Диссертация (1151675), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Решались задачи:− определение коэффициента фильтрации бетона элементов водопроводящих сооружений;100− толщины элементов водопроводящих сооружений;− длительности процесса выщелачивания, без вреда, эксплуатационнымсвойствам конструкции, в целом.Согласно нормативным документам и данных А.А. Созаева для большинства ГТС допустимый процент выщелачивания извести в опытах принимается равным 25 % [283], в то время как для элементов, находящихся в напряжённодеформативном состоянии, для которых прочность является основным параметром несущей способности, процент выщелачивания извести для водопроводящихсооружений принимают 14%. Предельно-допустимое содержание извести, которое может быть растворено и удалено в расчёте на единицу объёма конструкции(1 см3), равно:гдеqизв = КЦα ;(2.1)К – доля выщелачивания извести, принятая равной 0,2;Ц – доля содержания цемента, равная 0,42;α – доля содержания СаО в цементе, составляющая 0,57.В опытах, равно: qизв = 0,2·0,42·0,57 = 0,0479 г/см3(2.2)Элементы водопроводящих сооружений имеют различную плотность бетона.
При плотности бетона дна каналов (ρо = 2083 кг/м3) и более высоком для тяжёлого бетона (чем в среднем) коэффициенте фильтрации выщелачивание идёт понарастающей при неполном насыщении фильтрующейся воды гидроксидом кальция. Среднее содержание извести в фильтрационной воде, составило Сизв =0,93…1,06 г/дм3, или 0,00093…0,00106 г/см3, а насыщенного раствора не достигается (Сизв = 1,2 г/ дм3, или 0,0012 г/см3). Большое содержание СаО в процессе эксплуатации было удалено из цементного камня, из-за этого интенсивность выщелачивания постепенно снижается [283]. Содержание гидроксида кальция в водеоколо 0,08 г/ дм3, или 0,00008 г/см3, что снижает процесс растворения и выносаизвести. Для проведения расчёта принимаем Сизв в среднем за период вегетации от0,0009 г/см3 [66, 283].Получен средний коэффициент фильтрации элементов водопроводящих сооружений Кф = 5 · 10 - 9 см/с.101Необходимый объём воды, фильтрующейся через элементы в единицу времени (объёмная скорость воды) Vоб, см3/(см3·с), определяем как:Vоб = Кф · ∆Н,где, ∆Н = Н / L – градиент напора;(2.3)∆Н =1 / 0,12 = 8,33.Н – напор см;L – толщина облицовки, см;Кф – коэффициент фильтрации, см/с.ТогдаVобл = 5 · 10 -9 · 8,33 = 4,1 · 10 -8 см3/(см3·с).Расчёт допустимого времени выщелачивания извести при фильтрации водычерез элементы водопроводящих сооружений, обусловливающего безопасныйсрок службы водопроводящего сооружения, определялся по зависимости, предложенной автором:τ=qизв0,0479== 12,9 ⋅108 секунд−8VоблСизв 4,1⋅10 ⋅ 0,0009(2.4)или в годах 37,54 года.где τ − продолжительности фильтрации воды, с;qизв - допустимое количество извести, которое может быть растворено и вынесено из бетона в расчёте на единицу объёма, г/см3;Vоб - количество воды, фильтрующейся в единицу времени через единицуобъёма бетона водопроводящего сооружения, см3/(см3·с);Cизв - средняя концентрация извести в фильтрационной воде, г/см3.Водостойкость железобетона оценивалась также снижением его прочностипри водонасыщении.
При этом водостойкость характеризуется коэффициентомразмягчения, выражающим отношение прочности водонасыщенного бетона кпрочности сухого. На основании этих параметров рассчитывался предполагаемыйсрок службы водопроводящих сооружений [283].Комплексные исследования интенсивности фильтрации через грунтовое основание и влияния процессов выщелачивания на длительность эксплуатации бетона облицовки в лабораторных условиях показали, что долговечность элементовводопроводящих сооружений определяется сроком порядка 50 лет.
Это подтвер-102ждается и практическим опытом эксплуатации сооружений с достаточно длительным сроком службы, например, сооружениями Невинномысского канала, эксплуатируемого с 1948 г. [136].2.3.2 Исследование параметров истирания бетона длительноэксплуатируемых водопроводящих сооруженийРазрушение облицовки водопроводящих сооружений оросительных системпроисходит в результате комплексного воздействия ряда факторов, наиболее существенным, из которых является абразивный износ или истирание материала облицовки. Это определяется, в первую очередь, наличием большого количествавзвешенных и донных наносов [283] и высокими скоростями течения воды в каналах (рисунок 2.40).Рисунок 2.40 – Воздействие абразивного истирания привело к разрушениюжелезобетонной облицовки водопроводящего каналаПомимо этого, облицовка подвержена воздействиям природных, климатических эксплуатационных факторов (выщелачивание, морозные воздействия,103снижение прочности и др.).
Исследования показали, что интенсивность этих процессов невелика, и они в определённой степени лишь способствуют интенсификации процессов истирания, не оказывая по отдельности существенного воздействия [300].На поворотах каналов, на участках достаточной протяжённости, где поперечный уклон дна смещён к одному из бортов, на участках с неустойчивыми гидравлическими режимами, косых гидравлических прыжков, когда центр тяжестипотока сосредоточен вдоль стенки канала, износу более всего подвержен участокдна, примыкающий к стенке (рисунок 2.41). Уменьшается сечение элемента внаиболее опасном месте, где сосредоточиваются максимальные моменты.
Помимо этого оголяется арматура, которая активно подвергается коррозии и изнашивается.Рисунок 2.41 – Поверхностный слой бетона облицовки значительно изношенНарушение целостности стыков в контактной зоне между плитами, разрушение и активный износ бетона вдоль этого стыка приводит к тому, что арматурные выпуски – петли, замоноличенные в бетон участка дна у основания блоков,также оголяются и подвергаются коррозии. В дальнейшем это приводит к умень-104шению поперечного сечения арматуры и её разрыву [155]. Особенно опасна коррозия арматуры, находящейся под напряжением.
В дальнейшем, из-за накоплениятаких повреждений, при комплексном воздействии факторов, снижающих несущую способность сооружения, возрастает интенсивность негативных процессов.Разрыв арматуры по периметру железобетонных элементов облицовки [283], разрушение стыков, соединений приводит к существенным деформациям сеченияканалов, всплытию и поднятию элементов облицовки, устранение которых на водопроводящих сооружениях является наиболее трудоёмким.Достаточно много образуется локальных очагов полного разрушения облицовки. Причиной этих разрушений, наряду с истиранием, являются такие факторы, как низкое качество строительства, недостаточная, меньше проектной, толщина облицовка; образование и раскрытие трещин, способствующих поднятию исрыву водным потоком кусков облицовки; отсутствие и/или неправильная укладка арматуры на монолитных участках (ниже слоя бетона); потеря прочности материала облицовки в результате старения и выветривания [137, 283].
Очаги подобных разрушений облицовки, как правило, располагаются рядом со швами и стыками конструкций, где деформационные напряжения вызывали образование наибольшего количества трещин [27].Многолетние наблюдения [283] и анализ ремонтопригодности показываютнизкую эффективность принятых способов ремонта облицовки. Старый материалоблицовки, как правило, выветрен из-за выщелачивания, циклов морозостойкостии др.
негативных воздействий, соответственно, пористый, карбонизированный,покрыт микроводорослями и бактериями. Из-за недостаточного сцепления укладка нового слоя бетона поверх старого не решает проблемы восстановления расчётной толщины облицовки. Растрескивание нового слоя бетона и полный отрыви от старой поверхности происходит уже после первой зимы. Этому способствуети пучение грунтов основания, вызывающее деформацию облицовки, и образование и рост линз льда в зоне контакта старого и нового бетонов за счёт одностороннего замораживания при миграции воды из нижних слоёв через более пористый старый бетон. В последующем ничем не закреплённые фрагменты облицовки,105срываются и уносятся водным потоком, являясь дополнительным фактором повышения шероховатости, истирания и механического разрушения облицовки.2.3.3 Исследование влияния циклов морозостойкости на техническоесостояние длительно эксплуатируемых водопроводящих сооруженийИзучение в натурных условиях влияния морозостойкости на качество материалов облицовки показало, что оно носит локальный характер [6].
В периодзимней консервации водопроводящие каналы опорожняются задолго до зимниххолодов, грунты основания с высоким коэффициентом фильтрации также способствуют истечению из каналов остатков воды и атмосферных осадков через щели,негерметичные и разрушенные стыки, швы, разрушенные участки облицовки иснижают влажность бетона облицовки.
В этих условиях при малом водонасыщении бетона процессы морозостойкости не оказывают существенного воздействияна его состояние, что подтверждается периодическими наблюдениями за потерями объёма (шелушение, отслаивание) и прочности материала облицовки за зимний период. Весной на поверхности облицовки в целом и на контрольных площадках продукты шелушения и отслаивания не наблюдаются [283], а прочностьбетона облицовки, определяемая неразрушающими поверхностными методами,по результатам испытаний на контрольных площадках за зимний период практически не меняется.В ходе проведённых экспериментальных испытаний была получена эмпирическая зависимость влияния циклов морозостойкости, на техническое состояние длительно эксплуатируемых водопроводящих сооружений.
Лабораторные испытания проходили в условиях технических возможностей Института безопасности гидротехнических сооружений, где выполнялась подготовка опытных образцов с последующими механическими испытаниями на кафедре Строительная механика НГМА (2006 – 2012 г.г.). Размеры последних были приняты 100x100х100мм, все они (240 штук) были изготовлены из бетона одного состава [202].106Характеристики исходных материалов, применённых при изготовлениибетонных образцов, приведены в таблице 2.1. В качестве пластификатора применялась добавка − лигносульфанат технический (ЛСТ по ТУ 13-028036-05 – 0,2 %от массы цемента).
Возраст бетона к моменту испытаний составлял 150 сут. принормальных условиях хранения [187, 263].Для определения влияния циклов морозостойкости на характер разрушения бетона при проведении исследований, образцы были разбиты на две группы взависимости от режима воздействий [142]:1) контрольная – 57 образцов (нормальные естественно-лабораторные условия хранения);2) подвергаемые температурно-влажностным воздействиям в водонасыщенном состоянии: по базовому ускоренному методу [98] – 183 образца − замораживание в морозильной камере до температуры – (18 ± 2)°С (2 час), оттаиваниепри температуре + (18 ± 2) °С (2,5 час) в 5 %-ном солевом растворе NaCl.Таблица 2.1 – Состав исследуемого бетонаРасход материалов на 1 м3 бетонной смеси, кгRсж, МПаRсж, МПаЦементПесокЩебень28 сут150 сут527454125718,134,0Все образцы перед замораживанием насыщали 98 час в 5 %-м солевом растворе NaCl [87, 142, 242]. Морозостойкость образцов бетона оценивалась по изменению прочности бетона на осевое сжатие, определяемой на универсальной испытательной машине (УИМ-50) после проведения температурно-влажностныхвоздействий [196].Помимо образцов, прошедших различные температурные режимы, испытывались и контрольные образцы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
