CC BY
39
----------------------------------------- © Т.Н. Дымбренов, 2005
УДК 69.035.4:621.35 Т.Н. Дымбренов
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ХЛОРИДОВ с помощью ПРОТЕКТОРОВ
Городские службы постоянно сталкиваются с последствиями воздействия хлоридов на железобетонные конструкции. Например, ГУП «Москол-лектор», в ведении которого находятся сотни километров тоннелей для инженерных коммуникаций, ежегодно выделяет значительные средства на ремонт конструкций коллекторов.
Опыт эксплуатации и исследования, посвященные проблеме воздействия хлоридов на железобетонные конструкции коллекторных тоннелей, требуют разработки дополнительных мер защиты конструкций, которые должны учитывать специфику эксплуатации подземных сооружений (возможность проводить ремонт только изнутри сооружения; ремонтируемый объект не должен прекращать эксплуатироваться) [1].
Проблеме воздействия хлоридов на железобетонные конструкции посвящено множество работ [2, 3, 4, 5]. М. Пурбэ исследовал коррозионное и электрохимическое поведение металла в водных средах, и представил его в компактных диаграммах [6]. Из других исследований известно, что при наличии хлоридов в высокощелочном растворе, все равно возможна пассивация арматуры, которая наблюдается в очень узкой зоне с относительно низкими потенциалами арматуры. Преимущества пассивной зоны можно использовать только, когда есть возможность довести потенциал арматуры до необходимого уровня (менее -850 мВ).
Наиболее простой технологически и приемлемой с точки зрения стоимости дополнительной мерой является применение электрохимической защиты с использованием протекторов. Эта технология при производстве ремонта обеспечивает перераспределение потенциалов в системе «арматурные стержни - бетон - активатор - протектор», в результате чего арматура попадает в область «иммунитета» (рис. 1). В этом случае создается электрическая цепь, в которой арматура действует как катод, и соединена с анодом (протектором), представляющим собой специальное устройство из активного металла.
Особенность данной системы в том, что протектор контактирует с раствором электролита (активатором), pH которого поддерживается на достаточно высоком уровне для того, чтобы избежать появления на нем пассивирующей пленки.
Такая защита не усложняет технологию локального ремонта железобетонных конструкций подземных сооружений и не требует постоянного контроля и установки дополнительного источника тока.
Для производства работ необходимо подобрать оптимальное количество и расположение протекторов в конструкциях перекрытий тоннелей, нужный состав активатора и определить влияние эксплуатационных характеристик среды на работу электрохимической защиты.
В ходе исследования для производства экспериментальных работ были выбраны участки с различными условиями эксплуа-
pH
і
Устойчивое пассивированное состояние\
Общая коррозия
14
12 — Иммунитет
10
Неустойчивое пассивированное состояние
Питтинг
Потенциал, мВ
■1000 -620 О
1000
Рис. 1. Диаграмма зависимости величины потенциала от показателя pH для железа в водном растворе, содержащем хлориды
тации в четырех коллекторах: «Таганский», «Проектируемый», «Садово-
Кудринский», «Кутузовский». Монтаж
протекторов осуществлялась в ребрах плит перекрытия по схеме (рис. 2) с использованием трех различных типов активаторов.
Перед установкой протекторов был произведен химический анализ бетона на содержание в нем хлоридов и определена глубина нейтрализации, которая измерялась колориметрическим методом на свежем сколе с его поверхности индикатором pH [7]. Кроме того, произведена оценка технического состояние плит перекрытия [8].
В результате измерения потенциала по насыщенному медносульфатному электроду в плитах перекрытия коллекторных тоннелей до ремонта выяснилось, что по-
тенциал арматуры колеблется в промежутке: от - 280 мВ до -650 мВ, что говорит о протекании активной коррозии арматуры.
В коллекторе «Таганский» (ПК27-
ПК28) наблюдалось ярко выраженное проникновение хлоридов через бетон (имелись протечки воды и образование кристаллов хлоридов на поверхности конструкций). Содержание хлоридов достигало 1 % от массы цементного камня, карбонизация бетона защитного слоя арматуры составляла не более 5 мм.
В коллекторе «Садово-Кудринский» ПК 0 (поворотная камера): в 2000 г был произведен локальный ремонт с нанесением защитного покрытия. Участок коллектора, где устанавливалась электрохимическая защита, расположен возле проезжей
1 і і і і і і і і • ■ і
1 1 1 1 2 і і і 3 і і 4 і і 5 і - - 6 і і і 7 і і 8 « ■ | 9 і і
Условные обозначения:
і - протектор в активаторе №1 і - протектор в активаторе №2 і - протектор в активаторе №3
1 - нумерация плит перекрытия, в которые устанавливали протектора
Рис. 2. Схема установки протекторов в плиты перекрытия коллекторного тоннеля
части Садового кольца. Пробы бетона, взятые на анализ показали, что содержание хлоридов в старом бетоне плит перекрытия превышает допустимые значения (0,4 % от массы цементного камня).
В коллекторе «Кутузовский» (ПК144-ПК145) причиной коррозии арматуры являлась высокая карбонизация защитного слоя бетона плит перекрытия.
Коллектор «Проектируемый» (ПК128, ПК267), ПК128 характеризуется постоянной 100 % влажностью бетона. Участок тоннеля, расположенный на ПК267 находится возле дороги и содержание хлоридов в бетоне значительно выше нормы (0,4 % от массы цементного камня).
Ремонт тоннелей осуществлялся по специально разработанной технологии, в ходе которой выполнялись следующие операции:
1. На ребре плиты перекрытия, перпендикулярно арматуре, удаляли бетон, таким образом, чтобы каждый арматурный стержень можно было соединить с протектором.
2. Вскрытую арматуру зачищали до металлического блеска;
3. В подготовленные места устанавливали протекторы.
Перед установкой протектора, с его поверхности удаляли защитную пленку и ан-тиадгезионные вещества. Каждый арматурный стержень плотно обвязывался контактной проволокой, соединенной с протектором, который устанавливался непосредственно под арматурой (рис. 3).
4. Для наблюдения за работой протектора наиболее длинную контактную проволоку, связанную с арматурой, выводили наружу перпендикулярно ребру.
5. Проверка правильности установки осуществлялась измерением потенциала арматуры.
Рис. 3. Схема установки протектора в ребро жесткости плиты перекрытия
На поверхности бетона, в 20-30 см от места подключения протектора, размещался электрод сравнения, положительная клемма вольтметра подсоединялась к арматурному стержню. Затем, оставляя электрод сравнения в том же положении, измеряли потенциал арматуры, подключив положительную клемму вольтметра последовательно к каждой проволоке, соединяющей протектор с арматурой.
Контакт протектора с арматурой считался достаточным, если потенциал арматуры, измеренный подсоединением положительной клеммы к проволоке, не отличался, от потенциала, измеренного подсоединением положительной клеммы к арматурному стержню.
6. На поверхность протектора плотным слоем наносился специальный состав - активатор, восстанавливающий защитный слой бетона и необходимый для сохранения контакта между протектором и арматурой.
7. В завершении осуществлялась проверка работы электрохимической защиты бетона, критерием которой являлось наличие и величина защитного потенциала арматуры [9].
Предварительные данные, полученные в ходе мониторинга за установленной защитой, показывают, что потенциал арматуры сместился в более отрицательную сторону.
проволока
Ряд 1 Ряд 2
-После установки протекторов До установки протекторов
Рис. 4. Зависимость потенциала арматуры от содержания хлоридов в бетоне обделки тоннеля
Отсутствие на ПК 144 -ПК145 в перекрытии Кутузовского коллектора протечек воды при удельном сопротивление бетона более 80 кОм*см2, и его весовой влажности менее 1,5 % явилось причиной по которой потенциал арматуры не достиг защитного значения - 850 мВ [9]. Коррозия арматурного каркаса в таких условиях не происходила.
Защитный потенциал арматуры -850 мВ достигается в местах протечек и при наличии в бетоне хлоридов. В этом случае бетон имел удельное электрическое сопротивление 0,5-6,7 кОм*см2 и весовую влажность 4-9,5 %.
Выполненные исследования позволили сделать следующий вывод: работа электрохимической защиты с использованием
протекторов, характеризуемая потенциалом арматуры, в значительной степени зависит от влажности и содержания хлоридов (рис. 4) в бетоне обделки тоннеля.
Пока существовала разница потенциалов между протектором и арматурой, коррозия арматуры прекращалась, либо значительно уменьшалась. Наблюдение за изменениями потенциалов позволило выяснить срок действия протекторов, оптимальную схему монтажа и способствовало подбору требуемого активатора.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Шилин А.А. Обоснование стратегии и разработка конформативной технологии технической эксплуатации подземных сооружений: Дисс. докт. техн. наук. - Москва, 2001г.
2. Алексеев С. И. Коррозия и защита арматуры в бетоне. - 2-е изд., перераб. - М.: Стройиз-дат, 1968. - 231 с.
3. Алексеев С.И., Розенталь Н.К. Коррозионная стойкость железобетонных конструкций в агрессивной промышленной среде. - М.: Строй-издат, 1976. - 205 с.
4. Broomfield John P. Corrosion of steel in concrete, Understanding, investigation and repair. - London.: E and FN SPON, 1997. - 240 p.
5. Алексеев C.H., Иванов Ф.М., Модры С., Шисселъ П. Долговечность железобетона в агрессивных средах - М.: Стройиздат, 1990. - 320 с.
6. Pourbaix M., Atlas of Electrochemical Equilibria in Aqueous Solutions, Pergamon Press, New York, 1966.
7. Рекомендации по оценке состояния железобетонных конструкций при эксплуатации в агрессивных средах. // НИИ бетона и железобетона Госстроя СССР. - М.: Стройиздат, 1984.- 34 с
8. Регламент выполнения ГУП «Москол-лектор» работ по технической эксплуатации коммуникационных коллекторов в г. Москве. Правительство г. Москвы, 2001.
9. Улиг Г.Г., Реви Р. У. Коррозия и борьба с ней - Л., пер. с англ.: Химия, 1989. - 455 с.
— Коротко об авторах ---------------------------------------------------------------
Дымбренов Т.Н. - аспирант кафедры «Строительство подземных сооружений и шахт», Московский государственный горный университет.
- © Т.Н. Дымбренов, 2005
