Повышение коррозионной стойкости стальной арматуры и закладных деталей в изделиях из ячеистого бетона

ПОВЫШЕНИЕ КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ СТАЛЬНОЙ АРМАТУРЫ И ЗАКЛАДНЫХ ДЕТАЛЕЙ В ИЗДЕЛИЯХ ИЗ ЯЧЕИСТОГО БЕТОНА
Стальная арматура. Сохранность стальной арматуры в обычном тяжелом бетоне обеспечивается высокой щелочностью в нем жидкой фазы и высокой плотностью. В автоклавном ячеистом бетоне процессы гидратации составляющих цемента практически завершаются в автоклаве. Поэтому даже у свежеизготовленного автоклавного бетона щелочность водных пленок недостаточна, чтобы существенно замедлить развитие коррозии арматуры. Обмен воздчха в порах ячеистого бетона происходит значительно свободнее, чем в плотном бетоне, а следовательно, быстрее протекает карбонизация бетона. При этом щелочность водных пленок в бетоне понижается до такого уровня, при котором процесс коррозии стали вообще не зависит от щелочности, а определяется интенсивностью диффузии кислорода и уровнем влажности бетона.
Вследствие этих обстоятельств защитные свойства автоклавного ячеистого бетона по отношению к стальной арматуре весьма низки, и поэтому состояние стальной арматуры в ячеистобетонных конструкциях заслуживает специального рассмотрения. В Уральском ПромстройНИИпроектеР.А.Зариным и автором исследовано поведение стальной арматуры в эксплуатируемых ячеистобетонных.
Аналогично состояние стальной ар штуры в ячеистобетонных конструкциях промышленных зданий с нормальными температурно влажностными условиями. Так, з по крмгии главного корпуса завода «Автоэлектроприбор» в Риге пос • +0 лет эксплуатации не отмечено ни одного случая коррозии. .рмятуры.
На рис. 52 показано состояние стержней арматуры, выпиленной м мнелей дома по ул. Футбольной, в Березниках. Панели име и о шнаковую плотность бетона, одинакова была и их ориентация ) с ранам света. Но влажность бетона в них была разной. Объясняется это наличием с фасадной стороны некоторых панелей плотною растворного слоя, задерживающего влагу в бетоне. С увеличением влажности бетона интенсивно раз коррозия арматуры.
Состояние стальной арматуры после 2 лет эксплуатации в пенс бетонных панелях с защитным слоем 2,5 см при влажности бетона 2 2,5 (вверху), 9 (посередине), 8% (внизу)При обследованиях отмечено увеличение коррозии арматуры с уменьшением толщины защитного слоя бетона. Так. в газобетсн ных перемычках жилых домов в Риге, эксплуатируемых более 20 лет, коррозия арматуры наблюдается лишь на участках стержней с защитным слоем бетона менее 0 мм. Арматура в стеновых гз зошлакозолосиликатных панелях в Нижнем Тагиле при расположении ее на глубину более 20 мм совершенно чистая. При толщине защитного слоя 2 мм отмечена поверхностная коррозия стержней на площади около 30% поверхности
В Свердловске при обследовании 23 зданий отобрано из печо бетонных панелей 297 образцов арматуры. Они были разбиты на группы с интервалом толщины защитного слоя 5 мм.Математическая обработка результатов оценки состояния стержней показала достоверную зависимость развития коррозии арматуры от толщины защитного слоя бетона. Математическое ожидание развития коррозии арматуры при толщине защитного слоя бет на более 25 мм колеблется около, а при толщине защитного елся —5 мм оно составляет 3,05.С увеличением защитного слоя количеспю стержней, имеющих и щепную коррозию, падает. При толщине защитного слоя 5 мм hlt стержни поражены язвенной коррозией, а при толщине защитною слоя более 25 мм коррозия стержней носит преимущественно характер слабого поверхностного напета.
Между тем результаты лабораторных опытов, в которых варьировали толщину защитного слоя от 0 до 40 мм, не выявили влиянии толщины защитного слоя в ячеистом бетоне на поведение арма ры. 63. На основании этих опытов в нормах проектирования конструкций из ячеистого бетона была предусмотрена толщина защитного слоя для расчетной арматуры, равная 20±5 мм.
В чем же причина расхождения результатов лабораторных опы пш с поведением конструкций в натуре?
При натурных исследованиях установлено, что в зданиях с нормальным температурно влажностным режимом поверхностные слои ячеистобетонных стен глубиной 0 30 мм высыхают до тако ю уровня, при котором процесс коррозии стальной арматуры приостанавливается. Показано также, что конденсация влаги в стене и шмний период не отражается на влажности поверхностных слоев.
В глубине стены влажность ячеистого бетона долго сохраняется выше уровня, который обеспечивает затухание процесса коррозии арматуры. Таким образом, арматура в поверхностных слоях ячеис гпго бетона должна была бы быть в хорошем состоянии. Однако в поверхностных слоях быстро проходит карбонизация бетона. Исследование кинетики карбонизации в обычном плотном бетоне, проведенное С.Н. Алексеевым и Н.К. Розснталем, показало, что для предупреждения развития коррозии арматуры в таком бетоне и тедствие его карбонизации необходимо в ряде случаев или увеличивать толщину защитного слоя бетона, или уменьшить его проницаемость для газов. 7. Интенсивность карбонизации ячеис, о о бетона плотностью 700 кг м3 по сечению стены составляет К) 2 мм в год 78. Это делает особенно необходимым учет нчияпия карбонизации при назначении толщины защитного слоя Петой а в ячеистобетонных конструкциях.
Схема стены с графиками уровня влажности ячеистого бетона v пенсии его карбонизации после 2—3 лет эксплуатации (рис. 53 нл гюстрирует различие условий испытания образцов в лаборатории, где независимо от глубины залегания стержня влажность бе п на находилась на одинаковом, довольно высоком уровне, и ь жеплуатационных условиях, когда влажность бетона, окружаюше n арматуру, изменяется в широких пределах, замедляя или уекг ряя коррозию арматуры.
арматура лучше всего сохраняется, если будет расположен; между пересечением кривой, показывающей степень карбонизаци; Петна. с кривой влажности бетона и пунктирной линией, отделяв шей поверхностный слой бетона, в котором влажность находит уровне, препятствующем развитию коррозии. На *той гл от высыхание бетона, окружающего арматуру, до уровня влажности котором коррозии не происходит, наступит скорее, нежел бетон начнет карбонизироваться, и карбонизация не окажет влияния на развитие коррозии арматуры. Последующие изменения влажности на этой глубине в отличие от изменений влажности поверхностного слоя происходят лить при косых дождях значительной интенсивности и отмечаются редко. Поэтому мы пришли к выводу, что оптимальная глубина залегания арматуры — 25—30 мм. Натурные наблюдения, как показано ранее, также показывают, что при этой толщине защитного слоя поведение арматуры значительно улучшается.
Таким образом, первой рекомендацией, обеспечивающей улучшение поведения арматуры в конструкциях из ячеистого бетона, является требование о соблюдении в них толщины защитного слоя, равной 25—30 мм.
Однако и при рекомендуемой нами толщине защитного слоя, как отмечалось в главе, возможно повышение влажности бетона в зоне, окружающей арматуру, вследствие косых дождей. Следовательно, само по себе увеличение толщины защитного слоя бетона не является фактором, гарантирующим сохранность арматуры. Необходимо также предупреждать увлажнение бетона в зоне, окружающей арматуру.
Для выявления количественной зависимости коррозионных потерь от влажности бетона в лабораторных условиях изучена интенсивность развития коррозии арматурных стержней из стали Гт 3, заделанных в ячеистобетонные образцы размером 4x4x 6 см штот ностью 500 и 700 кг м. Заданная влажность бетона поддерживалась на одном уровне в течение 2 мес (рис. 54).
Наиболее интенсивно коррозия протекает при влажности бетона 20 и 30% по массе. В меньшей степени арматура корродирует при влажности бетона 40% по массе. В этом случае ввиду избытка воды в порах бетона затруднен доступ кислорода воздуха к стержням. Еще более замедляется коррозия при влажности бетона 5— 0% по массе. В этом случае причиной замедления коррозии является недостаточная влажность. При влажности ячеистого бетона 5% по объему (7% по массе для бетона плотностью 700 кг м3 и 0% по массе для бетона плотностью 500 кг м3) коррозия арматуры после начальной фазы стабилизируется к 6 месячному сроку и в дальнейшем не развивается.
Следовательно, вторым мероприятием, предупреждающим развитие коррозии арматуры, является такая защита фасадной поверхности панелей от косых дождей, которая предотвратит увлажнение бетона в зоне, окружающей арматуру, сверх указанных величин. Такая защита может достигаться при использовании отделок, имеющих повышенную водонепроницаемость.
Предел допустимого увеличения влажности бетона в зоне, окружающей арматуру, — 5% по объему регламентирован нормами СН 277 80. Он установлен по результатам опытов с ячеистыми бетонами на основе песка. Абсолютная удельная поверхность у этих бетонов такова, что при влажности менее 5% по объему большая часть влаги распределена по поверхности твердой фазы полиразличной удельной поверхностью будет соответствовать разный уровень влажности.
На микрофотографиях структуры гидросиликатов газобетона и газозолобетона 6, выполненных на сканирующем микроскопе (см. табл. 50 и рис. 55), хорошо видно резкое различие их абсолютных удельных поверхностей вследствие различного характера гидросиликатов, формирующих цементный камень этих бетонов.
В зависимости от метода определения абсолютная удельная поверхность газозолобетона 6 в, 9—2,7 раза больше, нежели у бетона. При относительной влажности воздуха 75,5% сорбция бетона составляет 2,32% по массе; а толщина слоя воды на поверхности твердой фазы —, 37 нм. При этой же влажности воздуха сорбция газозолобетона 6 равна 7,0 %, а толщина слоя воды на поверхности твердой фазы этого бетона составляет, 04 нм. Таким образом, несмотря на различную влажность бетонов (от 2,32 до 7,02%), толщина слоя воды на поверхности твердой фазы у них одинакова и можно предполагать, что условия для развития коррозии арматуры у этих бетонов также одинаковы. Изложенное показывает необходимость дифференцированного подхода при определении предельно допустимой влажности ячеистого бетона в зоне, окружающей арматуру, в зависимости от вида бетона. Возможно, что для газозолобетонов предельно допустимая влажность может быть принята большей, нежели для бетонов на основе песка.Значительная коррозия арматуры отмечается в панелях с некачественным ячеистым бетоном, например, с бетоном, имеющим трещины. Здесь коррозия имеет место даже при достаточной толщине защитного слоя.Было осмотрено 28 стержней, защитный слой у которых имел трещины шириной 0.. 2 мм (табл. 59). Из 28 стержней лишь 4 имеют признаков коррозии, причем в. этих случаях защитный ж составлял 30—50 мм. На участке стержня, соприкасающемся грещиной, как правило, отмечается коррозия, достигающая иног баллов, несмотря на незначительный срок эксплуатации зданий 3 юда. Коррозия развивается тем интенсивнее, чем шире третий. Например, при ширине трещин 0,2 мм стержней с оценкой палла было 8%, а при ширине 0,33 мм 30%. Втияние трещин наиболее сильно при недостаточном защитном. При защитном слое менее 25 мм 22% стержней имели яззен) коррозию в 2 балла, а при защитном слое более 25 мм сгерж с такой коррозией было лишь 7%. При защитном слое 6?лее мм коррозия распространяется на небольшой участок около тре ы При обследовании дома № 686 по пр. Ленина в Свердлезскс зскрыт горизонтальный стержень, к которому подходил грс шириной 0,4 мм. Защитный слой бетона был равен 2~ мм сень был совершенно чист, и лишь в месте пересечения с тре и имелась поверхностная коррозия. В панели дома по ул. Хмелева, 6 были вскрыты два стержня с защитным слоем 30 и 35 мм. На первом стержне в месте пересечения с трещиной отмечены точечные каверны с наибольшей глубиной 50 мкм и поверхностная коррозия, распространяющаяся то обе стороны от трещины на. 5 2 см. На втором стержне коррозионные поражения отмечены лишь в месте пересечения с трещиной, остальные участки стержней бьпи совершенно чистые.
Таким образом, трещины в ячеистом бетоне ухудшают условия работы стержней и понижают защитную способность бетона по отношению к стальной арматуре. Однако при достаточном защитном слое (более 25 мм) коррозия арматуры на участках, соприкасающихся с трещиной, имеет местный характер и распространяется на небольшую площадь. Теоретически соблюдение достаточного защитного слоя и предохранение его от увлажнения должны обеспечивать сохранность стальной арматуры.При обследованиях неоднократно отмечалось хорошее состояние арматуры в конструкциях из ячеистых бетонов, эксплуатировавшихся длительный период (20 40 лет). Известны и другие случаи многолетней эксплуатации зданий со стенами и перекрытиями из ячеистых бетонов, в которых стальная арматура, не защищенная специальными обмазками, коррозии не подвергалась 42. Следовательно, при высокой культуре изготовления, транспортирования, монтажа панелей и полном соблюдении правил их эксплуатации стальная арматура в них не нуждается в специальных защитных обмазках, так как низкий уровень влажности ячеистого бетона в этих условиях задерживает развитие коррозии. Однако в начальный период эксплуатации панелей, когда влажность ячеистого бетона повышена и климатические условия не способствуют быстрому высыханию бетона, защитные покрытия стальной армзту ры могут оказаться единственным способом предупреждения раз вития ее коррозии.
Таким образом, условиями сохранности стальной армат ры в конструкциях из ячеистых бетонов являются: соблюдение толти ны защитного слоя бетона, не менее 25 мм; защита фасадной по верхности панелей от косых дождей, предотвращая увлажнение? бетона в зоне расположения арматуры сверх 5% по объему; устрой ство защитных обмазок арматуры.Известен ряд составов для защиты арматуры в автоклавных ячеистых бетонах: цементно битумные, цементно полистирольные, ингибированнос сланцебитумно цементное, цементно латексные. ла тексно минералъные и др. В зависимости от вида растворителя можно выделить составы на летучих органических растворителях и с водой в качестве растворителя. Лабораторные испытания этих* покрытий показали их достаточную эффективность. Однако надо учитывать, что качественные показатели покрытий могут резко изменяться при изменении способа нанесения покрытия. Поэтому предпочтение следует отдавать покрытиям, допускающим механизированное нанесение составов. Крейс в течение 3 лет обследовали конструкции сланце южного газобетона, в которых арматура была защищена сланце бнтумно цемептным составом. Конструкции эксплуатировались в производственных животноводческих зданиях. Статистическая обработка результатов исследований позволила прогнозировать дол ювечность конструкций в этих условиях в зависимости от состояния арматуры. Если критерием долговечности конструкций при пять отслаивание защитного слоя, то сланцебитумно цементное покрытие арматуры обеспечивает эксплуатацию конструкций из ячеистого бетона в условиях производственных сельскохозяйст пепных зданий в течение 50 лет.Среди водорастворимых покрытий наиболее распространено мтсксно минеральное покрытие, разработанное НИПИсиликатбето пом. Оно отличается повышенной жизнеспособностью состава, что облегчает качественное выполнение работ по защите арматуры.Как показал 20 летний опыт эксплуатации крупнопанельных паний в Свердловске, зашита арматуры существующими составами совместно с использованием отделки, уменьшающей увлажнение бетона, и соблюдением толщины защитного слоя бетона не менее 25 мм полностью гарантирует сохранность арматуры в ячеисто бетонных панелях наружных стен этих зданий.Закладные детали. Состояние креплений панелей из ячеистогс бетона к каркасу промышленных зданий и опорных столиков изучалось в Уральском ПромстройНИИпроекте Т.М. Плаксиной и. М. Ануфриевым по методике НИИЖБ. Степень коррозии оиени чхчн по средней толщине продуктов коррозии, скорости коррозии и площади поражения коррозией в зависимости от агрессивности среды, влажности и наличия антикоррозийной защиты. Показзтели к ррозии определяли отдельно для закладных деталей и связен ; :. шорных столиков. Исследовали состояние креплений стеновых ;;апелей к железобетонным колоннам в 5 зданиях со сроком эксплуатации от 5 до 4 лет. Было проанализировано состояние 66 уз 0» креплений и 22 столиков (табл. 60). Панели серии СТ 02 3 применены в здании цеха очистных сооружений завода резине илннческих изделий (РТИ) и в глиноземном цехе (декомпозиция) . В остальных объектах использованы панели серии (02 6. В здании котельной, декомпозиции и утилизационной тепле Krpoцентрали крепления и столики были покрыты битумной мульсией, в цехе производства сернистого натрия —двумя ел. ям; масляной краски, а в остальных объектах не защищались.Копер шахты Магнетитовая бис в Нижнем Тагиле имеет высот;, f м. Крепления стен этого здания обследованы на отметках. Относительная влажность возд ха ъ период обследования в помещениях на этих отметках составлял: 44. 67, 79, 77 и 70% соответственно. Выявлена четкая зазиск м. интенсивности развития коррозии креплений и столик _з о: ми постного режима помещений (табл.6) . Степень коргози меняется от 0, 5 мм при относительной влажности 29% на отметке +56 м до 3 и 2 м при влажности 79—77% на отметках +26 и +2. м. Следует заметить, что показатели коррозии креплений стеновых панелей в помещениях копра с нормальной влажностью выше,чем в других зданиях с такими же влажностными условиями. Возможно, это объясняется тем, что в первые 3—5 лет эксплуатации влажность воздуха в помещениях копра была значительно выше, нежели в период обследования состояния креплений после 4 лет жсплуатации. Например, на отметке +56 м влажность воздуха зимой составляла в большинстве случаев около 75%, а летом 40— 45% при температуре зимой 2—20, летом 22 2б°С. На отметке +32 м влажность воздуха зимой была 74—88, летом 70—82%.
На рис. 56 показаны коррозионные потери креплений панелей е (шниях с относительной влажностью воздуха менее 60% в зависимости от длительной эксплуатации. Наибольшие потери отмечены н иехах пропитки тканей и сернистого натрия, а также в помешенш. отметке +44 м копра шахты Магнетитовая бис при относнтель н n влажности воздуха 44%. Это объясняется тем, что цех пропитки мптельнос время находился без кровли, а в цехе производств; сернистого натрия имеются выделения сероводорода и сернистог: ангидрида. В помещении копра на отметке +44 м на развитие коррозии креплений повлияла повышенная влажность в первые голь.
Эти обстоятельства обусловили увеличенные коррозионны; ::отери в креплениях панелей указанных объектов по сравнению : гругими объектами с нормальным влажностным режимом. Есл пч не принимать во внимание, то зависимость коррозионных пс
пь v от длительности эксплуатации х можно выразить уравненк м. = 0,005.x + 0, 54.
Тжим образом, результаты натурных исследований показали чп) за период эксплуатации 5 — 4 лет в промышленных зданиях. п р.мальными температурно влажностными условиями эксплуат. пин (неагрессивной средой) тенденции к увеличению коррозиях с неагрессивной средой при увеличении длительности эксплуатации уменьшается от 0,035 мм год для зданий с 5 легним сроком эксплуатации до 0,026 мм год для зданий со сроком эксплуатации 4 лег. Все это как будто бы говорит о необязательности специальной защиты креплений панелей в промышленных зданиях с неагрессивной средой. В то же время исследования показали большую потенциальную возможность развития коррозии креплений панелей в этих зданиях при незначительных, зачастую неизбежных, изменениях условий эксплуатации. Особенно отчетливо это проявляется при анализе коррозионного состояния опорных столиков. По абсолютному значению коррозионные потери у столиков на порядок выше, чем у креплений, причем степень коррозии столиков зависит от ориентации стены. Так, коррозионные потери опорных столиков на северной стене в цехе пропитки тканей оказались в 2 раза выше, нежели на южной. Объясняется это несколько большим уровнем влажности бетона в ограждении северной стороны здания в конце периода влагонакопления и более длительном периодом ее высыхания, нежели в панелях южных стен. Разница влажности бетона составляет всего лишь 2— 2,5% по массе. Однако этого достаточно для резкой интенсификации процесса коррозии столиков.
В зданиях со слабоагрессивной средой коррозионные потери креплений, не имевших специальной защиты, составили. 68— 2,5 мм, а скорость коррозии 0, 5—0.23 мм год. Это на порядок выше, чем в зданиях с неагрессивной средой.
В зданиях со среднеагрессивной средой крепления и опорные столики были тщательно защищены битумной эмульсией. При этом коррозионные потери креплений после 3 лет эксапуатации составили 0,38 мм, а скорость коррозии 0.03 мм год. Практически применение антикоррозионного покрытия креплений в зданиях этой группы нивелирует их по поведению креатений панелей до ур зня зданий с неагрессивной средой.
Таким образом, опорные столики как в зданиях с агрессивной средой, так и в зданиях с неагрессивной средой необходимо снсци x. no защищать от коррозии. Очевидно, что требования к защите креплений для зданий с неагрессивной средой мо ут быть менее жесткими, чем для других групп зданий.
Следует отмстить, что обеспечение надежной долговечной эксплуатации креплений панелей является комплексной проблемой, затрагивающей конструктивное решение, качество производства работ и защиты деталей и выполнение правил эксплуатации. В большой мере условия эксплуатации креплений зависят от состояния герметизации швов, своевременного ремонта и возобновления антикоррозионных покрытий.
Конструкция применяющихся креплений с точки зрения их кор розиестойкости недостаточно совершенна. Во всех креплениях используется монтажная сварка. В построечных условиях трудно обеспечить качественную защиту деталей после сварки. Защитное покрытие деталей на стороне, обращенной к бетону, при сварке пкже повреждается и не может быть восстановлено. Радикальным путем повышения долговечности деталей крепления панелей начнется использование конструктивных решений, предусматривающих отказ от опорных столиков и применение несварных монтажных соединений, детали которых не проходят автоклавную обработку. Примером такого соединения является шарнирное крещение, предложенное Уральским ПромстрокНИИпроектом 0.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ