11.2. Физическая коррозия

К физическим факторам, вызывающим разрушение строительных конструкций и сооружений, можно отнести действие электрического тока, радиационного излучения, огня (табл. 11.2).

Железобетонные и металлические конструкции электростанций, подстанций и линий электропередач, работа которых связана с источниками тока большой мощности и высокого напряжения, могут в процессе эксплуатации подвергаться действию электрического тока. В связи с неоднородностью материала конструкций по составу и особенно структуре возможно локальное накопление большого количества энергии, приводящее к возникновению электродугового разряда. Последнее приводит к пережогу арматуры, оплавлению и растрескиванию бетона и, как следствие, потере несущей способности железобетонной конструкции. При повышенной влажности воздуха возможна также электрохимическая коррозия металла, интенсифицированная действием электрического тока. Так как продукты коррозии железа в 2 – 2,5 раза превышают объем прокорродировавшего металла, то их скопление на контакте арматура – бетон вначале вызывает уплотнение контактного слоя за счет заполнения имеющихся пор и пустот. Впоследствии это приводит к росту растягивающих напряжений, появлению трещин и отслоению бетона от арматуры.

Таблица 11.2

Пожарно-технические показатели, определяемые для строительных материалов различного назначения

Наименование материалов, их назначение	Пожарно-технические показатели
	горючесть	воспламеняемость	распро-стране-ние пла-мени	токсичность	дымообразование
Материалы для изготовления окон и фонарей	+	+	-	+	+
Материалы для пола с применением органических вяжущих и заполнителей	+	+	+	+	+
Напольные покрытия	+	+ Г3, Г4	+	+	+
Кровельные, гидроизоляционные, пароизоляционные материалы: рулонные битумные на основе картона и беспокровные (пергамин, гидроизол)	+	+ Г3, Г4	+	-	+
рулонные битумные и битумно-полимерные на стекловолокнистой основе	+	+ Г3, Г4	+	-	-
рулонные битумные и битумно-полимерные на полимерной основе	+	+ Г3, Г4	+	+	+
листовые полимерные и металлополимерные	+	+	+	-	-
мастики кровельные	+	+	+	-	-
мастики гидроизоляционные	+	+ Г3, Г4	-	+	+
Шпатлевки (грунтовки) органические и органоминеральные	+	+ Г3, Г4	-	+	-
Теплоизоляционные органические материалы	+	+	+	+	+
Материалы, применяемые в качестве покровных слоев теплоизоляции	+	+ Г3, Г4	-	+	+
Отделочные материалы для внутренних и наружных работ	+	+ Г3, Г4	-	+	+
Облицовочные материалы и изделия: полимерные, бетонополимерные, на основе древесины	+ +	+ Г3, Г4 +	- -	+ -	+ -
Штучные материалы для устройства ограждающих конструкций с применением органических заполнителей	+	+ Г3, Г4	-	+	+
Огнезащищенная древесина	+	+ Г3, Г4	-	+	+
Изделия полимерные для системы отопления и водоснабжения	+	+	-	-	-

Повысить стойкость железобетонных конструкций по отношению к действию электрического тока можно только путем снижения их электропроводности. Этого можно достичь за счет повышения плотности и однородности бетона, ввода в бетонную смесь специальных добавок, а также покрытием и пропиткой поверхности гидрофобными материалами, уменьшающими водопоглощение.

В связи с тем, что накопление электрической энергии связано с дефектами структуры прежде всего самого бетона, очень важно при бетонировании конструкций использовать оптимальные бетонные смеси по удобоукладываемости с низким водосодержанием за счет введения суперпластификаторов, исключающим расслоение бетонной смеси, возможность седиментационных явлений и образование открытых капиллярных пор, образуемых в результате испарения воды при твердении искусственного камня.

В качестве добавок, повышающих электросопротивление бетона с 10⁵ до 10⁶ – 10⁷омм за счет резкого снижения водопоглощения, применяют кремнийорганические олигомеры до 1 % от массы цемента, парафин и битумную эмульсию до 5 %. Основной недостаток этих добавок, обеспечивающих бетону водооталкивающие свойства, снижение конечной прочности на 20 %. При дополнительной защите поверхности электросопротивление увеличивается до 10¹⁰омм. В качестве покровных композиций используют материалы, обладающие хорошим сцеплением с бетоном, водонепроницаемостью, высокими диэлектрическими свойствами, достаточной прочностью и эластичностью. Ими могут быть битумные эмульсии, холодные и горячие битумные мастики, лакокрасочные составы на основе эпоксидных, перхлорвиниловых или комплексных эпоксидно-битумных, эпоксидно-стирольных связующих. Пропитку железобетонных конструкций и изделий проводят или петролатумом, продуктом переработки нефти, или мономерами по технологии получения бетонополимерных конструкций, предусматривающей их последующую выдержку в условиях повышенной температуры и давления.

Для защиты от электрокоррозии в железобетонных конструкциях предусматривают специальные электроизоляционные швы толщиной не менее 30 мм, выполняемые из мастичных битумных, рулонных, листовых и монолитных полимерных материалов.

В отделениях электролиза водных растворов солей на химических предприятиях фундаменты под оборудование выполняют из полимербетона, сталеполимербетона или неармированного бетона.

Радиационное излучение при действии на строительные конструкции вызывает разогрев материала и изменение структуры на микроуровне, приводящие в комплексе к частичной потере прочности. Обеспечить радиационную стойкость железобетонных конструкций можно только за счет первичных средств защиты: введения в бетонную смесь специальных водорастворимых добавок (хлористый литий, сернокислый кадмий) и сверхтяжелых заполнителей – железосодержащих и баритовых руд плотностью до 6000 кг/м³[10].

При облучении металла нейтроны, проникая внутрь кристаллической решетки, искажают ее строение, образуя дефектные места, изменяют свойства. Так, ядерное облучение увеличивает прочность сталей на сжимающие нагрузки в 1,5 – 2 раза и уменьшает в той же степени пластичность и вязкость, т.е. делает ее более хрупкой. При облучении могут появиться атомы новых элементов в результате деления или захвата нейтрона ядром атома основного металла. При длительном облучении чистый металл может превратиться в сплав со своими специфическимисвойствами.

В результате нейтронного облучения металл становится радиоактивным и опасным для здоровья человека.

Значительное влияние облучение оказывает на полимеры. Под действием ионизирующих излучений в них образуются различные активные промежуточные химические соединения: свободные радикалы, ионы, возбужденные молекулы, которые вызывают химические и структурные превращения, приводящие к изменению свойств материалов, в частности, реологических – внутреннего трения.

В последние годы большое внимание уделяют радиоактивности самих строительных материалов. В настоящее время это свойство, которое должно быть отражено в ГОСТах (СТБ), оценивают удельной эффективной активностью естественных радионуклидов – Бк/кг (А_эфф). В зависимости от условий эксплуатации показатель не должен превышать 370 Бк/кг для материалов, используемых в жилых и общественных зданиях, и 740 Бк/кг – в производственных сооружениях; для дорожных покрытий не более 740 Бк/кг вблизи населенных пунктов и не более 2800 Бк/кг в ненаселенной местности.

Исходя из условий эксплуатации зданий общественного назначения, промышленных объектов и особенно жилых наиболее значимым из перечисленных физических факторов, вызывающих интенсивное разрушение конструкций, является огонь.

По СНиП 21-01-97 «Пожарная безопасность зданий и сооружений» строительные конструкции характеризуются огнестойкостью и пожарной опасностью. Огнестойкость определяет способность строительной конструкции сопротивляться действию огня при пожаре. Предел огнестойкости выражается временем в минутах с момента контакта с открытым пламенем до потери несущей способности – обрушения, появления сквозных трещин вследствие необратимых деформаций или повышения температуры поверхности, противоположной действию огня, до 220 ^оС, что свидетельствует о потере конструкцией теплоизоляционных свойств. Следовательно, предел огнестойкости устанавливают по времени наступления одного или нескольких нормируемых признаков предельного состояния: потеря несущей способности, потеря целостности и потеря теплоизолирующей способности [2, 21].

По пожарной опасности строительные конструкции подразделяют на непожароопасные (КО), малопожароопасные (К1), умереннопожароопасные (К2) и пожароопасные (К3). Свойства конструкций зависят от применяемых материалов, поэтому для строительных материалов определяют следующие пожарно-технические характеристики: горючесть, воспламеняемость, распространение пламени по поверхности, дымообразующая способность, токсичность при горении. Каждый из показателей подразделяют на классы: по интенсивности сильно-, средне- и слабо-; по горючести материалы могут быть негорючими – несгораемыми (НГ) и горючими (Г). В зависимости от интенсивности процесса существуют четыре группы горючести: слабогорючие (Г1) и умеренногорючие (Г2) – трудносгораемые, представляющие собой органоминеральные композиции, тлеющие, но не поддерживающие горение; нормальногорючие (Г3) и сильногорючие (Г4) – сгораемые органические материалы. С целью обеспечения пожарной безопасности строящихся объектов используемые материалы должны соответствовать определенному перечню пожарно-технических показателей (см. табл. 11.2).

Повысить огнестойкость строительных конструкций можно или за счет конструктивных мероприятий, или используя огнезащиту. К конструктивным относятся: удаление горючих материалов от источника нагревания на 30 – 40 см, возведение стен-брандмауэров в протяженных сооружениях (более 30 м) из такого негорючего материала, как керамический кирпич.

Для огнезащиты применяют добавки и пропиточные составы – антипирены, красочные и обмазочные материалы, рулонные и листовые огнестойкие изделия.

Пропитке подвергают древесину или изделия из нее (половые доски, паркет, оконные и дверные рамы и переплеты, подоконные доски, плиты ДСП, ДВП, арки, балки, фермы и т.д.), а также ковры и ткани, используемые для отделки стен.

В Республике Беларусь прошли сертификацию следующие составы: «ФАХ», «СПАД-0», «СПАД-10» и др. Путем обработки в автоклавах, горяче-холодных ваннах или нанесением на поверхность кистью получают древесину слабогорючую и слабовоспламеняемую.

Огнезащитными покрытиями изолируют как деревянные, так и металлические конструкции. Огнезащитные краски, вспучивающиеся и огнестойкие, толщиной 1 – 10 мм, кроме своей специальной функции придают декоративность поверхности. Окраску проводят по грунту валиком или набрызгом. Для повышения огнестойкости деревянных конструкций, ДВП, ДСП внутри помещения используют краски на жидком стекле: силикатно-глиняную, состоящую из жидкого стекла, молотого кирпича и глины; силикатно-перлитовую, включающую жидкое стекло, молотый вспученный перлит и волокна каолиновой ваты; силикатно-асбестовую, представляющую собой композицию из жидкого стекла, распушенного асбеста, талька и белил. При толщине покрытия 1 мм обеспечивается огнестойкость 30 – 45 мин.

Увеличение толщины покрытия до 40 мм, а, следовательно и повышение надежности защиты достигается за счет использования паст (мастик) при толщине до 20 мм и огнезащитных штукатурных растворов – более 20 мм.

В этих составах отсутствует кварцевый песок в связи с тем, что он перекристаллизуется при температуре 573 ^оС со значительным увеличением объема, приводящим к растрескиванию. Не применяют в огнезащитных составах и портландцемент, так как при температуре 550^оС продукт его гидратации – гидроокись кальция разлагается с образованием свободной окиси кальция (извести), которая под действием воды, используемой при тушении, гасится с увеличением объема и температуры.

Огнезащитные пасты и штукатурки, предел огнестойкости которых составляет 3 – 6 часов, готовят на жидком стекле, строительном гипсе, глиноземистом цементе, пуццолановом и шлакопортландцементе. В качестве заполнителей используют шлаки, золы, перлит, вермикулит, асбест, минеральные волокна.

Для внутренней отделки стен гражданских зданий применяют негорючие стекловолокнистые обои – белые и цветные, гладкие и рельефные.

Огнезащитную изоляцию из крупноразмерных изделий выполняют с использованием асбестосодержащих листов, минераловатных жестких плит с односторонним покрытием из фольги, минераловатных кровельных матов и плит, минераловатных рулонов с металлической сеткой, которые крепят к поверхности специальным фиксирующим клеем.

Для комбинированной защиты деревянных конструкций от огня и гниения применяют комплексные покрытия, например «БОПОД», содержащие антисептики и антипирены.

Виды физической коррозии приведены в табл. 11.3.

Таблица 11.3

Физическая коррозия строительных материалов, методы защиты

Виды физической коррозии	Показатели, определяющие стойкость материала	Методы защиты
Электрокоррозия	Химический состав Электропроводность Однородность состава и структуры	Подбор химического состава. Повышение однородности материала, снижение его электропроводности. Защита и пропитка (бетон) полимерными материалами. Выполнение электроизоляционных швов (железобетонные конструкции)
Разрушение под действием радиационного излучения	Химический состав Плотность материала Способность поглощать радиационное излучение без изменения микроструктуры	Подбор химического состава. Повышение плотности бетона за счет введения сверхтяжелых заполнителей, специальных добавок
Разрушение под действием огня	Химический состав	Подбор состава путем введения негорючих минеральных наполнителей и вяжущих (полимерные, органические, волокнистые). Конструктивные решения и защита поверхности пропиточными, лакокрасочными, обмазочными, рулонными и листовыми огнестойкими материалами