3.1. Воздействие внешних факторов
3.1.1. Железобетонные конструкции резервуаров в зависимости от их размещения на земле подвергаются воздействию внешних природных климатических факторов (температура, осадки, грунтовые воды).
3.1.2. Воздействию температуры и осадков подвергаются наружные поверхности железобетонных конструкций резервуаров. Воздействию грунтовых, в том числе агрессивных вод подвергаются железобетонные конструкции днищ всех видов резервуаров, а также наружные поверхности стен заглубленных и обвалованных резервуаров. Воздействию осадков через утеплитель - грунт могут подвергаться конструкции плит покрытия в случае недостаточной их гидроизоляции.
Интенсивность воздействия по градиентам температур, виду и содержанию коррозионно - активных к железобетону веществ определяется климатическим районом и нормируется по СНиП 2.03.01-84* [10] и СНиП 2.03.11-85 [11].
3.1.3. В бетоне и на арматуре железобетонных конструкций, не имеющих специальной (первичной и вторичной) защиты от коррозии при контакте с агрессивной средой промплощадки резервуара, развиваются процессы коррозии, снижающие долговечность материалов и сроки эксплуатации хранилищ.
3.1.4. В бетоне возможны три вида коррозии:
выщелачивание;
химическое растворение кислотами, солями кислот;
кристаллизационное разрушение.
3.1.5. Коррозия первого вида наблюдается в бетоне при обмывании и фильтрации талых вод с малой временной жесткостью, в результате чего происходит растворение и вынос из цементного камня гидроксида кальция Ca(OH)2, пассивирующего сталь и предотвращающего коррозию арматуры. Скорость коррозии бетона определяется скоростью обмена, фильтрации воды и количеством Ca(OH)2 в цементном камне (в расчете на CaO).
3.1.6. Прочность бетона R (t) в условиях коррозии
в
выщелачивания можно определить по формуле: R (t) = R гамма , где:
в о I
-5
R - исходная прочность, МПа; гамма = 1 - 1,5K - exp(33K) x 10 ,
о I
K = 0,1 при Q = 60% и K = 0,33 при Q = 30% общего количества
CaO CaO
CaO в цементе.
3.1.7. Коррозии первого вида подвержены в основном железобетонные конструкции резервуаров, подтапливаемые талыми водами. Повышение стойкости обеспечивается методами первичной защиты (используют бетоны со структурой высокой плотности, изготовленные на клинкерных, безусадочных цементах с уплотняющими и расширяющимися добавками) или вторичной защиты (пропитка полимеризующими составами, гидроизоляция мастичными полимерными покрытиями) по СНиП 2.03.11-85 [11].
3.1.8. При коррозии второго вида в бетоне протекают обменные реакции между составляющими цементного камня и химически агрессивными веществами - кислотами, солями кислот. В результате таких реакций образуются легкорастворимые соли или аморфные малорастворимые соединения. Ни те, ни другие не обладают вяжущими и защитными свойствами для стальной арматуры.
3.1.9. Прогноз полного разрушения слоя бетона R (t) = 0 на
в
глубину h в условиях второго вида коррозии вычисляется по
loc ____
зависимости h = K \/t , где: t - время эксплуатации; K
loc i экс экс i
зависит от концентрации кислот и принимается: при pH = 6К = 1,25
1
-3 -3
x 10 см/сут.; при pH = 4К = 4,5 x 10 ; при pH = 1K = 8,5 x
2 3
-2
10 .
3.1.10. Второму виду коррозии подвержены железобетонные конструкции резервуаров в условиях болотных вод (pH = 6), заболоченных грунтов. К этому виду коррозии относятся и процессы карбонизации бетона под действием углекислоты, образующейся при взаимодействии углекислого газа воздуха в поровой жидкости цементного камня. На начальной стадии карбонизации поверхностный слой бетона уплотняется вследствие выпадения в осадок карбоната кальция CaCO3 в порах бетона. При увеличении количества углекислоты образуется легкорастворимый бикарбонат кальция Ca(HCO3)2, который легко вымывается водой, образует натеки на поверхности, при этом возрастает пористость цементного камня. При карбонизации бетона защитного слоя создаются условия для коррозии арматуры. Наибольшая скорость карбонизации происходит при относительной влажности воздуха 50 - 60%. Замедление карбонизации вызывается уменьшением относительной влажности воздуха менее 50% и повышением ее свыше 85%.
3.1.11. В железобетонных резервуарах процессы карбонизации развиваются в бетоне защитного слоя из торкретбетона на наружной поверхности стенки и внутренних поверхностях конструкций покрытия (особенно в условиях повышенного давления и вакуума).
Глубину карбонизации защитного слоя (h ) можно оценивать в
loc
зависимости от В/Ц - водоцементного отношения в бетоне (растворе)
по формуле: h = 5,0В/Ц - 1,3Ki, где Ki зависит от времени
loc
эксплуатации t . При t = 5 лет К1 = 0,3; при t = 10 лет
экс экс экс
К2 = 0,1; при t = 20 лет К3 = 0,01.
экс
3.1.12. Защита бетона от развития процессов коррозии второго вида:
первичная защита - применение бетонов с низким В/Ц; использование цементов с наименьшим содержанием свободного Ca(OH)2 и минеральными добавками кремнезема, связывающими гидроксид кальция;
вторичная защита - изоляция поверхности бетона пропиточными, лакокрасочными полимерными материалами, облицовками (СНиП 2.03.11-85 [11]).
3.1.13. Коррозия бетона третьего вида наблюдается, когда в
результате капиллярного подсоса солевые растворы проникают в поры
бетона, затем при испарении грунтовых вод их концентрация
увеличивается и происходит кристаллизация с увеличением объема в
1,5 - 3 раза, что приводит сначала к уплотнению бетона, потом к
появлению трещин и, наконец, к разрушению. К этому виду коррозии
могут быть отнесены процессы, происходящие при действии грунтовых
-2
вод с повышенным содержанием сульфат - ионов SO4 (более 400 мг/л).
В результате взаимодействия происходит связывание алюминатов
цементного камня, образование и рост кристаллов
гидросульфоалюмината кальция (эттрингита, который увеличивается в
объеме в 4,76 раза) и гипса. Скорость коррозии зависит от
-2
концентрации SO4 в воде и от количества алюминатов в цементном
камне, а также от суммарной концентрации солей в грунтах.
3.1.14. Прочность бетона RB(t) в условиях развития коррозии бетона третьего вида можно определить по формуле: Rв(t) = = Rв гамма III, где гамма III зависит от содержания в бетоне связанных сульфат - ионов (в пересчете на SO3) во времени. При QSO3 = 5% гамма III = 0,9; при QSO3 = 10% гамма III = 0,5 и при QSO3 >= 15% гамма III = 0,1.
3.1.15. В резервуарах такой вид коррозии может иметь место в железобетонных конструкциях днищ, а также стен резервуаров, заглубленных и обвалованных грунтом, содержащим ионы сульфатов и хлоридов, или в условиях грунтовых вод.
3.1.16. Защита бетона от развития процессов коррозии третьего вида:
первичная защита - применение в бетонах цементов с низким содержанием алюминатов (ГОСТ 22266-94 [6]), минеральных, уплотняющих структуру добавок и специальных химических добавок (СНиП 2.03.11-85 [11]), бетонов с низким В/Ц;
вторичная защита - пропитка поверхностей полимерными полимеризующимися составами, покраска бетона полимерными мастичными покрытиями (СНиП 2.03.11-85 [11]).
3.1.17. В плотном неповрежденном бетоне стальная арматура находится в полной сохранности на протяжении длительного срока эксплуатации при любых условиях влажности окружающей среды, так как наличие щелочной поровой жидкости (pH ~= 12,5) у поверхности металла способствует сохранению пассивного состояния стали.
3.1.18. Коррозия арматуры в бетоне может возникать по следующим причинам:
уменьшение щелочности влаги ниже критической (pH < 11,8) путем выщелачивания или нейтрализации кислыми газами (карбонизация) гидроксида кальция Ca(OH)2;
введение в бетон коррозионно - активных добавок (главным образом, хлоридов) или их диффузия из внешней среды;
механическое или коррозионное разрушение защитного слоя бетона;
образование трещин в бетоне;
активирующее действие хлорид - ионов и сульфат - ионов, которые проникают к поверхности арматуры через дефекты структуры и трещины бетона.
3.1.19. Для арматуры считается опасным содержание хлоридов более 0,1 - 0,3% массы растворной части бетона. Коррозия стали в присутствии хлор - ионов имеет, как правило, язвенный характер.
3.1.20. Внезапный хрупкий обрыв в результате развития
коррозионных трещин может иметь место без уменьшения диаметра при
растрескивании кольцевой предварительно напряженной высокопрочной
арматуры В -II цилиндрических резервуаров (коррозия под
р
напряжением). Соблюдение требований СНиП 2.03.11-85 [11] по
трещиностойкости защитного слоя бетона исключает возможность
хрупкого обрыва высокопрочной преднапряженной арматуры. Толщина
защитного слоя при этом должна быть не менее 25 мм при марке
бетона на водонепроницаемость W6 и W8.
3.1.21. Хрупкий обрыв при растрескивании преднапряженной арматуры панелей стен, колонн, балок и плит покрытия не может произойти, так как эти конструкции армированы, как правило, механически упрочненной арматурой класса А-3 и А-4, в которой процессы такого характера не имеют места.
3.1.22. Для защиты арматуры от коррозии ее оголенные участки обрабатывают ингибиторами коррозии (нитраты, бура), затем восстанавливают и обеспечивают сохранность защитного слоя бетона от всех видов коррозии (п. п. 3.1.5, 3.1.8, 3.1.13) и от воздействия агрессивной среды (СНиП 2.03.11-85 [11]).
3.1.23. Прочность неповрежденного бетона при отсутствии коррозионных процессов увеличивается продолжительное время, измеряемое годами, так как в цементном камне всегда есть непрогидратированные зерна, которые, реагируя с водой, образуют новые соединения, упрочняющие бетон. Увеличение прочности может достигать 10 - 30% за 5 - 10 лет.
3.1.24. Прочность поврежденного бетона, наоборот, может уменьшаться в зависимости от скорости коррозии, разрушающей структуру цементного камня (раздел 3 настоящей Инструкции). Возможное уменьшение прочности бетона в длительные сроки необходимо рассматривать в каждом отдельном случае с оценкой агрессивности сред (СНиП 2.03.11-85 [11]), условий эксплуатации и контролем прочности неразрушающими методами (п. п. 6.4.9, 6.4.10) при полном техническом обследовании.