Диссертация (1173089), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Алексеевым предложена своя классификация [28].PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com31Для оценки степени воздействия агрессивных сред на бетонныеконструкции используется ряд методов.А) Оценка по изменению внешнего вида бетонных образцов. При этомоценивают время до появления заметных признаков разрушения бетона; дляудобства Н.А. Мощанским [29] предложена пятибалльная шкала оценки, вкоторой «5» означает отсутствие повреждений, а «1» – полное разрушениебетона.Б) Оценка линейных деформаций образцов из бетона, подвергающегосядействиюагрессивныхрастворов,вызывающихобразованиеновыхсоединений, приводящих к увеличению объема. Этот метод применим кслучаю коррозии третьего вида по В.М.
Москвину.В) Оценка потери массы образца из бетона за заданный интервалвремени.Г) Оценка потери прочности бетонных образцов при сжатии ипоперечном изгибе.Д) Оценка изменения динамического модуля.Е) Оценка глубины проникания агрессивных агентов в бетонныйобразец путем анализа срезов.Ж) Оценка концентрации агрессивных агентов в бетонных образцах.На транспортные сооружения из бетона и железобетона могутоказывать воздействие агрессивные среды, вызывающие карбонизацию,хлоридную коррозию, сульфатную коррозию, коррозионное растрескивание.Поэтому далее мы ограничимся кратким описанием именно этих сред иособенностей их воздействия на железобетонные и бетонные элементыконструкций.Влияние углекислоты на бетонные и железобетонные конструкции,приводящее к карбонизации бетона, исследовалось в работах [27, 33,34] идругих.Влияниехлориднойкоррозиинаповедениежелезобетонаисследовалось Москвиным В.М.
[27], Гузеевым Е.А. [32], Попеско А.И. [31],Бондаренко В.М. с сотрудниками [35], Овчинниковым И.Г. с учениками иPDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com32сотрудниками [36] и другими исследователями. Сульфатная коррозияжелезобетонных конструкций рассматривалась в публикациях ПанферовойА.И., Савицкого Н.В. [37], Тытюка А.А. [38], Чехния Г.В., Ракутумаву Ф.А.,Овчинникова И.Г. с учениками [39] и других ученых. Коррозионноерастрескивание арматуры в предварительно напряженных железобетонныхконструкциях исследовалось в работах Извольского В.В., Сергеева Н.Н. [40],Овчинникова И.И. с сотрудниками [41] и других.В настоящей работе основное внимание будет уделено влияниюкарбонизации и хлоридной коррозии на поведение железобетонныхэлементовмостовыхконструкций,поэтомудалеепроведеманализэкспериментальных данных по влиянию этих агрессивных факторов намеханические свойства компонентов железобетона.2.2.
Особенности карбонизации железобетонных конструкцийЗначительный вклад в изучение проблемы карбонизации бетона внесентакими исследователями, как Алексеев С.Н., Гузеев Е.А., Москвин В.М.,Розенталь Н.К., Степанова В.Ф., Fardis M.N., Ishida T., Kishitani K.,Maekawa K., Nesche K., Papadakis V.G. и другими [28, 42,43].Углекислота воздуха, проникая в бетон, приводит к его карбонизации,начиная с поверхности, а затем проникая все глубже. Причем глубинакарбонизации может достигать величины 1–2 см и больше за достаточнодлительное время, если бетон конструкции имеет недостаточную плотность ипотому воздухопроницаем. На процесс карбонизации влияние оказывают кактехнологические, так и эксплуатационные факторы.
К технологическимотносятся водоцементное отношение, соотношение вяжущего и заполнителя,добавки, в целом состав бетона, толщина и плотность защитного слоя. Кэксплуатационным факторам относятся влажность, температура, наличиетрещин в бетоне, агрессивность среды и другие.PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com33Влияние водоцементного отношения на карбонизацию иллюстрируетсяданными таблицы 2.1 из [22].Таблица 2.1Глубина карбонизации, ммв атмосфере,содержащей 10% CO2за 7 сутокза 16 сутокв обычнойатмосфере за 1 год(0,04% CO2)0,40–6,610,45–9,32,60,50–10,32,80,55–13,6–0,60–1440,405,2–1,50,456,3–2,70,507,2–3,40,558,2–3,7Состав бетонаБетон с расходом воды186 л/м3 и В/Ц, равном:Бетон с расходом цемента373 кг/м3 и В/Ц, равном:В работе [34] установлено, что глубина карбонизации являетсялинейнойфункциейводоцементногоотношения,чтоиллюстрируетрисунок 2.1 для бетона, который хранился 8 лет при относительнойвлажности 65% и температуре 20°С.
На рисунке 2.2 показана зависимостьглубины карбонизации от концентрации углекислого газа при различныхуровняхводоцементногоотношения,полученнаяприускоренныхиспытаниях образцов бетона при температуре 20°С и относительнойвлажности 55% .PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com34Рисунок 2.1 – Зависимость глубины карбонизации от водоцементногоотношения: 1 – бетоны на шлакопортландцементах;2 – бетоны на портландцементах и железистом цементеРисунок 2.2 – Зависимость карбонизации от водоцементного соотношенияи концентрации углекислого газа: 1 – В/Ц=50%; 2 – В/Ц=60%; 3 – В/Ц=70%PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com35Влияние типа цемента на карбонизацию бетона иллюстрируетрисунок 2.3 [45].Содержание цемента (кг/м3)· быстротвердеющий цемент■ сульфатостойкий цемент▲ нормальный портландцементСодержание цемента (кг/м3)· быстротвердеющий цемент■ сульфатостойкий цемент▲ нормальный портландцементРисунок 2.3 – Глубина карбонизации бетонных элементовпосле 20 лет воздействия различных агрессивных сред, ммВлияние состава бетона и крупности заполнителя на кинетикукарбонизации исследовалось В.Ф.
Степановой [45]. На основании анализарезультатов на рисунке 2.4 показывается, что с уменьшением крупностизаполнителя глубина карбонизации изменяется незначительно, но удалениефракции 10–20 мм значительно уменьшает скорость карбонизации.PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com36Рисунок 2.4 – Кинетика карбонизации бетонов на крупном заполнителефракции: а – 5-10 мм; б – 5-20 мм; 1 – керамзитобетон класса В15на пористом песке; 2 – то же, на кварцевом песке; 3 – керамзитобетонкласса В22,5 на пористом песке; 4 – то же, на кварцевом песке;5 – шлакопемзобетон класса В15 на кварцевом песке; 6 – бетонна вулканическом туфе класса В15; 7 – тяжелый бетон класса В22,5Влияние влажности окружающего воздуха на кинетику карбонизациижелезобетона исследовалось в работе [42], результаты экспериментаприведены на рисунке 2.5. Видно, что с повышением влажности глубинакарбонизации уменьшается.Исследования показали, что скорость карбонизации зависит оттемпературы и при высокой температуре (в тропиках) значительноувеличивается [46].
На рисунке 2.6 показано влияние температуры накинетику поглощения углекислого газа [46].PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com37Рисунок 2.5 – Кинетика карбонизации бетона при различной влажностиРисунок 2.6 – Кинетика поглощения углекислого газа бетономпри температуре воздуха 22 (1) и –8 (2) °СРассмотрим некоторые данные о влиянии карбонизации насвойства бетона. Например, в [46] приводятся данные о том, что прочностьна сжатие цементно-песчаного раствора после карбонизации увеличилась на50–70%, а прочность на растяжение при изгибе – на 40–60%.В то же время в [34] показано, что карбонизация в зависимости от видацемента может приводить и к возрастанию, и к снижению прочности бетона.PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com38Кинетика изменения прочности стандартных образцов бетона при сжатиипод действием карбонизации для разных видов цемента показана на рисунке2.7.Рисунок 2.7 – Изменение прочности на сжатие при хранении в атмосфереСО2 (А) и на воздухе (Б): 1 – шлакопортландцемент, 82% шлака; 2 – то же,40% шлака; 3 – трассовый шлакопортландцемент (трасса 15, шлака 35%);4 – то же (трасса 25, шлака 50%); 5 – сульфатно-шлаковый цементАвторыусредненныхработызначений[48] показалипрочностиналичиелинейнойповерхностныхслоевзависимостибетонаотводородного показателя, что иллюстрирует рисунок 2.8.Рисунок 2.8 – Диаграмма рассеяния величин R-pH для атмосферных условийс 95% доверительным интервалом для средних значений RPDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com392.3.
Особенности хлоридной коррозии железобетонных конструкцийХлоридсодержащая среда является одной из самых распространенныхсред, контактирующих с железобетонными конструкциями транспортныхсооружений. Источником хлоридсодержащей среды является морскаяатмосфераприморскихгородов,средства-антиобледенители,применяющиеся для борьбы с гололедом на транспортных сооружениях,ранее хлориды применялись для ускорения твердения бетона в холодноевремя года.Распределениеконцентрационногополяхлоридовпотолщинебетонной конструкции исследовалось в [30], результаты приведены нарисунке 2.9.Рисунок 2.9 – Эпюра концентрации хлоридов по толщине бетонапосле выдержки в морской водеЭкспериментальные данные по кинетике проникания хлоридов изморской воды (концентрация хлор-ионов 17,8 кг/м3) в железобетонные сваи(В/Ц = 0,40) квадратного поперечного сечения размером 356´356 мм притемпературах 12 и 21°С после 75 лет эксплуатации приведены на рисунке2.10.PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com40Рисунок 2.10 – Распределение хлоридов в диагональном сечениижелезобетонной сваи (В/Ц=0,40) при эксплуатацииЭпюры концентрации хлоридов в сечениях квадратных свай 406´406 ммопор моста San-Mateo Howard Bridge, после 40 лет эксплуатации в морскойводе показаны на рисунке 2.11 [47].
Как видно, в морской воде хлориднаякоррозия протекает интенсивнее.Рисунок 2.11 – Концентрация хлористых солей в бетоне свай опоры моста:1 – имевших контакт с морской водой; 2 – находившихся в илистом грунте днаРаспределение концентрации хлоридов по толщине железобетонныхплит проезжей части мостов в США показано на рисунке 2.12 [47]. При этомустановлено, что расход соли для борьбы с гололедом составил около 50т/год, или на проезжей части 0,976 кг/м2.PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com41Рисунок 2.12 – Распределение хлористых солей по толщине плит проезжейчасти мостов (средние значения для 14 мостов)Рассмотрим влияние хлоридов на механические свойства бетона.Исследование влияния 1%-ного раствора соляной кислоты HCl с рН = 0,56 иконцентрацией ионов хлора 10,09 г/л на прочность и жесткость бетона сВ/Ц=0,4 и расходом цемента на 1 м3 бетона – 365 кг проводилось авторами[31].
В возрасте 28 суток кубиковая прочность бетона равна 40,2 МПа,призменная прочность равна 33,4 МПа, а начальный модуль упругости35500 МПа. Образцы разделялись на 4 серии:1) подвергающиеся всестороннему воздействию 1%-ного растворасоляной кислоты;2) подвергающиеся воздействию раствора кислоты со стороны сжатойи растянутой зон сечения;3) подвергающиеся воздействию только на сжатую зону сечения;4) располагающиеся в обычных температурных и влажностныхусловиях.Выдержанныевсредеобразцыподвергалисьиспытаниюнавнецентренное сжатие и четырехточечный изгиб в возрасте: 28, а затем 180,PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com42360, 540 и 720 суток хранения в 1%-ном растворе соляной кислоты.Результаты испытаний представлены в таблице 2.2 и на рисунке 2.13.Таблица 2.2 – Деградация свойств бетона после выдержки в 1%-номрастворе HClСредаВремя,суткиR, МПаRb, МПаEb, МПаLхл, cмВоздух2840,233,4355000,001%-ный растворHCl18036054072042,437,334,233,635,732,430,729,5341003190030600282000,901,401,852,30Рисунок 2.13 – Кинетика изменения прочности бетонав растворах соляной кислотыPDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com43Результаты экспериментальных исследований изменения начальногомодуля упругости бетона под влиянием жидких хлоридсодержащих сред [31]приведены на рисунке 2.14.1 %-ный раствор HClРисунок 2.14 – Кинетика изменения начального модуля упругости бетонав среде 1%-ного раствора HClРисунок 2.15 показывает, как изменяется деформация расширениябетона под влиянием различных хлоридсодержащих солей.Рисунок 2.15 – Деформация расширения образцов бетона в растворах:1 – NaCl; 2 – KCl; 3 – контрольные образцыРассмотрим теперь влияние хлоридов на свойства арматуры.Информации о влиянии хлоридов на механические свойства стальнойарматурынедостаточно.Согласно[48]коррозионноеповреждениеповерхности арматуры практически не влияет на ее механические свойства.В [49] также отмечается незначительное влияние агрессивной среды напрочностные свойства стали.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
