книги из ГПНТБ / Техническая эксплуатация портовых сооружений

та при применении антисептика, обладающего достаточной ток­ сичностью и малой выщелачиваемостью.

При обследованиях морских гидротехнических сооружений с каменными, бетонными, металлическими поверхностями давно замечено поселение на них органических обрастаний, главным образом в подводной части. Эти обрастания иногда представляют собой плотную корку органического покрова из представителей растительного или животного мира или тех и других одновре­ менно.

Установленное в наших многочисленных обследованиях удов­ летворительное состояние подводных бетонных и железобетонных частей сооружений после значительного срока службы свидетель­ ствует о малом практическом значении органических обрастаний.

Исследования, проведенные за последние годы, показывают,, что органические обрастания и различные бактерии оказывают заметное влияние на сохранность стальных конструктивных эле­ ментов морских гидротехнических сооружений (металлический шпунт, трубчатые сваи, балки, раскосы, схватки из различного сортамента прокатной стали, оболочки и облицовки из листовой стали, открытые части крепежных устройств и пр.).

Для стальных конструкций наиболее опасными в отношении коррозии являются животные организмы, понижающие щелоч­ ность среды. Растительные обрастания вызывают противополож­ ный эффект. Влияние обрастаний на коррозию стали является сложным и малоизученным вопросом, и решение его нуждается в проведении дальнейших широких исследований в естественных условиях моря. Применение надежных способов защиты от кор­ розии устраняет вредное влияние обрастаний на сохранность ме­

родных условий Н. А. Смирновым в 1962 г. предложен метод оп­

К— коэффициент, характеризующий «жесткость» цикла за­ мораживания и оттаивания для данного участка по вы­ соте сооружения, зависящий от продолжительности за­

мораживания и оттаивания в течение суток.

117'

Значения температур ^ и t2 устанавливают по данным много­ летних наблюдений гидрометеостанций за температурами возду­ ха и воды в районе расположения сооружения. Величину п опре­ деляют на основании данных, характеризующих гидрометеороло­ гический режим в районе расположения сооружения, а также ис­ ходя из количества смен горизонтов воды за морозный период в течение года.

вания и оттаивания. Н. А. Смирновым на основании многолетних наблюдений за состоянием гидротехнических сооружений, рабо­ тающих в тяжелых условиях, для определения коэффициента К принята следующая гипотеза. В условиях моря процесс оттаива­ ния бетона происходит медленнее, чем замораживание, так как относительно низкие температуры воздуха чередуются с невысо­ кими положительными температурами воды или отрицательными температурами морской воды до минус 2°С.

Первоначально принятый жесткий режим характеризовался продолжительностью замораживания, равной 8 ч, и оттаивания— 16 ч. По данным новых наблюдений за техническим состоянием бетонных и железобетонных гидротехнических сооружений в се­

118

циента К от режима замора­ живания и оттаивания (рис. 83). Этот метод позволяет с достаточной для практиче­ ской дели точностью опреде­ лить показатель агрессивности среды для любого участка по высоте сооружения и по най­ денному значению показателя

Авыбрать меру защиты.

Вусловиях моря измене­ ние уровня воды, а следова­ тельно, и коэффициента жест­ кости режима, происходит по более сложной закономерно­ сти, чем принятая нами с изве­ стным приближением линей­ ная зависимость К от продол­

ние вполне допустимо, так как отклонения от наблюдаемых дейст­ вительных величин невелики.

'По установленному гидрометеорологическому режиму района значение коэффициента К легко находится по табл. 7. Например, в условиях Кольского залива с правильными полусуточными при­ ливами в общей сложности в течение суток по линии среднего уровня продолжительности замораживания при отливе и оттаива­ ния при приливе составляют по 12 ч. По табл. 7 соответствующий этому режиму коэффициент Х =0,857.

Для разных продолжительностей замораживания и оттаивания на отметках среднего уровня моря, характерных для районов с неправильным суточными и полусуточными приливами, а также безливных морей, где колебания уровня воды происходят без оп­ ределенной последовательности во времени, коэффициент К мо­ жет быть найден интерполяцией по данным табл. 7. Для районов, где наблюдаются суточные или смешанные приливы, а также длиннопериодные сейши, барические волны и сгонно-нагонные явления, должны быть определены средние значения продолжи­ тельности подъема и падения уровня воды и в соответствии с ни­ ми режим замораживания и оттаивания.

Располагая гидрометеорологическими данными и зная значе­ ние коэффициента К, можно легко определить величину показате­ ля агрессивности А для любого района по приведенной выше фор­ муле. Например, для Кольского залива (район Мурманска) при

11»

жения, расположенного в зоне переменного уровня, определяется по параметрам наиболее жесткого режима замораживания и отта­ ивания, принятого для рассматриваемого района, т. е. при /С=1. Части сооружения, расположенные в зоне переменного уровня по высоте больше 1 м, делят по вертикали на отдельные участки и для каждого из них устанавливают свой показатель агрессивности сре­ ды и соответствующие меры защиты. Численное значение показате­ ля Л выражает количество градусов-циклов для разных режимов замораживания и оттаивания.

Предложенный метод наиболее полно отражает комплекс аг­ рессивных природных факторов. Например, по нормативным кли­ матическим условиям район Мурманска (Кольский залив) должен быть отнесен к умеренным условиям службы, а по значению пока­ зателя Л он характеризуется особо суровыми условиями.

Данный метод и эмпирическая формула для определения агрес­ сивности среды основаны на многолетних наблюдениях за техни­ ческим состоянием бетонных и железобетонных гидротехнических сооружений, работающих в тяжелых гидрометеорологических ус­ ловиях, а также на материалах экспериментальных исследований, проведенных в натурных условиях этих районов (северные и даль­ невосточные порты). Зоны и характер разрушений установлены по результатам фактического состояния сооружений и опытных об­ разцов, находящихся под воздействием всего комплекса природ­ ных факторов, в том числе морской воды (соленость 33—35%о)

Для районов со средними и легкими гидрометеорологическими условиями с меньшей соленостью морской воды в формулу пока­ зателя А должен быть включен коэффициент, учитывающий эту особенность (меньшую соленость). Величина коэффициента всег­ да будет меньше единицы, и предположительно минимальное его значение будет находиться в пределах 0,70—0,75 (пресная вода). Для практического использования предложена нормативная ха­ рактеристика агрессивности внешней среды и перечень мероприя­ тий по обеспечению долговечности морских гидротехнических соо­ ружений (табл. 8).

До завершения лабораторных и натурных исследований по уточнению коэффициента К жесткости среды и накопления необ­ ходимых данных наблюдений за гидрометеорологическими факто­ рами в настоящее время, в соответствии с ГОСТ 4795—68, морские бассейны разделяются по гидрометеорологическим условиям служ­ бы на три района.

Тяжелые (суровые и особо суровые условия) — побережья Баренцева, Белого, Японского морей и Татарского пролива (за

120

121

исключением порта Владивосток), включая все побережье остро­ ва Сахалин, побережье Камчатского и Чукотского полуостровов (Тихий океан и Берингово море), побережье Охотского моря.

Средние (умеренные) — Азовское море, Керченский пролив, по­ бережье северо-западной части Черного моря, Новороссийская бух­ та, побережье северной части Каспийского моря, включая порт Махачкала и устье р. Урал, побережья Балтийского и Аральского морей, Владивостокский порт.

Легкие (мягкие)— крымское и кавказское побережья Черного моря, исключая Новороссийскую бухту, побережье Каспийского мо­

строительства и зоны сооружения. К бетону подводной и подзем­ ной зон требования по морозостойкости не предъявляются. Для тяжелых условий службы марки бетона по морозостойкости для конструкций, расположенных в зоне переменного уровня, установ­ лены с учетом обязательного выполнения надежной защиты.

Определение химической агрессивности воды и установление марки бетона по водонепроницаемости производится в соответ­ ствии с указаниями СН 262—67 «Указания по проектированию антикоррозионной защиты строительных конструкций» и СН 249—63 «Инструкция по проектированию. Признаки и нормы агрес­ сивности воды-среды для железобетонных и бетонных конструкций».

Основные пути повышения долговечности бетонных и железо­ бетонных гидротехнических сооружений. Практическое значение по­ казателя и нормативной характеристики агрессивности среды со­

замораживания и оттаивания, которые должен выдерживать вы­ сокоморозостойкий бетон без защиты.

В настоящее время повышение долговечности гидротехниче­ ских сооружений осуществляется по следующим направлениям:

создание специальных вяжущих и бетонов, а также новой тех­ нологии приготовления и укладки бетона, обеспечивающих его высокую морозостойкость, высокую плотность и водостойкость; применение специальных мер защиты сооружения в зоне пе­

ременного уровня; разработка новых типов сооружений и отдельных конструк­

тивных элементов повышенной долговечности в любых гидромете­ орологических условиях.

По первому направлению проводятся обширные исследования

122

ных документов. Начаты исследования по применению различ­ ных пластмасс средней и высокой прочности для закладных дета­ лей и отдельных конструктивных элементов морских гидротехниче­

ских сооружений.

ЛИИЖТом и ЛПИ проведены исследования свойств новых це­ ментно-полимерных бетонов с добавками водорастворимых смол. Эти смолы отверждаются в щелочной среде бетона и существенно улучшают трещиностойкость, водо- и газонепроницаемость цемент­ ных бетонов. При применении полимерных материалов следует ру­ ководствоваться указаниями СНиП и другими нормативными и инструктивными документами. В настоящее время при строитель­ стве и ремонте морских гидротехнических сооружений начато опыт­ ное применение полимерных материалов. Наряду с улучшением ос­ новных свойств цементных бетонов путем применения различных добавок (поверхностно-активных веществ, минеральных наполните­ лей, полимерных материалов) предложены бесцементные и безвод­ ные бетоны и растворы, так называемые пластобетоны и пластора­ створы. В них связующим веществом является фурфурол-ацетоно-

Пластобетоны и растворы, несмотря на свою высокую проч­ ность, оказались недостаточно водо- и морозостойкими и обладают повышенными деформациями ползучести. Указанные недостатки ограничивают возможность использования материалов в практике гидротехнического строительства.

За последние годы находят широкое применение в различных областях строительной промышленности легкие бетоны на естест­ венных и искусственных пористых заполнителях. Результаты ис­ следования показали, что при одинаковой прочности водонепро­ ницаемость и морозостойкость керамзитобетона не ниже, а в неко­ торых случаях даже выше, чем у тяжелого бетона.

Переходя к характеристике исследований по второму направле­ нию, следует сказать, что созданные специальные цементы и бето­ ны и современная технология приготовления и укладки бетона в производственных условиях, применительно к громоздким конст­ руктивным элементам морских гидротехнических сооружений, пока еще не могут обеспечить получение высокоморозостойких бетонов.

Исследования, проведенные Ленморниипроектом при участии Дальморниипроекта, показали, что проблема долговечности соору­ жений может быть решена с наибольшим технико-экономическим эффектом путем создания теплогидроизоляционной защиты бе­ тона по всей опасной зоне переменного уровня. Разработка спо­

123

собов гидроизоляционной защиты конструктивных элементов соо­ ружений проводится Ленморниипроектом с участием ОИИМФа и другими научными организациями страны. Ленморниипроектом за­ кончена разработка теплогидроизоляционной защиты из битумно­ минеральной смеси (изобретение Н. А. Смирнова, авторское свиде­ тельство № 137831) применительно ко всем основным конструкци­ ям портовых гидротехнических сооружений.

Способ теплогидроизоляционной защиты из битумно-шлаковой смеси БШ С нашел широкое применение при строительстве мор­ ских гидротехнических сооружений в портах системы Министерст­ ва морского флота С ССР и других ведомств. Наблюдения, прове­ денные за температурными полями в сооружениях с защитой, под­ твердили ее высокий теплоизоляционный эффект.

В настоящее время ряд научных организаций работает над воп­ росами теплозащиты сооружений. Многие научно-исследователь­ ские организации разных ведомств занимаются разработкой гидро­ изоляционных методов защиты гидротехнических сооружений. Эти исследования проводятся в двух направлениях: создание пленоч­ ных антикоррозионных покрытий с применением полимерных ма­ териалов; разработка технологии пропиточной гидроизоляции с применением традиционных и новых химических материалов.

Исследования по выбору существующих и разработке новых антикоррозионных покрытий бетонных и железобетонных конст­ рукций элементов морских гидротехнических сооружений и их про­ верке в натурных условиях проводятся Ленморниипроектом сов­ местно с ОИИМФом, ЦНИИСом, Гипроморнефтью и др.

Врезультате отечественных и зарубежных исследований по второму направлению разработан ряд способов пропитки бетона битумными и полимерными материалами. Пропиточное вещество заполняет поры бетона и тем самым повышает плотность и непро­ ницаемость для жидкой фазы агрессивной среды. Создание плот­ ной структуры бетона с использованием пропиточной гидроизоля­ ции значительно повышает его долговечность. В зависимости от вязкости выбранного материала пропитка бетона производится го­ рячим или холодным пропиточным веществом при повышенном или атмосферном давлении.

ВС ССР исследования по пропитке бетона битумом при атмос­

ферном давлении и повышенном давлении в лабораторных и за­ водских условиях проведены в ЦНИИМФе (канд. техн. наук Н. А. Смирновым) в 1936— 1938 гг. Позднее лабораторией гидроизоля­ ции (под рук. д-ра техн. наук С. Н. Попченко) ВНИИГ были про­ ведены экспериментальные работы по пропиточной гидроизоляции с применением в качестве пропиточных материалов битума, пара­ фина, петролатума, озекерита и др. Пропитка производилась при атмосферном давлении. Н. С. Покровский, проводивший эти ис­ следования, подтверждает высокий гидроизоляционный эффект, полученный при этом способе обработки бетона.

Внедрение способа пропитки бетона битумом при атмосферном давлении по проекту Ленморниипроекта осуществлено в 1964 г.

124

при строительстве причала № 16 в Мурманском порту. С 1964 г. в Ленморниипроекте проводятся исследования по разработке спосо­ ба обработки бетона стиролом, предложенного канд. техн. наук

Н. А. Смирновым (авторское свидетельство № 267437).

Врезультате обширных исследований, проведенных по второму направлению, для обеспечения долговечности бетонных и железо­ бетонных конструкций гидротехнических сооружений рекомендуют­ ся следующие способы защиты:

теплогидроизоляционное покрытие из битумно-шлаковой, би­ тумно-керамзитовой или другой битумно-минеральной смеси в ви­ де монолитного пояса, экрана или облицовки готовыми плитами (авторское свидетельство Н. А. Смирнова № 137831);

пропитка готовых изделий горячим битумом под повышенным или атмосферным давлением;

пропитка готовых изделий стиролом с последующей выдержкой

вгорячем битуме (авторское свидетельство Н. А. Смирнова №267437);

облицовка бетонных поверхностей железобетонными плитами, пропитанными битумом;

облицовка бетонных поверхностей плитами из высокопрочных эпоксидно-битумно-шлаковых и эпоксидно-шлаковых, модифициро­ ванных каменноугольным лаком композиций;

облицовка бетонных поверхностей деревоплитами из березовых досок, пропитанными фенолформальдегидной смолой (рекоменда­

Выбор способов защиты для сооружений, работающих в тяже­ лых условиях, а также причальных сооружений, расположенных в районах с легкими и средними условиями службы, но перераба­ тывающих химические грузы, производится на основе технико­ экономического анализа возможных решений.

Третий путь повышения долговечности сооружений — разра­ ботка новых типов сооружений и отдельных конструктивных эле­ ментов — пока еще не привел к решению проблемы долговечности. Однако предусматриваемые при проектировании гидротехниче­ ских сооружений конструктивные решения: применение безребристых ростверков с ровной поверхностью плиты снизу, округлых форм внешних частей отдельных конструктивных элементов (труб­ чатые сваи, цилиндрические сваи-оболочки, криволинейные очерта­ ния внешних граней сооружения) и др. — все же несомненно спо­

применения металла ежегодные потери его от коррозии исчисляют­ ся в миллионах тонн. Велики затраты на защиту, ремонт, восстано­ вление различного рода оборудования, машин и сооружений из ме­ талла. Проблемой борьбы с коррозией металла занимаются почти

125

все страны мира. Обширные исследования в этой области прово­ дятся в нашей стране при координации их Академией наук С С С Р .

Воздействие окружающей среды на гидротехнические сооруже­ ния из металла при определенных условиях вызывает корро­ зию их.

По характеру физико-химических процессов коррозию разделя­ ют на две основные группы: химическую и электрохимическую. К первой группе относятся химические процессы взаимодействия окружающей среды с металлом; вторая включает коррозионные процессы электрохимического характера, связанные с наличием электрического тока, который почти всегда возникает непосредст­ венно в процессе коррозии, без постороннего источника пита­ ния.

В практике использования металлов они во многих случаях на­ ходятся под воздействием электролитов, т. е. водных растворов солей, кислот и щелочей, обладающих свойствами проводников электрического тока. В этих условиях коррозия проявляется пре­ имущественно в виде электрохимических процессов. Коррозия это­ го вида возникает не только при непосредственном соприкоснове­ нии раствора, но и при нахождении металла в обычных атмосфер­ ных условиях и даже в сухой атмосфере. В атмосфере процесс коррозии проходит в тонкой пленке влаги (являющейся электроли­ том), осаждающейся на металле из воздуха. Эта пленка приобре­ тает свойства электролита за счет растворения в ней газов, находя­ щихся в воздухе, и образования различных кислот, как, например, серной, азотной и др.

Морская вода, содержащая различные соли, является хоро­ шим электролитом — благоприятной средой для развития корро­ зии металла. В зависимости от характера окружающей среды и коррозионных процессов установлено два основных вида химиче­ ской коррозии:

Г а з о в а я к о р р о з и я . Характеризуется тем, что коррозион­ ные процессы протекают при полном отсутствии влаги на поверх­ ности металла и главным образом при повышенных температурах.

Ж и д к о с т н а я к о р р о з и я . Происходит преимущественно при нахождении металла в неэлектролитах. К последним отно­ сятся большинство органических соединений, такие, как бензин, бензол и другие продукты переработки нефти.

В условиях эксплуатации гидротехнических сооружений одним из компонентов агрессивной среды являются сброшенные в воду различного рода нефтепродукты, загрязняющие акваторию порта.

сто. В зависимости от среды различают кислотную, щелочную, со­ левую, морскую коррозию и др.

Атмосферная коррозия является наиболее распространенной, так как подавляющее большинство изделий из металла находится в атмосферных условиях.

126