Стойкость бетона и железобетона в емкостных сооружениях водоочистки
Стойкость бетона и железобетона в емкостных сооружениях водоочистки // Строительные материалы. 2003 . №10. C. 36-37
В системе канализотания крупных городов одно из ключевых положений занимают городские очистные сооружения канализации (ГОСК), включающие аэротенки с емкостями первичных и вторичных отстойников. В России основной парк этой группы сооружений был возведен в 60"80-е годы XX в. в сборном и сборно-монолитном варианте. На ГОСК Уфы в настоящее время работают два блока размерами в плане 150x150 м и высотой 5 м каждый. Блок № 1 построен в 1974 г., блок № 2 - в 1985 г. В связи с перегружением этих сооружений, а также с учетом перспективы увеличения объема сточных вод в середине 90-х годов XX в. было начато строительство блоков № 3 и № 4. В настоящее время для Уфы остро стоит вопрос о завершении строительства и пуске в эксплуатацию этих объектов.
В 2003 г. специалистами УГНТУ и МУП "Уфаводоканал" было проведено комплексное обследование технического состояния конструкций блока № 1 с целью решения следующих задач:
" определение степени физического износа конструкций объекта после длительного срока его безремонтной эксплуатации (Тэ=29 лет);
" разработка мероприятий по капитальному ремонту и усилению поврежденных конструкций для обеспечения безаварийной работы сооружения до нормативного срока службы (Тн=50 лет), то есть на период не менее 21 года;
" выявление характерных дефектов и повреждений конструкций сооружения после длительной эксплуатации, с тем чтобы учесть их при завершении строительства емкостей блоков № 3 и № 4.
Основанием для экстраполяции данных по стойкости бетона и железобетона с емкостей блока № 1 на вновь строящиеся сооружения блоков № 3 и № 4 стали следующие рассуждения:
" материалы обследования блока № 1 являются фактически результатами длительного натурного эксперимента, учитывающего многообразие неблагоприятных факторов эксплуатационной среды и их взаимное влияние, что практически невозможно смоделировать в лабораторных условиях;
" параметры эксплуатационной среды (газовоздушной фазы и сточных вод), а следовательно, и ее агрессивность являются достаточно стабильными для региона;
" конструкции блоков № 1, № 3 и № 4 изготовлены в Башкирии на местной сырьевой базе, то есть бетон как по химико-минералогическому составу цементного камня, так и по структуре (пористость, состояние контактной зоны "цементный камень " заполнитель") имеет близкие характеристики.
Работы по обследованию были проведены как снаружи, так и изнутри сооружения. К первой категории конструкций относятся те, которые являются доступными для обследования даже при заполненных емкостях, то есть в эксплуатационном режиме объекта. Это надводные конструкции, а также конструкции расположенных по периметру сооружения полузаглубленных каналов-коридоров, предназначенных для размещения технологического оборудования и контроля за протечками в наружных стенах емкостей. Возможность обследования состояния конструкций, расположенных ниже уровня сточных вод, представилась в связи с кратковременным опорожнением одного из четырех аэротенков блока № 1 для замены в нем технологического оборудования.
Блок емкостей № 1 состоит из четырех идентичных секций, причем каждая секция включает в себя первичный и вторичный отстойники и собственно аэротенк. Аэротенки блока емкостей № 1 по принципу очистки сточных вод являются типовыми четырехкоридорными аэротенками-смесителями, представляющими собой открытое прямоугольное емкостное сооружение, выполненное из сборно-монолитных тонкостенных железобетонных конструкций. Днище, стыки между стеновыми панелями, а также участки стен в углах выполнены из монолитного железобетона. Основными конструктивными элементами аэротенков и отстойников являются плоские стеновые панели двух типов: вертикально расположенные консольные стеновые панели наружных стен и горизонтально расположенные самонесущие стеновые панели внутренних стен-перегородок.
По условиям эксплуатации бетонные и железобетонные конструкции аэротенков могут быть разделены на две группы, для которых характерны определенные виды агрессивного воздействия (табл. 1).
Таблица 1
Группа конструкций |
Вид конструкций |
Вид агрессивного воздействия |
Тип коррозии бетона |
I |
Фундаменты, днище, расположенные ниже уровня сточных вод панели стен, колонны, консоли колонн |
Слабоминерализованная вода, обогащенная растворенным кислородом и сероводородом |
1. Коррозия бетона I вида (выщелачивание -вымывание гидроксида кальция из бетона)
2. Коррозия бетона II вида (обменные реакции компонентов цементного камня и сточных вод) |
II |
Плиты-мостики, части стен и консолей колонн, расположенные выше уровня сточных вод |
1. Разрушение бетона из-за кристаллизации солей в порах бетона, обусловленное капиллярным подсосом сточных вод и испарением воды на открытых поверхностях конструкций
2. Коррозия арматуры железобетона из-за нейтрализации защитного слоя бетона, вызванного его карбонизацией
3. Разрушение бетона из-за воздействия сероводорода с образованием нерастворимых солей
4. Действие отрицательных температур |
1. Коррозия бетона III вида (солевая коррозия)
2. Газовая коррозия железобетона (коррозия карбонизации)
3. Химическая коррозия III вида
4. Морозное разрушение бетона |
Анализ архивных данных химической лаборатории ГОСК показывает, что сточные воды имеют практически нейтральную реакцию и представляют собой слабоминерализованный многокомпонентный раствор, а наиболее агрессивными к бетону и железобетону веществами являются сульфаты и хлориды. В 80-х годах прошлого века сточные воды по содержанию сульфатов являлись Слабоагрессивными по отношению к бетону на обычном цементе с маркой по водонепроницаемости W4"W6 [1]. Однако необходимо учитывать возможность повышения концентрации этих ионов в надводной части конструкций за счет испарения воды в летний период. Кроме того, в сточных водах имеются достаточно высокие концентрации ионов цветных металлов, сульфаты которых обладают высокой агрессивностью к бетону.
В газовоздушной среде цементный камень бетона подвержен перерождению на значительно большую глубину, чем в жидкой среде, о чем свидетельствуют многочисленные разрушения защитного слоя бетона и обнажение арматуры надводной части железобетонных конструкций (табл. 2). Коррозия бетона в газовоздушной среде аэротенка вызвана комплексным воздействием следующих факторов: непосредственным химическим воздействием сероводорода, коррозией карбонизации, солевой коррозией, микробиологической коррозией.
Таблица 2
Место отбора пробы |
Элемент конструкции |
Глубина нейтрализации, мм |
Прочность при сжатии, МПа |
Водопоглощение, мас. % |
Выше уровня жидкости
|
Плита-мостик |
5-7 |
>30 |
7,6 |
Панель-перегородка |
4-7 |
>30 |
6,7 |
Консоль колонны |
2-5 |
>30 |
7,2 |
Ниже уровня жидкости |
Консоль колонны |
1,5-3 |
>30 |
6,7 |
Колонна |
2-4 |
>30 |
9 |
Панель-перегородка |
0,4-1 |
>30 |
6,7 |
Торкрет |
0,6-1 |
>20 |
12,7 |
Поскольку наблюдается лишь незначительное снижение прочности поверхностного нейтрализованного слоя бетона по сравнению с бетоном внутренних слоев, то, вероятно, в наибольшей степени на надводную часть конструкций происходит совместное воздействие лишь первых трех разрушающих бетон факторов, а микробиологическая коррозия не проявляется в явном виде из-за пониженной концентрации сероводорода в газовоздушной среде.
К числу наиболее характерных дефектов и повреждений строительных конструкций сооружения относятся следующие:
" нейтрализация и разрушение защитного слоя бетона железобетонных конструкций, расположенных выше уровня налива сточных вод (плит-мостиков, консолей колонн и панелей-перегородок);
" коррозионные повреждения конструктивной и частично рабочей арматуры в железобетонных конструкциях, расположенных выше уровня налива сточных вод (в плитах-мостиках и консолях колонн);
" дефекты строительства, допущенные при монтаже железобетонных конструкций (малая глубина защемления панелей-перегородок);
" образование трещин и сколов в конструкциях панелей-перегородок и колонн;
" обрушение 5% железобетонных панелей-перегородок вследствие механического воздействия и коррозионного износа;
" образование трещин и сколов в слое торкрет-бетона, а также его разрушение на 70% площади стен;
" коррозия закладных деталей и других металлических элементов в зоне действия паровоздушной среды;
" образование трещин в местах стыков наружных стеновых панелей и в углах аэротенка.
Обследование емкостей показало, что 13% плит-мостиков и 5% консолей колонн находятся в пред-аварийном состоянии.
Наиболее слабым местом аэротенков и отстойников являются стыки железобетонных конструкций наружных стеновых панелей, как угловых, так и рядовых, разгерметизация которых приводит к прониканию сточных вод за пределы сооружения и нарушению экологической безопасности сооружения.
Повреждения конструкций полузаглубленных каналов-коридоров, расположенных по периметру емкостей, обусловлены глубокой карбонизацией бетона и вызванной этим коррозией арматуры: более 4% ребристых плит покрытия требуется заменить, а около 11 % - капитально отремонтировать или усилить.
Выполненные оценочные расчеты по прогнозу долговечности железобетонных конструкций свидетельствуют об относительно малой скорости коррозии бетона и железобетона [2]. При условии выполнения ремонтно-восстановительных работ действующие аэротенки имеют резерв по долговечности сроком не менее 30 лет.
Список литературы
1. СНиП 2.03.11-85. Защита строительных конструкций от коррозии // Госстрой СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР. 1986.46 с.
2. Комохов П.Г., Латыпов В.М., Ла-тыпова Т.В., Вагапов Р.Ф. Долговечность бетона и железобетона. Приложения методов математического моделирования с учетом ингибирующих свойств цементной матрицы. Уфа: Белая река. 1998. 216 с.
В.М. ЛАТЫПОВ, зав. кафедрой "Строительные конструкции", д-р техн. наук, Т.В. ЛАТЫПОВА, канд. техн. наук,
Л.Н. ВАЛИШИНА, Е.В. ЛУЦЫК, Р.Р. АХМАДУЛЛИН, A.Р. АНВАРОВ, инженеры (УГНТУ)
|
