Пособие по проектированию защиты от коррозии бетонных и железобетонных строительных конструкций (к снип 2.03.11-85)

При содержании хлоридов, превышающих в пересчете на Сl^¾ 250 мг/кг, следует учитывать наличие сульфатов.

Вычисляем суммарное содержание хлоридов и сульфатов в пересчете на Сl^¾: 1500 + 930×0,25 = 1732 мг/кг.

В зоне нормальной влажности среда по отношению к арматуре стенок железобетонного резервуара среднеагрессивна.

2.7. Оценка агрессивности природных и технологических жидких сред производится: по отношению к бетону конструкций — по табл. 5(5), 6(6), 8(8); по отношению к арматуре железобетонных конструкций — по табл. 7(7).

При наличии в жидкой среде нескольких агрессивных компонентов оценка агрессивного воздействия среды производится по наиболее агрессивному.

Степень агрессивного воздействия сред, указанных в табл. 5(5), 6(6) и 7(7), приведена для сооружений при величине напора жидкости до 10^-1 МПа (1 атм).

А. При действии жидких неорганических сред на бетон коррозионные процессы подразделяются на три основных вида:

а) коррозия I вида характеризуется выщелачиванием растворимых компонентов бетона [представлена в табл. 5(5) показателем бикарбонатной щелочности)];

б) коррозия II вида — образованием растворимых соединений или продуктов, не обладающих вяжущими свойствами, в результате обменных реакций между компонентами цементного камня и жидкой агрессивной средой [представлена в табл. 5(5) водородным показателем рН, содержанием агрессивной углекислоты, магнезиальных, аммонийных солей и едких щелочей].

Оценку степени агрессивного воздействия среды по содержанию агрессивной углекислоты (см. прил. 4Б) следует производить только при значениях рН свыше 5. При рН до 5 степень агрессивного воздействия оценивается по водородному показателю;

Примечание. Изменение рН на единицу соответствует изменению концентрации водородных ионов — кислотности на один десятичный порядок (в 10 раз):

в) коррозия III вида — образованием и накоплением в бетоне малорастворимых солей, характеризующихся увеличением объема при переходе в твердую фазу без химического взаимодействия при наличии испаряющих поверхностей [представлена в табл. 5(5) показателем суммарного содержания солей хлоридов, сульфатов, нитратов и др.] и в результате химического взаимодействия с сульфатами [представлена показателем содержания сульфатов в табл. 6(6)].

В табл. 6(6) оценка степени агрессивного воздействия сульфатов дана в зависимости от содержания бикарбонатов (в пересчете на ион HCO₃^‑), присутствующих наряду с сульфатами в большинстве природных вод и способствующих замедлению процессов сульфатной коррозии. Положительное влияние бикарбонатов на замедление скоростей коррозионных процессов проявляется при концентрации ионов HCO₃^‑ от 3 до 6 мг×экв/л и более.

Оценку агрессивного воздействия среды при сульфатной коррозии следует производить с учетом влияния вида катионов сульфата. Показатели агрессивности табл. 6(6) для сульфатов натрия, калия, кальция, магния и никеля остаются без изменения; для сульфатов меди, цинка, кобальта, кадмия умножаются на коэффициент 1,3.

Сульфатная агрессивность жидкой среды по отношению к бетону зависит от вида применяемого цемента и проницаемости бетона. Вид цемента и проницаемость бетона могут быть заранее заданы в проекте, а могут быть назначены как средство первичной защиты бетона после анализа данных о степени агрессивности среды с учетом технико-экономических соображений.

Степень агрессивного воздействия сред, указанных в табл. 5(5) и 6(6), следует снижать на одну ступень для бетона массивных малоармированных конструкций (толщина свыше 0,5 м, процент армирования до 0,5).

В табл. 4(4), 5(5) и 6(6) значения показателей агрессивности меняются ступенчато. Вблизи границ значений показателей табл. 6(6) и 7(7) при оценке степени агрессивного воздействия среды допускается не учитывать в пределах +10 % отклонения от нормируемых величин.

Например, для бетона нормальной проницаемости на портландцементе по ГОСТ 10178—85 при фактическом содержании сульфатов до 275 мг/л среда может считаться неагрессивной.

В случаях, когда жидкая среда агрессивна по содержанию сульфатов, основным средством придания стойкости бетону является применение цементов повышенной сульфатостойкости.

Если в агрессивной жидкой среде помимо сульфатов присутствуют другие агрессивные компоненты, их воздействие следует учитывать отдельно и исходя из этого назначать способы защиты.

Б. Агрессивность жидких органических сред к бетону определяется химической активностью при взаимодействии с составляющими бетон компонентами и растворимостью в воде.

Перечень наиболее распространенных жидкостей и оценка степени их агрессивного воздействия на бетон в зависимости от его проницаемости приведены в табл. 8(8).

Примечание. При оценке агрессивного воздействия жидких органических сред, не упомянутых в табл. 8(8), следует иметь в виду способность некоторых органических сред самопроизвольно полимеризоваться, их высокую адсорбционную активность, способность к активному гидролизу с выделением газообразных веществ и др., что приводит к специфическим процессам коррозии бетона.

В. Степень агрессивного воздействия жидкой неорганической среды по отношению к арматуре железобетонных конструкций толщиной до 250 мм (трубы, стенки подвалов, резервуаров и т. п.) определяется содержанием хлоридов по табл. 7(7). Для более массивных конструкций оценка агрессивности среды, содержащей хлориды, дается только к бетону по табл. 5(5).

Агрессивность жидкой среды, содержащей сульфаты, по отношению к арматуре устанавливается только в тех случаях, когда наряду с сульфатами присутствуют хлориды в количестве свыше 250 мг/л в пересчете на Сl^¾. При этом оценка степени агрессивного воздействия среды производится по табл. 7(7) при условии, что количество сульфатов пересчитывается на содержание хлоридов умножением на 0,25 и суммируется с содержанием хлоридов.

Для железобетонных конструкций, подвергающихся действию жидких сред, агрессивных к бетону и арматуре, следует назначать комплекс мер первичной и вторичной защиты, обеспечивающих коррозионную стойкость железобетона в этих средах.

2.8. Оценка степени агрессивного воздействия жидких сред производится путем сопоставления данных химического анализа жидкостей или растворов с показателями предельного содержания агрессивных компонентов по табл. 4(4)—8(8).

Для оценки агрессивности грунтовых вод необходимы следующие данные: химический анализ воды; характеристика условий контакта воды и бетона (свободное смывание, напор); коэффициент фильтрации грунта; наличие испаряющих поверхностей конструкций; температурные условия работы конструкций; предполагаемая проницаемость бетона; вид цемента, намечаемого к применению.

Примечание. Два последних параметра могут быть уточнены при оценке степени агрессивности.

Химический анализ грунтовой воды производится с помощью отбора проб воды. Места отбора проб, их количество и глубина отбора должны приниматься в соответствии с требованиями нормативных документов по инженерным изысканиям для соответствующих видов строительства (СНиП 1.02.07—87).

Пробы должны характеризовать все водоносные горизонты, воды которых будут контактировать с проектируемыми сооружениями. При этом должны быть учтены возможности: подъема уровня грунтовых вод в процессе эксплуатации проектируемых сооружений, попадания в грунт технологических растворов и изменения гидрогеохимической обстановки после возведения сооружений.

При изменении химического состава воды в зависимости от времени года для проектирования следует принимать наибольшую агрессивность за период продолжительностью не менее месяца.

При наличии нескольких результатов химического анализа из одного и того же водоносного горизонта, скважины или водоема оценка агрессивности производится по усредненным показателям химических анализов при условии, что отклонения единичных показателей от среднего значения не превышают 25 %. При большем отклонении от средних значений оценка агрессивности определяется по наиболее неблагоприятному анализу.

Срок давности анализов должен быть не более трех лет до разработки проекта и не более пяти лет до начала строительства.

По истечении указанных сроков необходимо провести повторный отбор проб для химического анализа. Если по первым данным не выявлено существенного отличия химического состава воды, число проб может быть сокращено в 2—3 раза.

Оценка агрессивности промышленных сточных вод производится: для вновь проектируемых предприятий на основании анализа химического состава сточных вод, указанного в технологической части проекта; для действующих предприятий — по фактическим средним данным химического состава вод за последние три месяца или на основании данных специального обследования.

Степень агрессивности жидкой среды сооружений, предназначенных для технологических жидкостей (очистные сооружения, коллекторы сточных вод и т.п.), определяется с учетом нейтрализации кислых и щелочных стоков.

Химический анализ природных вод следует выполнять в соответствии со следующим минимальным перечнем определений: сухой остаток (общее содержание солей), содержание водородных ионов — рН (кислотность), содержание агрессивной углекислоты — СО_{2 агр.}, содержание ионов: HCO₃^‑, (бикарбонатная щелочность), , Mg²⁺, , Cl^‑.

В промышленных водах дополнительно определяют общее содержание щелочей и, при необходимости, органических соединений, перечисленных в табл. 8(8).

Коэффициент фильтрации грунтов, прилегающих к сооружению, допускается принимать по справочным данным, если он не определен опытным путем. При этом к слабофильтрующим грунтам могут быть отнесены только связанные уплотненные грунты — глины и плотные суглинки.

Пример 7. Произвести оценку степени агрессивного воздействия грунтовых вод по отношению к немассивным железобетонным фундаментам, расположенным в уровне грунтовых вод и в зоне капиллярного подсоса. Коэффициент фильтрации грунтов в районе строительства К_ф = 0,12 м/сут. Химический анализ грунтовой воды:

бикарбонатная щелочность, HCO₃^‑ — 3,8 мг×экв/л;

водородный показатель, рН — 6,6;

агрессивная углекислота, СО_{2 агр.} — 12 мг/л.

Содержание ионов, мг/л; Mg²⁺ — 1718; Са²⁺ — 461; nа⁺ + k⁺ — 2568; Сl^‑ — 3546; — 4604;

Суммарное содержание солей по сухому остатку — 14768 мг/л.

Из анализа перечисленных компонентов показателями агрессивности к бетону могут являться HCO₃^‑, рН, СО_{2 агр.}, Mg²⁺, nа⁺ + k⁺, , суммарное содержание солей агрессивных к арматуре — Сl^‑ и .

Для оценки агрессивности среды по отношению к бетону запишем данные в табл. 10 и сопоставим их с показателями табл. 5(5) и 6(6), которые справедливы при коэффициенте фильтрации грунта более 0,1 м/сут.

Для оценки агрессивного воздействия среды по отношению к арматуре элементов фундаментов толщиной до 250 мм определяем суммарное содержание хлоридов и сульфатов в пересчете на Сl^‑ и :

Сl^‑ + 0,25 Сl^‑ = 3546 + 0,25×4604 = 4697 мг/л.

По табл. 7 (7) определяем, что среда не агрессивна для элементов фундаментов, расположенных в уровне грунтовых вод, и среднеагрессивна — в зоне капиллярного подсоса.

Таблица 10

Химический анализ воды

Вид цемента

Степень агрессивного воздействия к бетону при проницаемости

Оценка агрес­сивнос­ти по

Допол­нитель­ные данные

наименование

содержание

W4

W6

W8

таблице

1

2

3

4

5

б

7

8

Бикарбонат­ная щелоч­ность

3,8 мг×экв/л

Любой

Неагрессивная

Для элемен­тов

Водородный показатель рН

6,6

»

Неагрессивная

фунда­ментов,

Свободная углекислота СО_{2 агр.}

12 мг/л

»

Сла­бая

Неагрессив­ная

5(5)

распо­ложен­ных в

Магнезиаль­ные соли Mg²⁺

1718 мг/л

»

»

Неагрессив­ная

уровне грунтовых

Едкие щелочи nа⁺ + k⁺

2968 мг/л

»

Неагрессивная

вод

Суммарное содержание солей хлори­дов и суль­фатов, едких щелочей (су­хой остаток)

14768 мг/л

»

Сла­бая

Неагрессив­ная

5(5)

Для элемен­тов фун­даментов располо­женных в зоне капил­лярного подсоса

Сульфаты (при 3,8 мг×экв/л HCO₃^‑)

4604 мг/л

Портландцемент по ГОСТ 10178—85

Портландцемент по ГОСТ 10178—85 с содержанием минералов клинкера

Силь­ная

Силь­ная

Силь­ная

Для элементов фундаментов расположенных в

С₃S ‑ 65%, С₃А ‑ 7%, С₃А + С₄АF ‑ 22 % 14 и шлакопортландцемент по ГОСТ 10178-85

Сред­няя

Сла­бая

Не­агрес­сивная

6(6)

уровне грунтовых вод

Сульфатостойкие цементы

Неагрессивная

3. ТРЕБОВАНИЯ К МАТЕРИАЛАМ И КОНСТРУКЦИЯМ (ПЕРВИЧНАЯ ЗАЩИТА)

3.1. Для бетонных и железобетонных конструкций зданий и сооружений с агрессивными средами должны предусматриваться материалы, обеспечивающие коррозионную стойкость конструкций на весь период их эксплуатации с учетом своевременного возобновления мероприятий по защите поверхности конструкций (если таковые необходимы).

А. (2.10, 2.11). Бетон конструкций должен изготавливаться с применением следующих видов цементов:

портландцемент, портландцемент с минеральными добавками, шлакопортландцемент, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 10178—85;

сульфатостойкие цементы, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 22266—76*;

глиноземистый цемент, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 969—77;

напрягающий цемент.

Выбор вида цемента должен производиться с учетом вида агрессивного воздействия.

В газообразных и твердых средах [см. табл. 1(2) и 2(3)] следует применять цементы, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 10178¾85.

В жидких и твердых средах с содержанием сульфатов [см. табл. 4(4) и 6(6)] следует применять сульфатостойкие цементы, шлакопортландцементы и портландцемент нормированного минералогического состава (С₃S не более 65 %, С₃А не более 7 %, С₃А + С₄АF не более 22%). Не допускается применение этого цемента с отклонением от указанных требований по минералогическому составу.

В жидких средах, агрессивных к бетону по показателю бикарбонатной щелочности [см. табл. 5(5)], предпочтительнее применять портландцемент с минеральными добавками, шлакопортландцемент или пуццолановый портландцемент.

Бетоны на шлакопортландцементе и пуццолановом портландцементе обладают пониженной морозостойкостью.

В жидких средах, агрессивных к бетону по суммарному содержанию солей [см. табл. 5(5)], эффективно применение глиноземистого цемента при условии соблюдения требования к температурному режиму твердения бетона.

Не допускается применение глиноземистого цемента в средне- и сильноагрессивных по показателям Mg²⁺ и NH₄⁺ жидких средах, а также в конструкциях с предварительно напряженной арматурой.

В жидких средах, агрессивных по содержанию щелочей, не допускается применение портландцемента с содержанием С₃А более 8 % и глиноземистого цемента.

В конструкциях, к бетону которых предъявляются требования по водонепроницаемости марок свыше W6, наравне с сульфатостойким портландцементом допускается применение напрягающего цемента марок свыше НЦ-10.

В жидких средах, агрессивных по содержанию Mg²⁺ и NH₄⁺ применение напрягающего цемента допускается после экспериментальной проверки.

Не допускается применение в агрессивных средах гипсоглиноземистых расширяющихся и водорасширяющихся (ГГРЦ и ВРЦ) цементов для изготовления железобетонных конструкций и замоноличивания армированных стыков.

В одной железобетонной конструкции не должны применяться цементы различных видов.

Инъецирование каналов предварительно напряженных конструкций с натяжением арматуры на бетон должно производиться раствором только на портландцементе.

Б (2.12, 2.13). В качестве мелкого заполнителя для бетона следует предусматривать кварцевый песок (отмучиваемых частиц не более 1 % по массе по ГОСТ 10268—80 а также пористый песок, отвечающий требованиям ГОСТ 9759—83.

При отсутствии местных крупных песков имеющиеся пески должны обогащаться искусственными или крупными песками других месторождений.