Цементобетон на службе строителей | новости о цементе

В Москве состоялась конференция «Строительство, ремонт и содержание цементобетонных покрытий», организованная интернет-журналом о цементе РУЦЕМ.РУ.

Производители цемента, бетона, наполнителей, строительной химии, представители дорожно-строительных организаций, изготовителей дорожной техники и оборудования обсудили вопросы, касающиеся механизмов возникновения и предупреждения внутренней коррозии бетона, современной химии для бетонов, прогнозировании долговечности железобетонных конструкций, подвергающихся воздействию агрессивных сред, рассмотрели влияние различных заполнителей и применение активных минеральных добавок в бетонных конструкциях и покрытиях и др.

Профессор кафедры Мостов, тоннелей и СК МАДИ Шерали Валиев отметил, что железобетонные конструкции городских транспортных сооружений (ГТС) наиболее интенсивно подвергаются хлоридной коррозии, в промышленных районах – сульфатной коррозии, и везде присутствует карбонизация. Карбонизация воздействует по сути на все железобетонные мостовые сооружения, хлоридная коррозия на мостовых сооружениях присутствует и там, где для борьбы с гололедом применяют антиобледенители. В городских условиях часто карбонизация и хлоридная коррозия действуют совместно, приводя к разрушению железобетонных конструкций ГТС и сокращению их долговечности.

В последнее время для защиты железобетонных конструкций от коррозии применяют различные способы: покрывают арматуру полимерными покрытиями, используют неметаллическую арматуру, защищают железобетонные конструкции лакокрасочными покрытиями. Но все равно многие железобетонные конструкции ГТС оказываются незащищенными и подвергаются агрессивным воздействиям.

Поэтому задача прогнозирования поведения железобетонных конструкций ГТС с учетом деградационных процессов становится актуальной.

К основным причинам неудовлетворительного технического состояния и снижения долговечности многих ГТС по сравнению с нормативными требованиями можно отнести: резкое возрастание уровня напряженно-деформированного состояния в конструкциях ГТС; усиление влияния агрессивности окружающей среды; недостаточная обоснованность проектных решений в проектах ГТС (материалов, конструктивно-технологических решений, способов строительства) без комплексного учета условии эксплуатации, стремление возводить более дорогие новые мосты или заменять эксплуатируемые сооружения новыми; недооценка значимости проблемы эксплуатации ГТС, отсутствие работающих систем управления эксплуатацией мостовых сооружений, недостаточный уровень оснащенности современными приборами и оборудованием эксплуатирующих организаций, отсутствие передвижных специализированных лабораторий, недостаточность нормативно-методических документов, недостаточная подготовка кадров.

Про словам эксперта, существуют различные виды защиты железобетонных конструкций ГТС от воздействия агрессивной среды. Первичный заключается в применении бетонов, стойких к воздействию агрессивной среды, использовании коррозионно стойкой арматуры, увеличении толщины защитного слоя и ограничение ширины раскрытия трещин. Вторичная предусматривает защитные покрытия, гидроизоляцию, облицовку, пропитку, гидрофобизацию. Специальный вид защиты объединяет различные физические и физико-химические методы, мероприятия, понижающие агрессивное воздействие среды (исключающие конденсацию влаги и понижающие концентрацию агрессивных веществ), организацию системы водоотвода, электрохимическую защиту.

Докладчик сделал следующие выводы.

1. Анализ современного состояния эксплуатируемых ГТС показывает, что железобетонные конструкции подвергаются интенсивной деструкции под влиянием совместно действующих нагрузок и агрессивных эксплуатационных сред, включая действие углекислого газа и хлоридов. Поэтому перед исследователями стоит важная задача по разработке методов корректной оценки несущей способности и долговечности элементов железобетонных конструкций транспортных сооружений для последующей разработки эффективных способов их ремонта и усиления с целью повышения грузоподъемности и увеличения ресурса.

2. Анализ экспериментальных данных показывает, что под влиянием хлоридных реагентов и углекислого газа в железобетонных конструкциях ГТС развивается хлоридная коррозия и карбонизация, причем действие этих факторов носит объемный характер, приводя к появлению наведенной неоднородности механических свойств и коррозии арматуры. Характер наведенной неоднородности зависит от положения фронтов карбонизации и хлоридов по объему конструкции и меняется с течением времени.

3. Коррозия арматуры в железобетонных конструкциях, подвергающихся хлоридному воздействию, начинается после достижения концентрацией хлоридов некоторого критического значения у поверхности арматуры. При совместном действии карбонизации и хлоридной коррозии на железобетонные конструкции критическое содержание хлоридов, при котором начинается коррозия арматуры, снижается в 2 раза по сравнению со случаем хлоридной коррозии без карбонизации.

4. Необходимо разработать эффективные меры по ограничению влияния различных факторов агрессивной среды на механические характеристики компонентов железобетона и поведение железобетонных конструкций ГТС.

5. Требуется разработать новые нормативно-технические документы, типовые проекты для проектирования и производства работ по ремонту и реконструкции железобетонных конструкций ГТС с учетом деградационных процессов в ЖБК.

6. Значительно повысить уровень подготовки кадров в области транспортного строительства, в том числе по эксплуатации транспортных сооружений.

Профессор Тюменского индустриального университета Игорь Овчинников сказал, что хлоридсодержащая среда является довольно распространенной агрессивной средой, особенно это касается транспортных сооружений. Ее воздействие приводит к разрушению и бетона, и арматуры. Хлоридсодержащая среда может быть как технологической, так и появляться в результате применения хлоридсодержащих материалов для борьбы с гололедом, или присутствовать в атмосфере (солевой туман в приморской зоне).

По различным данным воздействию агрессивных хлоридсодержащих сред в той или иной мере подвержены до 75% конструкций и сооружений в области транспортного строительства. Испытания бетонных кубов и призм показали, что при длительном воздействии жидких хлоридсодержащих сред вследствие диффузии агрессивных реагентов происходит изменение (деградация) свойств бетона. Поверхностная коррозия практически не оказывает влияния на механические свойства стали. Коррозионные поражения в виде язв приводят к концентрации напряжений в материале. Основные показатели – потеря площади сечения.

В результате диффузии, содержащегося в воздухе углекислого газа, в железобетонных конструкциях происходит процесс карбонизации. Он начинается с поверхности бетона и продолжается в более глубоких слоях. Как результат концентрация водородных ионов снижается, надежная пассивация металла отсутствует, поэтому возможно начало коррозионных процессов арматуры.

Коррозионное растрескивание можно определить как самопроизвольное разрушение металла при одновременном воздействии коррозионной среды и статических растягивающих напряжений.

Карбонизация бетона зависит от технологических факторов (состава бетона, В/Ц), от условий эксплуатации (агрессивности среды, содержания СО2 , влажности, температуры, НДС). Прочность карбонизированного бетона может как уменьшаться, так и возрастать, что приводит к изменению НДС конструкций.

Несущая способность и долговечность армированных предварительно-напряженных элементов конструкций напрямую зависит от степени коррозионного поражения предварительно напряженной арматуры. В отличие от коррозионного поражения обычной арматуры, разрушение преднапряженной арматуры происходит не вследствие уменьшения площади поперечного сечения, а от трещинообразования и последующего хрупкого разрушения.

Докладчик осветил общий подход к построению моделей деформирования и разрушения конструкций в агрессивных средах и физических полях.

1. Выбор параметров, характеризующих состояние материала в процессе деформирования и разрушения и параметров, характеризующих внешние воздействия.

2. Построение уравнений состояния, связывающих характеристики процессов деформирования и разрушения с остальными параметрами, а также построение кинетических уравнений, описывающих изменение этих параметров и формулирование условий локального разрушения.

3. Формулирование условий проведения экспериментов, необходимых для идентификации моделей деформирования и разрушения материалов и оценивание коэффициентов моделей с использованием результатов экспериментов.

4. Формулирование краевой задачи, позволяющей описать процесс деформирования и разрушения конструктивных элементов в заданных условиях.

5. Проведение численных экспериментов по исследованию поведения конструкций с использованием разработанных моделей.

6. Проверка моделей путем сопоставления результатов расчета с данными специально поставленного эксперимента, данными других исследователей.

Профессор кафедры «Строительные материалы и технологии» РУТ (МИИТ), Лев Добшиц, говоря о влиянии качества заполнителей на долговечность железобетонных изделий и конструкций, привел рекомендации по содержанию вредных примесей.

По его утверждению, одновременное использование портландцементов с содержанием щелочей 0,4% и содержанием хлоридов, по массе, в пересчете на Сl-  0,09%, мелкого заполнителя (песок) с содержанием растворимого кремнезема в количестве 50 ммоль/л является потенциально нереареакционноспособным к щелочам цемента как при количестве щелочей равном 0,4%, так и 1,5% массы цемента и может быть рекомендовано к применению.

Одновременное использование портландцемента с содержанием щелочей 0,4% и содержанием хлоридов, по массе в пересчете на Сl-  0,09%, мелкого заполнителя (песок) с содержанием растворимого кремнезема в количестве 190 ммоль/л и более является потенциально реакционноспособным к щелочам цемента как при содержании щелочей в количестве 0,4%, так и в количестве 1,5% массы цемента и не рекомендуется к применению.

Совместное использование портландцемента с содержанием щелочей 0,4% и содержанием хлоридов, по массе, в пересчете на Сl- 0,09%, крупного заполнителя (щебня) с содержанием растворимого кремнезема в количестве 50 ммоль/л и более, является потенциально реакционно способными к щелочам цемента как при количестве щелочей равном 0,4%, так и 1,5% массы цемента и не рекомендуется к применению.

Одновременное использование портландцемента с содержанием щелочей 0,4% и содержанием хлоридов, по массе, в пересчете на Сl- 0,09%, мелкого заполнителя (песка) с содержанием растворимого кремнезема в количестве 50 ммоль/л и более совместно с крупным заполнителем, содержащим растворимый кремнезем в количестве 50 ммоль/л и более, является потенциально реакционноспособным к щелочам цемента как при количестве щелочей равном 0,4%, так и 1,5% массы цемента и не рекомендуется к применению.

На базе выполненных исследований установлено, что для получения качественных изделий, кроме обычной проверки оборудования, необходимо проводить проверку виброоборудования по изложенной методике.

Испытание бетона на прочность и морозостойкость в возрасте 28 суток не позволяет в этот срок достоверно оценить его долговечность.

Выбор материалов для изготовления долговечных коррозионностойких бетона и железобетона необходимо выполнять с учётом предварительной оценки суммарного содержания вредных примесей в цементе и заполнителях.

Необходима корректировка требований действующих ГОСТ в части использования материалов с вредными примесями для изготовления бетонных и железобетонных изделий и конструкций., в соответствии с новыми полученными данными.

Руководитель центра технологии строительства ООО Инженерная компания «НИИЖБ Максим Якобсон сообщил, что протяженность автомобильных дорог в России составляет около 1,5 млн км, из них цементобетонное покрытие имеют лишь 5-7%. В других развитых странах это доля гораздо выше.

Цементобетонные покрытия автомобильных дорог отличаются от других типов покрытий дорожной одежды тем, что они обеспечивают: эффективное распределение нагрузки от автотранспорта в конструкции дорожной одежды и высокую несущую способность; устойчивость к деформациям при нормальных и повышенных температурах; повышенную безопасность движения, так как имеют светлый цвет; хорошее сцепление колес с дорогой, мало зависящее от увлажнения покрытия; незначительный износ от воздействия колес транспортного потока; экологическую чистоту, благодаря возможности многократного использования переработанного материала; долговечность при минимальных затратах на обслуживание.

По утверждению специалиста, актуальными задачами развития дорожного бетона являются следующие факторы.

Исследования, направленные на повышение экономической эффективности строительства: разработка дорожных бетонов с использованием местных материалов и побочных продуктов промышленности; разработка составов и технологии бетонов с ранним достижением эксплуатационных свойств, обеспечивающих повышение темпов строительства; разработка новых технологических решений и комплексов по строительству жестких дорожных одежд, снижающих влияние сезонности на темпы дорожно-строительных работ.

Разработка новых безопасных долговечных комфортных конструкций дорожных одежд с цементобетонным покрытием.

Создание бетонов с новыми эксплуатационными свойствами: светоотражающих, цветных, шумопоглощающих, дренирующих, гидрофобных, антигололедных, фотокаталитических и др.

Разработка новых методов оперативного ремонта и устранения дефектов цементобетонных покрытий, допущенных в ходе строительства, и образующихся в процессе эксплуатации.

Создание составов бетона, технологий строительства, методов расчета, конструкций жестких дорожных одежд с перспективным сроком службы не менее 50 лет.

Профессор ФГБОУ ВО «МАДИ» Юрий Васильев сделал акцент на том, что

серобетон, как возможная альтернатива традиционного цементобетона, обладает рядом преимуществ: быстрым набором и сохранением высокой прочности, стойкостью в кислых и основных средах, водонепроницаемостью, морозостойкостью, низкой теплопроводностью, отвердением при низких температурах, хорошей адгезией к бетону, возможностью использования в качестве заполнителя местных, в том числе техногенных материалов, безотходностью технологического процесса, диэлектрическими и димагнетическими свойствами.

Валерий ВАСИЛЬЕВ. Фото автора и Николая Кушниренко

журнал Автомобильные дороги