Действительные (средние) сроки эксплуатации

Средние сроки службы конструктивных элементов крупнопанельных зданий

3. Основные конструкции современных зданий и сооружений выполняются из бетона, железобетона или кирпича. Для этого ежегодно в Советском Союзе производилось более 130 млн. т цемента (больше, чем в любой другой стране), свыше 120 млн. м³ сборных железобетонных конструкций и около 50 млрд. штук кирпича. Наиболее ответственные капитальные и долговечные сооружения — железобетонные. Преждевременное их разрушение, потеря ими герметичности, теплозащитных и других эксплуатационных качеств приводят к нежелательным последствиям. Поэтому защита от коррозии всех конструкций из каменных материалов с целью обеспечения расчетных сроков их службы и поддержания требуемых эксплуатационных качеств зданий и сооружений имеет важное практическое значение.

По своей структуре искусственные каменные материалы (например, бетон) и естественные (например, известняк) сходны — они состоят из вяжущего вещества и заполнителя. Процессы их разрушения и методы защиты аналогичны и поэтому могут рассматриваться совместно, чаще применительно к бетону.

Каменные материалы по структуре и стойкости к агрессивным средам отличаются от металлов прежде всего высокой пористостью (бетонов—10—15 %, известняков— 15—30 %, керамики—5—35%), что способствует фильтрации воды, подсосу или конденсации влаги, проникновению агрессивных растворов в конструкцию. Если учесть и другую их особенность — сложный состав, а иногда и конгломератность (любой каменный материал состоит из нескольких минералов и его стойкость определяется наиболее слабым компонентом — вяжущим веществом), то станет ясно, что обеспечение стойкости и долговечности каменных конструкций представляет весьма специфическую и сложную задачу. Чем больше пористость материала и более разнороден его состав, тем ниже его стойкость в агрессивной среде. Именно поэтому такие пористые материалы, как ракушечник, шлакобетон и т. п., не применяются в агрессивной среде и защита бетонных конструкций от коррозии строится на увеличении их плотности и водонепроницаемости, а также на изоляции от агрессивной среды.

Распространено ошибочное мнение, будто прочность бетона в конструкциях всегда повышается благодаря гидратации зерен цемента. В действительности же среда, окружающая здания, в той или иной степени агрессивна и в сочетании с иными факторами, в частности с отрицательной температурой, разрушающе действует на бетонные и железобетонные конструкции. Поэтому нарастание прочности бетона в результате гидратации цемента не всегда компенсирует разрушающее действие агрессивной среды. Только неагрессивная и непроточная вода при влажности бетона 70—90 % и температуре +10; +30 °С способствует дальнейшему упрочению бетона при гидратации цемента.

Процесс разрушения каменных материалов очень сложен, так как зависит от многих факторов, имеющих переменный характер.

Бетонные конструкции разрушаются вследствие физико-химических и физико-механических процессов (табл.).

В бетонных конструкциях в зависимости от преобладающих признаков разрушения коррозия подразделяется на три вида: химическую, физико-химическую и физическую. При наличии арматуры и влаги (электролита) происходит электрохимическая коррозия.

Физическое (механическое) разрушение бетонных конструкций происходит в результате замораживания и оттаивания влаги в них, расклинивающего действия пролитых на бетон масел, эмульсий и смазок, кристаллизации солей при увлажнении конструкций минерализованными водами и последующего испарения влаги со свободной их поверхности, а также из-за механических внешних воздействий.

Скорость коррозии возрастает при одновременном воздействии на конструкцию физико-химических и механических факторов. Процессы коррозии и методы защиты от нее очень сложны и поэтому ниже рассматриваются подробно.

В прошлом в нашей стране по производству черных металлов мы занимали первое место. В строительстве ежегодно использовалось более 20 млн. т проката и свыше 10 млн. т труб; в стране возведено громадное количество сложных и ответственных сооружений с металлоконструкциями, металлической гидроизоляцией, инженерным оборудованием. Поэтому защита металлоконструкций и инженерного оборудования от коррозии и разрушения с целью повышения их надежности и долговечности является важной составной частью технической эксплуатации и ответственной задачей работников эксплуатационной службы.

По подсчетам специалистов, только прямые затраты на защиту, т. е. текущий ремонт конструкций и оборудования, ежегодно составляют астрономические суммы. Каждый год в стране выводится из употребления до 15% производимой стали; это значит, что на возмещение потерь от коррозии работает каждая шестая домна. А если учесть еще потери от простоя оборудования во время его ремонта, снижение его производительности и качества выпускаемой продукции, большие потери от аварий, то защиту от коррозии надо считать одной из важнейших народнохозяйственных задач.

Ущерб от коррозии измеряется не только потерей металла, но и преждевременным выходом из строя объектов. При этом следует подчеркнуть, что защита конструкций в ходе их возведения составляет около 1 % стоимости самого сооружения. Разработаны многие методы и средства защиты, которые надо правильно и повсеместно применять, тогда и потери от коррозии будут значительно снижены, надежность и долговечность сооружений существенно повысятся. Начнем с классификации видов коррозии и рассмотрения ее механизма, чтобы правильно решать вопросы как профилактики, так и защиты, восстановления конструкций.

Различают два основных вида коррозии металлических строительных конструкций: химическую и электрохимическую (рис.). Химическая коррозия протекает в газах и парах при высокой температуре и проявляется в окислении металла, электрохимическая коррозия — в электролитах при наличии гальванических пар. Последний вид коррозии наиболее распространен и приводит к наибольшим разрушениям, так как протекает в атмосферной и грунтовой влаге, в морской, речной и водопроводной воде, в производственных процессах и в быту.

Электрохимическую коррозию составляют три взаимосвязанных процесса: анодный, катодный и электролитический, в котором перемещаются анионы и катионы.

Анодный процесс — это переход в раствор ионов металла, их гидратация с отрицательно заряженными ионами электролита и образование нейтральных молекул.

Катодный процесс заключается в том, что положительно заряженные ионы (атомы), содержащиеся в электролите и способные восстанавливаться, получают от катода необходимые электроны (Н₂ или О₂) и разряжаются на нем, образуя нейтральные молекулы. Если катодный процесс протекает беспрепятственно, то и разрушение на аноде не затухает. Затухание катодного процесса называется поляризацией (рис.) и полезно для защиты металла от коррозии; она заключается в обрастании катода пузырьками водорода и пленками продуктов коррозии

Поляризация может возникнуть как в результате смещения заряда анода в положительную сторону (анодная поляризация), так и смещения заряда катода в отрицательную сторону (катодная поляризация). Например, приток к катоду кислорода вызывает реакцию с водородом, образование воды и освобождает поверхность катода для развития гальванического процесса. Таким образом, там, где имеется приток к конструкции кислорода, коррозия не прекращается.

Разрушению под действием электрохимической коррозии подвергаются только неоднородные, т. е. химически нечистые металлы с разными электродными потенциалами. Для основных металлов их величны следующие:

Металлы слева от водорода имеют отрицательный нормальный электродный потенциал и легко окисляются, а справа — положительный и менее подвержены окислению (благородные металлы). При погружении электродов любой пары металлов в электролит металл, стоящий левее в приведенном выше ряду, приобретает отрицательный потенциал и становится анодом, а металл, стоящий правее, —положительный и становится катодом.

Электродвижущая сила гальванического элемента, состоящего из двух электродов, равна разности двух нормальных потенциалов.

Например, ЭДС меди и цинка определяется так:

E = eCu —eZn = 0,34 —(— 0,76)= |1,10 В.

Для защиты металла от коррозии необходимо прекратить (подавить) действие гальванических элементов, что достигается наложенным током, и такой потенциал называется защитным.

Разновидностью электрохимической коррозии является почвенная коррозия, т. е. разрушение подземных металлоконструкций почвенной средой. Основной вид такой коррозии — разрушение металла в почвенной среде — электролите. Кроме того, в почве может происходить коррозия, вызванная блуждающими токами и воздействием бактерий. Можно полагать, что половина всех потерь металла подземных конструкций от коррозии приходится на почвенную коррозию. Для подземных металлоконструкций блуждающие токи представляют иногда большую опасность, чем почвенная коррозия. Известны примеры выхода из строя газопроводов под действием блуждающих токов еще до сдачи их в эксплуатацию.

Согласно электрохимической теории коррозии металлические сооружения рассматриваются как многоэлектродные гальванические элементы (рис.). Электрохимическая коррозия, по существу, напоминает работу гальванических элементов, так как любой металл строительных конструкций неоднороден. На металлоконструкциях, находящихся в грунте (а любой грунт содержит влагу и является электролитом), образуются микро- и макрогальванические элементы вследствие химической неоднородности металла, деформации отдельных участков, неоднородности внешних факторов (температуры, аэрации и др.)

Техническая эксплуатация зданий и сооружений.

Контрольная работа вариант № 2

1. Техническая эксплуатация стен.

2. Сроки службы здания в зависимости от его капитальности.

3. Причины, виды и механизмы коррозии каменных, железобетонных и металлических конструкций.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Комитет по науке и высшей школе

ФГОУ СПО «Санкт-Петербургский Архитектурно-строительный колледж»

Специальность «Строительство и эксплуатация зданий и сооружений»

Контрольная работа по предмету: «Техническая эксплуатация зданий и сооружений»

Выполнил студент группы 301-Сз-12:

Сорокин О. Л.

Шифр 42

Проверил преподаватель:

Воробьев Н. Н.

Санкт-Петербург

2015 г.