При температурах зовнішнього повітря мінус 20°С і нижче додатковий огляд валкових і коткових опорних частин проводять щодня ранком. При температурі повітря плюс 25°С і вище щоденному додатковому огляду підлягають валкові й коткові опорні частини нерозрізних прогонових будов, а також розрізних з розрахунковими прогонами довжиною 60 м і більше.
Корозія бетону. Типові прояви корозії бетону
Під дією зовнішнього середовища та внутрішніх хімічних процесів бетон з часом змінює свої фізико-механічні характеристики. Це явище називають корозією бетону. Корозія приводить до погіршення властивостей бетону [10].
Типові прояви корозії бетону:
вилуговування під впливом води, вологого повітря, ґрунту або засмічення;
розпирання бетону внаслідок корозії арматури; поверхневе відшарування; пошкодження структури, руйнування бетону;
ерозія, дрібні тріщини, тріщини;
сульфатне розбухання, магнієве розбухання, кальцієве розбухання, взаємодія з реактивним заповнювачем;
розпирання і відшарування внаслідок реакції заповнювач-луг.
Одним з найбільш розповсюджених проявів корозії бетону є вилуговування. Цей дефект можна спостерігати майже на всіх залізобетонних мостах України, які прослужили 7-10 років.
Вилуговування - це вимивання м’якою водою складових частин бетону, особливо гідрату окисі кальцію Са(ОН)2 (вапно).
Зовнішньою ознакою корозії такого виду є білий наліт на поверхні конструкції у місцях виходу води. Наліт - це результат осаду солей, які розчинені у бетоні, а саме гідрату окису кальцію. Гідрат окису кальцію під дією вуглецю перетворюється у карбонат кальцію - дуже стійке з’єднання. Завдяки карбонату кальцію наліт захищений від руйнування в умовах зволоженої атмосфери.
Якщо приток води малий і вона випаровується на поверхні бетону, то гідрат окису кальцію залишається у бетоні й ущільнює його. Цей процес називається самозаліковуванням бетону.
Однією із складових речовин бетону є гідроокис кальцію Ca(OH)2. Під час дії на конструкцію вуглекислого газу СО2 гідроокис кальцію перетворюється у карбонат кальцію, який погано розчинюється у воді і, утворюючись, прагне герметично закрити пори на поверхні бетону.
Карбонізація - це зміни в хімічній структурі бетону, які призводять до активізації процесу корозії арматури. У процесі цього механічна міцність цементного каменю збільшується, тому що карбонат кальцію більш стійкий по відношенню до зовнішніх дій. Якщо для бетонних споруд карбонізація відіграє позитивну роль, то зовсім інший вплив її на існування залізобетонних споруд. Це пов’язано з тим, що в процесі карбонізації зменшується лужність самого бетону.
Прийнято вимірювати кислотність або лужність матеріалів за допомогою водневого показника рН. В залежності від значення рН середовище і матеріали можуть бути кислими - рН< 7, нейтральними - рН=7 або лужними рН>7.
Бетон є лужним матеріалом. Данні лужності бетону наведені в таблиця 7.1.
Таблиця 7.1 - Лужність бетону
|
Значення рН |
Стадії існування бетону |
|
12 ...13 |
свіжовкладений бетон |
|
10,5...11,5 |
бетон після твердіння |
|
9 та менше |
початок карбонізації бетону та корозіі арматури |
Процес карбонізації зменшує значення рН до 9, це призводить до початку корозії арматури, тому що втрачається лужний характер захисного шару. Лужний характер бетону є основним фактором захисту арматури від корозії: лужний розчин робить метал пасивним і захищає його від корозії.
Арматура в результаті корозії збільшується за обсягом і розриває захисний шар. Процес протікає у прихованій формі й призводить до раптової втрати несучої здатності, особливо це небезпечно в струнобетонних балках. Відколювання захисного шару показує, що арматура повністю скородувала.
Наявність карбонізації у початковій стадії можна з’ясувати шляхом обробки бетону за допомогою індикаторів рівня рН (таблиця 7.2).
Таблиця 7.2 - Індикатори рівня рН
|
рН |
12 3 4 |
5 6 7 8 |
9 10 11 12 |
13 14 |
|
|
Лакмус |
Червоний колір |
Інтервал переходу |
Синій |
|
Індикатор |
фенолфталеїн |
Безбарвний |
Інтервал переходу (рожевий) |
Пурпурний |
Так, під дією фенолфталеїну бетон, який прокарбонізував, залишається безбарвним, а звичайний бетон стає рожевим або пурпуровим.
Ознакою останньої стадії карбонізації є поява тріщин уздовж робочої арматури.
На інтенсивність карбонізації впливають такі фактори:
підвищена температура;
висока вологість повітря ;
значна концентрація агресивних газів;
мала товщина захисного шару;
високе водоцементне відношення;
завелика кількість цементу;
,порушення технології.
Дуже важко з’ясувати час повної карбонізації захисного шару. Проте існують дані, що для бетону низької якості глибина карбонізації може досягати 25 мм за 10 років.
Слушним буде зауважити, що вітчизняні норми рекомендують занижену мінімальну товщину захисного шару, тоді як іноземні для аналогічних умов рекомендують товщину у 1,5-2 рази більшу.
Шляхами зменшення впливу карбонізації є:
збільшення кількості цементу у бетонній суміші;
зменшення водоцементного відношення;
збільшення захисного шару у 1,5-2 рази.
За величиною ступеню карбонізації бетону можна прогнозувати залишковий ресурс залізобетонних мостів згідно МВВ 218-03450778-407.
7.2.1.1 Методика прогнозування залишкового ресурсу мостів на основі визначення ступеню карбонізації бетону
Одним з основних параметрів залишкового ресурсу є розрахунок дифузійної проникності для бетону вуглекислого газу, оскільки проникнення СО2 у пористий простір бетону є основною умовою протікання процесу карбонізації. Характеристикою дифузійної проникності вуглекислого газу в бетон є ефективний коефіцієнт дифузії. Визначається ефективний коефіцієнт дифузії вуглекислого газу в бетон існуючих залізобетонних конструкцій мостів за формулою (7.1):
П_ ^0^
2с I , (7.1)
де: D - ефективний коефіцієнт дифузії газу в бетоні, см2/с;
- - товщина прокарбонізованого шару бетону, см.;
t - термін експлуатації конструкції (тривалість дії газу на бетон), с;
с - концентрація вуглекислого газу в повітрі в відносних величинах по об’єму, %;
т0 - реакційна здатність бетону по відношенню до вуглекислого газу, або об’єм газу, який поглинається одиницею об’єму бетону. Ця величина залежить від мінерального складу, витрати і степені гідратації цементу, а також структури пор цементного каменю.
Реакційну здатність бетону по відношенню до вуглекислого газу визначається за формулою (7.2):
тО = 0-4^'?'/, (7.2)
де: Ц - коефіцієнт, чисельно рівний кількості цементу в бетоні, кг/м3;
р - кількість основних окислів у цементі в перерахунку на СаО в відносних величинах по масі;
f - степінь нейтралізації бетону, рівна відношенню кількості основних окислів, які прореагували з кислим газом, до загальної їх кількості в цементі.
Оскільки на практиці частіше всього доводиться визначати дифузійну проникність існуючих залізобетонних конструкцій мостів, для яких практично неможливо прямими дослідженнями визначати параметри Ц, р, f їх можна визначати наближено з наступних передумов. Оскільки міцність бетону залежить від кількості цементу, кг/м3, можна орієнтовно приймати Ц для бетонів:
В25 - Ц = 300;
В30 - Ц = 400;
В40 - Ц = 500.
При цьому міцність бетону існуючої залізобетонної конструкції визначається неруйнівними методами.
При неможливості виконання хімічного аналізу цементу величину р можна приймати з наступних передумов. Кількість основних окислів у портландцементі знаходиться в межах:
СаО - 58...72%;
МдО - <5%;
Na2O - 1...2%;
K2O - 1...2%.
Виходячи з цього величина р=0,6...0,8. Отже в розрахунках можна приймати усереднене значення р=0,7.
Степінь нейтралізації бетону f, в якому пройшла карбонізація, враховуючи лінійне падіння концентрації СО2 від значення концентрації в навколишньому середовищі біля поверхні бетону до нуля в зоні хімічної взаємодії, можливо приймати усереднено f = 0,5.
Виходячи з вищенаведеного для визначення ефективного коефіцієнта дифузії пропонується наступна послідовність:
ефективний коефіцієнт дифузії вуглекислого газу в бетон існуючої залізобетонної конструкції мостів визначати за умовою (7.1);
товщину нейтралізованого шару х визначати експериментальним шляхом безпосередньо на існуючій конструкції. Для цього на поверхні бетону конструкції висвердлюють отвір і шляхом змочування бетону в отворі водно-спиртовим розчином фенолфталеїну за зміною кольору (на нейтралізованому бетоні розчин зафарбовується в червоний колір) визначити глибину нейтралізації бетону. При наявності необхідної апаратури глибину нейтралізації бетону можна визначити за допомогою спеціальних приладів;
концентрацію вуглекислого газу в повітрі с визначати шляхом хімічного аналізу проб повітря, відібраних безпосередньо біля конструкції. При неможливості виконання хімічного аналізу повітря для незабруднених промисловими газами територій можна приймати с=0,03 %, для забруднених промислових територій с =0,15 %;
за час дії вуглекислого газу на бетон конструкції моста приймати час його експлуатації з моменту виготовлення залізобетонної конструкції до моменту визначення глибини нейтралізації бетону х;
реакційну здатність бетону ,f?!0 визначати за формулою (7.2), приймаючи при відсутності даних про бетон кількість цементу в кг на 1м3 відповідно до міцності бетону за поданими вище пропозиціями. Кількість основних окислів в цементі в перерахунку на СаО приймати за усередненими значеннями р=0,7. Степінь нейтралізації бетону приймати рівною f=0,5.
При цьому можна прогнозувати термін часу t за формулою 7.3:
тй ■ (а - xf
2- Dс , (7.3)
де: t - час, коли глибина нейтралізації бетону перевищить величину захисного шару бетону, досягне арматури і появляться передумови корозії арматури залізобетонних конструкцій, с;
а - товщина захисного шару арматури, см.
Залишковий ресурс T залізобетонних конструкцій мостів на основі визначення ступеню карбонізації бетону буде визначатися за формулою 7.4:
Т
(7.4)
=Т-£,а
2Dc
бо(7.5)
Висновки та рекомендації. При визначенні глибини х чи часу t нейтралізації захисного шару бетону можливі наступні випадки:
глибина нейтралізації не перевищує величину захисного шару: дозволяється подальша експлуатація залізобетонних конструкцій мостів з рекомендацією покриття їх гідрофобними речовинами з метою недопущення проникнення вуглекислого газу (СО2) та вологи;
глибина нейтралізації рівна величині захисного шару бетону: необхідно терміново виконати гідрофобізацію залізобетонних конструкцій з введенням періодичного контролю за ознаками корозії арматури;
глибина нейтралізації перевищує захисний шар бетону: необхідно терміново виконати гідрофобізацію залізобетонних конструкцій з введенням постійного контролю за ознаками корозії арматури.
При наявності корозії арматури необхідно виконати перевірочні розрахунки несучої здатності залізобетонних конструкцій мостів з урахуванням корозії арматури і при необхідності виконати підсилення з метою відновлення несучої здатності та експлуатаційної придатності.
7.2.1.2 Особливості корозії частин фундаментів
Дія ґрунтового та водного середовища або ґрунтова та водна агресія визначається в основному хімічним складом ґрунтової води або води водного потоку [10]. Крім показника кислотності рН (табл.7.3), важливу роль має наявність найбільш небезпепечних кислот: сернистої, сірчаної та вуглекислоти. При рН<4,9 необхідно робити хімічний аналіз води.
Агресивність середовища оцінюється також показником рН (таблиця 7.3).
Таблиця 7.3 - Оцінка агресивності середовища
|
Значення рН |
Тип середовища за агресивністю |
|
> 5,9 |
не агресивне |
|
5,9...5 |
слабо агресивне |
|
4,9...4 |
середньо агресивні |
|
< 4 |
надто агресивне |
Дія кислот під час хімічних реакцій руйнує бетон. Основним окислом цементного каменю є окис кальцію. В результаті взаємодії кислот, наприклад сірчаної (H2SO4) з гідратом окісі кальцію (Са(ОН)2), бетон руйнується: виникає алебастр з надлишком води.
Са(ОН)2 + H2SO4 = СаSO4 + 2Н2О
Алебастр майже не розчинюється у воді й вимивається з бетону.
Хімічний аналіз води потрібен і для виявлення наявності сульфатів. Кількісним показником неагресивності середовища за сульфатами є наявність останніх до 460мг/л. При наявності сульфатів більше 800 мг/л - середовище стає надто агресивним.
Сульфати сприяють кристалізаційному руйнуванню бетону. Завдяки пористості структури у бетон по капілярам проникають сульфати з водою і виникають кристали солі. На визначеній стадії кристалоутворення у стінках пор та капілярах виникають розтягуючі зусилля, при цьому структурні елементи бетону руйнуються і конструкція втрачає свою міцність.
