Химическая агрессивность сред действующих на бетон. Разновидности агрессивных сред

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

 

ЮЖНО - УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ

 

АРХИТЕКТУРНО - СТРОИТЕЛЬНЫЙ ФАКУЛЬТЕТ

 

КАФЕДРА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

 

 

 

 

 

 

Реферат по дисциплине «Коррозия бетона»

 

 

 

“Химическая агрессивность сред действующих на бетон. Разновидности агрессивных сред”

 

 

 

 

Выполнил:.

           АС-509

                                                                      Проверил: Муштаков В.М.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Челябинск

2012

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВИДЫ АГРЕССИВНЫХ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ  И КЛАССИФИКАЦИЯ КОРРОЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ……………………………………………………………...3

 

ОБЩИЕ УСЛОВИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ. АГРЕССИВНОЙ  ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ И БЕТОННЫХ И  ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ………………………………….3

 

АГРЕССИВНОСТЬ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ……………………………………9

 

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЖИДКИХ АГРЕССИВНЫХ  СРЕД………………..11

 

ПРИРОДНЫЕ ПОВЕРХНОСТНЫЕ И ГРУНТОВЫЕ  ВОДЫ………………………11

 

ПРОМЫШЛЕННЫЕ ЖИДКИЕ АГРЕССИВНЫЕ  СРЕДЫ…………………………15

 

ГАЗОВЫЕ АГРЕССИВНЫЕ СРЕДЫ…………………………………………………16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВИДЫ АГРЕССИВНЫХ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ И КЛАССИФИКАЦИЯ КОРРОЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ

 

Бурное развитие промышленности, в  особенности химической, в последние  десятилетия вызвало существенное изменение состава внешней среды в индустриальных районах, атмосфера в которых характеризуется повышенным содержанием кислых газов, агрессивных по отношению к бетону и арматуре железобетонных конструкций. На основе развернувшейся планомерной работы по охране окружающей среды можно полагать, что дальнейшее загрязнение атмосферы будет приостановлено и концентрация реагентов, одинаково опасных для человека и сооружений, будет снижена. Большое значение для перспективы снижения степени агрессивности среды по отношению к бетону и железобетону сооружений имеет очистка сточных вод и защита рек и других водоемов от загрязнения.

 

ОБЩИЕ УСЛОВИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

АГРЕССИВНОЙ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ И  БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

 

При строительстве предприятий, в технологическом процессе которых предусмотрено участие химически активных (агрессивных) веществ, необходимо учитывать возможность их попадания в грунты и проектировать в связи с этим защиту подземных конструкций.

Как правило, в процессе эксплуатации промышленных предприятий, поднимается уровень грунтовых вод, что также вынуждает заблаговременно проектировать гидроизоляцию и антикоррозионную защиту подземных сооружений с учетом прогноза изменения агрессивности и повышения уровня грунтовых вод.

В современном производстве идет непрерывный  процесс автоматизации, что обусловливает уменьшение объемов внутри зданий, к которым предъявляются требования по ограничению содержания агрессивных компонентов в атмосфере в соответствии с санитарными нормами. Это может привести к общему повышению агрессивности атмосферы внутри производственных помещений, так как при отсутствии постоянного обслуживающего персонала отпадает необходимость в ограничениях загрязненности среды на основе предельно допустимых концентраций (ПДК) санитарных норм.

При проектировании зданий и сооружений необходимо предвидеть возможные изменения агрессивности внешней среды вследствие развития технологии различных производств. Так, развитие технического прогресса вызывает увеличение мощности единичного оборудования — появление крупнотоннажных установок, увеличение размеров аппаратуры. А это, в свою очередь, обусловливает стремление или вывести это оборудование за пределы зданий и при минимально благоприятных климатических условиях сделать установки открытыми, или объединить аппаратуру и оборудование со строительными конструкциями. В последнем случае используют высокую конструктивную прочность аппаратуры, определяемую технологическими требованиями для передачи дополнительных нагрузок, как правило, от вспомогательных помещений (рабочих площадок, помещений для контрольно-измерительных приборов, насосных и вентиляционных устройств и т.д.) непосредственно на аппарат (башни сернокислотного производства, декомпозеры в производстве глинозема, ректификационные колонны в нефтехимии, грануляционные башни, скрубберы и т.д.). В этом случае отпадает необходимость в собственно строительных несущих конструкциях. В то же время к конструкциям оборудования предъявляются требования, включающие уже не только технологические параметры, но и конструктивные, аналогичные предъявляемым к строительным конструкциям.

Повышенное напряженное состояние  материала конструкций влияет на ход коррозионных процессов в них, и это следует учитывать при расчете конструкций. Сооружениям должна быть придана не только статическая и динамическая устойчивость, но и гарантирована их безаварийная служба в течение всего срока эксплуатации. Происходит совмещение строительных конструкций с технологическими сооружениями.

Необходимая стойкость конструкций1 может быть достигнута только в том  случае, если будет осуществлен комплекс мероприятий, предусматривающих придание ее материалу и самой конструкции свойств, определяющих сохранение расчетных параметров (прочности, водонепроницаемости и др.) в течение всего срока службы сооружения.

Сроки службы зданий и сооружений определяются проектом. По этому показателю все сооружения можно разделить на две группы.

К первой относятся здания и сооружения, предназначенные для размещения и эксплуатации различного оборудования и других технических средств. Это промышленные здания и сооружения, а также сооружения, обслуживающие транспортные средства и т. п. Сроки их службы обусловливаются сроками рациональной службы или морального старения оборудования. Такие сооружения в условиях быстрого научно-технического прогресса подвергаются реконструкции после сравнительно небольших сроков службы, устанавливаемых государственными нормативными документами: по СНиП они составляют от 25 до 75 лет.

При этом следует учитывать и  необходимость осуществления капитальных ремонтов, так как есть производства, где остановки на капитальный ремонт нежелательны.

В этой группе, следовательно, долговечными могут быть названы  сооружения, рассчитанные и выдерживающие экономически обоснованные сроки службы при минимальных затратах на ремонты.

Вторую группу составляют бетонные и железобетонные сооружения, срок службы которых практически неограничен, например берегоукрепительные и оградительные гидротехнические сооружения. Сюда же могут быть отнесены и тоннельные сооружения. Независимо от вида и технических характеристик, в данном случае транспортных средств, эти сооружения должны служить сотни лет, как бы исправляя или дополняя природные условия.

В последнее время  появилась тенденция к проектированию некоторых конструкций с ограниченным сроком службы с расчетом замены без остановки предприятия.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       

Рассмотрение некоторых вопросов, касающихся общей оценки условий работы и назначения целесообразных сроков службы, показывает, что при изучении процессов коррозии бетона и железобетона следует учитывать не только существующие условия работы конструкций и сооружений, но и возможность изменения их во времени.

Для оценки степени агрессивности  внешних воздействий в реальных условиях в комплексе большое значение имеет анализ поведения материала конструкций — бетона и железобетона — в ранее построенных сооружениях.

Известно немало сооружений, существующих сотни лет без значительных повреждений, и в то же время можно видеть здания и сооружения, построенные совсем недавно и разрушившиеся в течение нескольких лет, буквально на наших глазах. Так, например, железобетонные конструкции здания насосной для кислот на одном из предприятий по производству искусственного волокна разрушились в течение четырех лет. На крупном нефтехимическом комбинате повреждение несущих конструкций открытых этажерок для аппаратуры было отмечено в первые же годы эксплуатации. Значительные коррозионные повреждения строительных железобетонных конструкций отмечаются на многих химических комбинатах: в цехах производства хлора, кислот, солей. Есть случаи сравнительно быстрого повреждения конструкций морских гидротехнических сооружений. Повреждения тетраподов в креплении откоса морского гидротехнического сооружения (рис. 2. 1) после четырех-пяти лет эксплуатации вызваны действием морской воды и многократного замораживания и оттаивания бетона.

Е. Д. Рождественским отмечено быстрое разрушение устоев моста при периодическом увлажнении бетона водами, содержавшими 1,8 — 2,3 г/л сульфат-иона и 0,3 — 0,5 т/л иона магния.

Случаи быстрого разрушения сооружений при фильтрации вод, содержащих сульфаты, отмечает Кампюс в Бельгии [251]. Например, в туннеле Корбо в результате фильтрации воды, содержавшей 23,3 г/л сульфат-иона, быстро разрушилась тоннельная обделка. Однако причиной разрушения, кроме действия агрессивной воды, был неудовлетворительный состав цемента бетона тоннельной обделки. Бетон был недостаточно плотен и сильно фильтровал воду. Этот случай показал, что фильтрующаяся вода действует значительно сильнее, чем при свободном смывании, без напора. Это свидетельствует также о том, что степень агрессивности внешней среды различна для бетонов разного состава и свойств. Выдвинутый тезис является основополагающим для построения системы норм и для оценки агрессивности внешней среды и в дальнейшем развивается и обосновывается более детально.

Классический пример быстрого развития коррозионных процессов в бетоне в результате действия грунтовых минерализованных вод — разрушение Баку-Шол-ларского водовода.

Рис. 1. Разрушение тетрапода в берегоукрепительном  сооружении в результате коррозии бетона и арматуры (фото В. Н. Свиридова)

 

Бетонные трубы овоидального сечения (170 на 120 см) из трамбованного бетона при толщине стенки 15 — 20 см, на участках, расположенных в грунтах, насыщенных минерализованными водами, содержавшими 5 — 10 г/л сульфатов (в расчете на сульфат-ион), 2—6 г/л хлоридов и 0,2—0,4 г/л магния, начали интенсивно разрушаться в результате фильтрации этих вод через бетон вскоре после начала эксплуатации [18]. Характерно, что разрушение вследствие коррозионных процессов прекратилось, когда по водоводу почти на полное сечение трубы была пущена вода с высокой временной жесткостью.

Вследствие более высокой степени  наполнения водовода изменилось направление фильтрации воды, и она из водовода стала фильтроваться изнутри наружу, а не снаружи во внутрь, как было раньше. Углекислота, растворенная в воде и находящаяся в равновесии с бикарбонатом кальция, вступала в реакцию с гидроксидом кальция цементного камня. Равновесие нарушалось, и бикарбонат разлагался с выделением малорастворимого карбоната кальция, который уплотнял бетон, т.е. вместо деструктивных процессов после изменения условий эксплуатации начали действовать конструктивные, вызвавшие уплотнение бетона.

Отсюда видно, насколько сложны взаимодействия внешней среды и  материала сооружений и зачастую сравнительно небольшие изменения состава внешней среды, условий ее контакта с бетоном или характеристик бетона приводят к коренному изменению характера и интенсивности коррозионных процессов.

Весьма часто наблюдаются разрушения бетонных и железобетонных конструкций, соприкасающихся с грунтами, насыщенными или периодически увлажняемыми минерализованными водами.

Характерным примером такого разрушения могут служить плиты крепления  откоса железнодорожной насыпи у моста через пересыхающий водоток в районе с засоленными грунтами (рис. 2.). Периодическое насыщение плит минерализованной водой и высыхание приводит к коррозии бетона вследствие кристаллизации солей в его порах.

Типичным примером действия физических и химических разрушающих факторов на железобетонные конструкции являются коррозионные повреждения морских сооружений. Физические воздействия вызывают образование трещин, а химические процессы обусловливают коррозию бетона и арматуры.

Рис. 2. Разрушение плит крепления откоса вследствие кристаллизации солей, проникающих в бетон из минерализованного грунта