2472

Рис. 2.174. Изменение средней площади участка коррозии арматурного стержня

Fkср в трещинах бетона с acrc 0, 20ммв зависимости от параметров

переменной нагрузки:

ось абсцисс: цифры без скобок предназначены для параметра tц (треугольник) – длительность цикла переменной нагрузки в часах;

цифры в круглых скобках предназначены для параметра tmax tц (засечка); цифры в квадратных скобках предназначены для параметра M min M max (окружность).

Fkср 0,04521 4,17 1,338 7,05 2,57 3,5 4,02e 0,055tц ,

где tц – в функциональной зависимости в сутках, Fkср мм2 100

294

Таблица 2 . 2 5 Максимальные и минимальные значения характеристик коррозионного поражения арматуры в трещинах бетона с acrc 0,20 мм при верхнем уровне загружения перерменной ступенчато-повторной нагрузкой опытных образцов в

зависимости от величины её параметров.

296

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ КОРРОЗИОННЫХ ПРОДОЛЬНЫХ ТРЕЩИН В ЗАЩИТНОМ СЛОЕ БЕТОНА ПРЯМЫХ МОДЕЛЕЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

ИИХ ВЛИЯНИЕ НА ДЕФОРМАТИВНЫЕ

ИПРОЧНОСТНЫЕ СВОЙСТВА

3.1.Образование и кинетика развития коррозионных

продольных трещин

Одной из главных причин снижения долговечности железобетонных конструкций, эксплуатирующихся в агрессивных средах является возникновение коррозионных продольных трещин в защитном слое бетона в результате коррозии арматуры.

Впервые [81] в нормативных документах срок службы различных мостовых конструкций установлен в Московских городских строительных нормах МГСН 5.02-99 [84],созданные как дополнение к СНиП 2.05.03-84* [178]. Согласно нормативных требований МГСН 5.02-99 [84] прогнозируемые сроки службы пролётных строений из железобетонных монолитных, железобетонных сборных и железобетонных сборно-монолитных элементов соответственно составляют 100, 70 и 80 лет. В тоже время в России средний срок службы заменяемых пролётных железобетонных строений мостов составляет 35-45 лет [81].

По результатам натурного обследования 63 автодорожных балочных железобетонных мостов, расположенных в различных частях Саратовской области РФ, в 2003 г. [82] в работе [81] на рис 3.1 приведены данные о соотношении возраста мостов, построенных в разные периоды времени в Саратовской области и анализ их технического состояния.

Рис. 3.1. Годы постройки эксплуатирующихся мостов

297

Количественное соотношение различных дефектов и повреждений , выявленных в пролётных строениях на обследованных мостах Саратовской области, представлены в табл.3.1.

Таблица 3 . 1 Дефекты и повреждения, обнаруженные в пролётных строениях мостов

Данные табл. 3.1 показывают, что причиной большинства дефектов в пролётных строениях является агрессивная среда. Карбонизация бетона и последующая хлоридная коррозия арматуры в результате воздействия на неё хлорид – ионов приводят к многократному увеличению продуктов коррозии арматуры в объёме и отслаиванию защитного слоя бетона. В плотном тяжёлом бетоне с низким коэффициентом диффузии а результате коррозии арматуры оксидные образования металла скапливаются на поверхности арматуры, так как скорость коррозии арматуры выше, чем скорость диффузии продуктов коррозии металла. Объём продуктов коррозии стали зависит от количества кислорода и по расчётам Л.В. Ойт [139] составляет в 2,9 раза больше, а по другим оценкам – от 2,5 до 6 раз больше [183], чем объём исходного металла.

Коррозионное разрушение арматуры в железобетонных элементах при хлоридной коррозии возрастает в карбонизированном бетоне. При карбонизации бетона критическая концентрация хлоридов, при которой начинается коррозия арматуры, уменьшается в два раза. При этом, коррозия стали резко интенсифицируется на достаточно протяжённых участках арматуры, что может привести к критическому раскрытию продольных трещин и отслоению защитного слоя бетона уже после 2 лет эксплуатации конструкции в агрессивной среде [29]. Карбонизация бетона, предшествующая прониканию хлоридов в бетон, значительно ускоряет скорость и интенсивность коррозии арматуры, по сравнению с обратной последовательностью [247].

Коррозионное состояние арматуры в бетоне оценивается величиной рН среды и коэффициентом диффузионной проницаемости бетона, зависящего

298

от плотности структуры, толщины слоя и химического состава цементного камня и результатами электрохимических испытаний [1, 8, 9, 60].

Определение технического состояния железобетонных конструкций, с коррозионным поражением арматуры является сложной задачей. Коррозия изменяет структуру поверхности и площади сечения арматуры. Инструментальные оценки коррозионного поражения арматуры в бетоне: контроль электрических параметров в виде потенциала и силы тока в макрогальванической паре арматура–бетон [60, 73, 225], а также вихретоковые измерения коррозии арматуры [214, 215, 236] трудоемки, а иногда и не выполнимы.

Объективной характеристикой изменения технического состояния железобетонных конструкций при коррозии арматуры являются внешние признаки нарушения сплошности бетона, проявляющиеся на поверхности конструкции. Возникновение первых видимых (волосяных) коррозионных продольных трещин наблюдается уже при потере сечения арматуры более 0,5 % [233]. Поэтому использование методик инструментального измерения ширины раскрытия коррозионных продольных трещин является наиболее доступным, и в то же время и эффективным средством оценки технического состояния железобетонных конструкций [107].

По сравнению с оценочным критерием в виде ширины раскрытия расчётных поперечных трещин, который часто используется при оценке технического состояния железобетонных конструкций, критерий в виде кинетики раскрытия коррозионных продольных трещин в защитном слое бетона практически не существует.

Для изучения кинетики развития коррозионных продольных трещин и характера их распределения в защитном слое бетона в Пензенском государственном университете архитектуры и строительства проводятся длительные экспериментальные исследования на прямых моделях обычных железобетонных конструкций, которые с 2010 года испытываются под открытым небом в климатических условиях г. Пензы.

Всего испытываются 93 образца, в том числе 64 образца в агрессивных условиях и 29 в неагрессивных (контрольные). Общее количество моделей двухконсольных колонн, участвующих в эксперименте, составляет 39 штук, в том числе испытывающих воздействие агрессивной и неагрессивной среды, соответственно 27 и 12 образцов. Общее количество моделей бесконсольных колонн равно 34, в том числе испытывающих воздействие агрессивной и неагрессивной среды соответственно 23 и 11. Общее количество моделей балочных конструкций составляет 20 штук, в том числе с агрессивным и неагрессивным воздействием среды соответственно 14 и 6 образцов.

По геометрическим размерам, конструктивному армированию, механическим характеристикам бетона и арматуры железобетонные образцы являются прямыми моделями железобетонных конструкций. Бетон опыт-

299

ных образцов изготовлен на портландцементе марки 400 и гранитном щебне фракции 5-10 мм с водоцементным отношением в/ц=0,45.

Длина моделей колонн и размеры их поперечного сечения в центральной части по высоте соответственно составляют 1000 мм и 120 100 мм при толщине защитного слоя бетона 15 мм. Модели одноконсольных колонн имеют консоли длиной 120 мм в нижней и в верхней части. Железобетонные модели колонн армированы объемным каркасом с несущей арматурой 4 8 мм класса А-III и распределительной 5 мм класса Вр-I.

Длина железобетонных моделей балок и размеры их поперечного сечения соответственно составляют 1920 мм и 146 200 мм с толщиной защитного слоя бетона у рабочей арматуры 40 мм. Балки армированы плоским каркасом с несущей арматурой 1 12 мм класса А-III и распределительной 5 мм класса Вр-I.

Для нейтрализации щелочи поровой влаги бетона и активизации коррозионного процесса на арматуре в бетонную смесь во время изготовления прямых моделей железобетонных конструкций вводились хлорид-ионы в виде добавки NaCl в количестве 5 % от массы цемента: в серию опытных образцов балок в количестве 7 штук – в полный объём образцов, в серию опытных образцов балок в количестве 7 штук – в объём зоны чистого изгиба, в серии опытных образцов колонн с консолями и без консолей – в полный объём образцов [105]. В контрольных опытных образцах данная добавка отсутствовала.

Втеплый период испытания железобетонные образцы не менее трех раз в сутки увлажняются водопроводной водой. По интенсивности коррозионного поражения арматуры натурные условия испытания характеризуются как сильноагрессивные [105].

Учитывая, что в климатических условиях г. Пензы пять месяцев в течение календарного года имеют отрицательную среднемесячную температуру [179], общий период испытания опытных образцов в теплый период времени с учетом фактического протекания электрохимического процесса коррозии на арматуре составил 11 месяцев.

Впроцессе обработки результатов длительных натурных исследований, проводившихся каждый год, анализировались все коррозионные трещины на поверхности граней железобетонных образцов, образовавшиеся в результате коррозии как несущей продольной арматуры, так и конструктивной поперечной арматуры.

Программа экспериментального исследования предусматривала изучение кинетики интегрального параметра (ИП), определяемого в виде суммы произведений ширины раскрытия коррозионных продольных трещин аТ

на их длину Т в пределах отдельных дифференцированных участков на поверхности бетона.

300