CC BY
35
_ISSN 2227-1252
Мости та тунелк теорiя, дослщження, практика, 2013, № 4
МОСТИ ТА ТУНЕЛ1: ТЕОР1Я, ДОСЛ1ДЖЕННЯ, ПРАКТИКА
УДК 624.21.012.45:624.27.032:625.1
В. I. СОЛОМКА1*
1 Каф. «Мости», Дшпропетровський нацюнальний утверситет затзничного транспорту 1меш академжа В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дншропетровськ, Укра'на, 49010, тел. +38 (067) 584 97 35, ел. пошта [email protected]
Х1М1ЧНА ТА Б1ОЛОГ1ЧНА КОРОЗ1Я БЕТОНУ I II НАСЛ1ДКИ ДЛЯ ЗАЛ1ЗОБЕТОННИХ КОНСТРУКЦ1Й МОСТ1В
Мета. Актуальним для моспв, що експлуатуються в умовах агресивного середовища е питання корозш-но1 стшкосл матер1алу 1з якого вини виготовлеш. Одним 1з метод1в ршення цього питання е захист конс-трукцш ввд корози як на еташ виготовлення так 1 в процес експлуатацп. Методика. Використовуючи даш, що отримаш при обстеженш зал1зобетонних моспв на тд'1'зних кол1ях одного 1з шдприемств х1м1чно! про-мисловосп Укра1'ни, проанал1зувати причини появи дефектш пов'язаних 1з експлуатащею споруд у агресив-ному середовищ1 та розглянути сучасш методи захисту зал1зобетонних споруд в1д корози. Результата. На основ1 анал1зу даних обстеження, встановлено, що в бетош конструкцш зал1зобетонних моспв одночасно вщбуваеться два види корози: х1м1чна та бюлопчна. Видшеш основш ознаки корози та указаш дефекти конструкцш, що е 11 наслвдками. Наукова новизна. Дослвджено дефекти, що виявлеш у конструкщях заль зобетонних моспв 1 вказаш причини 1'х виникнення. Проанал1зовано мехашзм впливу корози бетону на стан зал1зобетонних моспв. Практична значимiсть. Оргашзаци, що займаеться утриманням та експлуатащею даних зал1зобетонних моспв направлено звгг, де на основ1 обстеження проанал1зоваш дефекти 1 пошко-дження та розроблеш рекомендаци по подальшш експлуатацп вказаних споруд.
Ключовi слова: х1м1чна короз1я; бюлопчна короз1я; короз1я бетону; зал1зобетонний мют; агресивне сере-довище; шд'1'зна кол1я; дефект
Вступ
Сьогоднi на залiзницях та автошляхах Укра-1ни з^зобетонш мости та труби складають 6i-льшу частину ycix споруд, що знаходяться в експлуатацп. Тому питання 1х бездефектно! експлуатацп е найважлившим для забезпечен-ня безперебiйного руху транспорту. Окрему групу складають мости, що експлуатуються на шд'1'зних колiях до шдприемств хiмiчноl про-мисловостi. Таю мости експлуатуються в агре-сивному середовищi та зазнають його постш-ного негативного впливу. Якщо конструкцн споруди не мають спецiального захисту, то результатом може стати корозiя бетону i армату-ри.
Як вщомо пiд корозiею бетону розумдать процес руйнування його структури, надання крихких властивостей пiд впливом навколиш-нього середовища. За механiзмом пропкання корозiйного процесу розрiзняють основнi види корози: хiмiчнy, фiзичнy i фiзико-хiмiчнy [1-6].
Хiмiчна корозiя бетону може бути трьох ви-дiв.
1. Розчинення складових частин цементного каменю.
Це найбшьш поширений вид корозiйного руйнування бетону. Бетоннi вироби експлуатуються в основному на вщкритому поверь При цьому вони пiддаються впливу атмосферних опавдв та iнших рщких середовищ. Складовою частиною бетону е пдрат окису кальцiю Са (ОН )2 - гашене вапно. Це самий легкороз-
чинний компонент, тому з часом вш розчиня-еться i поступово виноситься, порушуючи при цьому структуру бетону.
2. Корозiя бетону при взаемодн цементного каменю iз кислотами, що мютяться у водi.
Щд впливом кислот корозiя бетону пропкае або iз збiльшенням його об'ему, або з вимиван-ням легкорозчинних вапняних сполук.
Збiльшення об'ему вщбуваеться по реакцп:
Ca (OH )2 +CO2 =CaCO3 +H2O
Утворений карбонат кальцiю CaCO3 не роз-чиняеться у водi. Поступово вщбуваеться його вiдкладення в порах цементного каменю, за ра© В. I. Соломка, 2013
хунок чого йде збшьшення об'ему бетону, а надалi його розтрюкування i руйнування.
При контакт бетону з водними розчинами кислот утворюеться легкорозчинний бiкарбонат кальцiю, який е агресивним для бетону, а при наявносп води розчиняеться в нш i поступово вимиваеться iз структури бетонного каменю. Крiм розчинення спостерiгаеться i протiкання хiмiчноl корози бетону при цьому вимиваються солi хлористого кальцiю.
3. Корозiя бетону внаслщок утворення i кристалiзацil у порах важкорозчинних речовин. Що призводить до руйнування бетонних та за-лiзобетонних конструкцiй.
Крiм вищеописаних корозшних руйнувань бетону за наявностi мiкроорганiзмiв можливе протiкання бюлопчно1 корози. Грибки, бактери i деякi водоростi можуть проникати в пори бетонного каменю i там розвиватися. У порах в> дкладаються продукти 1х метаболiзму i посту-пово руйнують структуру бетонного каменю.
Бiопошкодження бетону, переважно зво-диться до порушення зчеплення складових компонентiв цього матерiалу в результатi впли-ву мшеральних або органiчних кислот мшроб-ного походження. Бетонш споруди руйнуються внаслщок хiмiчних реакцiй мiж цементним ка-менем i продуктами життедiяльностi мшроор-ганiзмiв.
Пориста структура бетону сприяе залучен-ню мiкроорганiзмiв у корозшш процеси. Завдя-ки змiнностi перерiзiв контактуючих пор мiк-роструктура цементного каменю мае непрони-кнiсть для частинок або мiкроорганiзмiв певно-го розмiру, як правило, набагато менших середнього розмiру пор. Омиваний рщиною бетон фiльтруе воду, а дрiбнi частинки i мшро-органiзми затримуються на поверхнi матерiалу i вступають з ним у взаемодiю.
Продукти життедiяльностi мiкроорганiзмiв такi як: кислоти, сульфщи, амiак та iншi, е аг-ресивними i викликають руйнування бетону, а також арматури в затзобетонних конструкщях.
При твердiннi бетон покриваеться захисною плiвкою, утвореною вуглекислим кальщем. По-ки плiвка цша, вона перешкоджае дифузи води всередину бетонно! кладки i тим самим захи-щае бетон вiд руйнування. Тiоновi бактери, що поселяються на поверхш карбонатного шару, руйнують його, змшюючи рН прилегло1 води за рахунок утвореною ними кислоти. Крiм того,
тiоновi бактери приносять шкоду продукуван-ням сульфатiв, оскiльки останш утворюють ет-рiнгiт, що прискорюе руйнування цементного каменю.
1нтенсивний розвиток корози бетону та зал> зобетону спостер^аеться в умовах техногенних середовищ. Висока вологiсть, наявнiсть оргаш-чно! речовини, жирiв i продуктiв !х гiдролiзу, амiаку, розчинiв солей створюють сприятливi умови для хiмiчноl корози та штенсивного роз-витку активних в корозiйному вiдношеннi мiк-роорганiзмiв.
Мета
Метою дано1 статтi е на основi лiтературних джерел та досвщу обстежень проаналiзувати наслiдки впливу агресивного середовища на конструкцil залiзобетонних мостiв, що експлуа-туються на шд'1зних колiях пiдприемств хiмiч-но! промисловостi Укра1ни та розглянути су-часнi способи захисту таких конструкцш вiд корозil.
Методика
В грудш 2013 року автором статтi було ви-конане обстеження трьох залiзобетонних мос-тiв, що експлуатуються на шд'1зних колiях одного iз хiмiчних пiдприемств Укра1ни, згiдно [7, 8]. Метою роботи було визначення техшч-ного стану залiзобетонних прогонових будов i опор, на яких вони встановленi та розробка ре-комендацiй по подальшiй !х експлуатаци для забезпечення безпеки руху поlздiв iз установ-леними швидкостями.
На основi обстеження були проаналiзованi дефекти i пошкодження та розробленi рекомен-дацil по подальшiй експлуатацil споруд.
В результат обстеження виявлено ряд дефе-ктiв i недолiкiв пов'язаних iз експлуатацiею споруд в умовах ди агресивного середовища.
Одним iз самих розповсюджених дефектiв на ушх конструкцiях е вилуговування цементного каменю, про що свщчать багаточисельш бiлi патьоки на поверхнi прогонових будов (рис. 1).
Патьоки вилуговування цементного каменю розповсюджеш по усш поверхш прогонових будов суцшьною смугою, що свiдчить про ак-тивний процес хiмiчноl корозil першого виду iз вимиванням гiдрату окису кальщю (гашене ва-пно).
PHC. 1. naTbOKH BHnyroByBaHHa Ha noBepxHi 3ani3o6eTOHHux nporoHOBHx 6ygoB
Yoi np0r0H0Bi 6ygoBH MaroTb 3pyHHOBam ip-sero BogoBigBigHi Tpy6KH. BHacnigoK Horo Boga i3 nnmu 6anacTOBoro KopHTa npoconyeTbca Ha-bkoho 3pyÖHoBaHHx Tpy6oK nonagae Ha 6oKoBy noBepxHro pe6pa nporoHoBoi' 6ygoBH i cy^nbHoro CMyroro cTiKae no noBepxHi (guB. puc. 1). Bpaxo-ByronH toh ^aKT, ^o gaHi mocth eKcnnyaTyroTbca Ha nig'i3HHx Koniax nignpueMcTBa xiMiHHoi npo-MucnoBocri, 3po3yMino, ^o Ha noBepxHro 6anacry nonagaroTb penoBHHH, noB'a3am i3 bhpo6hhhhm пpoцecoм nignpueMcTBa, a noTiM цi penoBHHH po3HHHaroTbca y Bogi nig Hac go^iB Ta npocony-roTbca Hepe3 6anacT i 3pyÖHoBaHi BogoBigBigHi Tpy6KH Ha KoHcrpy^ii' nporoHoBoi 6ygoBH. B pe3ynbTaTi gii 3a6pygHeHoi Bogu y 6eToHi Big6y-BaeTbca пpoцec xiMiHHoi' Ta 6ionoriHHoi Kopo3ii. npo ^o cBignaTb pi3Hi Konbopu 3a6apBneHHa цнx naTboKiB: hophhh Ta 3eneHHH, BigTiHKH KopuHHe-Boro i iH.
Ha ycix MocTax, ^o 6ynu o6cTeseHi, BuaBne-ho He^inbHe npunaraHHa MeTaneBoro nucra ne-peKpuTTa 3a3opy Mis 6noKaMH nporoHoBux 6y-goB. Pe3ynbTaToM TaKoro HegoniKy e npocony-BaHHH Bogu i3 nnmu 6anacroBoro KopHTa Kpi3b He^inbHo nepeKpuTHH 3a3op Ta po3noBcrogseHHa ipsaBux naTboKiB no yciH BHyTpimHiH noBepxHi nnuTH 6anacTOBoro KopHTa Ta pe6ep nporoHoBux 6ygoB (puc. 2).
XapaKTep naTboKiB Ha BHyTpimHiH noBepxHi nnmu 6anacroBoro KopHTa Ta pe6ep 3ani3o6eTOH-hhx nporoHoBux 6ygoB go3Bonae 3po6uTH bhcho-bok, ^o Big6yBaeTbca npoconyBaHHa Bogu He TinbKH cKpi3b po3nagHaHHa y 3a3opi a i cKpi3b 6e-toh nnuTH 6anacroBoro KopHTa.
Phc. 2. IpsaBi naTboKH Ha BHyTpimHiH noBepxHi nnuTH 6anacTOBoro KopHTa Ta pe6ep 3ani3o6eTOHHux nporoHoBux 6ygoB
naTboKH KopuHHeBoro Konbopy garoTb nigcra-bh BBasaTH, ^o Big6yBaeTbca BHyTpimHiH npo^c Kopo3ii 6eToHy Ta apMaTypu, ^o Mose npuBecra go He6e3neHHux HacnigKiB, a caMe pyHHyBaHHa 3axucHoro mapy 6eToHy Ta npu 3MeHmeHHi gia-MeTpy apMaTypu, ^o niggaeTbca Kopo3ii, nig Ha-BamaseHHaM MosnuBe pyHHyBaHHa apMaTypHux crepsrnB.
ogHHM HacnigKoM npoconyBaHHa 6pygHoi Bogu Kpi3b 6eToH nnuTH 6anacToBoro KopHTa e yTBopeHHa Ha BHyTpimHiH noBepxHi nnuTH Hama-pyBaHb KpHcTani3a^i xiMiHHux penoBHH BHacni-goK xiMiHHoi Kopo3ii 6eToHy (puc. 3).
Puc. 3. HamapyBaHHa KpHcrajii3a^i xiMiHHux penoBHH Ha BHyTpimHiH noBepxHi nnuTH 6anacroBoro KopHTa
© B. I. ConoMKa, 2013
На ycix мостах виявлено ознаки бюлопчно! корозп бетону. Це таю як змша забарвлення бетоном по усш поверхш зал1зобетонно! прого-ново! будови (рис. 4), патьоки зеленкуватого, чорного i шших кольор1в у мкцях шдвищено! вологост (рис. 5), нарости моху та кристатза-щя продyктiв життeдiяльностi бактерiй на по-верхнi бетону (рис. 6) i iн.
Рис. 4. Змша забарвлення бетоном по усш поверхш зал1зобетонно1 прогоново1 будови
Рис. 5. Ознаки бюлопчно! корозп бетону у мюцях шдвищено! вологостi
Аналiзyючи дефекти наведет на рис. 4, 5 i 6 можна зробити висновок, що на поверхш i у середиш бетону залiзобетонних прогонових будов вщбуваеться активний процес бюлопчно! корозн, який супроводжуеться кристатзащ-ею на поверхнi бетону продyктiв життедiяльно-стi мiкроорганiзмiв. Такий процес е небезпеч-ним, тому що може привести до порушення
зчеплення складових компонентiв бетону i його руйнування.
Рис. 6. Нарости моху та кристал1защя продукпв життед1яльност1 бактерш на поверхш бетону
Процес хiмiчноl i бюлопчно! корозн спосте-рiгаеться i у мющ контакту одше! iз промiжних опор iз грунтом (рис. 7).
Рис. 7. Руйнування бетону промгжно! опори у мющ контакту 1з грунтом
Внаслiдок постiйного контакту iз агресив-ним середовищем i грунтом, який напевне мае активш хiмiчнi складники що осiдають iз пов> тря чи розчиняються у вод^ вiдбуваеться руйнування бетону опори. По поверхш видно патьоки зеленкуватого кольору та каверни у бе-тош, що свщчить про активний процес хiмiчно! i бюлопчно! корозн, який привiв до руйнування структури бетону i його вимивання. Це е небез-печним явищем, тому що уже на сьогодш е ознаки просщання дано! опори. Таю як нахил опорних частин та закриття деформацшних за-зор1в мiж прогоновими будовами.
Результаты
В резyльтатi обстеження залiзобетонних моспв, що експлуатуються на шд'1зних колiях одного iз хiмiчних шдприемств Украши вста-новлено наступне:
1. В бетон констрyкцiй обстежуваних за-лiзобетонних мостiв одночасно вiдбyваеться два види корози: хiмiчна та бюлопчна.
2. Ознаками хiмiчноl корози е характерш бiлi патьоки, що утворюються по поверхш бетону внаслщок вилуговування цементного каменю а також утворення на поверхнi бетону продукнв кристалiзацil хiмiчних речовин, яю вступають у взаемодiю iз складовими матерiа-
лу.
3. Ознаками бюлопчно! корози е змiна бетоном забарвлення, нашарування зеленкувато-го, чорного i iнших кольорiв в мюцях шдвище-но! вологостi, а також кристалiзацiя на поверхнi бетону продукпв життедiяльностi мшрооргаш-змiв (нарости моху i iн.).
Висновки
1. Як правило, у бетонних та залiзобетон-них констрyкцiях, що пiддаються ди агресивно-го середовища, вiдбyваеться одночасно декшь-ка видiв корози. У будь-якому випадку запобш-ти виникненню корози набагато легше, нiж бо-ротися з 11 наслiдками.
Захист залiзобетонних констрyкцiй вiд корози повинен бути виконаний як на стади виго-товлення так i на стади експлуатацп. На стади виготовлення необхвдно додавати у бетон спе-цiальнi добавки, що надаватимуть йому здатно-стi опиратися негативнш дп агресивного середовища. На стади експлуатацп ефективними засобами профшактики корозшного процесу у бетонi е його надшна гiдроiзоляцiя за допомо-гою просочування природними або синтетич-ними смолами, фарбування, обклеювання ру-лонними матерiалами, покриття захисною штукатуркою, облицювання тощо.
2. За ктматичними характеристиками область, де експлуатуються обстежеш залiзобе-тоннi мости, вщноситься до територп шдвище-но1 вологостi. Тому природне середовище, а також наявнють поряд пiдприемства хiмiчноl промисловостi створюють сприятливi умови для розвитку корозшних процесiв у бетош.
3. Для приведення обстежених залiзобе-тонних мостiв на шд'!зних колш одного iз хiмi-чних шдприемств Украши в задовшьний екс-плуатацшний стан необхiдно виконати капiта-льний ремонт ушх мостових констрyкцiй або замшити прогоновi будови мостiв на новi iз реконстрyкцiею опор та мостового полотна.
У випадку виконання каштального ремонту для ушх залiзобетонних констрyкцiй мостiв на пiд'lзних колiях даного хiмiчного пiдприемст-ва, що шддалися впливу хiмiчноl корозН та м> кроорганiзмiв необх1дно виконати каштальний ремонт iз видаленням пошкодженого захисного шару бетону. Пюля цього просушити констру-кц^' i обробити поверхню дезинфшуючим складом не менше нiж у два прийоми. Пюля чого знову вщновити захисний шар одним iз сучас-них способiв.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Клименко, £. В. Техн1чна експлуатац1я та реконструкция буд1вель i споруд: навчальний поаб-ник [Текст] / £. В. Клименко. - К. : Центр на-вчально! лггератури, 2004. - 304 с.
2. Горчаков, Г. И. Строительные материалы: учеб. для вузов [Текст] / Г. И. Горчаков, Ю. М. Баженов. - М. : Стройиздат, 1986. - 688 с.
3. Дворшн, Л. Й. Теоретичш основи буд1вельного матер1алознавства [Текст] / Л. Й. Дворшн. - К. : НМКВ0, 1992. - 154 с.
4. Коррозия бетона и железобетона, методы их защиты [Текст] / В. М. Москвин, Ф. М. Иванов, С. Н. Алексеев, Е. А. Гузеев. - М. : Стройиздат, 1980. - 536 с.
5. Рыбьев, И. А. Строительное материаловедение [Текст] / И. А. Рыбьев. - М. : Высш. шк., 2003.700 с.
6. Буд1вельне матер1алознавство на транспорта [Текст] / О. М. Пшшько, А. В. Краснюк, В. В. Пунагш, О. В. Громова. - Д. : Вид-во Дшпропетр. нац. ун-ту зал1зн. трансп. 1м. акад. В. Лазаряна, 2010. - 624 с.
7. ДБН В.2.3-6:2009. Споруди транспорту. Мости та труби. Обстеження i випробування [Текст]. -Чинш в1д 2010-03-01. - К. : М1н рег1он буд. Украши, 2009. - 42 с.
8. 1нструкц1я по утриманню штучних споруд [Текст] / В. Ф. Сушков, Л. П. Ватуля, М. М. Ль тв1нов i 1н. - К. : Транспорт Украши, 1999. -96 с.
© В. I. Соломка, 2013 111
В. И. СОЛОМКА1*
1 Каф. «Мосты», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днепропетровск, Украина, 49010, тел. +38 (067) 584 97 35, эл. почта [email protected]
ХИМИЧЕСКАЯ И БИОЛОГИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ БЕТОНА И ЕЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ДЛЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ МОСТОВ
Цель. Актуальным для мостов, эксплуатируемых в условиях агрессивной среды, является вопрос коррозионной устойчивости материала, из которого они изготовлены. Одним из методов решения этого вопроса является защита конструкций от коррозии, как на этапе изготовления, так и в процессе эксплуатации. Методика. Используя данные, полученные при обследовании железобетонных мостов на подъездных путях одного из предприятий химической промышленности Украины, проанализировать причины появления дефектов, связанных с эксплуатацией сооружений в агрессивной среде и рассмотреть современные методы защиты железобетонных сооружений от коррозии. Результаты. На основе анализа данных обследования, установлено, что в бетоне конструкций железобетонных мостов одновременно происходит два вида коррозии : химическая и биологическая. Определены признаки коррозии и указаны дефекты конструкций, которые являются ее последствиями. Научная новизна. Исследованы дефекты, выявленные в конструкциях железобетонных мостов, и указаны причины их появления. Проанализирован механизм влияния коррозии бетона на состояние железобетонных мостов. Практическая значимость. Организации, занимающейся содержанием и эксплуатацией данных железобетонных мостов, направлен отчет, где на основе обследования проанализированы дефекты и повреждения, а также разработаны рекомендации по дальнейшей эксплуатации указанных сооружений.
Ключевые слова: химическая коррозия; биологическая коррозия; коррозия бетона; железобетонный мост; агрессивная среда; подъездной путь; дефект
VALENTINA SOLOMKA1*
1 Dept. of Bridges, Dnipropetrovsk national university of railway transport named after academician V. Lazaryan,
2 Lazaryana Str., Dnipropetrovs'k, Ukraine, 49010, tel. +38 (067) 584 97 35, e-mail [email protected]
CHEMICAL AND BIOLOGICAL CORROSION OF CONCRETE AND ITS IMPLICATIONS FOR REINFORCED CONCRETE STRUCTURES BRIDGES
Purpose. Relevant for bridges operating in harsh environments is the issue of corrosion resistance of the material from which they are made. One method of solving this problem is the protection of structures against corrosion, both during manufacture and during use. Methodology. Using data obtained during the examination of concrete bridges sidings one of the Ukrainian chemical industry, to analyze the causes of the defects associated with the operation of structures in aggressive environments and discuss modern methods of protection against corrosion of reinforced concrete structures. Findings. Based on the analysis of the survey data found that in concrete structures reinforced concrete bridges occur simultaneously two types of corrosion: chemical and biological. Identified signs of corrosion and defects are designs that are its consequences. Originality. Investigated defects identified in the construction of concrete bridges, and the reasons for their occurrence. The mechanism of the influence of the state of corrosion of concrete reinforced concrete bridges. Practical value. Organization dedicated to the maintenance and operation data of concrete bridges, sent a report based on a survey which analyzed defects and damage, and developed recommendations for the further operation of these facilities.
Keywords: chemical corrosion; biological corrosion; corrosion of concrete; reinforced concrete bridge; aggressive environment; spur line; defect
Статтярекомендована до публ^кацИд.т.н., проф. О. С. Распоповим (Украгна).
Надшшла до редколеги 20.11.2013. Прийнята до друку 30.11.2013.
