автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Влияние сосредоточенной фильтрации на долговечность напорного фронта бетонных плотин

На правах рукописи

курицына

Анна Михайловна

влияние сосредоточенной фильтрации на долговечность напорного фронта бетонных плотин

(на примере ангарского каскада гэс)

Специальность 05.23.07 - Гидротехническое строительство

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт - Петербург, 2008 г.

003457981

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Братский государственный университет»

научный руководитель:

доктор технических наук Садович МаркАшерович

официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Белов Вячеслав Вячеславович, ГОУ ВПО «СПбГПУ» (г. Санкт - Петербург)

кандидат технических наук, старший научный сотрудник

Гинзбург София Михайловна, ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева» (г. Санкт - Петербург)

ведущая организация:

ОАО «Институт Гидропроект» (г. Москва)

Защита состоится «ZB » декабря 2008 г. в dD часов на заседании диссертационного совета ДМ 512.001.01 в ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева», (195220, Санкт - Петербург, ул. Гжатская, 21, ком. 407)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева»

Автореферат разослан «2 5"» ноября 2008 г.

Учёный секретарь диссертационного

совета кандидат технических наук, старший научный сотрудник

Т.В. Иванова

общая характеристика работы

Актуальность работы. Плотины гидроэлектростанций являются не только уникальными промышленными и архитектурными сооружениями, но также объектами повышенной опасности. Очевидно, что интерес к долговечности бетонных плотин будет неуклонно расти по мере их старения и изменения условий эксплуатации, формирование которых происходит под воздействием меняющейся окружающей среды.

Стойкость напорного фронта бетонных плотин в водной среде является одной из важнейших проблем долговечности и, как следствие, безопасной работы плотин. Вместе с тем, при строительстве бетонных плотин в Сибири и Северо-восточных районах нашей страны в них неизбежно появление швов и трещин, по которым фильтрует вода из водохранилища и непосредственно воздействует на бетон напорного фронта. Как известно, поверхностные температурные трещины постепенно закрываются по мере остывания блоков и уменьшения амплитуды колебаний температуры на их краях. Однако, часть вертикальных и горизонтальных трещины на напорной грани плотин, а также горизонтальные и вертикальные швы являются основными путями фильтрации, очагами коррозии бетона, что в результате может снизить долговечность напорного фронта.

Стабильное функционирование гидротехнических сооружений предполагает организацию систематического мониторинга, позволяющего анализировать текущее состояние объекта, в том числе наиболее ответственной его части - напорного фронта, и прогнозировать возможные изменения и степень их опасности.

В качестве объектов исследований выбраны плотины Ангарского каскада ГЭС: Братская и Усть-Илимская, эксплуатирующиеся более 30 лет в условиях северной климатической зоны. При участии автора была сформирована база данных многолетних натурных наблюдений за динамикой фильтрационных расходов и изменением химического состава воды ангарских водохранилищ и воды, профильтровавшей через бетон напорного фронта плотин (фильтрата). Сформированная база данных позволила оценить влияние сосредоточенной фильтрации на долговечность напорного фронта бетонных плотин, эксплуатирующихся в условиях Севера.

Целью диссертационной работы является исследование влияния сосредоточенной фильтрации на состояние напорного фронта плотин и разработка критериев долговечности бетона по прочности и ширине раскрытия трещин, применение которых возможно для бетонных плотин Северных регионов.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

1. Изучить особенности процесса сосредоточенной фильтрации на примере Братской и Усть-Илимской плотин. Провести классификацию фильтрующих трещин в зависимости от динамики фильтрационных расходов.

2. По результатам натурных наблюдений рассмотреть особенности коррозионных процессов в местах сосредоточенной фильтрации в напорном фронте Братской и Усть-Илимской плотин.

3. Провести экспериментальную проверку особенностей коррозии бетона, протекающей в напорном фронте плотин.

4. Предложить критерии долговечности напорного фронта по плотности (прочности) бетона и ширине раскрытия трещин.

5. Основываясь на данных многолетних систематических наблюдений за химическим составом воды водохранилищ дать характеристику водной среды ангарских водохранилищ и степень ее агрессивности по отношению к бетон)' напорного фронта.

Методы исследований. Контрольное бурение бетона с отбором кернов для определения прочностных свойств бетона напорного фронта на контакте с трещиной и в глубине массива.

Экспериментальные исследования влияния щелочных оксидов, присутствующих в фильтрате, на концентрацию кальциевых соединений с целью установления причины осаждения кальцита при самозалечивании трещин.

Многолетние натурные наблюдения за химическим составом воды ангарских водохранилищ и анализ ее агрессивности по отношению к бетону напорного фронта плотин.

Многолетние наблюдения за составом и расходом воды, профильтровавшей через бетон напорного фронта и оценка их влияния на контактный бетон с трещиной и на бетон в глубине массива плотин.

Научная новизна работы заключается: 1. В классификации мест сосредоточенной фильтрации по напорному фронту бетонных плотин в зависимости от динамики фильтрационных расходов.

2. В установлении по результатам многолетних наблюдений за состоянием напорного фронта Ангарских плотин особенностей самозалечивания и размыва бетона на контакте с фильтрующим потоком.

3. В экспериментальном моделировании химических процессов, протекающих на контактной границе «бетон - фильтрат».

4. В установлении границ ширины раскрытия трещин и градиентов напора, при которых происходит самозалечивание, переходное состояние и размыв бетона напорного фронта плотин.

5. В разработке критериев долговечности напорного фронта по плотности (прочности) бетона в виде Ятт^оад) > 25 МПа и ширине раскрытия трещин, применение которых возможно в периоды строительства и эксплуатации бетонных плотин Северных регионов.

6. В изучении особенностей водной среды Братского и Усть-Илимского водохранилищ, с целью оценки степени ее агрессивности по отношению к бетону напорного фронта.

Практическая значимость работы заключается:

1. В установлении зависимости характера коррозионных процессов в напорном фронте плотины от величины фильтрационных расходов, что позволило установить причины самозалечивания фильтрующих трещин.

2. В установлении последствий сильной фильтрации в течение 30 лет трещины секции 30 Усть-Илимской ГЭС на состояние контактных с ней бетонных поверхностей напорного фронта и использовании результатов исследований при отработке технологии ремонта (акт о внедрении научно - исследовательских результатов).

3. В установлении влияния ширины раскрытия трещины и градиента напора на состояние бетона на контакте с фильтрующей трещиной.

4. В использовании критериев водонепроницаемости напорного фронта при планировании ремонтных работ, которые, в частности, были использованы при принятии решения о необходимости ремонта напорной грани Усть-Илимской плотины (договор № 532 «Исследование бетона образцов-кернов, выбуренных из плотины Усть - Илимской ГЭС» - 2005 г.; договор № 590 «Исследование бетона образцов - кернов, выбуренных на контакте с фильтрующей трещиной» 2006 г.).

5.В организации систематического мониторинга за динамикой фильтрационных расходов и изменением химического состава воды водохранилища и фильтрата, позволяющего анализировать текущее состояние напорного фронта бетонных плотин Северных регионов.

На защиту выносятся:

1. Классификация мест сосредоточенной фильтрации через напорный фронт плотин по динамике фильтрационных расходов.

2. Результаты многолетних наблюдений за химическим составом фильтрата с установлением влияния легкорастворимых щелочей на самозалечивание фильтрующих трещин.

3. Экспериментальная модель процессов, протекающих на контактной границе «бетон-фильтрат».

4. Критерии стойкости бетона напорного фронта плотин, выполнение которых повышает их долговечность в период эксплуатации.

5. Особенности водной среды Братского и Усть-Илимского водохранилищ и степень ее агрессивности по отношению к бетону плотин, эксплуатирующихся в северной климатической зоне.

Достоверность результатов работы обеспечена использованием статистических методов обработки результатов, сравнением расчетных и экспериментальных данных, сопоставлением с результатами других исследований.

Апробация работы. Содержание и результаты исследований докладывались и обсуждались на Межрегиональных научно-технических конференциях "Строительство: материалы, конструкции, технологии" (Братск, БрГТУ 2003-2005 г.г.), Межрегиональных научно-технических конференциях "Естественные и инженерные науки - развитию регионов" (Братск, БрГТУ 2003-2004 г.г., БрГУ 2005-2006 г.г.), Всероссийских научно-технических конференциях "Естественные и инженерные науки - развитию регионов Сибири" (Братск, БрГУ 2007-2008 г.г.), молодежной научно-технической конференции "Будущее Братска" (Братск, БрГТУ 2003 г.), XXV научно - технической конференции аспирантов и студентов "Изучение и решение региональных проблем строительного комплекса" (Братск, БрГУ 2004 г.), на расширенном заседании кафедры "Технологии и организация строительного производства" ГОУ ВПО "БрГУ" от 24 сентября 2008г.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 17 работ, в том числе статей-11, тезисов - 4, статьи в изданиях, рекомендованных ВАК - 2.

Диссертационная работа выполнялась с 2002 по 2008 г.г.

Автор выражает благодарность д.т.н. В.Б. Судакову (ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева»), к.т.н., доценту Т Ф. Шляхтиной (ГОУ ВПО «БрГУ») за оказанную помощь, ценные советы и консультации при выполнении работы, а также О.Г. Бронниковой (Братская ГЭС), оказавшей помощь при проведении экспериментальных исследований.

Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Диссертация содержит 121 страницу текста, включая 50 рисунков, 12 таблиц, 3 приложения и список литературы из 78 наименований.

содержание работы

Во введении обосновывается актуальность диссертационной работы, ее научная новизна и практическая ценность, формулируются цель и задачи исследований.

Первая глава посвящена анализу развивающихся представлений о долговечности бетонных плотин и коррозионных процессов, протекающих в напорном фронте.

Гидротехнические сооружения являются одними из наиболее распространенных и весьма ответственных объектов с экономической, экологической и социальной точек зрения, поэтому особое внимание следует уделять обеспечению их долговечности и безопасной работе.

Влияние различных факторов на долговечность бетона и, в частности, напорного фронта бетонных плотин изучалось в работах Алексеева К В., Белова В В., Белякова М.П., Вер-бецкого Г.П., Гинзбурга Ц. Г., Гришина М.М., Затворницкой Т А., Кудякова А.И., Марчука А.Н., Поповой В.Я., Садовича М.А., Стефанишина Д.В., Стольникова В В., Судакова В.Б., Шаркунова С.В., Шульмана С.Г., Элбакидзе М.Г.

Долговечность напорного фронта определяется конструктивными особенностями плотин, сплошностью бетонного массива, стойкостью материала - бетона в конкретных условиях эксплуатации, особенностями водной среды и другими факторами. Трещины и строительные швы в напорном фронте плотин называют «воротами агрессии», по которым под гидростатическим давлением агрессивные компоненты воды водохранилища проникают в толщу бетона. Трещинообразование в массивном бетоне - это сложный, зависящий от множества факторов процесс. К причинам трещинообразования можно отнести технологию укладки бетонной смеси, экзотермический разогрев, температурный режим при твердении и др.

Натурные наблюдения, посвященные проблемам трещинообразования и последующей фильтрации в процессе эксплуатации описаны в работах Гаркуна Л.М., Гинзбург С М., Дур-чевой В.Н., Епифанова А.П., Логуновой В.А., Садовича М.А., Соколова И.Б., Судакова В.Б., Трапезникова Л.П., Толкачева Л.А., Эйдельмана С.Я.

Следует отметить, что трещины на напорной грани, являющиеся очагами фильтрации, как правило, возникают в строительный период. Гидростатическая нагрузка на плотину в сочетании с фильтрационным давлением в трещинах увеличивает их раскрытие. Наибольшую опасность представляют сквозные трещины и строительные швы в бетонном массиве, так как фильтрационным потоком омываются незащищенные бетонные поверхности и процессу фильтрации сопутствует коррозия контактной поверхности бетона.

Ангарские плотины эксплуатируются в условиях резко континентального климата со среднемесячной температурой самого холодного месяца от -15 °С до -30 °С и ниже с относительной влажностью воздуха самого теплого месяца 45 - 75%, количество переходов через 0 °С составляет 100 и более циклов в год. Водная среда в сочетании с климатическими особенностями района оказывают существенное влияние на возникновение и характер коррозионных процессов и, как следствие, снижение долговечности бетонных плотин.

В работах Алекина O.A., Бабушкина В.И., Баженова Ю.М., Бруссера М.И., Иванова Ф.М., Любарской Г.В., Москвина В.М., Розенталя Н.К., Шейкина А.Е., Чеховского Ю.В.,

5

Яковлева В В. рассматриваются основные аспекты влияния водной среды на долговечность бетонных сооружений.

Вербецкий Г.П. отмечает, что к главному критерию долговечности бетона напорного фронта плотин можно отнести высокую плотность, при которой проникание агрессивных компонентов воды в его капиллярно-пористую структуру затрудняется. С другой стороны, вода способствует глубокой гидратации цементных частиц и самоуплотнению бетона, стойкость которого зависит от соотношения деструктивных и конструктивных эффектов и представляет собой функцию многих факторов.

На основании проведенного анализа представлений о долговечности бетонных плотин, коррозионных процессов и оценки их влияния на состояние напорного фронта плотин, сформулированы цель и задачи исследований.

Во второй главе дана характеристика водной среды Ангарских водохранилищ, степень ее агрессивности по отношению к бетону и рассмотрены особенности коррозионных процессов бетона в местах сосредоточенной фильтрации в напорном фронте плотин.

Наиболее важным и потенциально опасным фактором внешней среды по отношению к бетонным плотинам является водная, поскольку вода не только омывает большие бетонные поверхности, но и фильтрует через бетон при больших градиентах напора, что приводит к возникновению коррозионных процессов и снижению долговечности гидротехнического сооружения.

На основании данных Центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды г. Братска проведён анализ химического состава воды Усть-Илимского (с 1973 по 1997г.г.) и Братского (с 1963 по 2000г.г.) водохранилищ, который позволил установить, что вода ангарских водохранилищ по бикарбонатной жесткости и агрессивной углекислоте согласно СНиП 2.03.11-85 в отдельные периоды может быть агрессивна по отношению к бетону.

В основе принятой методики оценки протекающих коррозионных процессов в бетоне напорного фронта лежит сопоставление химического состава фильтрата с водой водохранилища.

В процессе контроля за состоянием бетона напорной грани проводился систематический отбор проб фильтрата воды в продольных смотровых галереях на различных отметках. Химический анализ отобранных проб проводился на основе «Методики химанализа фильтрующейся воды для Братской и Усть-Илимской ГЭС» ВНИИГ им. Веденеева. При проведении анализа определялось содержание ионов Са2+, №++К+, БО2^, НСО'з, СО з 2, СЬ" , свободной СОг и показателя рН. Для обеих плотин было проведено сравнение концентрации ионов в фильтрате и воде водохранилища, которое показало, что значимая разница в отдель-

6

ные периоды отмечена для концентрации ионов кальция, натрия, калия, гидрокарбоната и свободной углекислоты. В результате анализа установлено, что примерно в половине наблюдений ионы кальция не вымываются, а осаждаются в процессе фильтрации через бетон, то есть концентрация ионов кальция в фильтрате ниже, чем в воде водохранилища. Также отмечено существенное увеличение в фильтрате ионов натрия и калия.

Построенные по результатам наблюдений зависимости количества выносимых ионов от величины фильтрационных расходов, позволили сделать заключение о преимущественном осаждении ионов кальция в виде кальцита по путям фильтрации и выносе ионов натрия и калия при расходах до 0,005 л/мин. При фильтрационных расходах в интервале от 0,005 до 0,02 л/мин наблюдается как осаждение, так и вынос ионов кальция. При более высоких расходах (более 0,02 л/мин) наблюдается в основном вынос ионов кальция, натрия и калия.

Контрольное бурение бетона в районе трещин полностью подтвердило, что отложение кальцита по путям фильтрации может быть основной причиной самозалечивания трещин с малыми фильтрационными расходами, т.к. отложения кальцита были обнаружены непосредственно на поверхности трещин.

Насыщение фильтрата ионами натрия и калия можно объяснить их диффузией из цементного камня. В частности, в гидротехническом цементе Красноярского цементного завода, содержание щелочей в пересчёте на оксид натрия составляло 0,6 % - 0,8% от массы клинкера. В шлакопортландцементе, использованном при строительстве обеих плотин, за счет введения до 50% Новокузнецких металлургических шлаков, содержание щелочей составило более 1%.

Предложенная модель коррозионного процесса, учитывающая влияние оксидов натрия и калия, не может рассматриваться отдельно от фильтрационных расходов, величина которых определяет концентрацию растворяемых соединений. Осаждение карбоната кальция возможно только при достаточном насыщении фильтрата карбонатами натрия и калия, которое в той или иной степени происходит при фильтрационных расходах примерно до 0,005 л/мин. Повышение фильтрационных расходов и соответствующее снижение концентрации растворяемых компонентов цементного камня меняет характер коррозионного процесса таким образом, что растворение и вынос как щелочных оксидов, так и гидроксида кальция лимитируется в конечном счёте диффузией указанных соединений из бетона. При расходах более 0,02 л/мин прирост концентрации контролируемых ионов в фильтрате по сравнению с водой водохранилища настолько мал, что создаётся иллюзия отсутствия коррозии. Очевидно, что в таких наиболее опасных местах фильтрации в плотине требуется более точный контроль концентрации ионов, как в фильтрате, так и в воде водохранилища.

В третьей главе приведены результаты анализа динамики фильтрационных расходов обеих плотин и дана оценка состояния бетона на контакте с сильно фильтрующей трещиной.

Характер коррозионных процессов зависит от динамики фильтрационных расходов, поэтому все места наблюдений разделили на 3 группы:

- с расходами менее 0,005 л/мин: для этой группы процесс фильтрации относительно стабилен с тенденцией к затуханию;

- с расходами от 0,005 до 0,02 л/мин: в этом случае процесс фильтрации нестабилен, с наличием временного дрейфа;

- с расходами более 0,02 л/мин: для этой группы характерно сочетание временного дрейфа и сезонных пиков, причем пики могут достигать сотен литров в минуту. Динамику фильтрационных расходов этой группы можно считать наиболее опасной, с точки зрения надежности работы плотины.

В отдельных местах наблюдений отмечается пульсация фильтрационных расходов (периодическое понижение и повышение), наиболее вероятная причина которых, была установлена на примере Усть-Илимской плотины. Путём обработки многолетних наблюдений было установлено соответствие между вероятностью появления пиковых расходов и наиболее холодных месяцев года. Для выявления частоты пиков была построена гистограмма показывающая, что наибольшая вероятность появления пиков приходится на январь, февраль, март и апрель.

С.Я.Эйдельман и В Н. Дурчева объясняют сезонный пиковый прирост фильтрационных расходов со стороны напорного столба особенностями статической работы плотины, когда на постепенно промерзающей низовой грани раскрываются строительные и межстолбчатые швы и соответствующая часть профиля плотины исключается из работы, что в конечном счете, является причиной деформации (наклона) первого столба в сторону нижнего бьефа.

На Усть-Илимской плотине были проведены исследования сильно фильтрующей в течение 30 лет трещины, относящейся к 3 группе как наиболее опасной. Фильтрационные расходы этой трещины отличаются ярко выраженной сезонностью с пиковыми расходами в январе - марте до 300 -s- 400 л/мин.

Было проведено бурение сетки скважин общей длиной 127 м, пересекающих постоянно фильтрующую трещину. По координатам выхода скважин в трещину с помощью программы STADIA построена ее пространственная модель (рис.1).

Из выбуренных кернов были отобраны пробы бетона, непосредственно выходившего в трещину, и, для сравнения, глубинных слоев. Полученные образцы-керны были подвергнуты комплексными испытаниям, в том числе на водопоглощение и прочность.

Рнсунок 1- Пространственное изображение трещины секции 30 в отметках 236,80 -=-237,93 (Усть-Илимская ГЭС)

Поровое пространство цементного камня оценивалось по методике Бруссера М.И., суть которой заключается в анализе динамики водопоглощения бетона, описываемая в общем виде формулой:

где - водонасыщение образца за время I; Шмакс - максимальное водонасыщение; А - -показатель степени экспоненты, равный пределу отношения ускорения к скорости процесса насыщения, значением которого оценивается средний радиус капилляров: а - коэффициент, характеризующий степень однородности капилляров по их радиусам (0 < а < 1). При а = 1 все капилляры имеют постоянные размеры.

Результаты сопоставления величины Х2, характеризующей сравнительный диаметр капиллярных пор и максимального водопоглощения по объёму позволяют сделать оценку последствий фильтрации в течение 30 лет на состояние контактной бетонной поверхности, которое проявляется в виде увеличения размеров капиллярных пор и их относительного объё-

Анализ полученных данных по пористости позволяет предположить, что до 70 % бетона, примыкающего к трещине, имеет показатели пористости, не отличающиеся от аналогичных для массивного бетона, а значимые изменения структуры бетона распространяются на глубину до 15 см от поверхности трещины. Таким образом, изменение размера и объема капиллярной пористости затронули не более 30% поверхности трещины.

Результаты анализа данных по прочности позволили сформулировать критерий стойкости бетона в районе фильтрующих трещин в виде Ятт(р=о..м) > 25 МПа (в проектном воз-

V/, = V/

(1)

макс

расте), являющейся той величиной, на которую может быть ориентирован оперативный контроль качества и откорректирован проектный состав бетона.

При осмотре кернов, выходящих в трещину, был обнаружен тонкодисперсный налет, рентгенофазовый анализ которого показал наличие кварца, халцедона, плагиоклаза, калиевых полевых шпатов и кальцита, т.е. породообразующих минералов заполнителей. Это позволяет сделать вывод, что налет на поверхности трещины является продуктом разрушения бетона до минеральных составляющих заполнителей.

Четвертая глава посвящена экспериментальной проверке указанных особенностей коррозии бетона в местах сосредоточенной фильтрации.

В результате натурных наблюдений за химическим составом фильтрата при малых фильтрационных расходах был обнаружен вынос из бетона натриевых и калиевых соединений при осаждении кальциевых соединений на поверхности фильтрующих трещин. Основной причиной указанных особенностей коррозии можно рассматривать насыщение фильтрата легко растворимыми щелочами (натрия и калия) цемента, которые усваивают свободную углекислоту, содержащуюся в воде водохранилища. Существенное уменьшение или полное отсутствие свободной углекислоты нарушает необходимое условие существования в воде водохранилища бикарбоната кальция, который распадается с образованием кальцита, т.е. поставщиком отлагающегося кальцита в определённых условиях является вода водохранилища.

Для проверки этих особенностей в химической лаборатории Братской ГЭС была проведена экспериментальная работа, цель которой состояла в моделировании процессов, протекающих в воде водохранилища при фильтрации её через бетон напорного фронта.

Суть первой части эксперимента заключалась в поэтапном насыщении воды водохранилища ионами натрия и наблюдении за изменением содержания ионов кальция, натрия, свободной углекислоты и величины рН.

Предварительно был определён ионный состав воды водохранилища Братской ГЭС.

Было отобрано 6 проб воды водохранилища, в которые добавили щелочь №ОН с концентрацией 0,1 моль/л. Данные по содержанию ионов натрия и кальция, определённые после 8 часов выдерживания, дают основание для вывода о том, что при нарастании концентрации ионов натрия содержание иона кальция закономерно уменьшается по сравнению с водой водохранилища (выпадение в осадок в виде СаСОз). Наличия свободной углекислоты в растворе после добавления щелочи не обнаруживается.

Полученные результаты эксперимента позволяют дать объяснение такому явлению как понижение концентрации ионов кальция в фильтрате по сравнению с водой водохранилища,

т.е. источником для образования кальцита в определённых условиях может служить не только цементный камень, но и распадающийся бикарбонат кальция из воды водохранилища.

Вторая часть эксперимента посвящена проверке предположения о том, что наличие натриевых соединений снижает растворимость гидроксида кальция.

С этой целью были приготовлены насыщенные растворы гидроксида кальция на воде водохранилища. В три пробы с водой водохранилища добавили сухую навеску едкого натра. Определение содержания иона кальция в растворе показало, что по мере добавления ионов натрия в воду водохранилища, концентрация ионов кальция уменьшается. Следовательно, можно сделать вывод, о том что присутствие едких щелочей в цементном камне существенно влияет на растворимость гидроксида кальция.

Таким образом, предлагаемая модель коррозионного процесса в бетоне учитывает влияние присутствующих в цементе легкорастворимых оксидов натрия и калия и описывает состояние процесса в зависимости от фильтрационных расходов, которые, в свою очередь, определяют концентрацию растворимых соединений в фильтрате.

По результатам экспериментальной работы был построен график (рис. 2), отражающий снижение растворимости гидроксида кальция в воде водохранилища с различной степенью насыщения ионами натрия.

100 -

<ю--

^ 80 --'-

О SO 100 150 200 _'*■') эм 350

Ковцевтрхпня ■неон Г> ■,ч 1ЛI

Рнсунок 2 - Зависимость снижения содержания ионов Са2' от концентрации ионов Na+

На основании данных натурных наблюдений, полученных на плотине Братской ГЭС было рассчитано уравнение регрессии, описывающее зависимость концентрации ионов натрия от фильтрационных расходов (рис.3). Совмещение зависимостей на рисунках 2 и 3

позволило создать с помощью программного комплекса STADIA графо - аналитическую мо-

11

дель коррозии бетона в местах сосредоточенной фильтрации (рис.4), которая отражает снижение концентрации ионов Са2+ в фильтрующих трещинах в зависимости от расхода воды, т.е. описан процесс осаждения кальцита из воды водохранилища и определены границы, при которых это явление имеет место.

Рисунок 3 - Зависимость концентрации ионов натрия от фильтрационного расхода

воды

Рисунок 4 - Графо-аналитическая модель процессов, протекающих в бетоне

Г.П. Вербецким был проведен ряд экспериментальных и натурных исследований, на основании которых предложена формула (2) для расчета ширины раскрытия трещины в бетоне по экспериментальным значениям начального единичного расхода (на 1 пог. м) qo и градиента напора J:

_ т/до + 0.754-д0 т \ 524-1 ' (2)

Пользуясь формулой (2) и базами данных по фильтрационным расходам на Братской и Усть-Илимской плотинах, была определена ширина раскрытия трещин и построена зависимость единичного расхода воды (на 1 пог. м) от ширины раскрытия трещины (рис.5), которая позволила выделить три зоны:

- Зона самозалечивания - расход воды менее 0,15 л/мин соответствует ширине раскрытия трещины до 0, 25 мм. В этом случае, при достаточно малых расходах воды, происходит самозалечивание трещин. В воде, протекающей в трещине, происходят химические реакции, в результате которых образующийся слаборастворимый карбонат кальция СаСОз откладывается в извилинах трещины, и ее сечение сужается.

- Переходная зона - расход воды от 0,15 до 12 л/мин соответствует ширине раскрытия трещины от 0, 25 до 3,0 мм. В этом случае имеет место отложение кальцита только в отдельных местах, а на верхней границе интервала возможно разрушение бетона.

- Критическая зона - расход воды более 12 л/мин и соответственно ширина раскрытия трещины более 3,0 мм. Эта зона требует особого контроля, так как с увеличением расхода воды может происходить не только растворение составляющих цементного камня, но и разрушение бетона.

1 1 1 1

I•зон» ^ с «моз «лечив «ния | II-переходная ^ 111 - критическая ^

1 1 15 1 |

1 1

1 1 5 1

1 пп г, п П пг, гЛ. Г* *«Г» ^

Расход воды (LOG iji 1Ы1Ш а Граг.щл ГЭС ♦ Усть-Ипижкая ГЭС — — гршнш пиалиона зоны

Рисунок 5 - Зависимость расхода воды от ширины раскрытия трещины

Таким образом, пользуясь формулой (2) и зависимостью (рис.5) можно в строительный период осуществлять контроль и прогнозировать состояние напорного фронта бетонных плотин Северных регионов с точки зрения того, насколько опасны последствия появления сквозных трещин в напорном фронте.

общие выводы

1. Проведен анализ многолетних натурных наблюдений за динамикой фильтрационных расходов и предложена классификация сосредоточенно фильтрующих трещин через бетонное тело напорного фронта.

2. Установлено, что водная среда ангарских водохранилищ по содержанию гидрокарбонатов и агрессивной углекислоты в отдельные периоды может быть агрессивна по отношению к бетону.

3. Установлены последствия фильтрации на состояние контактной бетонной поверхности сильно фильтрующих трещин, проявившееся в виде увеличения размеров и объема капиллярных пор. Это влияние убывает по мере удаления от трещины в глубину массива и становится незначимым на расстоянии около 16 см. Полученные результаты нашли практическое применение при планировании ремонтных работ сильно фильтрующей трещины секции 30 на Усть-Илимской ГЭС.

4. Установлено влияние щелочных оксидов на характер коррозионных процессов в местах сосредоточенной фильтрации. В результате появления в фильтрате ионов натрия и калия отмечается осаждение ионов кальция по путям фильтрации в виде кальцита, которое возможно при достаточном насыщении фильтрата карбонатами натрия и калия при фильтрационных расходах примерно до 0,005 л/мин. Повышение фильтрационных расходов и соответствующее снижение концентрации растворяемых компонентов цементного камня меняет характер коррозионного процесса таким образом, что растворение и вынос как щелочных оксидов, так и гидроксида кальция лимитируется в конечном счёте диффузией указанных соединений из бетона.

5. Проведены экспериментальные исследования, полностью подтвердившие гипотезу о влиянии натриевых соединений фильтрата на процессы коррозии, которые имеют место в бетоне напорного фронта при малых расходах.

6. Построена экспериментальная модель коррозии бетона в местах сосредоточенной фильтрации, отражающая количественное снижение концентрации ионов кальция в фильтрате в зависимости от его насыщения щелочными оксидами.

7. Сформулирован критерий плотности (прочности) бетона напорного столба в виде Rmin(p-o 95) > 25 МПа (в проектном возрасте), являющейся той величиной, на которую может быть ориентирован оперативный контроль качества и откорректирован проектный состав бетона напорной грани плотин Северных регионов.

8. Установлены границы ширины раскрытия трещины и градиентов напора, позволяющие характеризовать фильтрующие трещины по степени их опасности и тем самым осуществлять контроль и прогнозировать состояние бетона плотин, эксплуатирующихся в северной климатической зоне.

Основные положения и результаты диссертационной работы наиболее полно отражены в следующих публикациях :

1 Тнгунцева, A.M. Анализ агрессивности ангарской воды по отношению к бетону Усть-Илимской ГЭС / A.M. Тигунцева // Строительство: материалы, конструкции, технологии: Материалы межрегион, науч.- техн. конф. - Братск: ГОУ ВГТО «БрГТУ», 2003. - С. 69-70.

2 Тигунцева, A.M. Перспективы долговечности бетона плотин Ангарского каскада ГЭС / A.M. Тигунцева, В.В. Бортников, В.Г. Житихин // Будущее Братска: Тезисы докладов молодежной науч,-техн. конф. - Братск: ГОУ ВПО «БрГТУ», 2003. - С. 38-39.

3 Тигунцева, A.M. Особенности химического состава воды Усть-Илимского водохранилища и степени ее агрессивности по отношению к бетону / Шляхтина Т.Ф., A.M. Тигунцева // Труды Братского государственного технического университета. - Том 2. - Братск: ГОУ ВПО «БрГТУ», 2003. -341 с. — (Естественные и инженерные науки - развитию регионов) - С. 254-256.

4 Тигунцева, A.M. Оценка состояния бетона Усть-Илимской ГЭС / A.M. Тигунцева // Строительство: материалы, конструкции, технологии: Материалы II межрегион, науч.-техн. конф. - Братск: ГОУ ВПО «БрГТУ», 2004. - С. 85-90.

5 Тигунцева, A.M. Натурные испытания бетона Усть-Илимской ГЭС / A.M. Тигунцева // Естественные и инженерные науки — развитию регионов: Материалы межрегион, науч.- техн. конф. -Братск: ГОУ ВПО «БрГТУ», 2004. - С. 204-205.

6 Тигунцева, A.M. Анализ результатов обследования бетона Усть-Илимской ГЭС / A.M. Тигунцева // Изучение и решение региональных проблем строительного комплекса: Материалы четвертой (XXV) науч.- техн. конф. аспирантов и студентов инженерно-экономического факультета -Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2004. - С. 40-45.

7 Тнгунцева, A.M. Результаты натурных испытаний гидротехнического бетона Братской и Усть-Илимской ГЭС / М.А. Садович, Д.В. Ульянов, A.M. Тигунцева II Естественные и инженерные науки - развитию регионов: Материалы межрегион, науч.- техн. конф. - Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2005.-С. 171-172.

8 Тигунцева, A.M. Анализ результатов испытаний бетона плотины Усть-Илимской ГЭС / A.M. Тигунцева // Труды Братского государственного университета. - Том 2. - Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2005. - 285 с. - (Естественные и инженерные науки - развитию регионов) - С. 254-256.

9 Тигунцева, A.M. Ремонтно-восстановительные работы водослива 10 Усть-Илимской ГЭС / A.M. Тигунцева // Строительство: материалы, конструкции, технологии: Материалы IV межрегион, науч.- техн. конф. - Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2005. - С. 49-52.

10 Тигунцева, A.M. Стойкость бетона в различной эксплуатационной среде (по результатам обследования Ангарских плотин) / М.А. Садович, Т Ф. Шпяхтина, A.M. Тигунцева // Бетон и железобетон - пути развития: Научные труды 2-ой Всероссийской (Международной) конф. по бетону и железобетону 5-9 сентября 2005 г. Москва; В 5 томах. - М.: Дипак, 2005. - 728 с. - Том 4. Секционные доклады. Секция «Легкие и ячеистые бетоны. Долговечность железобетонных конструкций».-С.689+695 - Англ., рус.

11 Тигунцева, A.M. Состояние бетона напорного фронта плотины Усть-Илимской ГЭС / М.А. Садович, Т.Ф. Шляхтина, A.M. Тигунцева // Гидротехническое строительство. - 2006. - №11. - С. 1923.

12 Тигунцева, A.M. Опыт ремонтных работ на водосливе Усть-Илимской ГЭС / М.А. Садович, Т Ф. Шляхтина, A.M. Тигунцева // Гидротехническое строительство. - 2006. - №11. - С. 24-25.

13 Тигунцева, A.M. Подбор состава бетона для ремонтно-восстановительных работ / A.M. Тигунцева // Естественные и инженерные науки — развитию регионов Сибири: Материалы Межрегион, науч.- техн. конф. - Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2006. - С. 170.

14 Курицына, A.M. Проведение ремонтных работ на водосливной грани Усть-Илимской ГЭС / A.M. Курицына // Теория и практика повышения эффективности строительных материалов: Материалы II всероссийской конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. — Пенза: ГОУ ВПО «ПГУ-АС», 2007.-С. 208-212.

15 Курицына, A.M. Мониторинг состояния бетонных плотин ангарского каскада ГЭС / A.M. Курицына // Труды Братского государственного университета: Серия Естественные и инженерные науки - развитию регионов Сибири - В 2т. Т. 2. - Братск: БрГУ. - 2007. - С. 302-306.

16 Курицына, A.M. Состояние бетона северных (Братской и Усть-Илимской) плотин в местах сосредоточенной фильтрации и морозного разрушения/ М.А. Садович, Т Ф. Шляхтина, A.M. Курицына // Проблемы долговечности зданий и сооружений в современном строительстве: материалы международной конф. 10-12 октября 2007 г. Санкт-Петербург. - СПб.: РИФ «Роза мира» , 2007,-C.454-S-460.

17 Курицына, A.M. Проверка гипотезы о преимущественном выносе из бетона натриевых и калиевых соединений при осаждении кальциевых в условиях слабой фильтрации воды через бетон / А.М Курицына, О.Г. Бронникова // Труды Братского государственного университета: Серия Естественные и инженерные науки — развитию регионов Сибири — В 2т. - Т. 2. — Братск: ГОУ ВПО «БрГУ». -2008.-С. 206-209.

* - В связи с заключением брака Тигунцевой A.M. присвоена фамилия Курицына.

Лицензия ЛР № 020593 от 07.08.97

Подписано в печать 24.11.2008. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100. Заказ 219.

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в типографии Издательства Политехнического университета. 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1 Современные подходы к проблеме долговечности бетонных плотин.

1.1 Долговечность бетонных плотин как следствие стойкости материала — бетона в реальных условиях эксплуатации.

1.2 Процессы коррозии бетона в местах сосредоточенной фильтрации.

Глава 2 Анализ особенностей водной среды Ангарских водохранилищ и коррозионных процессов в напорном фронте бетонных плотин.

2.1 Конструктивные особенности бетонных плотин

Братской и Усть-Илимской ГЭС.

2.2 Характеристика водной среды Ангарских водохранилищ.

2.3 Анализ особенностей коррозионных процессов в напорном фронте бетонных плотин, эксплуатирующихся в северной климатической зоне.

2.3.1 Методика отбора проб и химического анализа воды, профильтровавшейся через напорную грань (фильтрата).

2.3.2 Результаты многолетних наблюдений за химическим составом фильтрата и оценка влияния щелочных оксидов на характер процесса коррозии.

ВЫВОДЫ.

Глава 3 Анализ фильтрационных процессов в напорном фронте плотин.

3.1 Анализ динамики фильтрационных расходов на примере фильтрующих трещин Братской и Усть-Илимской плотин.

3.2 Состояние бетона на контакте с фильтрующей трещиной.

ВЫВОДЫ.

Глава 4 Экспериментальная модель коррозии бетона.

4.1 Методические особенности лабораторного эксперимента.

4.2 Постановка и результаты экспериментальных исследований.

4.3 Моделирование и прогнозирование коррозионных процессов.

ВЫВОДЫ.

Важнейшей составной частью экономического потенциала Иркутской области являются гидроэлектростанции Ангарского каскада, стабильное функционирование которых создает предпосылки к долговременному экономическому росту в регионе.

Плотины гидроэлектростанций являются не только уникальными промышленными и архитектурными сооружениями, но также объектами повышенной опасности. Очевидно, что интерес к надёжности бетонных плотин будет неуклонно расти по мере их старения и изменения условий эксплуатации, формирование которых происходит под воздействием меняющейся окружающей среды.

Стойкость напорного фронта бетонных плотин в водной среде является одной из важнейших проблем долговечности и, как следствие, безопасной работы плотин. Вместе с тем, при строительстве бетонных плотин в Сибири и Северо-восточных районах нашей страны в них неизбежно появление швов и трещин, по которым фильтрует вода из водохранилища и непосредственно воздействует на бетон напорного фронта. Как известно, поверхностные температурные трещины постепенно закрываются по мере остывания блоков и уменьшения амплитуды колебаний температуры на их краях. Однако, часть вертикальных и горизонтальных трещины на напорной грани плотин, а также горизонтальные и вертикальные швы являются основными путями фильтрации, очагами коррозии бетона, что в результате может снизить долговечность напорного фронта.

За последние годы проблеме долговечности конструкций и сооружений из бетона и железобетона уделяется все большее внимание. Влияние различных факторов на долговечность бетона и, в частности, напорного фронта бетонных плотин изучалось в работах Алексеева К.В., Белова В.В., Белякова М.П., Вербецкого Г.П., Гинзбурга Ц. Г., Гришина М.М., Затвор-ницкой Т.А., Кудякова А.И., Марчука А.Н., Поповой В.Я., Садовича

М.А., Стефанишина Д.В., Стольникова В.В., Судакова В.Б., Шаркунова С.В., Шульмана С.Г., Элбакидзе М.Г.

Стабильное функционирование гидротехнических сооружений предполагает организацию систематического мониторинга, позволяющего анализировать текущее состояние объекта, в том числе наиболее ответственной его части - напорного фронта, и прогнозировать возможные изменения и степень их опасности.

Долговечность напорного фронта определяется конструктивными особенностями плотин, сплошностью бетонного массива, стойкостью материала — бетона в конкретных условиях эксплуатации, особенностями водной среды и другими факторами.

Натурные наблюдения, посвященные проблемам трещинообразования и последующей фильтрации в процессе эксплуатации описаны в работах Гаркуна JI.M., Гинзбург С.М., Дурчевой В.Н., Епифанова А.П., Логуновой В.А., Садовича М.А., Соколова И.Б., Судакова В.Б., Трапезникова Л.П., Толкачева Л.А., Эйдельмана С.Я.

Водная среда в сочетании с климатическими особенностями района оказывают существенное влияние на возникновение и характер коррозионных процессов и, как следствие, на эксплуатационную надежность бетонных плотин.

В работах Алекина O.A., Бабушкина В.И., Баженова Ю.М., Бруссера М.И., Иванова Ф.М., Любарской Г.В., Москвина В.М., Розенталя Н.К., Шейкина А.Е., Чеховского Ю.В., Яковлева В.В. рассматриваются основные аспекты влияния водной среды на долговечность бетонных сооружений.

В качестве объектов исследований выбраны плотины Ангарского каскада ГЭС: Братская и Усть-Илимская, эксплуатирующиеся более 30 лет в условиях северной климатической зоны. При участии автора была сформирована база данных многолетних натурных наблюдений за динамикой фильтрационных расходов и изменением химического состава воды ангарских водохранилищ и воды, профильтровавшей через бетон напорного фронта плотин (фильтрата). Сформированная база данных позволила оценить влияние сосредоточенной фильтрации на долговечность напорного фронта бетонных плотин, эксплуатирующихся в условиях Севера.

Целью диссертационной работы является исследование влияния сосредоточенной фильтрации на состояние напорного фронта плотин и разработка критериев долговечности бетона по прочности и ширине раскрытия трещин, применение которых возможно для бетонных плотин Северных регионов.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи: 1. Изучить особенности процесса сосредоточенной фильтрации на примере Братской и Усть-Илимской плотин. Провести классификацию фильтрующих трещин в зависимости от динамики фильтрационных расходов. •

2. По результатам натурных наблюдений рассмотреть особенности коррозионных процессов в местах сосредоточенной фильтрации в напорном фронте Братской и Усть-Илимской плотин.

3. Провести экспериментальную проверку особенностей коррозии бетона, протекающей в напорном фронте плотин.

4. Предложить критерии долговечности напорного фронта по плотности (прочности) бетона и ширине раскрытия трещин.

5. Основываясь на данных многолетних систематических наблюдений за химическим составом воды водохранилищ дать характеристику водной среды ангарских водохранилищ и степень ее агрессивности по отношению к бетону напорного фронта.

Методы исследований. Контрольное бурение бетона с отбором кернов для определения прочностных свойств бетона напорного фронта на контакте с трещиной и в глубине массива.

Экспериментальные исследования влияния щелочных оксидов, присутствующих в фильтрате, на концентрацию кальциевых соединений с целью установления причины осаждения кальцита при самозалечивании трещин.

Многолетние натурные наблюдения за химическим составом воды ангарских водохранилищ и анализ ее агрессивности по отношению к бетону напорного фронта плотин.

Многолетние наблюдения за составом и расходом воды, профильтровавшей через бетон напорного фронта и оценка их влияния на контактный бетон с трещиной и на бетон в глубине массива плотин.

Научная новизна работы заключается:

1. В классификации мест сосредоточенной фильтрации по напорному фронту бетонных плотин в зависимости от динамики фильтрационных расходов.

2. В установлении по результатам многолетних наблюдений за состоянием напорного фронта Ангарских плотин особенностей самозалечивания и размыва бетона на контакте с фильтрующим потоком.

3. В экспериментальном моделировании химических процессов, протекающих на контактной границе «бетон — фильтрат».

4. В установлении границ ширины раскрытия трещин и градиентов напора, при которых происходит самозалечивание, переходное состояние и размыв бетона напорного фронта плотин.

5. В разработке критериев долговечности напорного фронта по плотности (прочности) бетона в виде Ктш(Р=о.95) > 25 МПа и ширине раскрытия трещин, применение которых возможно в периоды строительства и эксплуатации бетонных плотин Северных регионов.

6. В изучении особенностей водной среды Братского и Усть-Илимского водохранилищ, с целью оценки степени ее агрессивности по отношению к бетону напорного фронта.

Практическая значимость работы заключается:

1. В установлении зависимости характера коррозионных процессов в напорном фронте плотины от величины фильтрационных расходов, что позволило установить причины самозалечивания фильтрующих трещин.

2. В установлении последствий сильной фильтрации в течение 30 лет трещины секции 30 Усть-Илимской ГЭС на состояние контактных с ней бетонных поверхностей напорного фронта и использовании результатов исследований при отработке технологии ремонта (акт о внедрении научно - исследовательских результатов).

3. В установлении влияния ширины раскрытия трещины и градиента напора на состояние бетона на контакте с фильтрующей трещиной.

4. В использовании критериев водонепроницаемости напорного фронта при планировании ремонтных работ, которые, в частности, были использованы при принятии решения о необходимости ремонта напорной грани Усть-Илимской плотины (договор № 532 «Исследование бетона образцов-кернов, выбуренных из плотины Усть - Илимской ГЭС» - 2005 г.; договор № 590 «Исследование бетона образцов - кернов, выбуренных на контакте с фильтрующей трещиной» 2006 г.).

5.В организации систематического мониторинга за динамикой фильтрационных расходов и изменением химического состава воды водохранилища и фильтрата, позволяющего анализировать текущее состояние напорного фронта бетонных плотин Северных регионов.

На защиту выносятся:

1. Классификация мест сосредоточенной фильтрации через напорный фронт плотин по динамике фильтрационных расходов.

2. Результаты многолетних наблюдений за химическим составом фильтрата с установлением влияния легкорастворимых щелочей на самозалечивание фильтрующих трещин.

3. Экспериментальная модель процессов, протекающих на контактной границе «бетон - фильтрат».

4. Критерии стойкости бетона напорного фронта плотин, выполнение которых повышает их долговечность в период эксплуатации.

5. Особенности водной среды Братского и Усть-Илимского водохранилищ и степень ее агрессивности по отношению к бетону плотин, эксплуатирующихся в северной климатической зоне.

Достоверность результатов работы обеспечена использованием статистических методов обработки результатов, сравнением расчетных и экспериментальных данных, сопоставлением с результатами других исследований.

Апробация работы. Содержание и результаты исследований докладывались и обсуждались на Межрегиональных научно-технических конференциях "Строительство: материалы, конструкции, технологии" (Братск, БрГТУ 2003-2005 г.г.), Межрегиональных научно-технических конференциях "Естественные и инженерные науки - развитию регионов" (Братск, БрГТУ 2003-2004 г.г., БрГУ 2005-2006 г.г.), Всероссийских научно-технических конференциях "Естественные и инженерные науки - развитию регионов Сибири" (Братск, БрГУ 2007-2008 г.г.), молодежной научно-технической конференции "Будущее Братска" (Братск, БрГТУ 2003 г.), XXV научно - технической конференции аспирантов и студентов "Изучение и решение региональных проблем строительного комплекса" (Братск, БрГУ 2004 г.), на расширенном заседании кафедры "Технологии и организация строительного производства" ГОУ ВПО "БрГУ" от 24 сентября 2008г.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 17 работ, в том числе статей- 11, тезисов — 4, статьи в изданиях, рекомендованных ВАК - 2.

Диссертационная работа выполнялась с 2002 по 2008 г.г.

Автор выражает благодарность д.т.н. В.Б. Судакову (ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева»), к.т.н., доценту Т.Ф. Шляхтиной (ГОУ ВПО «БрГУ») за оказанную помощь, ценные советы и консультации при выполнении работы, а также О.Г. Бронниковой (Братская ГЭС), оказавшей помощь при проведении экспериментальных исследований.

Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Диссертация содержит 121 страницу текста, включая 50 рисунков, 12 таблиц, 3 приложения и список литературы из 78 наименований.

Основные результаты диссертационной работы состоят в следующем.

1. Проведен анализ многолетних натурных наблюдений за динамикой фильтрационных расходов и предложена классификация сосредоточенно фильтрующих трещин через бетонное тело напорного фронта.

2. Установлено, что водная среда ангарских водохранилищ по содержанию гидрокарбонатов и агрессивной углекислоты в отдельные периоды может быть агрессивна по отношению к бетону.

3. Установлены последствия фильтрации на состояние контактной бетонной поверхности сильно фильтрующих трещин, проявившееся в виде увеличения размеров и объема капиллярных пор. Это влияние убывает по мере удаления от трещины в глубину массива и становится незначимым на расстоянии около 16 см. Полученные результаты нашли практическое применение при планировании ремонтных работ сильно фильтрующей трещины секции 30 на Усть-Илимской ГЭС.

4. Установлено влияние щелочных оксидов на характер коррозионных процессов в местах сосредоточенной фильтрации. В результате появления в фильтрате ионов натрия и калия отмечается осаждение ионов кальция по путям фильтрации в виде кальцита, которое возможно при достаточном насыщении фильтрата карбонатами натрия и калия при фильтрационных расходах примерно до 0,005 л/мин. Повышение фильтрационных расходов и соответствующее снижение концентрации растворяемых компонентов цементного камня меняет характер коррозионного процесса таким образом, что растворение и вынос как щелочных оксидов, так и гидроксида кальция лимитируется в конечном счёте диффузией указанных соединений из бетона.

5. Проведены экспериментальные исследования, полностью подтвер дившие гипотезу о влиянии натриевых соединений фильтрата на процессы коррозии, которые имеют место в бетоне напорного фронта при малых расходах.

6. Построена экспериментальная модель коррозии бетона в местах сосредоточенной фильтрации, отражающая количественное снижение концентрации ионов кальция в фильтрате в зависимости от его насыщения щелочными оксидами.

7. Сформулирован критерий плотности (прочности) бетона напорного столба в виде Ятт(Р-о.95) > 25 МПа (в проектном возрасте), являющейся той величиной, на которую может быть ориентирован оперативный контроль качества и откорректирован проектный состав бетона напорной грани плотин Северных регионов.

8. Установлены границы ширины раскрытия трещины и градиентов напора, позволяющие характеризовать фильтрующие трещины по степени их опасности и тем самым осуществлять контроль и прогнозировать состояние бетона плотин, эксплуатирующихся в северной климатической зоне.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Алекин, O.A. Гидрохимия / O.A. Алёкин. JL: Стройиздат, 1970- 287 с.

2. Алексеев, К.В. Гидротехнический бетон плотины Братской гидростанции./ К.В. Алексеев // Гидротехническое строительство, i960.- № 12.- С.15-18.

3. Алексеев, C.H. Долговечность железобетона в агрессивных средах / С.Н. Алексеев, Ф.М. Иванов, Н. Модры, П. Шиссль.- М.: Стройиздат, 1990.320 с.

4. Баженов, Ю.М. Технология бетона: учеб. пособие для вузов / Ю.М. Баженов.- М.: Высш. Школа, 1978.- 455 с.

5. Байков, A.A. Собрание трудов / A.A. Байков. М., Л: Издательство Академии наук СССР, 1948. - том V.- 272 с.

6. Бабушкин, В.И. Физико химические процессы коррозии бетона и железобетона./В.И. Бабушкин. -М.: Стройиздат, 1968 - 187с.

7. Бруссер М.И. Разработка и внедрение статистических методов контроля прочности бетона / М.И. Бруссер //IX Всесоюзная конференция по бетону и железобетону: сб.науч.тр. НИИЖБ.- М.:НИИЖБ, 1983.- с. 130-133.

8. Вербецкий, Г.П. Прочность и долговечность бетона в водной среде / Г.П. Вербецкий.- М.: Стройиздат, 1976.- 128 с.

9. Возная, Н.Ф. Химия воды и микробиология: Учеб.: пособие для вузов / Н.Ф. Возная. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. школа, 1979. - 340с., ил.

10. Волженский, A.B. Минеральные вяжущие вещества: Учеб.: пособие для вузов/ A.B. Вербецкий. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1971. -230с.

11. Гаркун, JI.M. Контроль однородности заполнителей бетона на строительстве Красноярской ГЭС / Л.М.Гаркун, С.А. Тульский // Труды координационных совещаний по гидротехнике. Л.: Энергия, 1968. - Вып.41

12. Гинзбург, Ц.Г. Анализ и сопоставление проектных и фактических данных по бетону плотины Братской ГЭС / Ц.Г. Гинзбург, Д.Ф. Ершов // Совещание по строительству высоких бетонных плотин на скальном основании. М., 1964.- С. 12-16.

13. Гершберг, O.A. Технология бетонных и железобетонных изделий / O.A. Гершберг. -М.: Стройиздат, 1971. 360с., ил.

14. Гришин, М.М. Гидротехнические сооружения (в двух частях). Ч. I: Учебник для студентов вузов / М.М. Гришин, С.М. Слисский, А.И. Антипов и др. -М.: Высш. школа, 1979. 615 е., ил.

15. Гришин, М.М. Бетонные плотины (на скальных основаниях). Учеб. пособие для вузов / М.М. Гришин, Н.П. Розанов, Л.Д. Белый и др. М.: Стройиздат, 1975. - 352 с.

16. Добролюбов, Г. Прогнозирование долговечности бетона с добавками / Добролюбов Г., Ратинов В.Б., Розенберг Т.И.- М.: Стройиздат, 1983 212 с

17. Дурчева, В.Н. Натурные исследования монолитности высоких бетонных плотин / В.Н. Дурчева М.: Энергоатомиздат, 1988. - 120 е.: ил. -(Б-ка гидротехника и гидроэнергетика; Вып.90).

18. Колокольникова, Е.И. Долговечность строительных материалов (бетон и железобетон). Учеб. пособие для вузов / Е.И. Колокольникова М., «Высшая школа», 1975. 159 е., с ил.

19. Курицына, A.M. Мониторинг состояния бетонных плотин ангарского каскада ГЭС / A.M. Курицына // Естественные и инженерные науки развитию регионов: Труды Братского гос. ун-та. В 2т. Т.2 - Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2007. - С. 302-306.

20. Ли, Ф.М. Бетон для больших плотин / Ф.М. Ли // Гидротехническое строительство, 1995. № 6. - С. 44-47.

21. Микульский, В.Г. Строительные материалы (Строительные материалы): Учеб. издание. / В.Г. Микульский, Г.И. Горчаков, В.В. Козлов, В.Н. Куприянов, Л.П. Орентлихер и др. М.: Изд-во АСВ, 2004. - 536с.

22. Москвин, В.М. Коррозия бетона / В.М. Москвин. М.: Госстройиздат, 1952. - 342с.

23. Москвин, В.М. Коррозия бетона и железобетона, методы их защиты /В.М. Москвин, Ф.М. Иванов, С.Н. Алексеев, Е.А. Гузеев.- М.: Стройиздат, 1980.- 536 с.

24. Обследование бетона Усть — Илимской ГЭС (заключительный). Отчет о научной работе. Братск, 2003. - 47с.

25. Оценка влияния на состояние бетона Усть Илимской плотины коррозионных процессов, протекающих в напорном фронте в местах сосредоточенной фильтрации: Отчет о научно — исследовательской работе по х/д № 454 от 29.07.1999 г. - Братск, 2000. - 128с.

26. Повреждение плотин в процессе эксплуатации / В.В. Стольников //

27. Проектирование и строительство больших плотин: Материалы IX117

28. Международного конгресса по большим плотинам 1967 г. Стамбул. Выпуск 3 М.: «Энергия», 1972. - 114 с.

29. Садович, М.А. Гидротехнический бетон Усть Илимской ГЭС / М.А. Садович//Гидротехническое строительство,- 1982.-№ 11.- С.19-23.

30. Садович, М.А. Водостойкость бетонной плотины Братской ГЭС / М.А. Садович, Т.Ф. Шляхтина, A.A. Бояркина // Тезисы докл. XVII научно — техн. конфер. БрИИ.- Братск: БрИИ, 1996.- С. 131 -132.

31. Садович, М.А. Исследование состояния бетонной плотины Братской ГЭС / М.А. Садович, Т.Ф. Шляхтина, A.A. Бояркина; ВНТИ центр.- М., 1997-Деп в ИНИОН РОС. акад.наук № 029970002508. 31 с.

32. Садович, М.А. Определение прочности бетона напорной грани плотины Братской ГЭС / М.А. Садович, Н.В. Неб, Л.Г. Синюкова // Материалы XXI науч. техн. конференции. Братск: БрГТУ, 2000.- С.203-204.

33. Садович, М.А. Особенности коррозионных процессов, протекающих в бетоне напорного фронта плотины Братской ГЭС / М.А. Садович, Т.Ф. Шляхтина, З.И. Соловьёва //Гидротехническое строительство.- 2000.- № 3.-С.14-17.

34. Садович, М.А. Обследование состояния бетона Братской ГЭС / М.А. Садович, Т.Ф. Шляхтина, Т.Н. Хохлова // Композиционные строительные материалы. Теория и практика: сборник трудов междун. науч. техн. конференции.- Пенза:, 2001.- 166c.-4.II.- С. 71-73.

35. Садович, М.А. Водостойкость Ангарских бетонных плотин / М.А. Садович // Материалы XXII науч. техн. конференции.- Братск: БрГТУ, 2001,-С.237-238.

36. Садович, М.А. Анализ агрессивности ангарской воды по отношению к бетонным плотинам / М.А. Садович, Т.Ф. Шляхтина /Труды НГАСУ.-Новосибирск: НГАСУ, 2002- Т.5, вып. 2(17)- С.40-44.

37. Садович, М.А. Стойкость бетона в различной эксплуатационнойсреде (по результатам обследования Ангарских плотин) /М.А. Садович, Т.Ф.

38. Садович, М.А. Состояние бетона напорного фронта плотины Усть-Илимской ГЭС / М.А. Садович, Т.Ф. Шляхтина, A.M. Тигунцева // Гидротехническое строительство. — 2006. №11. — С. 19-23.

39. Садович, М.А. Опыт ремонтных работ на водосливе Усть-Илимской ГЭС / М.А. Садович, Т.Ф. Шляхтина, A.M. Тигунцева // Гидротехническое строительство. 2006. - №11. — С. 24-25.

40. Садович, М.А. Мониторинг состояния бетонных плотин ангарского каскада ГЭС / М.А. Садович, A.M. Курицына // Естественные и инженерные науки — развитию регионов: Материалы межрегион, науч.- техн. конф. -Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2007. С. 143.

41. Соколов, И.Б. Фильтрация и противодавление воды в бетоне гидротехнических сооружений / И.Б. Соколов, В.А. Логунова. — М.: «Энергия», 1977. 296 с.

42. Соколовская, A.A. Развитие коррозионных процессов в напорном фронте бетонных плотин Ангарского каскада./ A.A. Соколовская//Труды НГАСУ. Том 4 №2(13).- Новосибирск: НГАСУ, 2001.- С.151-156.

43. Стефанишин, Д.В. Проблемы надежности гидротехнических сооружений /Д.В. Стефанишин, С.Г. Шульман. СПб.: ВНИИГ имени Б.Е. Веденеева, 1991.- 51с.

44. Стольников, В.В. Однородность гидротехнического бетона и факторы её определяющие / В.В. Стольников, P.E. Литвинова // Гидротехническое строительство.- 1963. № 9.- С.5-8.

45. Стольников, В.В. Исследования по гидротехническому бетону /В.В. Стольников —М-Л.: Госэнергоиздат, 1962.- 320 с.

46. Судаков, В.Б. Рациональное использование бетона в гидротехнических сооружениях / В.Б. Судаков М.: Энергия, 1976- 241с.

47. Судаков, В.Б. Пути совершенствования технологии бетона гидротехнических сооружений / В.Б. Судаков // Гидротехнический бетон и его работа в сооружении: материалы конференций и совещаний по гидротехнике.- Л.: Энергоатомиздат, 1984.- С. 4-16.

48. Тигунцева, A.M. Анализ агрессивности ангарской воды по отношению к бетону Усть-Илимской ГЭС / A.M. Тигунцева // Строительство: материалы, конструкции, технологии: Материалы межрегион, науч.- техн. конф. Братск: ГОУ ВПО «БрГТУ», 2003. - С. 69-70.

49. Тигунцева, A.M. Перспективы долговечности бетона плотин Ангарского каскада ГЭС / A.M. Тигунцева, В.В. Бортников, В.Г. Житихин // Будущее Братска: Тезисы докладов молодежной науч.- техн. конф. — Братск: ГОУ ВПО «БрГТУ», 2003. С. 38-39.

50. Тигунцева, A.M. Влияние химического состава ангарской воды набетон Усть-Илимской ГЭС / A.M. Тигунцева // Естественные и инженерные121науки — развитию регионов: Материалы межрегион, науч.- техн. конф. — Братск: ГОУ ВПО «БрГТУ», 2003. С. 176-177.

51. Тигунцева, A.M. Оценка состояния бетона Усть-Илимской ГЭС / A.M. Тигунцева // Строительство: материалы, конструкции, технологии: Материалы II межрегион, науч.- техн. конф. Братск: ГОУ ВПО «БрГТУ», 2004. - С. 85-90.

52. Тигунцева, A.M. Натурные испытания бетона Усть-Илимской ГЭС / A.M. Тигунцева // Естественные и инженерные науки — развитию регионов: Материалы межрегион, науч.- техн. конф. Братск: ГОУ ВПО «БрГТУ», 2004. - С. 204-205.

53. Тигунцева, A.M. Анализ результатов испытаний бетона плотины Усть-Илимской ГЭС / A.M. Тигунцева // Естественные и инженерные науки -развитию регионов: Труды Братского гос. ун-та. В 2т. Т.2 — Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2005. С. 254-256.

54. Тигунцева, A.M. Ремонтно-восстановительные работы водослива 10 Усть-Илимской ГЭС / A.M. Тигунцева // Строительство: материалы, конструкции, технологии: Материалы IV межрегион, науч.- техн. конф. — Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2005. С. 49-52.

55. Тигунцева, A.M. Подбор состава бетона для ремонтно-восстановительных работ / A.M. Тигунцева // Естественные и инженерные науки — развитию регионов: Материалы межрегион, науч.- техн. конф. — Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2006. С. 170.

56. Чугаев, P.P. Гидротехнические сооружения. Водосливные плотины / P.P. Чугаев. М.: Высш. школа, 1978. - 352 с.

57. Шейкин, А.Е. Структура, прочность и трещиностойкость цементного камня / А.Е. Шейкин.- М.: Стройиздат, 1974.- 192 с.

58. Шейкин, А.Е. Структура и свойства цементных бетонов / А.Е. Шейкин, Ю.В. Чеховский, М.И. Бруссер. -М.: Стройиздат, 1979.- 344 с.

59. Шляхтина, Т.Ф. Мониторинг водной среды функционирования плотины Братской ГЭС / Т.Ф. Шляхтина, О.И. Барабаш // Братская ГЭС 40 лет эффективной эксплуатации: материалы науч. практ. конференции.-Братск, 2001.- С. 69-74.

60. Эйдельман, С.Я. Бетонная плотина Усть Илимской ГЭС (натурные наблюдения и исследования)./ С.Я. Эйдельман, В.Н. Дурчева.- М.: Энергия, 1981.- Б-Ка гидротехника и гидроэнергетика, Вып. 69. 136 с.

61. Юнг, В.Н. Технология вяжущих веществ/ В.Н. Юнг, Ю.М. Бутт, В.Ф. Журавлев, С.Д. Окороков М.: Промстройиздат, 1952. - 600с.

62. Яковлев, В.В. Особенности механизма и кинетики коррозии бетона в жидких сульфатных средах / В.В. Яковлев // Долговечность строительных конструкций. Теория и практика защиты от коррозии: материалы международной конференции. — М. — 2002. С. 257-261.

63. Ghorad, H.Y. The stability of the calcium sulfoaluminate hydrates in aqueos solution. / H.Y. Ghorad, E.A. Kishar // 8Int. Cngr. On the Chemie of Cem. v., 1986, p. 104-109.

64. Sadovich,M.A. Strength of concrete in different operational media / Shlyakhtina T.- Concrete solutions 1st International Conference on Concrete Repair,ST-Malo, France 15-17 July 2003,-(www.concrete solutions, info)/- p.6.