Долговечность бетона и железобетона в природных эксплуатационных средах

• Автор: Латыпов, Валерий Марказович
• Шифр специальности: 05.23.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 311 с. : ил.

Содержание
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЗАЩИТЫ
БЕТОНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА В АГРЕССИВНЫХ СРЕДАХ
1.1. Разрушение бетона и коррозия стальной арматуры в условиях
ВОЗДЕЙСТВИЯ АГРЕССИВНЫХ СРЕД
1.1.1. Коррозионное воздействие среды на бетон
1.1.2. Условия депассивации стальной арматуры
1.2. Анализ нормативных документов по защите бетонных и
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ОТ КОРРОЗИИ
1.3. Аналитические методы оценки долговечности железобетонных КОНСТРУКЦИЙ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ их ПЕРВИЧНОЙ И ВТОРИЧНОЙ защиты
1.4. Защита металлических конструкций и трубопроводов цементными покрытиями
1.5. Цель и задачи исследований
ГЛАВА 2. ЦЕМЕНТНАЯ МАТРИЦА КАК ИНГИБИТОР КОРРОЗИИ СТАЛЬНОЙ АРМАТУРЫ
2.1. Электрохимические исследования защитной способности водных суспензий цемента и его мономинералов
2.2. Физико-химические исследования состава и структуры защитных пленок, формирующихся на поверхности стали в водных суспензиях гидратирующего цемента и его мономинералов
2.3. Ингибирующие свойства цементной матрицы
Выводы
ГЛАВА 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ РАЗРАБОТКИ РАСЧЕТНЫХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ БЕТОНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА В АГРЕССИВНЫХ СРЕДАХ
3.1. Принципы математического моделирования коррозионных процессов в бетоне
3.2. Механизм разрушения бетона как совокупность элементарных процессов деструкции. Математические модели коррозии бетона в агрессивных средах
Выводы
ГЛАВА 4. КОРРОЗИЯ БЕТОНА В СУЛЬФАТНЫХ СРЕДАХ
4.1. Предпосылки описания механизма деструкции бетона на основе критерия интенсивности солевых отложений
4.1.1. Эффективная пористость цементного камня и бетона
4.1.2. Оценка интенсивности осадка новообразований
4.1.3. Предлагаемый механизм разрушения структуры бетона
4.2. Моделирование процесса образования и роста кристаллов
новообразований в порах бетона
4.2.1. Модель отложения новообразований

4.2.2. Сульфатостойкость бетона в зависимости от интенсивности солевых отложений
♦ 4.3. Экспериментальные исследования закономерностей сульфатной
КОРРОЗИИ БЕТОНА
4'' .4.3.1. Определение степени заполнения пор новообразованиями
4.3.2. Физико-химические исследования корродированного бетона
4.3.3. Первичный и вторичный процессы при сульфатной коррозии бетона
4.3.4. Определение сульфатостойкости по методу коэффициента
стойкости и методу плоских призм
4.3.5. Определение констант скорости коррозии
4.4. Натурные обследования объектов, эксплуатируемых в сульфатных
СРЕДАХ
4.5. Методология оценки долговечности конструкций в сульфатных средах
4.5.1. Обоснование норм агрессивности сульфатных сред по концентрации раствора
4.5.2. Проектирование конструкций с заданной долговечностью
Выводы
ГЛАВА 5. ЗАЩИТНЫЕ СВОЙСТВА ЦЕМЕНТНЫХ ПОКРЫТИЙ
5.1. Моделирование массопереноса агрессивных компонентов
ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ СРЕДЫ ЧЕРЕЗ ЦЕМЕНТНОЕ ПОКРЫТИЕ
I/ 5.1.1. Нейтральные к материалу покрытия среды
л5.1.2. Агрессивные к материалу покрытия среды
5.1.3. Обоснование рациональных систем защитных покрытий
5.2. Влияние технологии нанесения и режима твердения покрытия на выбор состава цементной КОМПОЗИЦИИ
5.2.1. Базовые технологии нанесения покрытий
5.2.2. Полевые технологии нанесения покрытий
5.3. Цементные композиции с улучшенными свойствами
5.3.1. Составы модифицированных композиций
5.3.2. Сравнительная оценка эксплуатационных свойств модифицированных композиций
5.4. Комбинированные покрытия
5.4.1. Грунтовочный слой
5.4.2. Цементный слой
5.4.3. Полимерный слой
5.5. Определение параметров математических моделей процесса коррозии
5.5.1. Критическая концентрация хлор-ионов у поверхности стали
,,, 5.5.2. Константы скорости коррозии и эффективные коэффициенты
' диффузии
5.6. Прогнозирование срока защитного действия цементных и комбинированных покрытий
Выводы

ГЛАВА 6. КОРРОЗИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА ПОД ДЕЙСТВИЕМ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА
6Л. Обследование технического состояния железобетонных конструкций
эксплуатирующихся зданий и сооружений
6 Л Л. Методика проведения обследований
6Л .2. Результаты обследования некоторых объектов
6.2. Моделирование массопереноса и факторы, определяющие кинетику коррозии
6.3. Оценка долговечности железобетонных конструкций
6.3.1. Оценка долговечности на этапе проектирования
6.3.2. Оценка ресурса эксплуатирующихся конструкций
Выводы
ГЛАВА 7. ВНЕДРЕНИЕ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ
ИССЛЕДОВАНИЙ В АСПЕКТЕ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЗАДАННОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ
7.1. Расширение области применения среднеалюминатных цементов в условиях сульфатной агрессии
7.2. Защита труб и трубопроводов от коррозии путем устройства цементных
И КОМБИНИРОВАННЫХ ПОКРЫТИЙ
7.3 Повышение долговечности железобетонных конструкций в условиях
коррозии карбонизации
Выводы
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1. Внедрение результатов исследований по
сульфатостойкости бетона на среднеалюминатном цементе
Приложение 2. Внедрение результатов исследований по защите трубопроводов цементными и комбинированными покрытиями
Приложение 3. Внедрение результатов исследований по оценке
агрессивности углекислого газа к железобетонным конструкциям эксплуатирующихся зданий и сооружений
Приложение 4. Результаты экспериментов по определению
степени заполнения пор в образцах из цементного камня, цементно-песчаного раствора и бетона

В работе [42] также описан метод оценки долговечности У, предложенный японскими исследователями
У = УABCEFGH, (1.18)
где У| — с+андартная долговечность; А...Н— коэффициенты, учитывающие: А = 1...0,85 — вид бетона; В — 1..0,8— вид цемента; С = 1... 1,5— изменение водоцементного отношения от 0,65 до 0,55; D- 0,25... 1,56— изменение защитного слоя бетона от 20 до50 мм; Е = 0,65...3— вид отделки поверхности бетона (Е = 0,65— без отделки); F= 1... 1,5 — качество методов строительства; G = 0,5...1 — возможность ремонта конструкции в процессе эксплуатации; Н= 1..0,8— климатические условия эксплуатации конструкции.
Расчеты по формулам (1.17) и (1.18) при Тн = У = 60 лет показывают, что интервал долговечности железобетонных конструкций может составлять Т — 5,4...269 лет и У = 2,7...627 лет, что по мнению авторов примерно соответствует фактическим срокам службы, обнаруженным в ходе обширных обследований технического состояния конструкций разных по назначению объектов.
Уравнение, аналогичное формулам (1.17) и (1.18), предложено также Я. Ямбором [238, 246], которым разработан метод оценки агрессивности среды и определения мгновенной (начальной) скорости коррозии (RK0 ) по формуле
Д7ц) = г/о г/2 ?7з ... Пх, (1-19)
где т)о — основное соотношение, выражающее зависимость скорости коррозии данного вида бетона от концентрации агрессивного раствора; г)...г)х_ коэффициенты, учитывающие влияние на щ других факторов.
Поскольку скорость коррозии RK0 со временем меняется, то выражение (1.19) необходимо дополнить коэффициентом времени действия агрессивного раствора щ тогда для степени коррозии SK согласно [246] получим
SK=RK0-îl,. (1.20)
На основании экспериментального определения закономерностей сульфатной коррозии Я. Ямбором из (1.19) и (1.20) получено следующее выражение:
SK = (0.175й") (0.14t033) (0.204-exp(0.45CiA)), (1.21)
где S— концентрация сульфат-ионов в растворе, мг/л; t— срок воздействия среды, год; СъА — содержание трехкальциевого алюмината в цементе, %.
Как видно, уравнение (1.21) позволяет учесть три наиболее важных фактора, определяющих кинетику сульфатной коррозии. Кроме того, в работе [246] приводятся 'дополнительные данные, позволяющие оценить влияние добавок шлака и пуццоланы, площади поперечного сечения, общей пористости и напряженного состояния в бетоне на скорость его коррозии.
Я.Ямбор отмечает [238], что «... связывание SOj в затвердевшем цементном камне является причиной сульфатной коррозии и, как показали результаты опытов, именно повышенное содержание связанного SO3 в образцах является наиболее подходящим критерием для оценки степени опасности этой коррозии». Приведем в связи с этим известные зависимости количества сульфат-ионов, по-