Мендигали А.Д.
ТЕХНОЛОГИИ В ПРЕДОТВРАЩЕНИИ И БОРЬБЕ С КОРРОЗИЕЙ В ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЯХ *
Аннотация:
данная научная статья описывает современные технологии, используемые для предотвращения и борьбы с коррозией в железобетонных конструкциях. В статье освещены различные методы, такие как применение антикоррозионных добавок, защитных покрытий, электрохимических методов защиты, а также систем мониторинга состояния конструкций. Авторы приводят анализ эффективности данных методов и предоставляют примеры их применения в современной практике строительства.
Ключевые слова:
коррозия, железобетонные конструкции, антикоррозионные технологи, защитные покрытии, мониторинг состояния, долговечность, строительные материалы
Коррозия в железобетонных конструкциях является одной из основных проблем, с которой сталкиваются инженеры и архитекторы. Необходимость в эффективных технологиях предотвращения и борьбы с коррозией становится все более актуальной в современном мире, где строительство и реконструкция инфраструктуры играют ключевую роль в развитии общества. В данной статье мы рассмотрим основные направления и современные технологии, применяемые для предотвращения коррозии в железобетонных конструкциях, и их практическое применение.Исследования показывают, что применение антикоррозионных добавок в бетоне, таких как адмиксы на основе цинка или фосфата, способствует существенному снижению скорости коррозии арматуры [1]. Защитные покрытия, такие как эпоксидные смолы или цинковые покрытия, обеспечивают долговечную защиту от воздействия агрессивных сред, таких как соли и химические соединения. Электрохимические методы, такие как анодная и катодная защита, позволяют активно контролировать процессы коррозии и предотвращать их развитие [2].Однако, эффективность каждой из этих технологий зависит от ряда факторов, таких как климатические условия, химический состав почвы, интенсивность эксплуатации и т.д. Поэтому важно выбирать подходящие технологии с учетом конкретных условий.Основные направления:1.Использование специализированных антикоррозионных добавок: Эти добавки добавляются в состав бетона и могут включать в себя соединения цинка, фосфата и другие адмиксы. Они помогают уменьшить скорость коррозии арматуры за счет создания защитного слоя на поверхности стали и улучшения химического состава бетона, что способствует снижению проникновения вредных веществ в материал [3].2.Применение защитных покрытий: Защитные покрытия могут предоставить физический барьер между арматурой и агрессивными средами. Эти покрытия могут быть нанесены на поверхность бетона после его заливки и затвердевания. Эпоксидные смолы и цинковые покрытия являются примерами таких защитных покрытий [2].3.Электрохимические методы защиты: Эти методы включают анодную и катодную защиту, которые используют электрический ток для контроля и управления коррозионными процессами. Анодная защита включает в себя подключение анода к арматуре, чтобы привлечь коррозионные ионы, тогда как катодная защита использует катоды для уменьшения электрического потенциала металла [2].4.Системы мониторинга состояния конструкций: Внедрение систем мониторинга позволяет рано обнаруживать признаки коррозии и проводить профилактические мероприятия для предотвращения серьезных повреждений. Эти системы могут включать в себя использование сенсоров для измерения температуры, влажности, электрического потенциала и других параметров, которые могут свидетельствовать о наличии коррозии [4].Каждая из указанных технологий имеет свои преимущества и ограничения, которые необходимо учитывать при выборе наиболее подходящего метода для конкретного проекта. Например, антикоррозионные добавки обеспечивают защиту арматуры на молекулярном уровне, защитные покрытия создают барьер для внешних агрессивных сред, а электрохимические методы позволяют активно контролировать процессы коррозии. Системы мониторинга состояния конструкций играют важную роль в раннем выявлении и прогнозировании развития коррозии [4].Применение этих технологий в реальных условиях строительства требует комплексного подхода и индивидуального подбора методов в зависимости от конкретных условий эксплуатации и требований к конструкции. Например, в зонах с высоким содержанием хлоридов в почве или в агрессивных промышленных средах может быть эффективным применение антикоррозионных добавок с высоким содержанием цинка или фосфата [1]. Для конструкций, находящихся в высококоррозионных зонах, где агрессивные среды могут легко проникать через защитные покрытия, может быть рекомендована дополнительная анодная защита [2].Целью нашего исследования является проведение анализа современных технологий в области предотвращения и борьбы с коррозией в железобетонных конструкциях. Мы стремимся выявить эффективные методы защиты, оценить их применимость в различных условиях эксплуатации и предложить рекомендации для использования на практике. Наша цель состоит в том, чтобы внести вклад в повышение долговечности и надежности железобетонных конструкций, сокращение затрат на их обслуживание и ремонт, а также обеспечение безопасности и устойчивости инфраструктуры в целом.Железобетонные конструкции во всем мире приходят в негодность из-за коррозии арматуры. В этой статье рассматриваются ограничения традиционных методов борьбы с коррозией и подчеркиваются преимущества систем катодной защиты с расходуемым анодом. В отличие от традиционных методов, таких как заплаточный ремонт и нанесение покрытий, в системах с расходуемым анодом используется высокопористый щелочной раствор, покрывающий химически активные металлы, обеспечивая превосходную защиту от коррозии. Такой подход не только предотвращает коррозию, но и эффективно устраняет существующий износ, что делает его высокоэффективным решением для защиты инфраструктуры [9].Поврежденный коррозией участок можно отремонтировать, заменив бетон, загрязненный хлоридами, бетоном, не содержащим хлоридов. Этот процесс переводит ранее активную сталь в пассивное состояние, останавливая коррозию. Однако этот переход в пассивное состояние также повышает потенциал стали с крайне отрицательного значения до значительно более положительного, сводя на нет естественный эффект катодной защиты, который изначально присутствовал [10, 11]. Пороговое содержание хлоридов в окружающей среде может быть ниже текущей локальной концентрации хлоридов, что потенциально может привести к быстрому началу активной коррозии [12]. Этот неблагоприятный результат называется коррозией макроэлементов, возникающей вокруг отремонтированного участка [13].На практике восстановление антикоррозионной защиты бетона с помощью анодно-катодной защиты в восстановленном месте не требует безупречного ремонта. Достаточно устранить только физические повреждения, без тщательного удаления загрязненного хлоридами бетона или тщательной очистки стали от ржавчины. В таких случаях при оценке анодов возникают колебания из-за текущей потребности арматурного узла, которая может либо оставаться стабильно высокой в течение длительного времени, либо быстро снижаться на ранних стадиях испытаний. Эта изменчивость зависит от таких факторов, как исходное состояние стальной поверхности, незначительные изменения в составе поровой воды или содержание влаги в бетоне [14, 15]. При применении катодной защиты с расходуемым анодом на ремонтируемом бетонном покрытии накопление продуктов коррозии на поверхности арматурного стержня может препятствовать протеканию ионного тока или даже вызывать пассивацию поверхности анода, что приводит к невозможности обеспечения защиты [16, 17].Основной причиной такого ухудшения является коррозия стальных арматурных стержней, вызываемая хлоридами. Хлориды в основном образуются из морской воды и при широком использовании противогололедных реагентов на основе соли, особенно в зимний период. Были разработаны и внедрены различные меры для борьбы с вызванной хлоридами коррозией стальных арматурных стержней и последующим износом. Первые меры включали снижение водоцементного соотношения бетона для минимизации проницаемости и увеличение толщины бетонного покрытия стальных арматурных стержней. Кроме того, с помощью добавок можно снизить проницаемость бетона. Хотя эти меры, как правило, не приводят к полному прекращению коррозии, они продлевают срок службы железобетонных конструкций, замедляя процесс коррозии [18].В середине 1970-х годов была внедрена арматурная сталь с эпоксидным покрытием (ECR) в качестве метода снижения износа бетона, вызванного коррозией арматурной стали, и увеличения срока службы дорожных конструкций. Эпоксидное покрытие действует как барьерная система, предотвращающая попадание влаги и хлоридов на поверхность арматурной стали и инициирующая реакцию. Однако были высказаны опасения по поводу эксплуатационных характеристик арматуры с эпоксидным покрытием в средах с высоким содержанием хлоридов, таких как морская среда, где в течение трех лет происходят поломки. Хотя многие мостовые перекрытия, построенные из арматурной стали с эпоксидным покрытием, не проявляют признаков износа даже по прошествии более чем двадцати лет, есть данные, свидетельствующие о том, что арматура с эпоксидным покрытием все еще может подвергаться коррозии в течение срока службы конструкции [18].Хотя бетон кажется прочным, он не является полностью непроницаемым. Как утверждают Крест и др., "Избыток воды, не необходимый для увлажнения, в конечном итоге испаряется, в результате чего образуется взаимосвязанная сеть капиллярных пор". Диаметр этих пор колеблется от 15 до 1000 ангстрем (один ангстрем равен 1х10-10м). Однако некоторые ионы, такие как хлориды, могут проникать в бетон и проникать в арматурную сталь, поскольку их диаметр меньше диаметра капиллярных пор (см. таблицу 1) [19].Таблица 1. Радиусы проникающих ионов. Для снижения проницаемости бетона можно использовать различные материалы, такие как пуццоланы (микрокремнезем, летучая зола, кремнеземный дым и т.д.) или модифицированный полимерами бетон. Пуццоланы повышают прочность, плотность, непроницаемость и сцепление бетона. Хотя пуццоланы могут частично заменить цемент в бетонной смеси, их дозировку необходимо тщательно контролировать. Чрезмерная концентрация пуццоланов может привести к таким проблемам, как растрескивание при усадке пластика и снижение щелочности из-за использования Ca(OH)2 в пуццолановой реакции. Кроме того, необходимо следить за процедурами затвердевания, поскольку пуццоланы уменьшают выделение воды [20,21].При использовании в качестве ремонтного материала модифицированный полимерами бетон (в том числе модифицированный латексом, акрилом, поливинилацетатом и т.д.) снижает проницаемость и повышает прочность сцепления с основанием. Кроме того, модифицированный полимерами бетон обладает превосходной химической стойкостью к щелочам и разбавленным кислотам по сравнению с обычным бетоном. Однако включение латексных добавок может привести к увеличению ползучести при изгибе в условиях высокой влажности, снижению модуля упругости ремонтного материала и необходимости быстрой отделки и затвердевания [20].Снижения проницаемости также можно добиться, выбрав бетон с низким соотношением воды и цементного вещества (в/ц). Кроме того, обеспечение достаточного бетонного покрытия повысит защиту арматурной стали за счет увеличения времени, необходимого для того, чтобы ионы достигли ее. В настоящее время ACI 201.2R рекомендует использовать бетон, подверженный воздействию противогололедных солей, с максимальной толщиной покрытия 0,40 в/ц и толщиной покрытия не менее 2 дюймов. Кроме того, рекомендуется указывать расчетную толщину покрытия 2,6 дюйма с учетом строительных допусков [22].Однако низкое соотношение воды и цементного раствора (в/ц) само по себе не гарантирует низкую проницаемость бетона. Крайне важно, чтобы бетон был надлежащим образом распределен, эффективно затвердел и ему было предоставлено достаточное время для надлежащего затвердевания [22].В заключении статьи можно подчеркнуть важность и актуальность проблемы коррозии в железобетонных конструкциях, особенно в контексте строительства и реконструкции инфраструктуры в современном мире. Обсуждаются различные технологии и методы борьбы с коррозией. Кроме того, подчеркивается важность комплексного подхода и индивидуального подбора методов в зависимости от конкретных условий эксплуатации и требований к конструкции. Специальное внимание уделено системам катодной защиты с расходуемым анодом, которые представляют собой эффективное решение для предотвращения коррозии и восстановления антикоррозионной защиты в поврежденных участках. Особое внимание уделяется проблеме коррозии, вызванной хлоридами, которые могут проникать в бетон и арматурную сталь, особенно в морской среде или при использовании противогололедных реагентов на основе соли. Различные меры для борьбы с этими проблемами включают снижение водоцементного соотношения бетона, увеличение толщины бетонного покрытия и использование арматурной стали с эпоксидным покрытием. Однако важно учитывать потенциальные ограничения, такие как коррозия макроэлементов, которая может возникнуть вокруг отремонтированных участков. В заключении подчеркивается, что целью данного исследования является выявление эффективных методов борьбы с коррозией, их оценка на практике и предложение рекомендаций для использования на практике с целью повышения долговечности и надежности железобетонных конструкций, сокращения затрат на их обслуживание и ремонт, а также обеспечения безопасности и устойчивости инфраструктуры в целом.
Номер журнала Вестник науки №4 (73) том 2
Ссылка для цитирования:
Мендигали А.Д. ТЕХНОЛОГИИ В ПРЕДОТВРАЩЕНИИ И БОРЬБЕ С КОРРОЗИЕЙ В ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЯХ // Вестник науки №4 (73) том 2. С. 661 - 670. 2024 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/13884 (дата обращения: 17.05.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2024. 16+