарсі, отримано систему рівнянь (3), яка описує процес просочення:

(3)

де - коефіцієнт фільтрації; - геометрична характеристика середовища; - динамічна в'язкість; - радіус пори; - насиченість просочувальною рідиною; - висота перерізу на рівні вільної поверхні змочувальної рідини.

Отже, на основі дослідження системи рівнянь (3) руху рідини в пористому середовищі отримано функції залежності зміни насиченості конструкції антикорозійною рідиною від координати фронту просочування, які можна практично використовувати для забезпечення антикорозійного захисту будівельних конструкцій, що ґрунтується на поверхневому просоченні пористих цементних матеріалів. У разі поверхневої кальматації фіксація в порах і капілярах бетону компонентів просочуваної композиції і продуктів їх взаємодії з мінералами цементного каменю призводить до ущільнення поверхневого шару важкорозчинними з'єднаннями.

Просочення антикорозійною рідиною розглянуто на прикладі математичної моделі суцільного бруса (рис. 3) круглого перерізу радіуса , центр якого розташований на відстані від вільної поверхні антикорозійної речовини, яка знаходиться на висоті від дна деякого резервуара.

Рис.3. Розрахункова схема математичної моделі просочування залізобетонного суцільного бруса круглого перерізу

Застосувавши систему рівнянь (3) для розрахункової схеми математичної моделі просочування залізобетонного суцільного бруса круглого перерізу (рис. 3), отримали відповідні залежності просочення.

Зокрема, розв'язавши задачу просочування бруса круглого перерізу антикорозійною ріди-ною, запропоновано режим, що залежить від глибини просочування виробу в часі, а також визначено час завершення просочування. Застосування отриманих результатів дає змогу підвищити довговічність, міцність та корозійну стійкість бетонних та залізобетонних виробів циліндричної форми. Залежності насиченості від глибини та часу просочування є зручними для практичного використання і унеможливлюють перевитрати антикорозійних матеріалів.

Досліджено кінетику адсорбції речовин пористими адсорбентами. Враховуючи дифузію у двох середовищах, а саме - у пористому просторі адсорбенту і в адсорбованій фазі, та прогнозуючи перебіг адсорбції, було сформульовано модель цього процесу, яку можна описати таким базовим диференціальним рівнянням:



,	(4)

; ,

де - концентрація адсорбованої речовини у пористому просторі адсорбенту; - концентрація тієї самої речовини в адсорбованій фазі; - коефіцієнт дифузії речовини в адсорбованому просторі; - коефіцієнт дифузії адсорбованої на стінках пор речовини; - радіус, - час, - біжучий радіус.

Отже, зі збільшенням адсорбція відбувається швидше; якщо , то до збільшення процес мало чутливий, але якщо , то із збільшенням адсорбція сповільнюється. Це дає можливість раціонально встановити той час, за який доцільно контактувати частині адсорбенту із середовищем, із якої адсорбується цільовий компонент.

У третьому розділі описано експериментальні дослідження заволоженості та засоленості бетону [7, 8, 10, 11, 13].

Характеристики матеріалів та програму досліджень зразків підбирали так, щоб можна було оцінити залежність основних властивостей бетонів двох різних марок від їх кубикової міцності і впливу вказаної міцності на рівень підняття капілярної вологи в бетонних зразках. З метою зіставлення властивостей бетонів двох класів, що є важливим з практичного погляду, проектували зразки з бетонів В15 (М200) та В30 (М400). Для експериментальних досліджень заволоженості та засоленості бетонів виготовляли дві партії бетонних зразків, кожна з яких складалася з еталону (250 х 400 х 600 мм), зразка № 1 (120 х 400 х 600 мм), зразка № 2 (380 х 400 х 600 мм) та зразка № 3 (250 х 400 х 600 мм). Всі зразки виготовляли в жорсткій розбірній опалубці. Бетонували зразки за температури 15 - 20 °С з відносною вологістю повітря 70 - 80 %. Через 5 - 6 год. після вкладання бетону зразки покривали вологою тирсою. Розопалублення зразків виконували через чотири доби. Готові зразки поміщали в розчини найпоширеніших під час експлуатації бетонних і залізобетонних конструкцій солей, витримували певний час та замірювали значення вологості та засоленості в різних точках зразків (в сухій та заволоженій зонах). Методику експериментальних досліджень розробляли згідно з інструкцією WTA 4-4-96. Для вимірювання вологості, бетонні зразки розташовували в металевих ванночках, які на початку експерименту наповнювали водою (крім еталонного). Вологість вимірювали в сухій та заволоженій зонах як поверхневу, так і внутрішню. Поверхневу вологість попередньо заволожених зразків вимірювали за допомогою поверхневого вологоміра CAISSO N VI-D1. Вологість у середині зразків вимірювали карбідним експрес-методом портативною вологомірною станцією типу ССМ - GERATE, для цього у бетонних зразках за допомогою перфоратора висвердлювали отвори діаметром 12 мм і брали зразки проб вагою 20 або 50 грам. Для вимірювання засоленості зразків у бетонних зразках висвердлювали отвори діаметром 12 мм і брали зразки проб на засоленість такими солями, як хлорид натрію (NaCl), кальцій азотно-кислий (Ca(NO3)2) та сульфат натрію (Na2SO4) - 50 грам. Визначення вмісту солей у бетонних зразках, у відсотковому відношенні, виконували у спеціалізованій хімічній лабораторії.

Рис.4. Дослідні зразки (бетон класу В30): a - початок експерименту; b - заволоження 2 тижні; c - заволоження 4 та 7 тижнів

Позначення:

Графіки заволоження зразків показані на рис. 5. Результати досліджень засоленості всіх зразків наведено в табл. 1.

Аналізуючи результати досліджень заволоженості та засоленості бетонних зразків, вибирається оптимальний спосіб захисту конструкцій від перерахованих вище факторів. Для виконання горизонтальної гідроізоляції використовували компресорну установку та пістолет-ін'єктор (заявка на корисну модель).

На основі експериментальних досліджень встановлено, що інтенсивність та величина заво-ложення залежить від класу бетону та товщини зразків. Тому зразки з бетону класу В30 заволожились на всю висоту на відміну від зразків з бетону класу В15. Також варто відзначити, що інтенсивність підтягування вологи в тонших зразках є більшою (до 18 %), ніж у зразках більшої товщини.

Рис.5. Графіки заволоження (В30): а - 1-го зразка; b - 2-го зразка; c - 3-го зразка Позначення:

Таблиця 1

Результати дослідження засоленості дослідних зразків

(бетон класу В15 - в чисельнику та В30 - в знаменнику)

№ зразка % засол.	Еталон	1	2	3
28.07.2005 р.
%,	0,0091 0,0090	0,0090 0,0120	0,006 0,004	0,0084 0,0150
%,	0,00089 0,00090	0,0011 0,0010	0,0010 0,0007	0,0009 0,0008
%,	0,0032 0,0030	0,0054 0,0050	0,0024 0,0020	0,0049 0,0040
11.08.2005 р.
%,	0,0086 0,0083	0,179 0,161	0,186 0,143	0,240 0,141
%,	0,0010 0,0011	0,01210 0,00980	0,00610 0,00311	0,0087 0,0045
%,	0,0038 0,0034	0,0240 0,0228	0,0125 0,0088	0,0158 0,0112
25.08.2005 р.
%,	0,0089 0,0087	0,204 0,186	0,210 0,159	0,251 0,164
%,	0,0015 0,0010	0,0124 0,0125	0,00950 0,00611	0,0098 0,0086
%,	0,0031 0,0031	0,0340 0,0249	0,0206 0,0141	0,0184 0,0129
15.09.2005 р.
%,	0,0087 0,0089	0,206 0,222	0,211 0,204	0,246 0,214
%,	0,0019 0,0012	0,0120 0,0120	0,0098 0,0095	0,0102 0,0105
%,	0,0031 0,0030	0,0334 0,0360	0,0201 0,0210	0,0210 0,0180

Висота піднімання вологи у всіх бетонних зразках через 30 - 40 діб експерименту стабілізується на певному рівні (34 - 42 см для бетону класу В15, 57 - 59 см для бетону класу В30). Характер засоленості є практично однаковим для всіх типів зразків. Аналізуючи графіки процесів засолення, спостерігаються максимальні значення величин засоленості солями в зразках 1 (до 12 - 22 %) за рахунок більшої величини заволоження.

На основі результатів експериментальних досліджень була розроблена та перевірена в лабораторних умовах сучасна методика і технологія влаштування горизонтальної та вертикальної гідроізоляцій залізобетонних і бетонних конструкцій, апробація якої виконана на реальних об'єктах.

У четвертому розділі описано натурні дослідження впливу вологості та засоленості на експлуатаційні характеристики бетонних і залізобетонних конструкцій [14, 15, 16, 18].

Зокрема в цьому розділі розглянуто такі об'єкти: басейн у будівлі готелю „Прикарпаття” („Ріксус”), фундаменти під розвантажувальними опорами ГПА насосної станції „Опори” та фундаменти АВО газу на компресорній станції „Опори ІІ”.

Помилки в оцінюванні технічних характеристик міцності та деформативності матеріалів конструкції, властивостей ґрунтів, відхилення від проектних рішень під час будівництва і порушення правил експлуатації призвело до аварійного стану конструкцій на вищезгаданих об'єктах.

Під час впровадження ремонтних технологій на цих об'єктах застосовували отримані результати експериментальних досліджень у лабораторних умовах з заволоженості та засоленості бетонів різних марок.

Аналізуючи проектну і технічну документацію та результати технічного обстеження об'єктів, розроблено технологію влаштування горизонтальної та вертикальної гідроізоляцій фундаментів та інших конструктивних елементів. Для виконання якісного ремонту фундаментів їхню поверхню необхідно очистити від бруду, пошкоджені ділянки простукати та розчистити зубилом на необхідну глибину і відкопати на 400 мм від рівня землі (рис. 5, b). Зміцнення послабленої зони основи фундаментів ГПА виконують ін'єкційним методом під тиском за допомогою пакерів та станцій високого тиску з використанням двокомпонентного епоксидного композиту типу Asodur IH/W, (рис. 5, a, b). Для посилення бетонних та залізобетонних конструкцій методом просочення під тиском використовували дані теоретичних досліджень, наведених в розділі 2 про обмеження фазового заповнення пор антикорозійною рідиною до максимальної величини 85 - 90%, що дало змогу попередити руйнування конструкцій від перенасичення. Для влаштування вертикальної гідроізоляції конструкцій фундаментів використовували матеріали фірми „Терміт”: грунтуючий розчин ТГр - 202 та еластичний гідроізо-ляційний матеріал ТГ - 33. На поверхню відремонтованих фундаментів перед нанесенням гідроізоляційної обмазувальної штукатурки, наносили грунт (ТГр - 202). На бетонних поверхнях, розташованих нижче та вище від рівня грунту, виконували гідроізоляцію обмазувальним матеріалом, який наносили щіткою за два рази (рис. 6, a, b).

Для реалізації запропонованої методики ремонтно-відновлювальних робіт розроблено новий гідроізоляційний матеріал, за яким одержали патент на корисну модель „Полімерцементний розчин для гідроізоляційної обмазувальної штукатурки” та вдосконалено конструкцію ін'єктора згідно з поданою заявкою на патент. Суть розробленої методики ремонтно-відновлювальних робіт зводиться до правильного підбору вихідних матеріалів та точного дотримання послідовності виконання гідроізоляційних робіт.

Застосовуючи полімерцементний розчин для гідроізоляційної обмазувальної штукатурки в комплексі з вдосконаленим пістолетом-ін'єктором для просочення стінових матеріалів, одержали науково обґрунтований технологічний процес ремонту заволожених та засолених будівель і спо-руд, на основі якого створено надійну та ефективну методику ремонтно-відновлювальних робіт, яка пропонується для впровадження на різних об'єктах будівництва України.

Техніко-економічну доцільність розробленої методики та технології ремонтно-віднов-лювальних робіт для бетонних та залізобетонних конструкцій перевіряли на вище перерахованих об'єктах. Загальний економічний ефект від впровадження розробки порівняно з іншими методиками та технологіями становить 14,40 грн. на 1 м3 бетону у цінах на початок 2008 року.

Основні результати та висновки

У результаті виконання дисертаційної роботи розв'язано науково-технічне завдання - роз-роблення технології ремонтно-відновлювальних та гідроізоляційних робіт на основі експеримен-тальних досліджень процесів заволоженості та засоленості бетонних зразків.

Найважливіші наукові та практичні результати зводяться до таких:

1. Насиченість рідиною і швидкість її руху є основними характеристиками руху в порис-тому середовищі, що значною мірою залежать від характеру розподілу пор у бетоні (для розрахунків приймали пористість бетону до 10 - 15 %). На основі досліджень рівнянь руху рідини в пористому середовищі отримано функції зміни насиченості конструкції антикорозійною рідиною від координати фронту просочення, а також залежність координати фронту просочення від загального ступеня просочення і проникливості, які можна практично використовувати для забезпечення антикорозійного захисту будівельних конструкцій, що ґрунтується на поверхневій кальматації пористих цементних матеріалів, що зумовлює ущільнення поверхневого шару важкорозчинними з'єднаннями.

2. Застосування методики просочення антикорозійною рідиною дає змогу значно підвищи-ти довговічність, міцність та корозійну стійкість бетонних і залізобетонних виробів. Залежності насиченості від глибини та часу просочування (2.20) та (2.45) є зручними для практичного використання і унеможливлюють перевитрати антикорозійних матеріалів. Зокрема, для суцільного циліндричного бруса, запропоновано режим просочування антикорозійною рідиною залежно від глибини просочення виробу в часі та отримано базову залежність (2.45) для визначення часу завершення просочення.

3. На основі експериментальних досліджень вимірювання вологості в сухій та заволоженій зонах як поверхневої, так і внутрішньої за методикою інструкцій WTA 4 - 4 - 96 встановлено, що інтенсивність та величина заволоження залежать від класу бетону та товщини зразків. Зразки з бе-тону класу В30 заволожились на всю висоту на відміну від зразків з бетону класу В15. Також не-обхідно відзначити, що інтенсивність підтягування вологи в тонших зразках є більшою (до 18 %), ніж у зразках більшої товщини.

4. Характер засоленості є практично однаковим для всіх типів зразків. У разі збільшення концентрації солі (кальцію азотно-кислого - (Ca(NO3)2) водопоглинання бетону протягом експери-менту збільшилося в 2 - 3 рази. Аналізуючи графіки засолення, спостерігаються максимальні значення величин засоленості солями в зразках 1 (до 12 - 22 %) за рахунок більшої величини заво-ложення. Необхідно також зазначити стабілізацію величин засоленості зразків (на 10 - 21 %) в завершальній стадії експериментальних досліджень.

5. Для практичного впровадження отриманих результатів наукової роботи розроблено та запатентовано новий матеріал - полімеризаційний розчин для гідроізоляції бетонних та залізобе-тонних конструкцій, а також вдосконалено заявкою на патент пристосування - пістолет-ін'єктор для просочення бетонних та залізобетонних конструкцій ін'єкційними методами.

6. Як консервуючі покриття під час розроблення заходів щодо збереження конструкцій об'єктів, будівництво яких тимчасово припинено, рекомендується використовувати для поверхне-вого просочення термопластичні композиції із гідрофобних матеріалів. Зокрема гідроізоляційну еластичну двокомпонентну суміш ТЕРМІТ ТГ-33.

7. Розроблена нова методика та технологія ремонту бетонних та залізобетонних конструк-цій, суть якої зводиться до правильного підбору вихідних матеріалів та дотримання технологіч-ного процесу на заволожених та засолених будівлях і спорудах, яка добре зарекомендувала себе з практичного та економічного аспектів, успішну апробацію якої виконано на реальних об'єктах. Зокрема басейн у будівлі готелю „Прикарпаття” („Ріксус”), залізобетонні фундаменти під розвантажувальними опорами ГПА насосної станції „Опори”, залізобетонні фундаменти АВО газу на компресорній станції „Опори ІІ”, готель „Дністер” м. Львів та інші.

8. На підставі виконаних натурних досліджень будівель і споруд, на яких була застосована розроблена методика та технологія ремонтно-відновлювальних робіт, можна констатувати значне підвищення довговічності та надійності бетонних та залізобетонних конструкцій тривалої експлуатації.

9. Економічний ефект за собівартістю від впровадження методики та технології ремонтно-відновлювальних робіт з посилення бетонних та залізобетонних конструкцій становить 14,40 грн. на 1 м3 бетону. Загальний економічний ефект з врахуванням продовження терміну експлуатації таких конструкцій становить 16,70 грн. на 1 м3 бетону.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Парнета Б.З. Основи фільтрації багатофазних рідин у пористому середовищі / Б.З. Парнета // Діагностика, довговічність та реконструкція мостів і будівельних конструкцій. - Львів: Каменяр. - 2004. - Вип. 6. - С. 108 - 113.

2. Лучко Й.Й. Математична модель просочування бруса круглого перерізу антикорозійною рідиною / Й.Й. Лучко, Б.З. Парнета // Теорія і практика будівництва. - Львів, 2004. - № 520. - С. 139 - 145.

Розв'язав задачу просочення бруса суцільного круглого перерізу антикорозійною рідиною та дослідив залежності насиченості від глибини і часу просочення.

3. Дослідження кінетики адсорбції речовин пористими адсорбентами / [Пелех Я.М., Піх З.М., Парнета Б.З., Пукач П.І.] // Діагностика, довговічність та реконструкція мостів і будівельних конструкцій. - Львів: Каменяр. - 2004. - Вип. 6. - С. 114 - 117.

Виконав обчислення шуканих кінетичних характеристик, що дають змогу прогнозувати хід адсорбції та встановити час, протягом якого доцільно контактувати частинкам адсорбента із середовищем, в якому адсорбується цільовий компонент.

4. Лучко Й.Й. Дослідження основних рівнянь руху рідини в пористому середовищі / Й.Й. Лучко, Б.З. Парнета, Б.Л. Назаревич // Механіка і фізика руйнування будівельних матеріалів та конструкцій. - Львів: Каменяр. - 2005. - Вип. 6. - С. 512 - 522.

Виконав перевірку основних рівнянь руху рідини в пористому середовищі. Побудував графічні залежності зміни насиченості і значень від показника і координати фронту просочення та зміни значень від загального показника просочення та проникливості бетону.

5. Лучко Й.Й. Теоретичні аспекти дослідження корозії залізобетонних конструкцій / Й.Й. Лучко, Б.З. Парнета // Дороги і мости. - К.: ДерждорНДІ. - 2005. - Вип. 3. - С. 25 - 39.

Виконав аналіз літературних джерел з теоретичних питань дослідження корозії бетонних та залізобетонних конструкцій. На основі цього аналізу встановив, що не досліджено вплив просочення на підвищення чи пониження несучої здатності конструктивних елементів.

6. Парнета Б.З. Аналіз впливу добавок на міцність та експлуатаційні властивості бетонних і залізобетонних конструкцій / Б.З. Парнета // Діагностика, довговічність та реконструкція мостів і будівельних конструкцій. - Львів: Каменяр. - 2005. - Вип. 7. - С. 152 - 158.

7. Лучко Й.Й. Технологія влаштування горизонтальної гідроізоляції в цегляних стінах / Й.Й. Лучко, Б.Л. Назаревич, Б.З. Парнета // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. - Рівне: НУВГП. - 2005. - Вип.13. - С.322 - 328.

Відпрацював технологію влаштування горизонтальної гідроізоляції на прикладі зразків цегляних стін. Дослідив та оптимізував параметри заволоженості, за яких гідроізоляція виконується ін'єкційним методом під тиском.

8. Експериментальні дослідження вологості та засоленості бетону і цегляної кладки / [Лучко Й.Й., Парнета Б.З., Назаревич Б.Л., Майба Р.І.] // Матер. міжнар. наук.-техн. конф. „До 75-річчя Одеської державної академії будівництва та архітектури”. - Одеса, 2005. - Вип. 20. - С. 185 - 195.

Розробив програму експерименту: встановив кількість та особливість матеріалів; запроектував конструкцію та виготовив експериментальні бетонні та залізобетонні зразки. Встановив характерні місця відбору проб та прилади для вимірювання заволоженості та засоленості зразків. Запропонував устаткування для усунення вологості та засоленості в бетонних зразках та його вдосконалення.

9. Лучко Й.Й. Теоретичні основи організації технології виготовлення бетону / Й.Й. Лучко, Б.З. Парнета // Матер. ІІ міжнар. конф. „Науковий вісник будівництва”. - Харків. - 2005. - Вип.33. - С. 279 - 281.

Узагальнив теоретичні основи організації технології виготовлення бетонів і встановив залежності, на основі яких можна оптимізувати структуру бетону на стадії виготовлення.

10. Парнета Б.З. Результати експериментальних досліджень заволоженості бетонних стін / Б.З. Парнета, Й.Й. Лучко // Дороги і мости. - К.: ДерждорНДІ. - 2006. - Вип. 6. - С. 267 - 277.

Розробив методику експериментальних досліджень. Виконав експериментальні досліджен-ня заволоженості зразків залізобетонних стін, проаналізував та узагальнив результати досліджень.

11. Лучко Й.Й. Аналіз результатів експериментальних досліджень засоленості бетонних зразків / Й.Й. Лучко, Б.З. Парнета //Автомобільні дороги і дорожнє будівництво: Наук.-техн. зб. - К., 2006. - Вип. 73. - С. 219 - 224.

Опрацював експериментальні дослідження та проаналізував засоленість залізобетонних зразків. Побудував графічні залежності засоленості зразків сульфатом натрію (); хлоридом натрію () та азотно-кислим кальцієм () від тривалості спостереження.

12. Парнета Б.З. Просочення та корозія бетонних і залізобетонних конструкцій (огляд) / Б.З. Парнета, Й.Й. Лучко // Промисловий та туристичний транспорт: Зб. наук. пр. - Вип.4. - Львів, 2006. - С. 48 - 59.

Виконав огляд літературних даних з просочення і корозії бетонних та залізобетонних конструкцій, на підставі чого сформулював завдання досліджень.

13. Лучко Й.Й. Технологія влаштування горизонтальної гідроізоляції в цегляних і бетонних стінах / Й.Й. Лучко, Б.З. Парнета, Б.Л. Назаревич // Вісн. Одеської Держ. акад. будівництва та архітектури. - Вип.23. - Одеса: Місто майстрів, 2006. - С. 177 - 182.

Відпрацював методику та технологію влаштування горизонтальної гідроізоляції в бетонних стінах на лабораторних зразках.

14. Лучко Й.Й. Дослідження конструкцій басейну готелю „Прикарпаття” та пропозиції відновлення експлуатаційних характеристик споруди / Й.Й. Лучко, Б.З. Парнета // Діагностика, довговічність та реконструкція мостів і будівельних конструкцій. - Львів: Каменяр. - 2006. - № 8. - С. 71 - 81.

Виконав апробацію результатів науково-лабораторних досліджень з ремонтно-відновлювальних робіт на конструкції басейну в будівлі готелю „Прикарпаття”.

15. Лучко Й.Й. Обстеження фундаментів під розвантажуючими опорами ГПА насосної станції „Опори” та їх посилення / Й.Й. Лучко, Б.З. Парнета // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. - Рівне, 2007. - Вип.15. - С. 377 - 387.

Виконав обстеження фундаментів, розробив проектні пропозиції з ремонтних робіт з їхнього посилення. Відпрацював технологію посилення конструкцій ін'єкційним методом під тиском.

16. Пат. на корисну модель № 18465 Україна, МПК С04В 28/04 (2006.01). Полімерцементний розчин для гідроізоляційної обмазувальної штукатурки / [Й.Й. Лучко, Б.Л. Назаревич, Б.З. Парнета, О.М. Гайда.]: власник патенту НУ Львівська політехніка. - № u 2006 04568; заявл. 25.04.06; опубл. 15.11.06, Бюл. № 11.

Розробив два склади рецептур полімерцементних розчинів для гідроізоляційних робіт під час ремонту бетонних та залізобетонних конструкцій.

17. Парнета Б.З. Особливості виготовлення бетонів та сухих сумішей / Б.З. Парнета // Діагностика, довговічність та реконструкція мостів і будівельних конструкцій. - Львів: Каменяр. - 2007. - № 9. - С. 115 - 120.

18. Лучко Й.Й. Обстеження фундаментів АВО газу на компресорній станції „Опори ІІ” та їх посилення / Й.Й. Лучко, Б.З. Парнета // Дороги і мости. - К.: ДерждорНДІ. - 2007. - Вип. 7. - С. 47 - 56.

Виконав апробацію методики та технології посилення фундаментів під час одночасного влаштування горизонтальної та вертикальної гідроізоляцій з використанням нових матеріалів та вдосконалених пристроїв.

Анотація

Парнета Б.З. Корозійна стійкість залізобетонних конструкцій у заволожених та засолених середовищах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.01 - Будівельні конструкції, будівлі та споруди. - НДІБК, Київ, 2008.

Дисертаційна робота присвячена розробленню сучасної методики та технології ремонтно-відновлювальних та гідроізоляційних робіт на основі експериментальних досліджень процесів заволоженості та засоленості бетонних зразків. Насиченість рідиною і швидкість її руху є основними характеристиками руху в пористому середовищі, на підставі чого було встановлено обмеження фазового заповнення пор антикорозійною рідиною під тиском під час ремонтно-відновлювальних робіт до максимальної величини 85 - 90 %. Аналіз результатів досліджень вище перерахованих факторів дає можливість вибрати оптимальний спосіб захисту конструкцій. Суть розробленої методики ремонтно-відновлювальних робіт зводиться до правильного підбору вихідних матеріалів для просочення конструкцій та точного дотримання послідовності виконання гідроізоляційних робіт, що дає змогу значно підвищити довговічність, міцність та корозійну стійкість бетонних та залізобетонних виробів. Результати роботи впроваджено та апробовано на реальних будівельних об'єктах та в навчальний процес.

Ключові слова: заволоженість та засоленість бетонних та залізобетонних конструкцій, метод просочення, методика та технологія ремонтно-відновлювальних та гідроізоляційних робіт, час просочення.

Аннотация

Парнета Б.З. Коррозионная стойкость железобетонных конструкций в увлажненной и солевой среде. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения. - НИИСК, Киев, 2008.

Диссертационная работа посвящена разработке современной методики и технологии ремонтно-восстановительных и гидроизоляционных работ, основанных на экспериментальных исследованиях процессов увлажнения и засоления бетонных образцов. Анализ результатов исследований выше перечисленных факторов дает возможность сделать выбор оптимального способа защиты конструкций. Разработанная методика ремонтно-восстановительных работ заключается в правильном выборе исходных материалов для пропитки конструкций и точного соблюдения последовательности выполнения гидроизоляционных работ. Это, в свою очередь, дает возможность значительно повысить долговечность, прочность и коррозионную стойкость бетонных и железобетонных изделий. Результаты работы внедрены и апробированы на действующих строительных объектах и в учебный процесс.

Содержание диссертации. Во введении обоснована актуальность темы и необходимость проведения исследований, связанных с повышением коррозионной стойкости бетонных и железобетонных конструкций зданий и сооружений, сформулирована цель и задачи исследований, показана ее научная новизна и практическое значение, наведены данные апробирования результатов.

В первом разделе проанализированы результаты теоретических и экспериментальных исследований пропитки и коррозии бетонных и железобетонных конструкций. Основное внимание определено вопросам антикоррозионной защиты элементов строительных конструкций, работаю-щих в агрессивной среде.

Во втором разделе изложены теоретические исследования пропитки и коррозии бетонных и железобетонных конструкций. Проанализировав процесс фильтрации многофазных жидкостей, были установлены основные характеристики движения антикоррозионной жидкости в пористой среде, на основании чего было установлено ограничение фазового заполнения пор анти-коррозионной жидкостью под давлением при ремонтно-восстановительных работах в пределах 85 - 90 %. Для описания движения жидкости в пределах модели сплошной среды вводят характеристики усредненного движения. Масштаб движения определяется характером распределения фаз в порах. Установив основные закономерности фильтрации многофазных жидкостей в пористой среде, исследованы основные уравнения движения жидкости.

В третьем разделе описаны экспериментальные исследования влажности и засоленности бетона. Характеристики материалов и программа исследований образцов подбирались таким образом, чтобы можно было оценить зависимость основных свойств бетонов двух различных марок от их кубиковой прочности и влияния указанной прочности на уровень поднятия капиллярной влаги в бетонных образцах. На основе результатов экспериментальных исследований была разработана и проверенна в лабораторных условиях современная методика и технология устройства горизонтальной и вертикальной гидроизоляций железобетонных и бетонных конструкций, апробация которой выполнена на реальных объектах.

В четвертом разделе описаны натурные исследования влияния влажности и засоленности на эксплуатационные характеристики бетонных и железобетонных конструкций. Во время внедре-ния ремонтных технологий на этих объектах применяли полученные результаты эксперименталь-ных исследований в лабораторных условиях по увлажненности и засоленности бетонов различных марок. Для реализации предложенной методики ремонтно-восстановительных работ разработан новый гидроизоляционный материал, на который получили патент на полезную модель „Полимер-цементный раствор для гидроизоляционной обмазочной штукатурки” и усовершенствована конс-трукция инъектора согласно с поданной заявкой на патент. Суть разработанной методики ремонтно-восстановительных работ сводится к правильному выбору исходных материалов и точному соблюдению последовательности выполнения гидроизоляционных работ.

В выводах приведены достигнутые результаты, отражающие научную новизну работы и решения поставленных задач.

Ключевые слова: увлажненность и засоленность бетонных и железобетонных конструкций, метод пропитки, методика и технология ремонтно-восстановительных и гидроизоляционных работ, время пропитки.

Summary

Parneta B.Z. Corrosive resistance of reinforced concrete structures in humidity and salt environments. - Manuscript.

Dissertation on the receipt of scientific degree of candidate of engineering sciences by speciality 05.23.01 - building constructions, structures and buildings. - NDIBK, Kiev, 2008.

Dissertation work is devoted to development of modern method and technology of repair-renewal and water proofing works on the basis of experimental researches of moisturing and insalting processes in concrete samples. Saturation by a liquid and the rate of its movement is basic descriptions of motion in a porous environment. On that basis the limitation of the pore phase filling by a anticorrosion liquid was set under pressure at repair-renewal works to the maximal value of 85 - 90 %. The results analysis of above-mentioned factors enables to choose the optimum method of constructions defense. Essence of the developed method of repair-renewal works is correct choice of initial materials for the constructions impregnation and exact sequence of implementation of water proofing works. That enables considerably promote longevity, durability and corrosive resistance of concrete and reinforced concrete structures. The results of the dissertation work are inculcated and approved on the real build objects and in an educational process.

Keywords: moisturing and insalting of concrete and reinforced concrete constructions, method of impregnation, method and technology of repair-renewal and water proofing works, time of impregnation.

Размещено на Allbest.ru

...