Бетоны. Бетоноведение

Ремонт и гидроизоляция железобетонных изделий

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

В данном разделе рассмотрены резервуары для питьевой воды, поступающей из горных водосборных бассейнов, контактные резервуары водоочистительных сооружений и емкости в сооружениях для очистки сточных вод, представляющих смесь хозяйственно-фекальных и промышленных сточных вод. Рекомендации данного раздела можно также использовать для акведуков, туннелей и емкостей для промышленных сточных вод, которые оказывают слабое агрессивное воздействие на бетон на портландцементе.

Резервуары для воды

В воде, поступающей из водосборных бассейнов плоскогорий, обычно содержатся органические кислоты и растворенная углекислота, которые могут понижать величину рН до 4  (ее обычный диапазон 4,5—6,5). В некоторых водах плоскогорий содержатся сернистая и серная кислоты, образующиеся из соединений серы в грунте в результате действия бактерии. При равных .концентрациях эти .минеральные кислоты гораздо агрессивнее органических (гуминоЕых), которые обычно содержатся в таких водах. В связи с этим необходимо брать соответствующее число проб для химических анализов в течение длительного периода времени. Такие анализы позволяют сравнивать не только значения ,рН, но и концентрации различных кислот, которые вызывают 'изменения рН. Максимальные, минимальные и средние значения концентраций агрессивных веществ по меньшей мере за один годичный цикл следует внести в таблицу. Во многих случаях будет заметно резкое изменение в химическом составе воды во время и сразу же после периодов сильных дождей. Химическая агрессия обычно проявляется в виде протравленной поверхности бетона, T.J е- цементный камень растворяется, а крупный заполнитель (если он инертен к слабым кислотам обнажается. В некоторых случаях эта коррозия может быть весьма) интенсивной.

Кислые воды гораздо более агрессивны к бетону на портландцементе, когда они текут по трубопроводам, желобам и т. п. или хранятся в резервуарах, чем когда они находятся в грунте (грунтовая вода), окружающем фундамент. Это объясняется тем, что кислоты в проточной воде постоянно обновляются, а продукты коррозии вымываются, подвергая химической агрессии обнаженную свежую поверхность бетона.

Чтобы противостоять такой агрессивной среде, следует применять бетон и раствор самого высокого качества. Это означает, что расход цемента должен быть не менее 360 кг на 1 м3 бетона, а водоцементное отношение — не более 0,45. При таком низком водоцементном отношении может потребоваться применение пластификатора. Кроме того, в качестве заполнителя рекомендуется использовать качественный известняк, а не кремнистый гравии или горные породы вулканического происхождения. Имеется единственное исключение — это когда химический состав воды агрессивен только к известняку, но такие случаи весьма редки. Бетон должен быть тщательно уплотнен и правильно выдержан. Получены данные о том, что свободная углекислота более агрессивна к портландцементу, чем гумичовая кислота. Состав смеси для раствора должен быть следующим: I ч. портландцемента на 3 ч. чистого остроугольного песка; воды .следует добавлять ровно столько, сколько требуется для получения удобоукладываемой смеси. В случае необходимости можно использовать пластификаторы. Цементный раствор рекомендуется наносить с помощью цемент-пушки (пневматическим способом), а не вручную, так как при правильном производстве работ это обеспечивает получение более плотного, прочного и водонепроницаемого  раствора.  Цемент,  песок  и  воду  наносят на бетон с большой скоростью, и .водоцементное отношение редко превышает 0,35.

После ремонта поврежденного бетона новым бетоном или раствор-ом, .нанесенным вручную пли с помощью цеменг-пушки, следует определить, требуется ли изоляционное покрытие. Во многих случаях вполне достаточно ограничиться слоем бетона или раствора большей толщины; в этом случае они будут выполнять функции дополнительного защитного слоя, причем очень важно обеспечить высокую плотность и низкую проницаемость бетона. Когда все это осуществляется на практике, а не обусловливается только в технических требованиях, тогда материал исключительно долговечен (если только в окружающей среде нет минеральных кислот в значительных концентрациях). Толщина дополнительного защитного слоя должна быть не менее 50 мм, желательно 75 мм. Однако следует учитывать, что при увеличении толщины бетона или торкрет-бетона на 75 мм со стороны внутренней поверхности акведука или туннеля соответственно уменьшается их пропускная способность, если не увеличить их первоначальный диаметр.

В том случае, когда применение дополнительного слоя бетона или раствора на портландцементе допустимой толщины не обеспечивает длительной защиты, следует рассмотреть и обсудить с фнрмой-изготовнтелем возможность использования глиноземистого цемента.

Если есть опасения, что химическая агрессия будет весьма суровой и что ни портландцемент, ни глиноземистый цемент не смогут сопротивляться ей длительное время, тогда следует применить защитную изоляцию. Если сооружение предназначено для хранения или транспортирования питьевой воды, изоляция должна быть нетоксичной, безвредной и стойкой к образованию плесени и бактерий. Желательно получить разрешение на использование такого материала в резервуарах для питьевой воды от крупного специалиста в области гидротехники.

При выполнении изоляции по месту применяют эпоксидные смолы, а из рулонных материалов — бутилкаучук и полнизо-бутилен. При использовании рулонного материала швы следует соединять внахлестку с помощью растворителя или горячим способом; листы принято приклеивать к бетонному основанию. Из наносимых по месту покрытий можно применять также битумные эмульсии (сорта, пригодные для питьевой воды), но они плохо сцепляются с влажным и мокрым бетоном, тогда как состав эпоксидных смол можно подбирать с учетом прочного сцепления в исключительно влажных условиях. Сведения о нанесении покрытий из таких материалов даны в главе 4. В случае применения предварительно изготовленного рулонного материала необходимо особенно следить за тем, чтобы его наносили выше уровня воды. Хотя используе: обладают достаточной водостойкостью, при ; жении в воду незащищенной кромки сцепление может уменьшиться. По этой причине при ремонте только части поверхности сооружения более экономичны материалы, па носим we по месту, если к покрытию не предъявляют особых требований, например максимальной эластичности. В последнем случае необходимо применять рулонные материалы.

Контактные резервуары и отстойники для сточных вод, в том числе от промышленных предприятий

Ниже рассмотрены контактные резервуары водоочистительных установок и отстойники для сточных вод, представляющих собой смесь хозяйственно-фекальных и промышленных сточных вод.

В воду контактных резервуаров с целью ее очистки спе

циально вводят химические вещества — сульфат алюминия

(алюминиевые квасцы), сульфат железа, соединения аммония

и серную кислоту. Все они агрессивны к бетону на портланд

цементе, причем степень агрессивности в значительной мере

зависит от их концентрации.

Хотя для многих емкостей достаточна защита, создаваемая самим высококачественным плотным и непроницаемым бетоном на сульфатостонком портландцементе, бывают и другие ситуации, которые требуют устройства защитной изоляции. Для средней степени защиты рекомендуется дополнительный слой бетона или торкрет-бетона на портландцементе. Кроме того, следует учитывать возможность использования торкрет-бетона на глиноземистом цементе.

Сточные воды из некоторых типов установок для деминерализации, которые будут рассмотрены в следующем разделе, могут быть исключительно агрессивны к портландцементу и глиноземистому цементу.

Отстойники для сточных вод, состоящих из хозяйственно-фекальных и промышленных сточных вод, могут быть особенно трудными объектами вследствие изменения их химического состава. Многое также зависит и от степени концентрации. Промышленные сточные воды часто сливают по ночам, когда в сухой период года по коллекторам протекает наименьшее количество сточных вод. Иногда температура этих промышленных отходов довольно высока, а это, в свою очередь, увеличивает их химическую активность.

Весьма существенно иметь как можно больше данных о количестве спускаемых промышленных отходов, их температуре и химическом составе, а также времени спуска. Для принятия обоснованного и экономичного решения необходимо учитывать все относящиеся к данной проблеме факторы. Основные положения, рассмотренные в начале этой главы, остаются в силе и, для.данного случая.

В следующем разделе рассмотрены вопросы, связанные с агрессивным воздействием на бетон в системе самого коллектора, в частности проблема двухстадийного действия бактерий, в результате которого образуется серная кислота.

Перегниватели ила

Сведения о емкостях, предназначенных для перегнпвания ила при повышенных температурах, приведены в данном разделе (а не в главе 4) из-за некоторых характерных особенностей их эксплуатации.

В настоящее время нлоперегниватели принято включать во все установки для очистки сточных вод. Как правило, они круглые в плане и имеют купольное покрытие. Стены и дно устраивают из железобетона (иногда стены пз преднапряжен-ного железобетона), а покрытие — из оцинкованной стали, железобетона или армированного торкрет-бетона. Оборудование для нагревания и перемешивания устанавливается внутри нлоперегннвателя. Температура ила, как правило, находится в пределах 25—30° С, оптимальное значение рН = 7—7,7. Это значит, что среда ила в емкости должна быть нейтральной или щелочной. В процессе перегнивания ила выделяется большое количество газа. Газ состоит из метана (70%) и углекислого газа (25%), в оставшиеся 5% входят сероводород и другие газы.

Важно, чтобы вся емкость выше среднего уровня ила была достаточно газонепроницаемой, а стены и дно непроницаемы для жидкости. Хотя бетон не входит в категорию газонепроницаемых материалов, качественный плотный бетон удовлетворительно справляется с этой задачей в илоперегнивателях благодаря низкому давлению. Однако при утечке газа следует прежде всего обследовать швы: если они в порядке, а поврежден сам бетон, то неисправность можно устранить путем нанесения двух слоев соответствующей краски на внутреннюю поверхность покрытия и верхней части стен. Материал, выбранный для покрытия, должен быть долговечным в условиях эксплуатации, которые включают циклические температурные деформации сооружения. При температуре 30е С внутри емкости и наружной температуре —10°С в стенах и покрытии будет возникать значительный, часто меняющийся в зависимости от погодных условий перепад температур.

Наиболее часто встречающиеся повреждения в илоперегнивателях—это утечка газа и химическое воздействие на бетон. Могут быть, конечно, и другие дефекты, например трещины в бетоне и неисправные швы, которые обычно встречаются в железобетонных сооружениях, но они были рассмотрены в других главах этой книги.

Автор хотел бы подчеркнуть необходимость принятия строгих мер безопасности, когда люди входят в илоперегнпватели для осмотра, так как там могут быть такие опасные газы, как метан, углекислый газ, сероводород и др.

Потери  (утечка) газа

Участки и отдельные точки, где происходят утечки газа, можно легко обнаружить с помощью мыльного раствора, нанесенного на наружную поверхность. Желательно герметизировать проницаемые участки бетона и швы с внутренней стороны, но для этого придется на какое-то время отключить илоперегниватель, а это не всегда целесообразно. В таких случаях следует применять герметизацию наружной поверхности. Для этого следует максимально уменьшить давление газа (которое вообще невысокое и редко превышает 0,0015— 0,002 МПа). Если утечка газа происходит через участки пористого бетона, то их следует инъектировать цементным раствором под давлением (см. главу 4) или уплотнять, нанося на поверхность раствор или смолу. В обоих случаях первый слой используемого для ремонта материала должен быстро схватываться, особенно в случае нанесения его на поверхность.

Трещины ремонтировать труднее вследствие температурных деформации сооружения, о которых уже упоминалось. Методика заделки трещин подробно рассмотрена в главе 3, и принципы, изложенные в ней, применимы и для данного случая. Материал для пнъектирования в трещины или для заделки расшитых трещин, должен обладать соответствующей степенью эластичности и быть устойчивым к действию газов, выделяемых при гниении ила.

Предварительно изготовленные неопреновые накладки, вероятно, будут самым долговечным материалом для герметизации швов, но стенки шва в этом случае должны быть правильной формы и гладкими. Недавно в Великобритании появилась неопреновая накладка швеллерного сечения, применение которой устраняет трудности связанные с неровной поверхностью существующих швов

Химическое воздействие на бетон

Повреждения этого вида проявляются вначале в виде течи через швы или трещины в стенах вместе с появлением ржавых пятен вследствие коррозии арматуры. Степень повреждений и методы ремонта можно точно установить только после тщательной очистки внутренней поверхности нлоперегнпвателя. Для таких работ рекомендуется использовать напорную струю воды (см. главу 5).

Химическое воздействие проявляется обычно в виде неглубокой или глубокой коррозии поверхности бетона с большей степенью разрушения в стыках и трещинах (исключение составляют те редкие случаи, когда в нормальной работе ило-перегнивателя наблюдаются серьезные нарушения). Для процесса перегнивания ила значение рН в емкости должно быть немного выше 7. Однако рН вновь загруженного необработанного ила может составлять 6.

Опыт автора показывает, что когда химическое воздействие все-таки происходит, оно, как правило, бывает на уровне или выше среднего уровня ила. Все свидетельствует о том, что разрушение появляется в результате действия серной кислоты, которая образуется вследствие двухстадийного действия бактерий. Последние превращают сероводород, содержащийся в газе ила, в H2S04. Детали этого процесса будут рассмотрены в следующих разделах главы. В основном сероводород образуется анаэробными бактериями в перегнивающем иле, затем аэробные бактерии в присутствии влаги превращают газ в серную кислоту. Теоретически в объеме над перегнивающим илом не должно быть кислорода, но на практике его достаточно для размножения (по крайней мере периодически) аэробных бактерий.

Это может вызвать недоумение, потому что количество сероводорода (H2S) в газе ила весьма невелико. Однако вряд ли можно сомневаться в том, что превращение H2S в H2S04 иногда действительно происходит. Автор обнаружил желтый порошок на внутренней поверхности покрытия илоперегнивателя, анализ которого показал, что иа 70% он состоит из элементарной серы. Сера и H2S в отдельности не агрессивны к бетону. Рекомендации по защите бетона в таких случаях будут даны в этой главе в разделе, посвященном ремонту и защите канализационных труб.

Электростатические установки для улавливания газов из дымовых труб

Электростатические установки применяют в различных отраслях промышленности, где газы, выходящие из дымовых труб,  содержат  большое   количество   мелких  частиц,  которые по той или иной причине следует удалить до того, как газ будет выпущен ц атмосферу.

Некоторые газы дымовых труб содержат серу л другие соединения, которые агрессивны к бетону. Как правило, они не опасны до тех пор, пока температура газа значительно выше точки росы, что исключает наличие влаги. Как уже указывалось, химические вещества в сухом состоянии редко оказывают на бетон химическое воздействие. Когда повреждения в таких установках все же происходят, они обычно расположены на выходе из дымовой трубы, где самая низкая температура. Химическое воздействие, вероятно, будет протекать медленно в течение нескольких лет.

Прежде чем принимать соответствующие меры защиты, следует точно определить, какие химические вещества оказывают агрессивное воздействие. Если (как это часто бывает) установлено, что агрессивное воздействие вызвано сочетанием кислот, сульфатов и аммония, то эффективной мерой будет, вероятно, применение торкрет-бетона на глиноземистом цементе, используемого при облицовке промышленных дымоходов. Ремонт зданий и емкостей для воды торкрет-бетоном рассмотрен в главах 3 и 4, все изложенные там принципы применимы и для данного случая.

Для защиты "неповрежденного бетона на портландцементе можно рассмотреть возможность использования фирменного химически- и жаростойкого состава, который был применен в дымовых трубах в Дрэкс Пауа Стей'шн, описанный в последующих разделах этой главы.

В начале этой главы проблемы бетонных фундаментов, pat положенных в местах промышленных свалок, были рассмо-рены с точки зрения защиты бетона от химической агрессии Туннели должны иметь обделку, и за исключением тех слу чаев, когда они проходят через сплошную скальную породу эта обделка выполняется из чугунных сегментов на болта: сборных бетонных сегментов (на болтах или без них) или монолитного бетона. Все эти материалы требуют защиты, когда грунт, окружающий туннель, агрессивен. Как уже упоминалось, в местах свалок промышленных отходов встречаются самые разнообразные химические вещества, поэтому нужно защищать именно наружную поверхность обделки. Значительное разрушение обделки туннеля — безусловно, весьма серьезная проблема. Срок эксплуатации коллектора туннельного типа обычно рассчитан не менее чем на 80—100 лет.

При ремонте   туннелей за   обделку   принято нагнетать цементный раствор под давлением. Состав раствора можно подбирать так, чтобы он был устойчив к действию многих химических веществ. Следует, однако, помнить, что цементация под давлением не обеспечивает нн сплошного внешнего защитного покрытия, нн 100%-ной пропитки окружающего туннель грунта, и хотя площадь контакта наружной поверхности обделки с агрессивными грунтом пли грунтовой водой может значительно уменьшиться, все еще будут оставаться места с неполной изоляцией.

Кроме цементации можно рекомендовать следующие меры защиты:

а) применять бетон на глиноземистом цементе, а не на портландцементе, это для данного случая одобрено фирмой-изготовителем;

'б) устраивать дополнительный защитный слой бетона;

в) устраивать защитное покрытие из раствора на эпоксидной смоле на наружной поверхности и в местах соединений обделки из сборных бетонных сегментов (само собой разумеется, что этот метод применяется только для элементов из сборного бетона).

Защитные мероприятия, рассмотренные выше, применимы только при строительстве новых туннелей. Естественно возникает вопрос, что же можно сделать в тех случаях, когда признаки разрушения, вызванного химическим воздействием агрессивной грунтовой воды, обнаружены на обделке уже эксплуатируемых туннелей? Единственным практически осуществимым решением в таком случае является, очевидно, нагнетание цементного раствора под давлением, если не считать замены старой обделки новым более прочным материалом. Но даже в последнем случае для обеспечения дополнительной защиты следует применять цементацию. Прежде всего необходимо провести подробно обследование с целью возможно точного определения источника агрессивных химических веществ и границы загрязненного грунта по высоте и площади. Например, на площадке могут быть особые условия, свидетельствующие о том, что устройство диафрагмы значительно снизило бы поток агрессивных грунтовых вод вдоль туннеля. Если устройство диафрагмы дополнить введением химических веществ в грунт между диафрагмой и туннелем, можно добиться хороших результатов.