Долговечность железобетонных конструкций промышленных зданий с агрессивными средами
В настоящее время промышленные здания и сооружения проектируются более чем для 1500 отраслей народного хозяйства. Строительные конструкции эксплуатируются в условиях высокой влажности, при наличии агрессивных газов, пыли, проливов и обливов агрессивными жидкостями, в условиях грунтовых, технических и морских вод, при отрицательных и повышенных температурах. Наиболее долговечными при этом оказываются железобетонные конструкции. Долговечность их определяется сроком службы без потерь эксплуатационных качеств в данных климатических условиях при заданном режиме эксплуатации.
Доклады, сделанные на совещании, касались, в основном, вопросов долговечности элементов промышленных зданий, характера коррозионного повреждения конструкций и способов увеличения долговечности зданий.
И. Н. Заславский и С. Д. Соцкова (Харьковский Промстройниипроект) доложили о результатах многочисленных обследований конструкций зданий металлургических предприятий. На участках с наиболее тяжелыми условиями эксплуатации (конструкции галерей аглофабрик, перекрытия и рабочие, площадки у плавильных печей ферросплавных заводов, конструкции участков охлаждения скрапа прокатных цехов) капитальные ремонты железобетонных конструкций и элементов проводятся через 3— 5 лет. При многократном насыщении влагой и высыхании появляются трещины по контакту цементного камня с заполнителем, от действия среды разрушается защитный слой арматуры, а затем и арматура. От совместного действия среды и нагрузки разрушаются элементы конструкций.
В производственных условиях проведен эксперимент на изгибаемых элементах. Установлено, что долговечность конструкций может быть значительно увеличена при использовании бетонов повышенной плотности и увеличении защитных слоев бетона до 2—3 см. Лабораторные исследования дали аналогичные результаты.
Значительным повреждениям подвергаются, по сообщению В. И. Бубушкина (ВНИИ Водгео), железобетонные ребристые плиты покрытий водопроводных станций, основной нагрузкой которых являются собственный вес и утеплитель. Воздушная среда станций характеризуется относительной влажностью 75—95% и содержит хлор и углекислый газ. В результате действия среды и нагрузки в растянутой части сечений плит через 2—5 лет появляются трещины вдоль арматуры, отслаивается защитный слой, разрушается арматура. В полке плит также наблюдается «вспучивание» защитных слоев вдоль арматуры сеток при недостаточных толщинах слоев.
Для предотвращения разрушения плит покрытии рекомендуется слой торкрета толщиной 15 мм на основе цементно-карбонатного раствора, содержащего ингибирующую смесь из бензоата натрия, бензоата аммония и нитрита натрия в количестве 1,5% по отношению к цементу. Проверка рекомендаций на ряде действующих предприятий в продолжение 3,5 лет показала высокую механическую прочность и плотность слоя торкрета и хорошее сцепление со старым бетоном.
В сообщении М. Ф. Тихомировой (Уральский Промстройниипроект) приведены данные обследования состояния железобетонных конструкций, плит покрытий, колонн, эстакад и фундаментов цехов электролиза цветных металлов. В атмосфере цехов при повышенной влажности и перепаде температур содержатся пары H2S04 в конденсате ионы S04, проникающие в защитные слои конструкции покрытий и вызывающие коррозию бетона и арматуры. Периодическое попадание горячего электролита H2SO4, ZnS04, CUSO4 на конструкции приводит к разрушению бетона, значительному уменьшению сечений. В пробах бетона агрессивные агенты обнаружены на глубине 20 мм. Попадание электролита в грунт повышает агрессивность грунтовых вод, разрушает бетон и арматуру фундаментов. Наличие постоянного тока в технологическом процессе вызывает специфическое разрушение колонн и элементов эстакад в местах стекания тока в грунт.
Наиболее эффективным средством увеличения долговечности железобетонных конструкций служит защита кислотоупорной гидроизоляцией, кислотоупорным кирпичом и увеличением защитных слоев до 20—30 мм.
Борисевич А. Н., Демченко Г. Г., Донченко М. Н., Заславский И. Н., Зацаринная Л. Ф. (Харьковский Промстройниипроект) представили доклад, содержащий анализ эксплуатационных затрат на объектах черной металлургии. На основании анализа стоимости эксплуатации строительных конструкций десяти агломерационных фабрик горнообогатительных и металлургических комбинатов, трех обогатительных фабрик железной руды, четырех плавильных цехов ферросплавных заводов выявлено, что эксплуатационные расходы обычно не превышают плановых, но для объектов с повышенной агрессивной средой достигают 2—4%.
В зданиях со стальным каркасом и железобетонными перекрытиями, покрытием и стенами 45—50% расходов на ремонты падает на усиление, замену и антикоррозионную защиту металлоконструкций. Ремонт железобетонных плит покрытий, перекрытий и стен занимает 20—26% общих затрат. Остальные средства расходуются на ремонт кровли, полов.
Общие эксплуатационные затраты на объектах с железобетонными несущими н ограждающими конструкциями в условиях переменного температурно-влажностного режима примерно на 30% ниже, чем в тех же условиях в зданиях с металлическим каркасом. Стоимость капитальных ремонтов железобетонных элементов, выходящих нз строя через 5— 6 лет, не превышает 3—7% эксплуатационных затрат.
Типовые железобетонные конструкции для промышленных зданий до 1966 г. разрабатывались для нормальных условий эксплуатации, без учета требований по обеспечению стойкости в зависимости от агрессивной среды.
М. Г. Булгакова (ИИИЖБ Госстроя СССР) доложила об особенностях проектирования предварительно напряженных железобетонных конструкций, предназначенных для эксплуатации в агрессивных газовых средах в соответствии с Указаниями по проектированию антикоррозионной защиты строительных конструкций СИ 262—67. Рассмотрены конструктивные н технологические проектные требования, направленные на повышение коррозионной стойкости железобетонных конструкций. Анализ проектных решении типовых конструкций позволил использовать значительную их часть в слабо- и среднеагрессивных газовых средах при незначительной корректировке чертежей. Для сильноагрессивных сред потребовалась разработка специальных решений.
Работы НИИЖБ совместно с ЦИИИПромзданий, Промстройпроектом по массовым преднапряженным конструкциям — плитам покрытий, стропильным балкам, подстропильным фермам — позволили получить сравнительные данные по расходу арматуры и бетона для варианта с сильноагрессивной средой. Требуемая нормами трещиностойкость конструкций обеспечивается за счет некоторого дополнительного расхода напрягаемой арматуры до 10— 20%, а в ряде случаев повышения марки бетона. При этом в арматуре и бетоне уровень эксплуатационных напряжений снижается, что увеличивает надежность конструкций.
При проектировании конструкций для агрессивных сред несколько видоизменяются и их геометрические очертания —устранены выступы, ребра, острые грани. Примененные при проектировании конструкций приемы позволят увеличить срок их службы в промышленных зданиях с агрессивными газовыми средами.
Нормативы по учету действия среды отражают лишь определенный опыт эксплуатации сооружений и некоторые экспериментальные показатели. Данных о свойствах бетона и арматуры, воспринимающих одновременно силовые и агрессивные воздействия, еще недостаточно. Конструктивные и технологические требования СП 262—67, влепные на увеличение коррозионной стойкости.
Для создания конструкции с гарантированным сроком эксплуатации в расчетах необходимо пользоваться характеристиками физических свойств бетонов и сталей, установленных с учетом действующих нагрузок н агрессивных сред.
Накопленные данные об особенностях эксплуатации железобетонных конструкций промышленных зданий и обобщения исследований изменчивости свойств бетонов и элементов конструкций при совместном действии нагрузки н условий агрессивной среды позволяют конкретизировать требования по обеспечению долговечности конструкций в зависимости от условий эксплуатации. Так в проекте главы СИиП I-B.5-68 «Изделия железобешнные и бетонные. Общие указания» уже изложены требования по выбору материалов для изделий в зависимости от условий эксплуатации. По предложению Б. А. Калатурова (ИИИЖБ) введены категории по условиям сочетания влажности среды и температуры. В зависимости от условий эксплуатации (жидкая или газовая среда, постоянное или переменное пребывание в пей, отрицательная, нормальная или повышенная температура) технологические требования, предъявляемые к изделиям, подразделяются на шесть категорий.
В соответствии с положениями главы СПнП I-B.5-68 пересмотрены главы I-B.5-I-68 «Изделия для жилых и общественных зданий», 1-В.5-2-68 «Изделия для промышленных зданий» н I-B.5-3-68 «Изделия для сооружений промышленных предприятий, транспорта, гидротехнических сооружений, связи, линий электропередач и сельского хозяйства».
В проект главы СНнП П-И.14-68 «Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений. Нормы проектирования при расчете бетонных и железобетонных конструкций» вводятся коэффициенты капитальности и сочетаний нагрузки и воздействий.
В этих документах не нашли еще отражение указания по выбору архитектурно-планировочных решений, аэрационных проемов технических этажей, систем вентиляции и канализации, направления движения грунтовых вод н ветра. Подобные требования, способствующие увеличению долговечности зданий, полнее должны быть изложены в отраслевых нормативных документах. В настоящее время создано несколько таких нормативных документов по проектированию строительных конструкций и защите зданий аглофабрик, цехов химических волокон, складов минеральных удобрений, заводов, зданий медеплавильных цехов, цехов мочевины, сооружений причалов и др. Отраслевые документы, как правило, создаются совместно научно-исследовательскими и проектными организациями, разрабатывающими технологические процессы. В этой связи представляется необходимым иметь перспективные задания Госстроя СССР Министерствам и ведомствам на разработку для крупных промышленных отраслей документов по защите конструкций с учетом производственных особенностей.