Header Image

Москва и Санкт-Петербург, два крупнейших города России, имеют 3,2 и 1,7 млн. м2 GLA (пригодных к аренде площадей) соответственно.

Подробнее ...
Причины коррозионного повреждения бетона канализационного коллектора и рекомендации по защите его от коррозии Печать E-mail
17.08.2017 00:45
Коллектор эксплуатировался с ноября 1995 по июль 2001 г. - в течение около 6 лет. При его строительстве был применён бетон класса по прочности В25 и марки по водонепроницаемости W8. Сообщалось, что использованное для защиты бетона эпоксидное мастичное покрытие разрушилось.
При составления заключения использовались чертежи вертикальных разрезов двух шахт с указанием мест отбора проб бетона, результаты анализов состава сточных вод и газов.
Кроме этого, был проведен химический анализ трех образцов бетона, отобранных в середине 2001 г. из железобетонной рубашки первой шахты. Железобетонная рубашка бетонировалась в конце 1995 г. По проекту класс бетона по прочности В25, марка по водонепроницаемости W8. Поверхность рубашки в 1995 г. была защищена двухкомпонентным пропитывающим составом на эпоксидной основе. 
Судя по материалам, рубашка шахты коллектора в основной своей части была выполнена из монолитного бетона толщиной 430 мм, толщина стенок колодца в верхней части шахты была равна 300 мм.
 
Причины разрушения бетона
В шахтах потоки воды падали с высоты в 9 и 11 м соответственно. Падение воды с большой высоты должно было сопровождаться её дегазацией и выделением сероводорода в воздух.
Химический анализ проб сточных вод, отобранных в шахтах в дневные часы, показал реакцию воды близкую к нейтральной. Величина рН была равна от 6,1 до 6,9. В двух случаях на первой шахте вода имела кислую реакцию, рН=4,3 и 4,7. Химическое поглощение кислорода (ХПК) в диапазоне от 160 до 610 и биологическое потребление кислорода (БПК5) от 66 до 320 свидетельствовали о наличии большого количества органических веществ, что естественно для сточных вод городской канализации. Количество азота составляло от 20 до 48 мг/дм3 (аммонийного азота - 16-25 мг/дм3), вероятно было присутствие белковых соединений. Количество хлоридов было невелико и составляло 52-93 мг/дм3. Сульфаты присутствовали в количестве от 57 до 810 мг/дм3. Для бетона марки по водонепроницаемости W8 вода такого состава имела степень агрессивного воздействия не выше слабой и сама по себе не могла вызывать существенной коррозии бетона. Однако наличие органических веществ и сульфатов создавало условия для жизнедеятельности анаэробных сульфатредуцирующих бактерий, выделяющих сероводород.
 
Обобщённые данные о составе газовой среды в шахтах:
Вид газа Концентрация газа, мг/м3 в шахтах
Метан 0,0 0,0
Кислород 18,1-20,6 18,8-19,6
Окись углерода 2,0-9,0 11,0-29,0
Двуокись углерода 1,2-7,3 7,0-10,1
Окислы азота Следы Следы
Аммиак 0,0 0,0
Сероводород при закрытой крышке люка 7,1-49,7 8,5-35,5
Все эти газы кроме кислорода являются токсичными, а окись углерода к тому же взрывоопасна. Это следовало учитывать при организации в коллекторах обследований и ремонтных работ. Агрессивными по отношению к бетону в таких концентрациях являлись сероводород и двуокись углерода.
Согласно СНиП 2.03.11-85 сероводород в таких концентрациях относится к группе газов С и в сочетании с мокрым режимом внутри коллектора образует парогазовую среду, слабоагрессивную по отношению к бетону и сильноагрессивную по отношению к железобетону. Не высокая оценка степени агрессивного воздействия газовой среды коллектора по отношению к бетону по СНиП 2.03.11-85 была обусловлена тем, что в СНиП 2.03.11-85 отсутствовала оценка агрессивного воздействия на бетон биологически активных сред. В действительности в коллекторах жизнедеятельность аэробных тионовых бактерий вызывает образование серной кислоты на поверхности строительных конструкций. Исследования такой среды в коллекторах сточных вод показывают, что концентрация серной кислоты на поверхности конструкций коллекторов сточных вод достигает 5%, а величина рН 1-2. Такая среда является сильноагрессивной по отношению к бетону, изготовленному на портландцементе, и в экстремальных случаях скорость коррозии такого бетона достигает 1 см в год. 
По результатам химического анализа газовой среды можно было сделать вывод, что она является сильно агрессивной по отношению к бетону, и требовалось применение средств вторичной защиты конструкций из бетона.
Оценка состояния бетона в железобетонных конструкциях шахт выполнялась по образцам, отобранным из конструкций в трёх различных местах.
Образцы в группе №1 были двухслойными. Верхний слой был изготовлен из торкрет-бетона и сильно повреждён действием агрессивной среды. Толщина продуктов коррозии белого цвета достигал 15 см. С тыльной стороны слой мелкозернистого бетона имел белый налёт толщиной до 1 мм. Очевидно, агрессивная среда проникала в контактную зону через дефекты бетонирования или по трещинам в области контакта мелкозернистого и монолитного бетонов обделки. Образцы из монолитного бетона обделки были прочными и плотными. Бетон был приготовлен на гранитном заполнителе.
Образцы в группе №2 на поверхности имели разрушенный белый слой толщиной до 1-2 мм. Структура неповреждённого бетона с гранитным заполнителем была плотной.
Образцы в группе №3 из наружного слоя имели сильные коррозионные повреждения. Толщина разрушенного слоя установлена не была. В пробах, отобранных глубже, имелись включения разрушенного бетона.
В целом наблюдалось послойное разрушение бетона, типичное для бетона канализационных коллекторов. Имелась чётная граница между здоровым и разрушенным бетоном. Толщина переходной зоны составляла около 1 мм.
Наружный разрушенный слой бетона содержал большое количество сульфатной серы - 27-33% в пересчёте на SO3, в глубже расположенном переходном слое толщиной до 2 см содержание сульфатной серы составляло 1,49-2,38%, а неповреждённый бетон содержал 0,72-0,89% серы. Это подтверждалось хорошо выраженным послойным разрушением бетона. Количество сульфидов в бетоне не было велико - 0,18-0,38%, их содержание было меньше в наружном слое, а в двух образцах в разрушенном наружном слое сульфиды не обнаруживались. Из этого был сделан вывод, что превращение сульфидов в серную кислоту и далее в гипс происходило в зоне поселения аэробных тионовых бактерий на поверхности. Пониженное содержание щелочей, кальция, магния, алюминия и железа в наружном слое, которые образуют растворимые соединения с кислотами, объяснялось как вымыванием их конденсатом, так и снижением их относительной доли ввиду увеличения содержания сульфатов. О последнем свидетельствовало относительное снижение количества практически нерастворимого кремнезёма в наружном слое. При этом нитрит- и нитрат-ионы присутствовали лишь в следовых количествах, хотя наличие в коллекторах нитрифицирующих бактерий обуславливало выделение азотной кислоты и дополнительное разрушение бетона. Количество образующейся азотной кислоты было невелико, а образуемые ею соли, будучи хорошо растворимыми, легко вымывались из бетона. Малое количество хлоридов (следы) являлось нормальным для бетона при отсутствии воздействия соединений хлора в агрессивной среде. Определение рН водных вытяжек показало величины 5,3-6,8 (слабо кислую и нейтральную реакции). Такая среда для плотного бетона не являлась агрессивной. Ранее выполненные определения рН для свежеотобранных проб показывали, что рН в этом случае мог достигать значений 1-2, что характеризовало продукты коррозии как кислые. Скорее всего, в пробах за время транспортировки и хранения прошла реакция нейтрализации кислот гидроксидом кальция цементного камня, хотя при проведении обследований коллекторов определение рН продуктов коррозии бетона имеет смысл выполнять немедленно после отбора пробы.
По этим результатам с учётом современных представлений о механизме коррозионного разрушения бетона в среде сточных коллекторов был сделан вывод, что основной причиной разрушения бетона являлось воздействие на бетон биогенной серной кислоты.
В средах, содержащих серную кислоту, бетоны на основе портландцементов принципиально нестойки. Имея щелочную реакцию, они химически взаимодействуют с серной кислотой, в результате чего происходит полное разрушение цементного камня, а основным продуктом взаимодействия оказывается гипс, который не является водостойким материалом и в мокрой среде не имеет прочности. Продукты взаимодействия серной кислоты с бетоном имеют вид теста и стекают с вертикальных поверхностей конструкций.
 
Рекомендации по защите бетонных и железобетонных конструкций коллекторов от коррозии
Испытания в парогазовой среде коллектора сточных вод цементных бетонов различного состава и качества (бетоны с различными химическими добавками, в том числе самыми современными на основе микрокремнезёма и суперпластификатора, бетоны марок по водонепроницаемости до W20) показывают, что все цементные бетоны разрушаются в сильно агрессивной среде, вызванной образованием серной кислоты. Скорость разрушения бетонов марки по водонепроницаемости W20 несколько меньше, чем у рядовых бетонов, однако этого недостаточно для длительной эксплуатации конструкций без дополнительной защиты в сильно агрессивной среде. Технически значимый положительный эффект от применения бетонов особо низкой проницаемости может быть получен лишь в слабо- и среднеагрессивных средах. 
Недостаточно эффективными в сильноагрессивной среде оказались и бетоны с биоцидными добавками, призванными подавлять жизнедеятельность тионовых бактерий.
Требуемую защиту бетона в сильноагрессивной среде коллектора не обеспечивают ни пропитки на основе масел, ни покрытия на основе эпоксидных и фурановых смол, ни уплотняющие составы. Стойким в такой среде оказывается полиэтилен, ряд полимербетонов, в частности на основе мономера ФАМ, серные и полимерсиликатные бетоны. Эти материалы можно рекомендовать для создания эффективной защиты конструкций в агрессивной парогазовой среде сточных коллекторов.
Основные требования, которые предъявляются к защите железобетонных конструкций коллекторов сточных вод:
1. Химическая стойкость и биостойкость в среде коллекторов.
2. Низкая проницаемость. Химически стойкие лакокрасочные и мастичные покрытия не отвечают этому требованию. Их диффузионная проницаемость составляет около 10-8 см2/с и при обычной толщине не исключает проникания агрессивной среды (серной кислоты) к поверхности бетона. С разрушением тонкого слоя цементного камня на контакте с тыльной стороной покрытия оно теряет сцепление с поверхностью конструкции и разрушается.
3. Эффективная герметизация швов.
4. Механическая прочность, стойкость к отрыву и обрушению. Повреждение контактного слоя бетона за покрытием не должно вызывать его разрушение.
 
Варианты защиты железобетонных конструкций коллекторов сточных вод
1. Плотные цементные бетоны могут применяться в канализационных коллекторах без дополнительной защиты, если степень агрессивного воздействия среды на бетон не превышает слабую. Этому соответствует величина рН конденсата, образующегося на поверхности бетона, выше 3,5. В этом случае бетон конструкций должен иметь марку по водонепроницаемости не менее W8. Дальнейшее повышение марки бетона по водонепроницаемости несколько замедляет скорость коррозии в слабоагрессивной среде, однако в средне- и сильноагрессивной среде (при величинах рН, соответственно, 3,5 и 3,0) ВСЕ цементные бетоны подвержены разрушению и требуют дополнительной защиты.
2. Наиболее дешёвым, но достаточно трудоёмким способом защиты от коррозии железобетонных конструкций коллекторов сточных вод является применение ребристого полиэтилена: полиэтиленовые листы закрепляют на опалубке, стыки между ними заваривают полиэтиленом, пространство между листами и поверхностью конструкции заполняют бетонной смесью, а после набора бетоном прочности опалубку удаляют. Область применения этого метода - поверхности, доступные для периодического осмотра и ремонта, в первую очередь шахты.
3. Рекомендуются скорлупы из стеклопластика и базальтопластика на основе фурановой, полиэфирной смолы и других кислотостойких полимеров. Скорлупы устанавливают с временной герметизацией стыков резиновыми уплотнителями, пространство за скорлупами заполняют бетоном. После набора прочности бетоном уплотнители снимают, а швы заполняют химически стойкой мастикой на основе эпоксидной смолы.
4. Возможна защита поверхности штучными кислотоупорными изделиями (керамика, каменное литьё и др.) с креплением фенолоформальдегидной связкой, эпоксидной и эпоксидно-фурановой замазками, серным цементом, или полимерсиликатной мастикой.
 
Free template "Frozen New Year" by [ Anch ] Gorsk.net Studio. Please, don't remove this hidden copyleft! You have got this template gratis, so don't become a freak.