Защита железобетонных конструкций промышленных предприятий от коррозии, вызываемой блуждающими токами
Электрокоррозия арматуры под действием блуждающих токов вызывает серьезные разрушения в подземных и надземных железобетонных конструкциях железнодорожного транспорта, промышленных и коммунальных предприятий, потребляющих постоянный электрический ток. Разрушение железобетона происходят у анодных участков арматуры, где ток с арматуры стекает в бетон. Основной анодной реакцией, непосредственно к разрушению арматуры, является переход металла в ионное состояние. При градиенте ноля блуждающих токов, направленном вдоль арматуры, разрушение последней про исходит с образованием характерных игловидных концов. Кроме того, вблизи участков арматуры накапливается значительное количество продуктов коррозии, имеющих объем в 2—2,5 раза больший.
В качестве критерием дли определении присутствия блуждающих током и железобетонных конструкциях и опасности их воздействия могут быть использованы следующие иски чипы:
В зависимости от величин потенциалов, опасных при воздействии блуждающих токов, все железобетонные конструкции можно разбить на две группы.
Для конструкций первой группы опасными будут лишь тс блуждающие токи, которые смещают потенциал арматура — медносульфатный электрод, контактирующий с бетоном, до значений более положительных, чем + 0,4 + 0,6 в. К этой группе относятся железобетонные конструкции, находящиеся в условиях воздействия сред невысокой агрессивности. Это — подземные конструкции: фундаменты, трубопроводы, коллекторы, резервуары и условия воздействия грунтовых вод с содержанием Cl-ионов не более 0,2 г/л.
В плотном некарбонизированном бетоне на портландцементе арматура находится в пассивном состоянии, которое нарушается под действием внешнего анодного тока в указанных условиях лишь при значениях потенциала выше +0,4 + 0,6 в.
К первой же группе относится наземные железобетонные конструкции цехов электролиза расплавленных солей: титана, магния, натрия. В этих цехах атмосфера достаточно суха (как правило, 30—40%). Соли imixmnuv материалов без наличия не проникают глубоко и бетон и не называют нарушения насеянного состояния арматуры.
Для конструкций второй группы опасными следует считать блуждающие токи любых величии, т. с. любое отклонение потенциала арматуры от пуля н положительную сторону. Сюда относятся подземные железобетонные конструкции, находящиеся н УСЛОВИЯХ воздействия грунтовых вод с содержанием более 0,2 г/л, м наземные конструкции цехов электролиза водных растворов, подвергающиеся увлажнению и обливам различными технологическими растворами, агрессивными по отношению к арматуре. В этом случае арматура находится на границе устойчивости пасевпного состояния млн даже в зоне активного растворения м но этому практически всякий блуждающий ток ускоряет процесс коррозии.
При оценке опасности блуждающих токов по их величине за верхний безопасный предел тока может быть принято значение плотности анодного тока — 0,6 ма/длР, рекомендованное ЦНИИ МПС н Мотростросм на основании проведенных ими работ [2]. Замеры утечек тока при этом должны производиться па сопротивление, близкое к сопротивлению исследуемой конструкции по отношению к земле.
Следует подчеркнуть, что потенциал арматуры н плотность внешнего тока, натекающего или стекающего с арматуры, взаимосвязанные величины. В условиях воздействия на железобетон слабоагрессивных сред ток 0,6 ма/дм2 вызывает смещение потенциала арматуры до значении 0,4 +0,6 в, т. е. рекомендуемые пределы опасных потенциалов и токов дают хорошее совпадение. Однако потенциал арматуры для оценки наличия н опасности блуждающих токов более удобен. Дело в том что при замерах тока практически невозможно осуществить переход от замеряемой силы тока к плотности тока, являющейся характеристикой состояния арматуры, так как в реальных условиях эксплуатации без разрушения конструкций невозможно определить, с какой поверхности арматуры происходит стенание тока.
Лаборатория коррозии НИИЖБа в течение ряда лет проводит обследование железобетонных строительных конструкций цехов электролиза цветной металлургии, цехов электролиза предприятий химической промышленности и т. п. На предприятиях, где не были приняты специальные меры по защите, обнаружены значительные разрушения многих железобетонных конструкций — фундаментов, опор и перекрытий под электролизными ваннами и т. п..
В электролизном цехе одного из московских заводов через 5—6 лет после его реконструкции оказался разрушенным железобетонный каркас, расположенный в подвальном этаже и поддерживающий электролизные панны. Разрушению подверглись все элементы каркаса — колонны, продольные и поперечные балки. Защитный слой бетона в основании колонн полностью разрушился, оголив корродировавшую арматуру. Железобетонный каркас почти потерял несущую способность и его заменили кирпичными устоями. Электроизмерениямн на разрушенных основаниях железобетонных колонн были обнаружены потенциалы «арматура—земля» +5 + 27 в.
В цехе электролиза солей никеля одного из уральских заводов восстановительные ремонты железобетонных колонн н балок, поддерживающих электролизные ванны, приходилось производить каждые 2—3 года. При ремонтах арматуру очищали от ржавчины, местами заменяли новой и обетопировали. Однако после ремонтов трещины появлялись вновь, защитный слой бетона отпадал, арматура оказывалась покрытой толстым слоем ржавчины. Потенциал «арматура—земля» изменялся в пределах I—22 в, «арматура — бетон» Р0.6 + 0,8 в.
Эти далеко не единичные примеры серьезных разрушений убеждают в необходимости разработки специальных мероприятий по защите железобетонных конструкций, подвергающихся действию блуждающих токов, от электрокоррозии. Защитные мероприятия должны проектироваться одновременно с проектировании конструкций и выполняться при строительстве. Выполнение их на эксплуатирующихся конструкциях представляет значительные трудности и не всегда возможно. Кроме того, для обеспечения постоянного контроля за коррозионным состоянием железобетонных конструкций следует предусматривать от арматуры и оборудование контрольно-измерительных пунктов.
Следует подчеркнуть, что толщина защитного слоя бетона нормируется для любой арматуры, а не только для рабочей, так как попаданию блуждающих токов на арматурный каркас будет способствовать всякая арматура, расположенная вблизи поверхности.
Железобетонные конструкции цехов электролиза подвергаются не только воздействию блуждающих токов, но н воздействию агрессивной паровоздушной среды. Поэтому для таких конструкций ширина раскрытия трещин ограничивается в зависимости от степени агрессивности нароноздушной среды, а также предусматриваются различные мероприятия в соответствии с СИ 262—67 по защите поверхности железобетонных конструкции от воздействия агрессивной атмосферы и обливов агрессивными рас шорами; возможность же появления н железобетонных конструкциях блуждающих гокоп требует проведения целого ряда дополнительных конструктивных мероприятий, способствующих уменьшению н ограничению блуждающих токов.
Токонесущие устройства необходимо тщательно изолировать от строительных конструкций: трубопроводы, транспортирующие электролиты, выполнять и пеэлектромрокодних материалов. устанавливать специальные приспособления для прсрыпания струй электрода гон, а также для отвода токов из электролитов. делать электроизоляционные вставки на металлических трубопроводах, устраивать продольные н поперечные разрывы в железобетонных конструкциях.
Очень большое значение имеют мероприятия по предохранению железобетонных конструкций от увлажнения. опасность которого определяется тем, что оно приводит к значительному снижению электросопротивления бетона. При увлажнении конструкций (наличие конденсата или обливов) действие блуждающих токов на арматуру конструкции может быть приравнено к действию среды.
Дли предохранения железобетонных конструкций от увлажнения необходимо; строить молы из материалов, не пропускающих влагу и технологические растворы; делать пропитку или покраску внешней поверхности наземных железобетонных конструкций гидрофобизирующими или лакокрасочными материалами; обеспечивать гидро- и электроизолицию фундаментов.
устраивать дренажи для отвода грунтовых вод от железо- беюппых фундаментов, иных каналов и других железобетонных подземных конструкций а также асфальтовые отмостки внешних железобетонных с геи корпусов
Проведение всего комплекса указанных мероприятий является необходимым условием эффективности защиты железобетонных конструкций от коррозии, вызываемой блуждающими токами