Размещено на http: //www. allbest. ru/

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.

Разрушительное действие хлоридсодержащей среды на примере обследования железобетонного моста в Новгородской области

Раткин В.В., Черных В.К., Тарасов А.А.

Аннотация

железобетонный конструкция мост арматура

В статье рассмотрена проблема влияния агрессивной среды на железобетонные конструкции мостов. Освещены материалы отчета по обследованию реального мостового сооружения, а также приведены результаты испытаний влияния хлоридсодержащей среды на механические характеристики бетона и арматуры.

Ключевые слова: бетон, арматура, железобетон, коррозия, хлориды, хлоридсодержащая среда, разрушение.

Annotatіon

THE RAVAGES OF CHLORIDE-CONTAINING ENVIRONMENTS SURVEY ON THE EXAMPLE CONCRETE BRIDGES IN THE NOVGOROD REGION

Ratkin V.V., Chernykh V.K., Tarasov A.A.

Saratov State Technical University of a name of Gagarin Y.A.

The article considers the problem of the influence of aggressive environment on the concrete structures of bridges. A report on the survey of the real bridge construction, as well as the results of testing the effect of chloride-containing environments on mechanical properties of concrete and reinforcement.

Keywords: concrete, reinforcement, corrosion, chloride, chloride-containing environments, destruction.

В период зимней неустойчивой погоды и гололеда, автомобильные дороги и искусственные сооружения на них активно подвергаются воздействию антиобледенительных солей, большая часть которых представляет собой не что иное, как хлоридсодержащую среду [1-3]. Такая среда оказывает значительное влияние на механические и другие характеристики материала, что может привести к изменению поведения конструкции и к разрушительным последствиям в целом [4,5].

В качестве реального примера приведем материалы недавнего обследования мостового сооружения через водосливную плотину на реке Перетенка в городе Окуловка Новгородской области (рис.1). Данный мост был введен в эксплуатацию более ста лет назад, в 1914 году. В 1985 году сооружение было реконструировано под современные (по тем временам) нагрузки Н-30 и НК-80. Пролетные строения (по схеме 18+18) представляют собой пять объединенных Т-образных сборных железобетонных балок, выполненных по типовому проекту 710/5 [6].

Рисунок 1 Общий вид моста.

По результатам обследования данного сооружения было принято решение о реконструкции. Большая часть дефектов, влияющих на способность сооружения продолжать функционировать, представляла собой разрушение железобетона под воздействием хлоридсодержащей среды. Первопричинами этого процесса являются:

1. Отсутствие антикоррозионной защиты. Мост реконструировался 30 лет назад, еще в советское время, когда железобетон ошибочно считался вечным материалом, и не предпринималось никаких попыток его защитить от внешних воздействий, тем более типовыми проектами тех лет это не предусматривалось [7].

2. Негерметичность деформационных швов, что приводит к попаданию воды вместе с агрессивной средой на конструктивный материал.

3. Нарушение гидроизоляции мостового сооружения и трещины в дорожной одежде, что опять же приводит к попаданию воды с хлоридами на железобетонные несущие балки.

Мост, по сути являясь городским, многократно подвергался действию антиобледенительных солей. Железобетонные балки, как мы видим из сказанного выше, беспрепятственно омываются хлоридами, причем не малыми порциями. Чтобы понять, насколько данный процесс деструктивен, рассмотрим влияние хлоридсодержащей среды на механические характеристики железобетона.

Рисунок 2 Некоторые из многочисленных дефектов

Ионы хлора, проникая в поры бетона, снижают его пассивирующие свойства к арматуре, тем самым вызывая её коррозию. В свою очередь, стальная арматура окисляется, увеличивается в объеме и происходит постепенное разрушение конструктивного материала [8].

Далее рассмотрим один из случаев влияния хлоридсодержащей среды на механические характеристики материала [9]. В качестве агрессивной среды был принят 1%-ный раствор соляной кислоты HCl, показатель pH=0,56, концентрация ионов хлора 10,09 г/л [10]. Было изготовлено 4 образца, различающихся в зависимости от контакта с внешней окружающей средой:

всестороннее воздействие раствора соляной кислоты;

воздействие раствора соляной кислоты со стороны растянутой и сжатой зон сечения;

воздействие раствора соляной кислоты только на сжатую часть сечения;

образец, хранимый в нормальных термовлажностных условиях.

Образцы в агрессивный раствор погружались полностью, концентрация раствора соляной кислоты поддерживалась неизменной и постоянно контролировалась. Через 28 суток (затем через 180, 360, 540 и 720) проводились испытания.

Испытания бетонных кубов и призм показали, что при длительном воздействии жидкой хлоридсодержащей среды происходит изменение свойств бетона вследствие диффузии агрессивных реагентов. Средние опытные значения кубиковой и призменной прочности, начального модуля упругости и глубины нейтрализации бетона для каждого временного этапа воздействия хлоридсодержащей среды приведены в табл. 1 (где R - кубиковая прочность бетона; Rb - призменная прочность бетона; Eb - модуль упругости бетона; Lхл - глубина проникания хлоридов в бетон).

Таблица 1 Изменение свойств бетона в 1%-ном растворе HCl

Чтобы рассмотреть последствия влияния агрессивной среды непосредственно на арматуру, обратимся к одной из статей [11]. Авторами проводились исследования влияния толщины слоя продуктов коррозии (т.е. ржавчины) на механические свойства арматуры. А именно: усилие, соответствующее пределу текучести Рт (Р0,2) и временному сопротивлению Рв, относительное удлинение после разрыва на базе 100 мм 100 и пяти диаметров 5, а также относительное равномерное удлинение после разрыва р. Испытанию на растяжение подвергались: гладкие арматурные стержни из стали класса А-I марки Ст.3 диаметром 8 мм; проволока класса В-I диаметром 3 мм; стержни периодического профиля из стали класса А-II марки Ст.5 диаметром 10 мм; стержни периодического профиля из стали класса А-III марки 35ГС диаметром 10 мм. Подготовка образцов исследуемых стержней производилась путем обезжиривания поверхности этиловым спиртом. Затем образцы экспонировались на стенде в реальных городских условиях. Для ускорения коррозионных процессов образцы периодически смачивались. Через определенные промежутки времени, при фиксировании толщины слоя продуктов коррозии на поверхности образцов с помощью микроскопа, образцы снимались со стенда и подвергались испытанно на растяжение по ГОСТ 12004-81. Анализ показал, что формирование и рост на поверхности образцов арматуры слоя продуктов коррозии отрицательно сказывается на прочностных характеристиках стали (табл. 2).

Таблица 2 Снижение разрывного усилия, %, арматурных сталей в зависимости от толщины слоя продуктов коррозии hрж, мкм