автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Стойкость бетона и железобетона в емкостных сооружениях водоочистки

СОДЕРЖАНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

ОБЕСПЕЧЕНИЯ СТОЙКОСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ОБЪЕКТОВ ВОДООЧИСТКИ.

1.1. Технические характеристики основных типов эксплуатируемых сооружений водоочистки.

1.1.1. Состояние и перспективы развития строительства сооружений водоочистки.

1.1.2. Классификация сооружений водоочистки.

1.1.3. Конструктивные решения сборных сооружений водоочистки.

1.1.4. Требования к материалам и конструкциям сборных сооружений водоочистки.

1.1.5. Анализ работ по обследованию технического состояния железобетонных конструкций объектов водоочистки.

1.2. Характеристика агрессивности природных и эксплуатационных сред.

1.2.1. Сточные воды.

1.2.2. Газовоздушная среда.

1.2.3. Влияние микроорганизмов сточных вод на водонепроницаемость бетона.

1.2.4. Требования по морозостойкости бетона.

1.3. Анализ нормативных документов по защите железобетонных конструкций сооружений водоочистки от коррозии.

1.3.1. Первичная защита.

1.3.2. Вторичная защита.

1.4. Современные методы защиты железобетонных конструкций сооружений водоочистки.

1.4.1. Первичная защита.

1.4.2. Вторичная защита.

1.5. Экологическая безопасность железобетонных емкостных сооружений водоочистки.

1.6. Теоретические предпосылки разработки расчетных методов определения долговечности бетона и железобетона в агрессивных средах.

1.6.1. Статистические и феноменологические модели.

1.6.2. Детерменированные модели.

1.7. Задачи исследований.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ.

2.1. Характеристика материалов, примененных для исследований.

2.1.1. Цемент.

2.1.2. Песок.

2.1.3. Добавка Ceresit СО-84.

2.1.4. Сухие смеси.

2.2. Методики физико-механических испытаний.

2.2.1. Коррозионная стойкость.

2.2.2. Морозостойкость.

2.2.3. Плотность.

2.3. Методики физико-химических исследований.

2.3.1. Рентгенофазовый анализ.

2.3.2. Дифференциальный термический анализ.

2.3.3. Структурная пористость бетона.

ГЛАВА 3. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ

ИССЛЕДОВАНИЯ.

3.1. Физико-механические испытания.

3.1.1. Коррозионная стойкость.

3.1.2. Морозостойкость.

3.1.3. Плотность.

3.2. Физико-химические испытания.

3.2.1. Рентгенографический анализ.

3.2.2. Дифференциальный термический анализ.

3.2.3. Структурная пористость бетона.

ГЛАВА 4. ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ

ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ АЭРОТЕНКОВ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ НАТУРНЫХ ОБСЛЕДОВАНИЙ.

4.1. Характеристика эксплуатационной среды.

4.1.1. Агрессивность сточных вод.

4.1.2. Агрессивность газовоздушной среды.

4.2. Оценка технического состояния конструкций на основе визуальных критериев.

4.2.1. Техническое состояние конструкций аэротенка.

4.2.2. Техническое состояние конструкций каналов-коридоров.

4.3. Оценка технического состояния конструкций на основе комплексного инструментального обследования (физико-механические и физико-химические исследования).

4.4. Общая оценка технического состояния.

ГЛАВА 5. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И ПРОГНОЗ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ АЭРОТЕНКОВ.

5.1. Первичная защита.

5.2. Вторичная защита.

5.3. Прогноз долговечности железобетонных конструкций, эксплуатирующихся ниже уровня налива жидкости.

5.4. Прогноз долговечности железобетонных конструкций, эксплуатирующихся выше уровня налива жидкости.

ГЛАВА 6. ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ.

6.1. Внедрение результатов исследований.

6.1.1. Аэротенки ГОСК г. Уфы МУП «Уфаводоканал».

6.1.2. Приемные камеры №1 и №2 и резервуар-накопитель сточных вод ОАО «НУНПЗ» г. Уфа.

6.2. Рекомендации по назначению средств защиты конструкций.

6.3. Экономическая эффективность.

В системе канализования крупных городов одно из ключевых мест занимают городские очистные сооружения канализации (ГОСК), в составе которых находятся аэротенки с емкостями первичных и вторичных отстойников. В России основной парк этой группы сооружений был возведен в 60.80-е годы 20в. в сборном и сборно-монолитном варианте и к настоящему времени их возраст достиг или превысил половину нормативного срока эксплуатации. В связи с этим практически во всех мегаполисах актуальными являются три проблемы: обеспечение экологической безопасности сооружений водоочистки, продление ресурса эксплуатирующихся сооружений и строительство новых объектов водоочистки в связи с ежегодным увеличением объема сточных вод.

Обеспечение экологической безопасности может быть достигнуто, главным образом, за счет исключения протечек через швы между сборными элементами конструкций, поскольку фильтрация жидкости через последние незначительна. Продление ресурса эксплуатируемых железобетонных конструкций возможно на основании применения научно-обоснованных методов ремонтно-восстановительных работ, с учетом степени износа конструкций по результатам обследования их технического состояния. Строительство же новых объектов водоочистки должно проводиться с учетом опыта эксплуатации таких сооружений, то есть по скорректированным типовым проектам и уточненным нормативам по оценке степени агрессивности эксплуатационной среды.

Согласно действующих норм (СНиП 2.03.11-85) эксплуатационная среда ГОСК определяется как «слабоагрессивная» к бетону нормальной водонепроницаемости. В связи с этим железобетонные конструкции емкостных сооружений водоочистки возводились, либо без применения средств первичной и вторичной защиты, либо с защитой конструкций путем их торкретирования. Однако, результаты обследования технического состояния железобетонных конструкций емкостных сооружений водоочистки после 20.30 лет их эксплуатации практически во всех регионах России свидетельствуют об ускоренном износе отдельных конструкций, главным образом, в надводной части сооружений.

В связи с этим актуальным является вопрос об оценке ресурса конструкций эксплуатирующихся сооружений водоочистки и разработке мероприятий по продлению их долговечности до уровня нормативных значений. Кроме того, необходимо оценить объективность действующих нормативов и типовых проектных решений в части определения степени агрессивности эксплуатационной среды и назначения средств защиты для вновь проектируемых сооружений.

Решению этих задач посвящена данная работа.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В действующих нормах СНиП 2.03.11-85 «Защита строительных конструкций от коррозии» в целом достаточно объективно оценивается степень агрессивного воздействия среды по отношению к бетонным и железобетонным конструкциям емкостных сооружений водоочистки при условии соблюдения двух основных параметров: нормированной толщины защитного слоя бетона и его плотности. При этом эксплуатационная среда оценивается как «слабоагрессивная» и достижение нормативного срока эксплуатации сооружений может быть обеспечено путем применения средств первичной защиты. Предусматриваемый в проектах и реализуемый на практике метод защиты конструкций путем их торкретирования принимается из соображений обеспечения герметичности объектов, то есть исключения попадания сточных вод в грунт.

2. На практике с учетом применения при возведении емкостных сооружений, главным образом, тонкостенных сборных железобетонных конструкций имеются массовые отклонения в сторону ухудшения показателей качества как по толщине защитного слоя бетона, так и по его плотности. В связи с этим, значительная часть конструкций этих ответственных в экологическом отношении объектов имеет коррозионные повреждения и, вследствие этого, недостаточный резерв по долговечности. Поэтому для достижения нормативного срока в 50 лет эксплуатации на этих объектах необходимо проведение комплекса ремонтно-восстановительных работ через 20.30 лет после начала их эксплуатации.

3. На основе результатов натурных обследований уточнен механизм и кинетика коррозионного воздействия эксплуатационной среды, выявлены характерные дефекты и повреждения конструкций емкостных сооружений водоочистки при длительной их безремонтной эксплуатации. В подводных конструкциях преобладающее влияние имеют процессы коррозии бетона первого и второго видов, скорость которых мала и долговечность конструкций не вызывает опасений. В надводных конструкциях наряду с карбонизацией бетона имеют место деградационные процессы в бетоне, обусловленные накоплением солей в зоне испаряющей поверхности (солевая коррозия) и действием отрицательных температур. В конструкциях технологических каналов-коридоров, расположенных по периметру сооружений, основным деструктивным фактором является коррозия карбонизации. Скорость коррозии в последних двух группах конструкций достаточно высокая, и для обеспечения их нормативной долговечности требуется применение защитных мероприятий.

4. Оптимальным способом защиты поврежденных надводных конструкций эксплуатируемых сооружений является устройство двухслойных покрытий, в которых первым слоем является восстановленный защитный слой бетона, а вторым - кольматирующий состав проникающего действия. Механизм защиты в данном случае предусматривает как повышение стойкости бетона при атмосферных воздействиях (дальнейшей карбонизации и действия отрицательных температур), так и создания на поверхности непроницаемого экрана, препятствующего развитию солевой коррозии. В результате расчетов по математическим моделям определены требуемые параметры защитных покрытий.

5. На основе комплексных физико-химических и физико-механических исследований проведен выбор оптимальных составов для кольматирующей обработки поверхности поврежденных конструкций по критериям диффузионной проницаемости, коррозионной стойкости и морозостойкости. Обоснована возможность определения одного из главных параметров математических моделей - эффективного коэффициента диффузии D* (по данным о водопо-глощении бетона).

6. Разработаны предложения по корректировке существующих нормативов и типовых проектов емкостных сооружений водоочистки с целью повышения их долговечности до нормативных значений, суть которых заключается в повышении степени агрессивного воздействия среды для надводных конструкций от «слабоагрессивной» до «среднеагрессивной» и, в соответствии с этим, в установлении необходимости применения средств вторичной защиты для бетона марки по водонепроницаемости W4.

7. Результаты проведенных исследований применены при разработке проекта капитального ремонта поврежденных конструкций блока емкостей №1 на ГОСК г.Уфы МУП «Уфаводоканал». Экспериментальные и теоретические разработки по прогнозированию долговечности железобетонных конструкций применены при обосновании критериев эксплуатационной надежности проектируемых железобетонных конструкций двух приемных камер и резервуара-накопителя по проекту ОАО Башгипронефтехим «Канализационный коллектор промстоков с ОАО «НУНПЗ» на БОС «Уфанефтехим».

1. А.с. 1717580. Композиция для защитного покрытия стальных поверхностей /Т.В. Латыпова, А.А. Шаймухаметов, Э.З. Минибаев, В.М. Латыпов //Уфимск. нефт. ин-т.

2. А.с. 1741408. Способ защиты металлов от коррозии /В.М. Латыпов, А.А. Шаймухаметов, Т.В. Латыпова, A.M. Рахимова //Уфимск. нефт. ин-т.

3. Адамчик К.А. Коррозионная морозостойкость бетонов. В сб.: Защита строительных конструкций от коррозии. Труды НИИЖБ, вып. 22. ГОС-СТРОЙИЗДАТ.- 1961.

4. Алексеев В.Н. Количественный анализ. М.: Госхимиздат, 1963. - 568 с.

5. Алексеев С.И., Бабицкий В.В., Батяновский Э.И., Дрозд А.А. Коррозионная стойкость и защитные свойства бетона сухого формования.// Бетон и железобетон. 1987. -№1.

6. Алексеев С.Н., Иванов Ф.М., Модры С., Шиссль П. Долговечность железобетона в агрессивных средах. М.: Стройиздат, 1990.

7. Алексеев С.Н., Ратинов В.Б., Розенталь Н.К., Кашурникова Н.М. Ингибиторы коррозии стали в железобетонных конструкциях. — М.: Стройиздат, 1985.

8. Алексеев С.Н., Розенталь Н.К. Коррозионная стойкость железобетонных конструкций в агрессивной промышленной среде. — М.: Стройиздат. 1976.

9. Андреюк Е.И., Козлова И.А., Рожанская A.M. Микробиологическая коррозия строительных сталей и бетонов. В кн.: Биоповреждения в строительстве. Под редакцией Ф.М. Иванова, С.Н. Горшина. — М.: Стройиздат, 1984. - 320 с.

10. Ашмарин И.П., Васильев Н.Н., Амбросов В.А. Быстрые методы статической обработки и планирование экспериментов. Д., Изд-во Ленингр. ун-та, 1974, 1—76.

11. Бабков В.В., Полак А.Ф., Комохов П.Г. Аспекты долговечности цементного камня.// Цемент. 1988. - №3.

12. Баженов Ю.М. Бетонополимеры. М.: Стройиздат, 1983. - 472 с.

13. Барташевич А.А. Исследование стойкости цементного камня при солевой физической агрессии.// Бетон и железобетон. 1964. -№11.

14. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. М.: Стройиздат, 1990. - 400 с:.-ISBN 5-274-00733-3.

15. Бедов А.И., Сапрыкин В.Ф. Обследование и реконструкция железобетонных и каменных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений. — М.: Издательство АСВ, 1995. — 192 с.

16. Белецкий Б.Ф. Монтаж сборных конструкций очистных сооружений. М.: Стройиздат, 1975. 222 с.

17. Бойко В.В., Маилян Р.Л. "Гидроизоляция подземных сооружений полимерными материалами". К.: Будивэльник, 1989. - 144с.: ил.

18. Борисенко В.М., Гузеев Е.А. Одностороннее воздействие жидких агрессивных сред на работу конструкций.// Бетон и железобетон. 1986. - №6.

19. Бородин О.А. Прогнозирование коррозионной стойкости бетона в движущихся жидких средах. В кн.: Долговечность и защита конструкций от коррозии. Материалы международной конференции 25-27 мая 1999 г.-М.: 1999.

20. Брукс Г., Линдер Р., Руфферт Г. Торкрет-бетон, торкрет-цемент, торкрет-штукатурка. -М.: Стройиздат. 1985.

21. Водоотводящие системы промышленных предприятий: Учебник для ВУЗов / С.В. Яковлев, Я.А. Карелин, Ю.М. Ласков, Ю.В. Воронов; под редакцией С.В. Яковлева.- М.: Стройиздат, 1990. 511 е.: ил.

22. Волженский А.В. Влияние дисперсности портландцемента и В/Ц на долговечность камня и бетонов.// Бетон и железобетон. 1990. - №10.

23. ВСН 53-86(р). Правила оценки физического износа жилых зданий / Гос-гражданстрой. — М.: Прейскурантиздат, 1988.-72 с.

24. Гайда И.О., Субботкин М.И. Исследование водонепроницаемости бетонов.// Бетон и железобетон. 1983. -№11.

25. Гиллер Я.Л. Таблицы межплоскостных расстояний. Т.11. — М.: Недра, 1966.

26. Голицынский Д.М., Маренный Я.И. Набрызгбетон в транспортном строительстве. М.: Транспорт. - 1993.

27. Голубовская Э.К. Биологические основы очистки воды. Учебное пособие для студентов строительных вузов.—М.: Высшая школа, 1978.—268с.

28. Гончаров В.В., Рожанская A.M. Влияние добавок на коррозионную стойкость строительных растворов в техногенных средах.// Бетон и железобетон. 1992. - №5.

29. Гончаров В.В., Рожанская A.M., Теплицкая Т.В. Проницаемость цементных растворов для бактерий.// Бетон и железобетон. 1989. - №1.

30. Гордон С.С. Прогноз долговечности железобетонных конструкций.// Бетон и железобетон. 1992. - №6.

31. Горшков B.C., Тимашев В.В., Савельев В.Г. Методы физико-химического анализа вяжущих веществ.-М.: Высш. школа, 1981 -335с.

32. ГОСТ 10060.3-95. Бетоны. Дилатометрический метод ускоренного определения морозостойкости.

33. ГОСТ 10178-85 (1989, с изм. 2 1999). Портландцемент и шлакопортланд-цемент. Технические условия.37