Восстановление бетона и железобетона после деструктивного воздействия серосодержащих соединений материалами на цементной основе тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.05, кандидат технических наук Авренюк, Андрей Николаевич

• Авренюк, Андрей Николаевич
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Авренюк, Андрей Николаевич

СОДЕРЖАНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

ВОССТАНОВЛЕНИЯ БЕТОНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА ПОСЛЕ ДЕСТРУКТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ СЕРОСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ.

1.1. Условия эксплуатации и состояние сооружений при коррозионном воздействии серосодержащих соединений.

1.2. Технические характеристики сооружений, эксплуатирующихся в условиях коррозионного воздействия соединений серы.

1.2.1. Конструктивные решения.

1.2.1.1.Сооружения водоотведения.

1.2.1.2.Промышленные сооружения.

1.2.2. Анализ работ по обследованию технического состояния железобетонных конструкций сооружений.

1.3. Характеристика агрессивности эксплуатационной серосодержащей среды.

1.3.1.Важнейшие соединения серы.

1.3.2. Жидкости.

1.3.3. Газовоздушная среда.

1.3.4. Микробиологический фактор коррозии.

1.4. Экологическая безопасность эксплуатируемых объектов и обоснование необходимости их ремонта.

1.5. Требования к поверхности бетона и арматуры перед ремонтом.

1.6. Существующие способы подготовки поверхности бетона и арматуры перед4 ремонтом.

1.7. Оборудование для подготовки поверхности бетона и железобетона перед ремонтом

1.8. Существующие материалы для» ремонта бетонных и железобетонных конструкций.49''

1.9. Анализ нормативных.документов по восстановлению бетонныхи железобетонных.кбнструкцнй'.

1.10. Анализ патентов Российской-Федерации,по*подготовке поверхности и ремонту бетонных.и железобетонных,конструкций .561.11. Задачи исследований.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ.

2.1. Оценка технического состояния конструкций эксплуатируемых объектов.

2.1.1. Визуальное обследование.

2.1.2. Инструментальное обследование.

2.2. Характеристика ремонтных материалов, примененных для исследовании.

2.3. Методики физико-механических исследований. 2.4. Методики физико-химических исследований.

2.4.1. Рентгенофазовый анализ продуктов коррозии бетона.

2.4.2. Химический анализ продуктов коррозии бетона.

2.4.3. Электронно-микроскопический и микрорентгеноструктурный анализ продуктов коррозии бетона.

ГЛАВА 3. МЕХАНИЗМ И КИНЕТИКА КОРРОЗИИ БЕТОНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ

СЕРОСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ.

3.1. Микробиологическая коррозия.

3.1.1. Характеристика агрессивности среды при воздействии микробиологической коррозии.

1 3.1.2. Обследование технического состояния конструкций камер гашения

• напора, шахт и колодцев. г 3.1.3. Методы обеспечения долговечности конструкций систем водоотведения при реконструкции и ремонте. 3.2. Газовая коррозия;.

3.2.1. Характеристика агрессивности эксплуатационной среды при воздействии сернистых газов.

3.2.2. Обследование технического состояния конструкций химлаборатории ОАО «Учалинский ГОК».

3.2.3. Методы обеспечения долговечности конструкций химлаборатории ОАО «Учалинский ГОК» при ремонте.

3.2.4. Обследование технического состояния резервуара для приёма

I и хранения жидкой серы установки производства элементарной серы ОАО «Уфанефтехим». к' '3.2.5. Методы обеспечения долговечности конструкций резервуара для приёма и хранения жидкой серы установки производства элементарной серы ОАО «Уфанефтехим» при ремонте

I 3.2.6. Обследование железобетонного фундамента дымовой трубы

I высотой 45м, отводящей сернистые газы на УКПН «Ашит»

ОАО «Белкамнефть» в г. Агидель.

3.2.7. Методы обеспечения долговечности железобетонного фундамента

I дымовой трубы высотой 45м, отводящей сернистые газы на УКПН

1 «Ашит» ОАО «Белкамнефть» в г. Агидель при ремонте.

3.3. Сульфатная коррозия.

3.3.1. Характеристика агрессивности среды при воздействии растворов сульфатов.

3.3.2. Обследование технического состояния конструкций установки сульфата натрия цеха № 30 ОАО «Салаватнефтеоргсинтез».

3.3.3. Обеспечение долговечности конструкций установки сульфата натрия цеха № 30 ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» при ремонте.

ГЛАВА 4. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ

ИССЛЕДОВАНИЯ.

4.1. Физико-механические исследования.

4.1.1. Определение видов и параметров подготовки поверхности бетона и железобетона перед ремонтом.

4.1.2. Определение адгезии ремонтных материалов к поверхности бетона с различной степенью подготовки.

4.2. Физико-химические исследования.

4.2.1. Рентгенофазовый анализ.

4.2.2. Химический анализ.

4.2.3. Микроскопический анализ.

4.2.3. Электронно-микроскопический анализ.

ГЛАВА 5. УСЛОВИЯ, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСПЕШНОГО РЕМОНТА БЕТОННЫХ

И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ.

5.1. Факторы, влияющие на качество выполнения ремонтных работ 138'

5.2. Обоснование необходимости тщательной подготовки ремонтируемой поверхности бетона и арматуры.140*

5.3. Роль адгезии наносимых ремонтных составов.

5.4. Обоснование выбора материалов на цементной основе для ремонта бетонных и железобетонных конструкций и предъявляемые к ним требования.

5.5. Внедрение результатов исследований.

5.5.1. Камеры гашения, коллекторы и колодцы МУП «Уфаводоканал»

5.5.2. Резервуары для хранения расплавов серы ОАО «Уфанефтехим».

5.5.3. Установка сульфата натрия ОАО «Салаватнефтеоргсинтез»

5.6. Технологическая инструкция-по подготовке поверхности и ремонту бетонных и железобетонных конструкций материалами*нащементной основе после деструктивного воздействия^серорсодержащих соединений.

5.7. Экономическая эффективность исследований.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Восстановление бетона и железобетона после деструктивного воздействия серосодержащих соединений материалами на цементной основе»

Серосодержащие соединения, являются одними из наиболее распространенных агрессивных сред, вызывающих коррозию железобетонных конструкций и необходимость их ремонта задолго до исчерпания нормативного срока службы. Однако, опыт эксплуатации отремонтированных конструкций свидетельствует о том, что в большом числе случаев они служат недолго по причине отслоения ремонтного материала.

Эффективность покрытий, применяемых при ремонте конструкций строительных объектов, длительное время подвергавшихся агрессивным действиям, зависит не только от качества материала покрытия и соблюдения технологии, но и от состояния поверхности строительных конструкций, в той или иной степени изменившейся в период эксплуатации.

Ремонт бетонных конструкций - работа, требующая высококвалифицированных специалистов в данной области на всех стадиях процесса. Восстановление бетона - процесс устранения результатов, разрушения, вызванного^ агрессивными, механическими воздействиями и воздействием окружающей среды, — часто осуществляется с помощью обычного цементно-песчаного раствора, что изначально залогом успешного ремонта не является. А выбор специальных ремонтных составов, как и различных технологий, на сегодняшнем рынке, не только европейском, но и российском, огромен. По статистическим данным, в Европе стоимость ремонтных работ превышает" 20 млрд. долларов в год, по России такие данные отсутствуют. В России средства, затрачиваемые на ремонт и восстановление отдельных промышленных сооружений, за, 45 лет доходят до суммы, равной общей их стоимости [158].

Анализ опыта эксплуатации инженерных сооружений из бетона и железобетона показывает [158], что они разрушаются значительно раньше, чем*предусмотрено проектным нормативным сроком, из-за коррозии и ускоренного г физического износа. Сегодня состояние большинства отремонтированных сооружений из железобетона претерпевает серьезное ухудшение спустя уже несколько лет после проведения ремонтные работы. По данным проведенных исследований, около 75 % отказов при ремонте железобетонных конструкций наступает по истечении всего 5 лет. Считается успехом, если повторный ремонт необходимо выполнять через 12-15 лет. В идеальном случае такие работы приходится повторять через 25 лет [158,169].

Стоимость выполняемых ремонтных работ уже сопоставима со средствами, направляемыми на новое строительство. Это обусловлено также и тем, что срок эксплуатации объектов существующей инфраструктуры неуклонно возрастает. Опыт ремонта железобетонных конструкций свидетельствует о том, что обеспечение совместной работы прокорродировавшего и вновь уложенного бетона является сложной задачей, которая может быть решена в основном благодаря качественной подготовке поверхности поврежденных бетона и стали путем их очистки от слоев продуктов коррозии.

Опыт ремонта железобетонных конструкций показывает, что обеспечение совместной работы прокорродировавшего и вновь уложенного бетона является серьезной инженерно-технической задачей, которая может быть решена только благодаря качественной подготовке поверхности'поврежденных бетона и стали за счет их очистки от продуктов коррозии. Однако, вид, степень и параметры очистки поверхности бетона и арматуры в зарубежных нормативных документах регламентируются лишь частично, а в российских практически не регламентируются, стандарта на ремонт, описывающего всю цепочку ремонта конструкции, не существует.

В международном, стандарте ISO 8504:2000 подчеркивается, что «.идеальная защита от коррозии при ремонте на 80% обеспечивается* правильной подготовкой поверхности, и только на 20% - качеством используемых материалов и способом их нанесения». Однако, вид, степень и параметры^ очистки поверхности бетона и арматуры в зарубежных нормативных документах 1 регламентируются лишь частично, а в российских нормативах - практически не оговариваются. До настоящего времени в России отсутствует стандарт, описывающий весь процесс ремонта конструкции. В европейских странах такой единый документ был введен в действие лишь с 01.01.2009г.

В связи с этим, актуальным является поиск решений по быстрому и надежному восстановлению несущей способности эксплуатирующихся конструкций без их усиления, замены и остановки технологических процессов. Одним из ключевых вопросов является изучение причин и механизма отслоения нанесенных материалов на цементной основе с целью уточнения технологических регламентов на ремонт бетона и железобетона после деструктивного воздействия серосодержащих соединений.

Собственно, появление на рынке новых методов и материалов для ремонта и восстановления бетонных и железобетонных конструкций и вызвало необходимость определения четких методов и параметров очистки, а также разработки новых норм, стандартизирующих технологии ремонта.

Решению этих задач посвящена данная работа.

Автор выражает благодарность коллективу сотрудников ССП УГНТУ ХНИЛ «Уфимский городской центр СтройТехЭкспертиза» за помощь в выполнении диссертационной работы.

Заключение диссертации по теме «Строительные материалы и изделия», Авренюк, Андрей Николаевич

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ результатов обследования технического состояния бетонных и железобетонных конструкций зданий и сооружений, эксплуатируемых в агрессивных серосодержащих средах, свидетельствует о значительном увеличении в последние годы числа аварийных ситуаций, имеются многочисленные случаи раннего (через 2-15 лет) повреждения железобетона. Одной из причин несоответствия ожидаемого и фактического срока службы железобетонных конструкций данных объектов является то, что их проектирование и строительство осуществлялось без применения .каких-либо средств защиты, а также выполнение ремонта при недостаточной подготовке поверхности и при помощи обычных составов, а не специальных ремонтных.

2. В действующих отечественных нормах не приводится достаточных сведений для выполнения качественной очистки поверхности и нанесения составов при ремонтных работах.

3. На основе комплексных физико-химических и физико-механических исследований экспериментально подтвержден механизм деструктивных процессов, протекающих на границе фаз «сульфатизированный слой бетона основы - ремонтный состав», которые вызывают ускоренное отслоение ремонтных покрытий на цементной основе в случае недостаточной подготовки поверхности. Данный механизм также подтверждается результатами исследования адгезии ремонтных материалов на цементной' основе к натурным образцам с различной степенью подготовки поверхности бетона.

4. Установлено, что- при воздействии разных по природе сульфатсодержащих сред, они могут быть классифицированы, по общим принципам протекания процесса и образования основных продуктов коррозии и, следрвательно, иметь идентичные параметры подготовки поверхности бетона и арматуры, а также ремонта конструкций в целом.

5. Определены рациональные методы, параметры и последовательность подготовки поверхности бетона и арматуры- в зависимости от класса бетона, при которых происходит удаление сульфатов без повреждения структуры f поверхности бетона. Показано, что ключевым параметром при очистке является удаление сульфатизированного слоя, а карбонизированный слой может быть сохранен, так; как в нем не содержится веществ, вызывающих протекание реакций с увеличением объема продуктов. Выполнен отбор оптимальных составов для ремонта бетонных и железобетонных конструкций.

6. Установлено, что сульфатизированный слой удаляется при водоструйной подготовке давлением 450-500 атм., что является оптимальным интервалом; при большем давлении (600-900 атм.) происходит повреждение структуры бетона класса В15-В45, а при давлении до 250 атм. сульфатизированный слой сохраняется. При дробеструйной очистке давлением 7 атм. удаляются сульфатизированный и карбонизированный слои, без повреждения структуры поверхности.

N I

7. Установлено, что в целях сохранения структуры, поверхность бетона класса ниже В15 необходимо очищать только струйно-абразивными методами (дробеструйной, пескоструйной).

8. Результаты проведенных исследований применены при обследовании, разработке рекомендаций и ремонте железобетонных конструкций на более, чем 120 объектах предприятий МУП «Уфаводоканал», ОАО «Уфанефте-хим», ОАО «Учалинский ГОК», ОАО «Белкамнефть», ОАО «Салаватнефте-оргсинтез». Экономический эффект от внедрения результатов исследований i заключается в продлении срока службы бетонных и железобетонных конст

• I рукций до расчетных (нормативных) значений.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Авренюк, Андрей Николаевич, 2009 год

1. Алексеев, В.Н. Количественный анализ /В.Н. Алексеев.- М.: Госхимиздат, 1963. - 568 с.2.' Алексеев, С.Н. Коррозия и защита арматуры в бетоне / С.Н. Алексеев.- М., 1968 230 с.

2. Алексеев, С.Н. Коррозионная стойкость железобетонных конструкций в агрессивной промышленной среде /С.Н. Алексеев, Н.К. Розенталь. -М.: СтроГшздат, 1976. 345 с.

3. Андреюк, Е.И. Микробиологическая коррозия строительных сталей и бетонов / Е.И. Андреюк, И.А. Козлова, A.M. Рожанская // Биоповреждения в строительстве / Под ред. Ф.М. Иванова, С.Н. Горшина. М.: Стройиздат, 1984. - С. 354.

4. Бабков, В.В. Аспекты долговечности цементного камня / В.В. Бабков, А.Ф. Полак, П.Г. Комохов // Цемент.-1988.- №3.-С. 33-35.

5. Бабушкин, В.И. Защита строительных конструкций от коррозии, старения и износа / В.И. Бабушкин. Харьков: Вища школа, 1989. - 168 с.

6. Баженов, Ю.М. Бетонополимеры /Ю.М. Баженов. М.: Стройиздат, 1983. - 472 с.

7. Базанов, С.М. Механизм разрушения бетона при воздействии сульфатов / С.М. Базанов // Строительные материалы. 2004. - № 9. - С. 46-47.

8. Батраков, В.Г. Модифицированные бетоны /В.Г. Батраков. М.: Стройиздат, 1990. -400 с.

9. Бедов, А.И. Обследование и реконструкция железобетонных и каменных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений /А.И. Бедов, В.Ф. Сапрыкин. М.: Издательство АСВ, 1995.- 192 с.

10. Белецкий, Б.Ф. Конструкции водопроводно-каналнзационных сооружений. Справочное пособие / Б.Ф. Белецкий, Н.И. Зотов, JI.B. Ярославский. М.: Стройиздат, 1989: -447 с.

11. Бойко, В.В. Гидроизоляция подземных сооружений полимерными материалами /В.В.Бойко, P.JI. Маилян. Киев: Будивэльник, 1989. - 144 с.

12. Болотских, О.Н. Подготовка поверхности бетонных и железобетонных конструкций к ремонту / О.Н. Болотских, В.П. Чернявский // Ватерпас.-2001 г.-№4. С. 114-117.

13. Борисенко, В.М. Одностороннее воздействие жидких агрессивных сред на работу конструкций /В.М. Борисенко, Е.А. Гузеев // Бетон и железобетон.-1986.-№6 — С. 18-20.

14. Бородин, O.A. Прогнозирование коррозионной стойкости бетона в движущихся жидких средах / О.А.Бородин // Долговечность и защита конструкций от коррозии: материалы международной конференции, М, 25-27 мая 1999г.-М., 1999.-С. 150-152.

15. Брукс, Г. Торкрет-бетон, торкрет-цемент, торкрет-штукатурка /Г. Брукс, Р. Линдер, Г. Руфферт. М.: Стройиздат, 1985. — 180с.

16. Васильев, В.М. Правила технической эксплуатации системы канализационных тоннелей / В.М. Васильев // Водоснабжение и санитарная техника.-2001.-№1. С. 23-26.

17. Васильев, В.М. Анализ повреждений тоннельных канализационных коллекторов Санкт-Петербурга и их восстановление /В.М. Васильев // Водоснабжение и санитарная техни-ка.-2003.-№12.-С. 11-15.20.