ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СООРУЖЕНИЙ В УСЛОВИЯХ АГРЕССИВНОЙ СРЕДЫ

FEATURES OF OPERATION OF REINFORCED CONCRETE TRANSPORT STRUCTURES IN AN AGGRESSIVE ENVIRONMENT

Vitaliy Tumanyan

Graduate student Saratov State Technical University name after Gagarin Y.A., Russia, Saratov

Vasily Ratkin

Candidate of Technical Sciences Associate Professor Saratov State Techical University named after Gagarin Y.A., Russia, Saratov

Igor Tsirulev

Graduate student Saratov State Technical University name after Gagarin Y.A., Russia, Saratov

Аннотация. В данной статье рассматриваются различные факторы и последствия их воздействия на конструкции. Понимание воздействия агрессивных сред и принятие соответствующих мер являются важными аспектами обеспечения долговечности и безопасности транспортных сооружений. Так же в статье произведен анализ способов защиты транспортных сооружений от воздействия агрессивных сред и методов повышения их долговечности.

Abstract. This article discusses various factors and the consequences of their impact on structures. Understanding the impact of corrosive environments and taking appropriate measures are important aspects of ensuring the durability and safety of transport structures. The article also analyzes methods for protecting transport structures from the effects of aggressive environments and methods for increasing their durability.

Ключевые слова: железобетон; коррозия; агрессивная среда; повреждения; защита; долговечность.

Keywords: reinforced concrete; corrosion; aggressive environment; damage; protection; durability.

Введение

Транспортные сооружения являются важными элементами инфраструктуры, обеспечивающими передвижение людей и грузов с помощью различных видов транспорта. В подавляющем большинстве случаев эти сооружения оказываются подвержены агрессивной среде, которая может нанести значительный вред их эксплуатации.

Агрессивная среда может быть вызвана различными факторами. Например, при строительстве транспортных сооружений в прибрежных районах они подвержены удару морской воды и соли, что может привести к коррозии и разрушению конструкций. Также при эксплуатации дороги и мосты могут подвергаться воздействию химических веществ, таких как соли для борьбы с гололедом и кислотные дожди, что также может вызывать коррозию и разрушение.

1. Воздействие агрессивных сред

Понятие «агрессивная среда» следует относить к достаточно широкому кругу химических и геофизических факторов, влияющих на состояние строительных конструкций и материалов, из которых они изготовлены.  Воздействие агрессивных сред на железобетон может иметь разные последствия, в зависимости от конкретных химических веществ и условий эксплуатации. Железобетон, как материал, обладает хорошей устойчивостью к различным внешним воздействиям, но в некоторых случаях его структура и свойства могут быть подвержены деградации.

Коррозия железобетона является одной из основных проблем, с которой может столкнуться данная конструкционная материал. Она может возникать из-за длительного воздействия агрессивных сред, влаги, химических соединений и других факторов.

Главной причиной коррозии железобетона является реакция металлической арматуры с окружающей средой. Воздействие агрессивных элементов повреждает защитный слой окислов на поверхности арматуры, что затем приводит к образованию ржавчины. Ржавая арматура увеличивает свой объем, что приводит к трещинам в бетоне. Это, в свою очередь, приводит к деградации бетона, уменьшению прочности конструкции и возможности обрушения сооружения. В таблице 1 (примеры взаимодействия конструкций со средой) приведены типичные случаи взаимодействия конструкций со средой.

Таблица 1.

Примеры взаимодействия конструкций со средой.

По физическому состоянию агрессивные среды делятся на три типа: твердые; жидкие; газообразные. Жидкие среды могут быть органическими и неорганическими.

У каждого физического состояния своя степень агрессивности воздействия, и она определяется по [1]:

• для газообразных сред – видом и концентрацией газов (группа газов), и температурно-влажностным режимом помещений или зоной влажности территории;
• для жидких сред – наличием и концентрацией агрессивных агентов, температурой, величиной напора или скоростью движения жидкости у поверхности конструкции;
• для твердых сред (соли, аэрозоли, пыль, грунты) – дисперсностью, растворимостью в воде, гигроскопичностью, температурно-влажностным режимом помещений или зоной влажности.

В зависимости от интенсивности агрессивного воздействия на бетонные и железобетонные конструкции среды делятся на:

• неагрессивные; слабоагрессивные;
• среднеагрессивные;
• сильноагрессивные.

По характеру воздействия:

• химические (например, сульфатная, магнезиальная, кислотная, щелочная и т.п.);
• биологические (прямое воздействие растений, мхов, грибов, бактерий; жизнедеятельность микроорганизмов).

Предложенные В.М. Москвиным [5] три вида коррозии железобетона охватывают довольно широкий круг коррозионных факторов, воздействующих на цементный камень и бетон, и позволяют научно обоснованно разрабатывать способы повышения их долговечности при службе в большинстве жидких агрессивных сред, то они нашли достаточно полное отражение при дальнейшем изложении физико-химической сущности коррозионных процессов.

К первому вид коррозии В.М. Москвин относит все те процессы, которые возникают в цементном камне и бетоне при действии на них вод с малой временной жесткостью, что приводит к физико-химическому растворению продуктов гидратации цемента.

В основу коррозионных процессов второго вида В.М. Москвиным положены обменные химические реакции взаимодействия составных частей цементного камня с растворенными в воде химическими веществами и образованием легкорастворимых или аморфных продуктов.

Третий вид коррозии объединяет все те процессы коррозии, в результате которых в порах бетона образуются малорастворимые соли. Процессы их кристаллизации в итоге являются причиной разрушения.

2. Повреждения и состояние конструкций вследствие действия агрессивных сред

Дефекты и повреждения железобетонных конструкций транспортных сооружений можно классифицировать по следующим признакам [4]:

1. По виду повреждений:

• повреждения, приводящие к изменению расчетной схемы (превращение неразрезного пролетного строения в разрезное, рас­порной конструкции - в безраспорную и т.д.);
• усталостные повреждения в виде трещин в элементах;
• коррозионные повреждения;
• потеря местной или общей устойчивости отдельных элемен­тов или их частей; трещины;
• механические повреждения.

2. По скорости развития до опасной стадии:

• развивающиеся мгновенно (хрупкое разрушение, потеря ус­тойчивости); развивающиеся быстро (усталостные трещины);
• развивающиеся постепенно (коррозия элементов, расстройс­тво болтовых и заклепочных соединений)

3. По степени опасности:

• весьма опасные (трещины в элементах, потеря устойчивости отдельных элементов, изменение расчетной схемы);

• опасные (сильная коррозия);
• малоопасные (дефекты окраски).

На рисунках 1–4 представлены характерные дефекты конструкций железобетонных транспортных сооружений, подверженных коррозии.

Рисунок 1. Разрушение защитного слоя и коррозия арматуры плиты сталежелезобетонного пролетного строения моста [3]

Рисунок 2. Разрушение защитного слоя и коррозия арматуры балок путепровода [2]

Рисунок 3. Разрушение конструкции перильного ограждения моста [1]

Рисунок 4. Разрушение защитного слоя и коррозия арматуры ригеля и тела опоры моста [7]

3. Защита железобетонных конструкций от воздействия агрессивных сред

Защита конструкций из бетона и железобетона от коррозии заключается в снижении агрессивности среды, повышении стойкости конструкций, устройстве защитных покрытий. Часто эти мероприятия применяют комплексно [6].

В качестве мер по защите железобетона от воздействия агрессивных сред необходимо принимать:

• Качественное проектирование: важно учитывать агрессивные условия окружающей среды при проектировании железобетонных конструкций. Например, предусмотреть антикоррозионные покрытия и системы защиты.
• Выбор соответствующих материалов: при выборе материалов для железобетонных конструкций необходимо учитывать их устойчивость к агрессивным средам. Некоторые материалы, например, специальные виды цемента или добавки, могут обеспечить дополнительную защиту от агрессивных факторов.
• Качественное исполнение работ: важно обеспечивать правильное выполнение всех строительных работ, чтобы минимизировать возможные дефекты и повреждения конструкций.
• Применение защитных покрытий: нанесение на поверхность железобетонных конструкций специальных защитных покрытий может снизить проникновение агрессивных веществ.
• Регулярное обслуживание и ремонт: регулярное обслуживание конструкций позволяет своевременно выявлять и устранять повреждения, сохраняя их эффективную работу. Ремонт должен проводиться квалифицированными специалистами с использованием соответствующих материалов и методов.
• Соблюдение стандартов и правил эксплуатации: при эксплуатации железобетонных конструкций важно следовать рекомендациям и стандартам, которые предусмотрены для защиты от агрессивных сред.

В соответствии с нормативными документами для предохранения от коррозии бетона и железобетона предусматриваются мероприятия первичной и вторичной защиты. Первичная защита предусматривает оптимальный с точки зрения коррозионных факторов выбор проектно-конструктивных решений железобетонных конструкций, применение способов и материалов для изготовления коррозионностойких бетонных и железобетонных конструкций на стадиях проектирования и строительства.

Вторичная защита предусматривает применение защитных средств и материалов сразу после ввода объекта в эксплуатацию и в процессе эксплуатации.

4. Заключение

Анализируя приведенные в данной статье исследования и данные об эксплуатации реальных сооружений, можно сделать несколько выводов:

• транспортные сооружения эксплуатируются в агрессивных средах, которые оказывают существенное влияние на механические характеристики железобетона.
• само влияние среды на железобетон зависит от множества факторов: состава среды и концентрации агрессивных элементов, температуры (перемены температуры), влажности, расположения сооружения, характеристик бетона и арматуры.
• изучение процесса влияния агрессивных сред на железобетонные элементы транспортных сооружений необходимо для разработки способов их защиты и повышения долговечности.

Преждевременное разрушение железобетонных конструкций, потеря ими герметичности, теплозащитных и других эксплуатационных качеств приводят к крайне нежелательным последствиям. Поэтому защита от коррозии всех конструкций из каменных материалов с целью обеспечения расчетных сроков их службы и поддержания требуемых эксплуатационных качеств зданий и сооружений имеет значительное практическое значение, и ни в коем случае нельзя пренебрегать данной проблемой и своевременно принимать соответствующие меры по предотвращению коррозионного разрушения бетонных и железобетонных конструкций.