ГСХ21

измененной полезной нагрузки­ или увеличенного числа вставок без ясного представления о фактическом перераспределении усилий и без анализа изменившейся статической схемы несущего каркаса, что влечет за собой нарушение нормальной работы сооружения и нередко требует усиления конструктивных элементов.

Вопросы для самопроверки

1.Назовите факторы, вызывающие нарушения в конструкциях.

2.Перечислите дефекты, возникающие при монтаже.

3.Какиенарушениястроительныхконструкцийвозникаютприэксплуатации?

4.Назовите дефекты, возникающие при изготовлении строительных конструкций.

5.Какие последствия могут вызвать постоянные замачивания конструкций?

6.Чем грозит нарушение гидроизоляции фундаментов?

7.Назовите способы восстановления гидроизоляции фундаментов.

8.Чем грозит деформация оснований под фундаментом здания?

9.Перечислитепричинывозникновениятрещинвжелезобетонных конструкциях и назовите их характер.

10.Назовите характер повреждений каменных конструкций.

11.В чем заключается характер повреждений бетонных конструкций?

12.Перечислите причины появления трещин в железобетонных конструкциях и объясните их характер.

13.Назовите характер повреждений металлических конструкций.

14.Перечислите недостатки монтажа металлических конструкций.

42

Глава 3 Коррозия как один из факторов

преждевременного износа строительных конструкций

3.1 Общие понятия и условия, порождающие коррозию

Под воздействием внешней агрессивной среды утрата начальных качеств строительными материалами называется коррозией.

В неметаллических материалах строительных конструкций явления коррозии, эрозии, суффозии могут присутствовать одновременно, а при отсутствии воздействия химических процессов такие нарушения называют механической или физической коррозией.

Коррозия (от лат. corrosion - разъедание) - самопроизвольное разрушение твердых тел, вызванное химическими и электрохимическими процессами, развивающимися на поверхности тела при его взаимодействии с внешней средой. Наиболее четко это определение относится к металлам.

Биоповреждение - особый вид разрушения материалов, связанный с воздействием микроорганизмов - биофакторов (бактерии, грибы, насекомые, грызуны, растения).

Условия, порождающие возможность коррозии, следующие:

•нарушение требований и правил эксплуатации, приводящее к концентрированным воздействиям на конструкции агрессивных газов, паров, жидкостей;

•аварийные выбросы агрессивных продуктов при неудовлетворительном решении вопроса улавливания и своевременного удаления их из помещений;

•применение недостаточно стойких материалов и противокоррозионных покрытий, не отвечающих степени агрессивности сред;

•повреждение и несвоевременное восстановление защитных покрытий конструкций, а также отсутствие систематического наблюдения за их состоянием.

43

Взависимости от вида материала, использованного в строительных конструкциях, виды коррозии по механизму процесса разрушения несколько отличаются друг от друга.

Для бетона различают три вида коррозии: − выщелачивание;

− кислотное разрушение в результате химических реакций замещения;

− сульфатная коррозия или кристаллизационное разрушение.

Вжелезобетонных конструкциях коррозия может протекать так же, как и в бетоне с возникновением коррозии IV вида – коррозия арматуры внутри бетонного массива.

Отдельным видом является биологическая коррозия материалов, которая в последнее время встречается в жилых, общественных зданиях и на промышленных объектах. Это результат поражения строительных конструкций грибковой флорой (микроскопическими плесневыми грибами).

Грибки в процессе своей жизнедеятельности выделяют различные минеральные и органические кислоты (уксусную, лимонную, молочную, муравьиную, яблочную и др.), которые взаимодействуют

сосновными (щелочными) соединениями цементного камня и разрушают его, превращая в соль. Цементный камень при этом теряет свои строительно-технические свойства.

Если коррозия не сопровождается образованием продуктов химических превращений, то она называется физической. Одним из видов такой коррозии является размораживание каменных материалов, выветривание и эрозия.

Если разрушение материала происходит с изменением его структурного состава, коррозия называется физико-химической (например, выщелачивание некоторых компонентов из тела бетона).

Химическая коррозия сопровождается необратимыми изменениями материала­ конструкций в результате взаимодействия с агрессивной средой.

Электрохимическая коррозия проявляется в металлических конструкциях­ при атмосферном взаимодействии или в подземных средах, когда разрушение металла происходит при взаимодействии

сэлектролитом­ - агрессивной средой - и сопровождается разрушением структуры­ в результате возникновения электрического тока на границе металла и агрессивной среды.

Агрессивнаясредапоагрегатномусостояниюможетбытьгазооб­ разной, жидкой и твердой, а чаще всего - многофазной.

Твердые частицы не агрессивны в отношении сухих материалов конструкций, но, поскольку поверхность конструкций практически

всегдасодержитвлагу,нанейобразуетсяпленканасыщенногораство­

44

ра, которая может быть агрессивной. То же можно сказать о газовой среде, которая, соприкасаясь с влагой воздуха, образует кислоты.

Среды подразделяют на неагрессивные, слабоагрессивные, среднеагрессивные и сильноагрессивные (табл. 3.1).

Степень агрессивности среды по отношению к материалу конструкций­ характеризуется двумя показателями:

-среднегодовой потерей прочности, %;

-скоростью разрушения материала, мм/год.

В зависимости от степени агрессивности, газовые среды разделяют на четыре группы: А, В, С, D (табл. 3.2), причем агрессивность газов возрастает от группы А до D.

Степень воздействия агрессивных сред зависит от температуры среды­ , относительной влажности и пористости материала.

Примечание.Приконцентрациигазов,превышающейпределы,указанныевграфе D, возможность применения материала для строительных конструкций следует определять на основании данных экспериментальных исследований.

45

Оксиды азота, растворяясь в воде, образуют растворы кислот. Степень проникновения агрессивных газов зависит от плотности материала. В пористые материалы (например, бетон) агрессивные газы проникают на глубину 100 и более миллиметров, а в плотные (изверженные породы­ ) - на 5-10 мм. Металлы коррозируют в основ-

ном с поверхности.

Жидкие агрессивные среды могут быть в виде растворов солей, кислот­ и щелочей, а также в виде животных и растительных масел, органических­ соединений (бензин, бензол, ацетон, керосин и др.), подземных вод с растворенными в них химическими элементами.

Агрессивное действие масел заключается в том, что, проникая

втело конструкции в результате капиллярного подсоса, они создают расклинивающее­ действие, нарушая структуру материала. Наличие в масле поверхностно-активных всществ повышает агрессивность.

Степень агрессивности газовой среды для групп A-D меняется

взависимости от влажности воздуха и с ее повышением (табл. 3.4) она увеличивается. При наличии в агрессивной среде нескольких газов степень агрессивности­ принимается по наиболее агрессивному.

Влияние жидких сред на материал конструкций приведено в таблице 3.3.

Строительные конструкции интенсивно коррозируют при контакте с твердой средой­ (солью, пылью), которая, взаимодействуя с влагой воздушной среды, образует среду различной агрессивности в зависимости от растворимости­ твердой среды и гигроскопичности

(табл.3.5).

46

Таблица 3.4

Степень агрессивного воздействия газообразных сред на конструкции из разных материалов

Таблица 3.5

Степень агрессивного воздействия твердых сред

47

К малорастворимым относятся соли с растворимостью менее 2 г/л, к хорошо­ растворимым - свыше 2 г/л; к малогигроскопичным - соли с относительной влажностью 60% и более, а к гигроскопичным

- менее 60%.

Биологическая агрессивность среды в виде микроорганизмов (бактерии­ , микробы) является разрушителем не только древесины, но и полимеров­ , каменных материалов, металла.

В строительных конструкциях одновременно возможно влияние агрессивной­ среды и напряжений от действия постоянной и временной нагрузок. Происходит коррозия конструкции под напряжением, которая приводит к большему снижению прочности материала, чем при отсутствии нагрузки.

3.2 Влияние характера агрессивных воздействий и условий окружающей среды на возникновение коррозии конструкций и их работу

При выявлении степени агрессивности среды, в которой находятся различные части зданий, а также при разработке антикоррозионной защиты, наиболее важными становятся определение степени увлажнения и продолжительности контакта строительных элементов с жидкими средами, изменения показателей сорбционной влажности под воздействием пыли и газов, условия содержания конструкций.

Атмосферные условия. Конструкции в открытой атмосфере подвергаются­ воздействию осадков, агрессивных газов, аэрозолей. Скорость распространения коррозии металла при этом зависит от продолжительности общего увлажнения. Так, для территории РФ она составляет от 500 до 4800 ч/год. Общая продолжительность времени нахождения влажностной пленки на поверхности конструкции определяется как суммарная продолжительность действия различ­ ных атмосферных факторов (дождя, тумана, росы, и т.д.). Внутри не­ отапливаемыхзданийврезультатеэкранированиястенамиикровлей влияние атмосферы будет несколько уменьшено. Для отапливаемых зданий температурно-влажностный режим зависит в основном от характера­ технологического режима и главным образом от микроклимата помещений.

На промышленных объектах наиболее интенсивно проявляются высокая влажность в градирнях, где она сочетается с высокой температурой, создавая идеальные условия для возникновения коррозии. Конструкции объектов по наружному контуру существенно зависят от атмосферных осадков.

48

Характерной особенностью атмосферной коррозии является ее зависимость­ отсезонныхколебанийметеорологическихпараметров. Максимальный­ прирост коррозии наблюдается в весенне-летний и летне-осенний периоды.

Степень агрессивного воздействия указанных физических факторов определяется количеством циклов перехода температуры через 00С, а также суровостью климата.

Суровость климата характеризуется количеством дней при отрицательной­ температуре с учетом остужающего действия ветра – градусо-дней, которые, в свою очередь, определяются как произведение среднемесячной­ температуры на количество дней в холодный период года. Необходимо выявить те элементы в зданиях и сооружениях, которые по условиям работы могут претерпевать многократные замораживания и оттаивания как в течение года, так и суток (цокольные элементы). Обеспечение­ долговечности таких элементов особенно важно при наличии градусодней более 1500.

Составатмосферноговоздуха.Химическиепредприятиявыделя­ ют в атмосферу разнообразные продукты, которые имеют более 100 наименований.

Измногочисленныхгазов,выделяющихсяватмосферу,значитель­ ную коррозионную опасность представляет собой сернистый газ (S02) и серный ангидрид (SO3), который соединяется в атмосфере с парами воды, превращаясь в аэрозоль серной кислоты.

Сернистый газ SO2 при растворении образует сернистую кислоту, которая­ малоустойчива и распадается. В воздухе под действием кислорода S02 может переходить в SO3. При солнечном освещении процесс ускоряется.

Оксиды азота при адсорбции NO2 парами воды образуют азотистую и азотную кислоты.

Хлор Сl2 при соединении с влагой воздуха образует хлорную воду, обладающую окислительным действием, а также хлористый водород (НС1), который является одним из наиболее коррозионноопасных газов.

При наличии агрессивных сред помещения с повышенной влажностью­ (особенно мокрые) настолько коррозионно-опасны для строительных­ конструкций, что часто экономически более выгодным является не разработка сложной и дорогостоящей антикоррозионной защиты, а устройство вентиляции, отопления или проведения других мероприятий, которые бы способствовали уменьшению влажности. Температура и влажность воздуха даже в отапливаемых зданиях не являются постоянными во времени (табл. 3.6).

49

Таблица 3.6

Влажностный режим помещений в зимний период в зависимости от относительной влажности и температуры внутреннего воздуха

Если в цехах нет избыточных тепловыделений, оказывающих влияние­ на микроклимат, то средние значения влажности воздуха Mȼɇ для проектирования­ защиты можно ориентировочно принимать по формуле

где К - коэффициент, учитывающий суточные колебания влажности для данного типа зданий;

К=1,1 до 1,5;

MBHɈɌȺɉɅ- относительная влажность воздуха внутри помещений в отапливаемый­ период года; Т1 - продолжительность отапливаемого периода для данного района, сут;

Mɧɚɪɫɪ - средняя относительная влажность наружного воздуха в неотапливаемый период года, %, принимается согласно климатическим данным.

Твердые среды в виде пыли и аэрозолей попадают через неплотности оборудования, при разгрузке или транспортировке сыпучих продуктов вместе с приточным наружным воздухом, а также при испарении растворов­ с повышенной температурой. Сухая пыль при отсутствии увлажнений­ и при низкой относительной влажности воздуха не оказывает сколько-нибудь существенного коррозионного воздействия. Наибольшую­ коррозионную опасность представляют для конструкций твердые среды, которые обладают высокой гигроскопичностью.

Толщина слоя пыли на строительных конструкциях некоторых производств­ может достигать 5-10 см, при этом она представляет собой не только коррозионную опасность, но и значительно увеличивает нагрузку на строительные элементы. В результате растворения пыли конденсатом или водой образуются кислые растворы, и процессы коррозии протекают­ как и при действии жидких сред. По характеру воздействия жидких сред здания, сооружения и их элементы условно можно разделить на несколько групп:

50

-работающие при постоянном контакте с жидкими продуктами: наливные­ сооружения, технологические аппараты (типа экстракторов), каналы, лотки, приямки и др.;

-конструкции, периодически подвергающиеся проливам: полы, плинтусы, колонны, стены;

-конструкции, которые подвергаются воздействиям жидких сред лишь при аварийных ситуациях, связанных с «отказом» оборудования или защиты.

При гидросмыве полов на конструкции в условиях эксплуатации могутдействовать(постепениувеличенияагрессивности)следующие жидкие среды: вода (питьевая, хозяйственная и др.), бытовые сточные воды, производственные сточные жидкости (разбавленные водой при уборке пола), технологические растворы. При концентрациях жидких сред, меньших чем 1-2%, нормирование коррозионной опасности применительно­ к бетону, асбестоцементу, железобетону осуществляется по нормам агрессивности воды-среды. При больших концентрацияхрастворы­ считаютсясильноагрессивнымипоотношениюкбетону уже независимо­ от состава, т.е. как при 5, так и при 50%.

На скорость распространения коррозии влияет уровень напряженного состояния конструкции.

Установлено, что скорость течения коррозионных процессов в кислых растворах значитель­но увеличивается, когда напряжения в стальных конструкциях переходят­ из упругой в пластическую область, особенно при наличии динами­ческих нагрузок.

В наливных сооружениях с антикоррозионной защитой из штучных футеровочных материалов расчетное сопротивление желательно принимать­ не более 130 МПа.

В бетонных и особенно железобетонных конструкциях уровень напряжений оказывает существенное влияние на интенсивность фи­ зико-химических процессов. Установлено, что при растяжении увели­ чиваетсяпроницаемостьбетона,ичемвышеуровеньнапряжений,тем больший коррозионный эффект оказывает окружающая агрессивная среда.Предполагаетсяпринимать ограничениядлясжатыхэлементов напряжения, равными 0,6Rпр, для растянутых - 0,4Rпр.

3.3Особенности течения коррозионных процессов

вконструкциях из разных материалов

3.3.1 Коррозия металлов

Металлы под действием различных физико-химических и биологических факторов разрушаются или снижают свои потребительские качества. Такое разрушение изделий из металлов при воздействии внешней среды получило название коррозии металлов.

51