книги / Эксплуатация мостов. Особенности эксплуатации железобетонных конструкций мостов

на производится вскрытием защитного слоя бетона и нанесением на свежий скол 1%-ного спиртового раствора фенолфталеина. При pH > 9 бетон окрашивается в ярко-малиновый цвет. Карбонизированный бетон, не обладающий защитными свойствами, не окрашивается. Окрашивание бетона в ярко-малиновый (ярко-розовый) цвет свидетельствует о сохранении бетоном свойств коррозионной защиты стали. Точное определение показателя pH производится по ГОСТ 5382–91.

При действии на бетон углекислого газа, находящегося в воздухе, происходит карбонизация извести в защитном слое бетона с образованием малорастворимого карбоната кальция:

Ca(OH)2 + CO2 → СаCO3 + H2O.

При этом не происходит разрушения бетона, его прочность и жесткость увеличиваются. Если плотность бетона недостаточна, то скорость карбонизации значительна, и защитный слой бетона будет карбонизирован до арматуры в короткий срок, после чего становится возможным процесс атмосферной коррозии арматуры (табл. 1.2). Как только процесс карбонизации доходит до арматуры, то она начинает интенсивно корродировать и происходит процесс разрушения бетона под давлениемрастущейнаарматурных стержнях ржавчины.

Проникновение углекислого газа (CO2) в глубь бетона имеет затухающий характер. Интенсивность процесса карбонизации зависит от многих факторов: плотности бетона, температуры, влажности, расположения бетонной поверхности в конструкции и др. В сжатых элементах (в сжатой зоне бетона изгибаемых элементов) процессы карбонизации протекают значительно медленнее, чем в

21

растянутых. В плотных (прочных, высокомарочных) бетонах процессы карбонизации также протекают значительно медленнее. С наветренной стороны конструкции процесс карбонизации протекает более интенсивно, так как происходит высушивание пор, что обеспечивает доступ углекислого газа (CO2) из воздуха на большую глубину. Разница глубины карбонизации может достигать 3–7 раз. Глубина карбонизации может составить до 10 мм за 10 лет и до 20 мм за 30 лет.

Прогноз карбонизации бетона. Время карбонизации Tк (годы)

защитного слоя бетона толщиной a, определяется по формуле

Tк =m1 m2 m3 m4 a , K

где a – толщина защитного слоя, мм; K – нормативная скорость карбонизации (мм/год), определяемая в зависимости от марки бетона по водонепроницаемости: W8 – 0,25; W6 – 0,75; W4 – 1,0; менее W4 – 2,0; m1 – коэффициент, зависящий от типа конструкции

(от величины обжатия бетона): для конструкций (ПС) с обычной арматурой m1 = 0,6, для преднапряженных конструкцийm1 = 1,0;

m2 – коэффициент, зависящий от положения поверхностей: для средних поверхностей конструкций m2 = 2,0, для фасадных поверхностейm2 = 1,0; m3 – коэффициент, зависящий от агрессивности воздушной среды, принимается равным 2,0; 1,3; 1,0 для слабой, средней и сильной степени агрессивности соответственно; m4 – коэффициент, зависящий от наличия и возраста защитного покрытия на боковой и нижней поверхностях конструкций tн : при возрасте (сроке службы защитного покрытия) tн < 3 лет m4 = 1; при tн = 3…7 лет m4 = 1,5; при tн ≥ 30 лет m4 = 3,0; при tн = 7…30 лет m4 определяет-

ся интерполяцией.

Проникновение в бетон агрессивных по отношению к стали солей. Совместно с коррозией кристаллизации, разрушающей бетон, интенсивно развивается и коррозия арматуры, вследствие воздействия на арматуру хлор-ионов, содержащихся в солях, которые проникают за счет капиллярного всасывания на глубину, превы-

22

шающую толщину защитного слоя. Являясь деполяризаторами кислорода на аноде, ионы хлора создают возможность развития электрохимической коррозии стали в щелочной среде. Коррозия стали начинается при содержании в бетоне более 0,4 % хлор-ионов.

Железобетонные конструкции, подверженные воздействию хлористых солей, не только растрескиваются и расслаиваются, но и имеют на наружной поверхности ржавые потеки, явно свидетельствующие о процессе коррозии арматуры.

Электрокоррозия под действием блуждающих токов. Отли-

чительным признаком процессов коррозии арматуры вследствие блуждающих токов, т.е. процесса электрокоррозии, является его значительно большая́ скорость по сравнению с электрохимической коррозией арматуры, вызываемой другими агрессивными средами.

На поверхности анодных участков стальной арматуры появляется толстый слой продуктов коррозии. Продукты коррозии арматуры, занимая в 2–2,5 раза больший объем, чем объем прокорродированного металла, создают растягивающие усилия в бетоне. Эти напряжения приводят к образованию трещин в бетоне вдоль арматуры и последующему разрушению бетона. Процесс появления и развития трещин напоминает действие клина, приложенного в центре образца. После появления трещин масса бетона обычно может быть легко разделена на куски. При этом, однако, сам бетон не подвергается каким-либо заметным структурным разрушениям и сохраняет свою прочность и состав.

Состав и состояние бетона, в который заключена металлическая арматура, имеет большое влияние на развитие процесса электрокоррозии арматуры. Скорость развития процесса электрокоррозии железобетона находится в зависимости от химического состава цементного камня и заполнителей, состава солей, добавляемых в процессе строительства в бетон, плотности и влажности бетона, от значения рН раствора, заполняющего поры бетона. Введение в бетон в качестве ускорителей твердения добавок солей с ионами, активизирующими поверхность стальной арматуры и повышающими электрическую проводимость бетона, таких, например, как хлорионы, обязательно повлечет за собой ускорение процесса электрокоррозии арматуры.

23

1.5. Классификация процессов коррозии бетона и арматуры

Приведем характеристику основных видов коррозии бетона и арматуры:

24

26

2. ХАРАКТЕРНЫЕ ДЕФЕКТЫ И ПОВРЕЖДЕНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ, БЕТОННЫХ И КАМЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ МОСТОВ И ОПОРНЫХ ЧАСТЕЙ

Многие мостовые сооружения на автомобильных дорогах имеют большой срок эксплуатации, построены по старым нормам и технологиям, находятся в неудовлетворительном состоянии и требуют серьезной реконструкции и ремонта. Техническое состояние мостов характеризуется наличием большого числа дефектов и повреждений, которые значительно снижают эксплуатационную надежность.

Дефект – отдельное несоответствие конструкции или сооружения в целом какому-либо параметру, установленному проектом или нормативным документом (СНиП, ГОСТ, ТУ, СН и т.д.).

Повреждение – неисправность, полученная конструкцией при изготовлении, транспортировании, монтаже или эксплуатации.

Большой проблемой является недостаточная ширина габаритов проезда и тротуаров, малая высота ограждений безопасности, повреждения деформационных швов и гидроизоляции.

К наиболее распространенным повреждениям несущих конструкций относятся: разрушение защитного слоя бетона, обводнение, выщелачивание, размораживание цементного камня, коррозия арматуры, повреждения от ударов негабаритных грузов, повреждения опор ледоходом, примерзание льда к бетону с последующим отрывом кусков бетона при подъеме уровня воды и др. Фактическая долговечность автодорожных мостов низка, средний срок службы железобетонных мостов составляет 30–35 лет.

2.1. Виды дефектов и повреждений, причины их возникновения

В железобетонных конструкциях могут иметь место дефекты и повреждения, возникающие на стадиях изготовления, транспортирования и монтажа:

27

a) технологические трещины: усадочные, образующиеся в незатвердевшем бетоне вследствие усадочных деформаций бетона при плохом уходе за его поверхностью, а также осадочные, возникающие вследствие неравномерной осадки бетонной смеси при ее уплотнении или при деформации опалубки; эти трещины имеют рваные края, резко изменяющиеся по длине раскрытия;

б) температурно-усадочные повреждения, возникающие в затвердевшем бетоне вследствие плохой тепловлажностной его обработки и обычно проявляющиеся в виде трещин с раскрытием до

0,2 мм;

в) дефекты бетонирования: раковины и каверны, места с вытекшим цементным молочком, обнажение арматуры или недостаточная толщина защитного слоя;

г) другие повреждения: сколы бетона, силовые трещины из-за непредвиденных воздействий (возникают обычно в слабоармированных местах).

2.При действии на железобетонные конструкции нагрузок и воздействий могут возникать следующие виды трещин:

а) силовые трещины в бетоне: поперечные – в растянутых элементах и растянутых зонах изгибаемых элементов; продольные – в сжатых элементах и в сжатых зонах изгибаемых элементов; косые (наклонные) – в стенках балок;

б) трещины от местного действия нагрузки: в зонах установки анкеров напрягаемой арматуры, в местах опираний и других подобных местах.

Образование и развитие этих трещин ограничивается расчетами по трещиностойкости, а в сжатой зоне бетона – также расчетами

ипо прочности.

3.Температурно-усадочные трещины, которые возникают в результате неравномерных по сечению деформаций от действия температуры окружающего воздуха и усадки бетона. Эти явления могут самостоятельно приводить к образованию сетки поверхностных трещин (см. п.1,б) или, суммируясь с напряжениями от нагрузки, усугублять образование силовых трещин. Развитие последних в

28

этом случае (например, в стенках балок) может происходить в течение 5–7 лет.

4.Продольные трещины вдоль арматуры, возникающие из-за стесненной арматурой усадки бетона, замерзания сырого инъекционного раствора в каналах или из-за коррозии арматуры в бетоне. Эти факторы могут ускорять появление продольных трещин от обжатия бетона.

5.Причинами развития коррозии арматуры могут быть недостаточная толщина защитного слоя бетона, низкая плотность бетона защитного слоя и, как следствие, потеря бетоном пассивирующих свойств (например, в результате карбонизации), особенно опасная в условиях агрессивного воздействия среды (чаще всего хлористых солей).

Величины раскрытия трещин в этих случаях бывают равны примерно двойной толщине продуктов коррозии (ржавчины) на арматурном стержне или пучках стержней. В свою очередь толщина продуктов коррозии превышает толщину прокорродировавшего металла в 2,5–3 раза.

В конструкциях могут возникнуть коррозионные повреждения, связанные с попеременным замерзанием и оттаиванием бетона во влажной среде (размораживание). Такие повреждения проявляются

ввиде растрескивания поверхности бетона, разрыхления и последующего разрушения наружных слоев.

В случае попадания воды во внутренние полости и каверны могут наблюдаться сколы бетона, вызванные расширением замерзающей воды.

В конструкциях из-за неисправностей водоотвода и гидроизоляции наблюдаются протечки воды, сопровождающиеся высолами, т.е. появлением продуктов выщелачивания бетона на поверхностях элементов. Это явление связано с выносом водой растворяемых в ней солей (выщелачивание). Могут наблюдаться также высолы, образовавшиеся на стадии строительства до укладки гидроизоляции, омоноличивания стыков и заделки различных технологических отверстий.

29

2.2. Дефекты пролетных строений

Основные дефекты железобетона мостовых конструкций выявляются в результате наружного осмотра. Характерные дефекты в пролетных строениях можно объединить в следующие три группы.

I.Дефекты, связанные с неточностью изготовления и монтажа: несоосность полудиафрагм, отклонения по высоте смежных балок, отступления в размерах и положении опорных частей и т.д.

Дефекты этой группы, как правило, не поддаются «лечению» в процессе эксплуатации. Их опасность состоит в том, что они не только непосредственно снижают грузоподъемность моста, но и могут вызывать интенсивное накопление во времени дефектов в виде «силовых» трещин, повреждений гидроизоляции вследствие нарушения условий совместной работы плит балок пролетного строения и т.д.

II.Дефекты, связанные с расстройством или некачественным выполнением конструктивных элементов ездового полотна, тротуаров и деформационных швов. В результате неисправности гидроизоляции, водоотводных устройств, деформационных швов, негерметичного сопряжения конструкций тротуаров с главными балками происходит увлажнение значительных объемов бетона, растворение

ивынос вяжущих составляющих бетонов («выщелачивание цементного камня»), интенсивная коррозия арматуры. При замерзании воды может происходить разрыв бетона. В результате резко снижаются прочность и морозостойкость конструкции, сокращается срок службы сооружения. Эти дефекты имеют тенденцию к развитию во времени, если не устраняются вызвавшие их причины. Первоначально они проявляются в виде мокрых пятен, в последующем – следы выщелачивания и коррозии арматуры, с годами происходит отслаивание защитного слоя, обнажение арматуры, постепенное снижение плотности и прочности всего массива, образование каверн значительных размеров.

Дефекты этой группы, как правило, могут и должны устраняться сразу по их обнаружению.

III.Дефекты железобетона в виде трещин, раковин, сколов, пор. Правильное конструирование пролетных строений из обычного

30