Бетоны. Бетоноведение

Ремонт и гидроизоляция железобетонных изделий

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Очистка и подготовка поверхности

Научно-исследовательские работы, проведенные Ассоциацией по научным исследованиям и информации в строительной промышленности (CIRIA), показали, что напорная струя воды может очищать стальные конструкции не менее эффективно, чем струя дроби или крупного песка. Работы в этой области продолжаются. То, что напорная струя воды кроме ржавчины и окалины удаляет с обрабатываемой поверхности все или почти все следы агрессивных химических веществ, дает основание полагать, что такой метод очистки является наиболее совершенным. Дробеструйная или пескоструйная обработка не удаляет молекул агрессивных химических веществ, которые впоследствии могут стать источником новой агрессин стали после ремонта.

Вполне логично распространить этот метод и на бетон. Напорную струю воды можно использовать для резки бетона, обнажения крупного заполнителя, удаления цементного молока, разрушенного бетона, морских наростов, отложений и старого защитного слоя. Метод этот внедрялся медленно в силу целого ряда причин, в том числе присущей строительной промышленности инерции, недостаточной информации со стороны поставщиков оборудования, стоимости самого оборудования (насос, мотор, гидравлический пистолет, удлинительные насадки, регулирующие клапаны и т. д.).

Автор имел возможность видеть оборудование для создания напорной струи воды, которую использовали при вырезании отверстий в бетоне и получения бетонной поверхности с обнаженным заполнителем перед укладкой по ней выравнивающего слоя п стяжки. Работы были выполнены быстро и эффективно, без вибрации, шума и пыли, вызываемых отбойными инструментами и пескоструйной обработкой. При выполнении работ на бетоне давление, необходимое для придания требуемой скорости на выходе из сопла, составляло примерно 40 МПа. Расход воды — незначительный. Для работ, рассмотренных в этой монографии, он, вероятно, составит около 55 л/мин, из которых 30% улетучивается в виде водяного пара и брызг. Следовательно, удаление использованной воды не представляет значительных трудностей.

Применение высоких давлений, о которых упоминалось ранее, часто вызывает беспокойство у будущих заказчиков. Вода является практически несжимаемой. В момент выхода из сопла струя воды не стеснена и сохраняет свою скорость. Использование напорной струи воды имеет огромное преимущество: она исключает вибрацию, шум и пыль; поверхность бетона остается чистой и влажной, "что обеспечивает хорошее сцепление с последующими слоями бетона или раствора.

В процессе ремонта или реконструкции железобетонных сооружений приходится часто вырезать отверстия и пазы в бетонных стенах и фундаментах. Эти работы можно выполнять с помощью различного оборудования: отбойных инструментов, сверл, газового резака, алмазного сверления (вразбежку), напорной струи воды.

Опыт автора показывает, что если применение воды не вызывает возражений, то использование напорной струи воды является наиболее эффективным средством, позволяющим быстро и чисто выполнять вышеупомянутые операции. Напорная струя воды не режет арматуру, и поэтому ее приходится в случае необходимости резать отдельно. Если же необходимо сохранить арматуру, применение .газового резака или алмазного сверления исключается. Примером этому может служить сооружение новой бетонной стены, конструктивно связанной с существующей.

Штраба в бетоне, подготовленная для укладки нового бетона. Толщина стены 225 — 300 мм, высота 6 м. Штраба сужалась с 300 мм на наружной стороне до 50 мм на внутренней. Все работы были закончены за 7,5 ч.

Морская вода очень агрессивна к черным металлам. Хотя качественный плотный водонепроницаемый бетон соответствующей толщины защищает арматуру, »та защита будет действовать только до тех нор, пока не нарушай целостность защитного слоя. Наличие небольших участков относительно пористого (недоуплотненного) бетона, уменьшение толщины защитного слоя, температурно-усадочные трещины, механические повреждения бетона — все это может в конечном итоге привести к тому, что морская вода проникнет к арматуре. После того как коррозия началась, она будет все более развиваться, так как продукт коррозии (ржавчина) вызывают выкрашивание и растрескивание бетона, увеличивая тем самым доступ морской воды к стали.

Рано или поздно все морские сооружения требуют ремонта, и это всегда связано со значительными расходами. Коррозия стали под воздействием морской воды — электрохимический процесс, и поэтому логично (даже если и трудно на практике) защищать сталь электрическими средствами, т. е. создавать катодную защиту. Для стальных сооружений, таких, как пристани, и для стальных подземных трубопроводов принято устраивать катодную защиту. Этот вид защиты применяют в дополнение к стандартному методу создания защитного слоя. Осуществлять катодную защиту арматуры железобетонных сооружений в морской воде легче, чем в сооружениях, построенных на суше, в связи с тем что морская вода образует электролит. Катодная защита была успешно применена в ряде железобетонных морских сооружений. Опубликованная информация свидетельствует о том, что в настоящее время этому методу защиты уделяется большее, чем это было в прошлом, внимание. Однако прежде чем внедрять его в практику защиты арматуры морских сооружений, необходимо преодолеть массу трудностей и разрешить многие проблемы.

В настоящее время железобетон применяют при строительстве платформ для добычи нефти в море на гораздо большей глубине, чем глубина, которая считалась предельной всего лишь несколько лет тому назад. Пока еще никто достоверно не знает, как правильно эксплуатировать и когда проводить ремонт этих огромных сооружений. Вряд ли будет разрушаться сам бетон; слабым звеном является стальная арматура. Автор считает, что катодную защиту можно применять более широко, но это требует проведения научно-исследовательских работ и опытно-конструкторских разработок.

Некоторые работы, посвященные катодной защите, включены в библиографию в конце главы. Однако опубликованные материалы связаны,  как" правило,  с теоретическими и лабораторными изысканиями и испытаниями на небольших образцах, а не с применением данного метода защиты арматуры .в реальных сооружениях. Основные трудности связаны с вопросом сцепления арматуры в бетоне для обеспечения электропроводимости и устройством такого «пути» для электрического тока от катода в стальной арматуре к аноду и обратно, который не был бы слишком «трудным». Другими словами, сопротивление не должно быть слишком высоким. Сопротивление в сухом бетоне гораздо выше, чем во влажном.

Обычным методом защиты стали от коррозии в стальных конструкциях, сооружениях над поверхностью грунта является нанесение покрытий. Материалом для таких покрытий могут служить другой металл (например, при цинковании и напылении), различные системы красок или недавно появившиеся пластмассовые пленки.

В главе 2 было отмечено, что коррозия металлов в проводящей среде является электрохимическим процессом. Это обусловлено тем, что все металлы стремятся вернуться в свое естественное состояние. Незащищенная сталь во влажной среде корродирует вследствие разницы электрических потенциалов на поверхности самого металла. Эти участки образуют аноды и катоды, которые, согласно определению, пропускают электрический ток от анода к катоду. Следует отметить, что поток электронов, который, по существу, представляет часть того же самого процесса, движется в обратном направлении. Число и степень последующих электрохимических реакции приводят к созданию непрерывного электрического тока, который образует множество небольших анодных и катодных участков. В стальных и некоторых других сооружениях, выполненных из сплавов и заглубленных в грунт или погруженных в воду (например, морские сооружения), для защиты от коррозии часто применяют электрические методы, называемые «катодной защитой». Ее осуществляют, как правило, с помощью постоянного тока от внешнего источника, подаваемого непрерывно. В данной монографии невозможно, да и нецелесообразно подробно рассматривать теорию и практику использования катодной защиты, поэтому здесь будут кратко освещены лишь ее основные принципы.

Когда в электролите соединяют два разнородных металла, то возникает электрический ток. Например, если соединяют сталь и цинк, то ток идет от цинка к стали, потому что цинк служит анодом по отношению к стали. Эта реакция происходит лишь в том случае, когда между двумя разнородными металлами имеется электролит. Таким электролитом может быть не только вода, поскольку интенсивная коррозия происходит в различных грунтах, начиная от влажной глины и кончая скалой. В упомянутом выше сочетании цинк—сталь цинк будет корродировать, а сталь — нет; в конечном итоге коррозия стали замедляется в силу того, что   анодный   материал   «жертвует»  собой ради защиты стали. Отсюда термин «защита с помощью жертвенных анодов».

С другой стороны, можно получить такой же результат, если приложить к конструкции регулируемый постоянный ток от источника переменного тока, дизельных генераторов, термоэлектрических установок, солнечных элементов или даже от ветряных мельниц с высоким коэффициентом полезного действия. Конструкция присоединяется к отрицательному источнику (катоду), а положительный источник — к введенному аноду, обладающему полуинертными (некорродирующими) свойствами. Этот метод называется методом «наложенного тока».

Таким образом, существует два практических способа устройства катодной защиты.

2.         Применение тока от внешнего источника, достаточно интенсивного для того, чтобы «поглотить» ток коррозии. Наложенный ток является постоянным с положительным полюсом отдачи, присоединенным к специально устроенному вводу, и отрицательным, присоединенным к защищаемой конструкции. Теоретически анод может быть сделан из любого материала, проводящего электричество, но на практике выбор соответствующих материалов ограничен в связи с необходимостью обеспечить долговечность системы. Аноды этой системы сравнительно инертны и рассчитаны на гораздо больший срок, чем жертвенные аноды. При правильном выборе и использовании в запроектированной системе такие аноды должны служить более 20 лет. Основой применяемых в настоящее время материалов являются графит, высококремнистый чугун, платинированный титан, танталовые, ниобиевые и свинцово-серебряные сплавы, которые используют главным образом в морских установках. Хотя платина и ее сплавы — дорогие металлы, они начинают вытеснять другие материалы, благодаря своим электрохимическим свойствам и небольшой массе.

При рассмотрении проблемы   катодной защиты сооружения возникают вопросы, на которые  следует   дать исчерпывающие

1)         каковы площадь защищаемой поверхности и ее обработка (например обнаженная, старая краска, новое качественное покрытие) ?

2)         что собой представляет среда, окружающая сооружение (например влажность, рН, химические характеристики)?'

3)         какой вид защиты наиболее эффективен для данного случая — жертвенные аноды, или наложенный ток?

4)         какова общая конфигурация цепи, в том числе количество, место установки и тип используемых анодов?.

5)         не течет ли защитный ток вне защищаемой системы? в сомнительных случаях следует либо изменить местоположение анодов, либо провести испытания на интерференцию.

Степень коррозионной активности среды обратно пропорциональна удельной проводимости; наиболее эффективным методом оценки электролита любой формы (жидкого или твердого) является определение его электрического удельного сопротивления с помощью специального оборудования.

Ниже в общем виде представлено соотношение между степенью агрессивности окружающей среды и ее удельным сопротивлением (по данным Британского института стандартов, нормы СР 1021, 1973, катодная защита).