ВІДКРИТЕ АКЦІОНЕРНЕ ТОВАРИСТВО

УКРАЇНСЬКИЙ НАУКОВО-ДОСЛІДНИЙ ТА ПРОЕКТНИЙ ІНСТИТУТ СТАЛЕВИХ КОНСТРУКЦІЙ ІМЕНІ В.М.ШИМАНОВСЬКОГО

Коротич Андрій Валерійович

УДК 624.21.09

КОРОЗІЙНА СТІЙКІСТЬ І ДОВГОВІЧНІСТЬ БУДІВЕЛЬНИХ КОНСТРУКЦІЙ ТРАНСПОРТНИХ СПОРУД

05.23.01 – будівельні конструкції, будівлі та споруди

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному транспортному університеті Міністерства освіти і науки України, Київ

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент

Шкуратовський Анатолій Олександрович,

Національний транспортний університет,

професор кафедри “Мости і тунелі”.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Гнідець Богдан Григорович,

Національний університет “Львівська політехніка”, професор кафедри “Мости та будівельна механіка;

кандидат технічних наук, доцент

Коваль Петро Миколайович,

Державний дорожній науково-дослідний інститут ім. М.П.Шульгіна “ДерждорНДІ”, директор.

Провідна установа: Київський національний університет будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України, кафедра міського будівництва.

Захист відбудеться 10 листопада 2005 року в 1400 на засіданні спеціалі-зованої вченої ради К 26.857.01 у Відкритому акціонерному товаристві Український науково-дослідний та проектний інститут сталевих конструкцій імені В.М. Шимановського за адресою: просп. Визволителів, 1, Київ – 02, МСП – 660, 02660.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Відкритого акціонерного товариства Український науково-дослідний та проектний інститут сталевих конструкцій імені В.М. Шимановського за адресою: просп. Визволителів, 1, Київ – 02, МСП – 660, 02660.

Автореферат розіслано 3 жовтня 2005 року.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради К 26.857.01,

д.т.н., професор | О.І. Оглобля

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Мости, водопропускні труби і інженерні конструкції інфраструктури є найскладнішими і найбільш коштовними елементами автомобільних доріг. Аварія або обмеження руху через незадовільний стан транспортної споруди завдають величезних матеріальних і соціальних збитків суспільству. Переважну кількість мостів в Україні побудовано за технічними нормами 1948, 1963 рр. та більш ранніми, і вони на цей час не відповідають вимогам чинних норм як за вантажопідйомністю так і за пропускною здатністю за проектними параметрами. Наднормативні навантаження та збільшення концентрації агресивних компонентів в навколишньому середовищі прискорюють деградацію елементів мостів, особливо збільшується руйнація за рахунок корозії.

Однією з причин незадовільного фізичного стану мостів є відсутність теоретичних основ розвитку процесів корозії їх елементів. Тому чинні в Україні норми не регламентують строк служби транспортних споруд і не надають критеріїв їх довговічності. Не нормовані міжремонтні періоди мостових конструкцій.

Розробка теоретичних методів прогнозування корозійних процесів в конструкціях транспортних споруд і вироблення на їх основі практичних заходів з забезпечення їх корозійної стійкості і довговічності є актуальною задачею державної ваги, розв’язок якої дозволить нормувати міжремонтні періоди і, тим самим, продовжити термін служби споруд, збільшити їх довговічність.

Зв'язок роботи з науковими темами. Роботу виконано відповідно до держбюджетної теми кафедри „Мости і тунелі” Національного транспортного університету “Теоретичні основи і практичні рекомендації забезпечення надійності і довговічності мостових конструкцій” (№ держреєстрації 0103U001353).

Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є теоретичний аналіз роботи залізобетонних конструкцій транспортних споруд і розроблення рекомендацій з забезпечення їх корозійної стійкості і довговічності.

Для досягнення мети були поставлені такі задачі:

· проаналізувати умови роботи і транспортно-експлуатаційний стан мостових споруд в Україні;

· систематизувати математичні моделі корозійного руйнування прогонових будов і опор залізобетонних мостів;

· розробити аналітичні залежності для оцінки впливу корозійних пошкоджень на опірність залізобетонних конструкцій та прогнозу довговічності окремих елементів транспортних споруд;

· на основі експериментальних досліджень оцінити вплив інгібіторів корозії на підвищення довговічності мостових конструкцій;

· розробити практичні заходи забезпечення корозійної стійкості і довговічності залізобетонних конструкцій мостів.

Об’єкт дослідження – залізобетонні конструкції транспортних споруд.

Предмет дослідження – корозійна стійкість і довговічність залізобетонних конструкцій транспортних споруд.

Методи дослідження – загальна методологія базується на застосуванні експериментально-аналітичного підходу, використанні аналітичних методів аналізу напруженого стану, корозійної стійкості і довговічності залізобетонних мостових конструкцій та експериментальному визначенні ефективності застосування інгібіторів корозії.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному:

· узагальнено моделі процесів корозії бетону і арматурної сталі та удосконалено аналітичні залежності для оцінки впливу корозійних пошкоджень на силовий опір залізобетонних конструкцій;

· вперше отримано математичні залежності для прогнозу довговічності елементів залізобетонних мостових конструкцій з корозійними пошкодженнями;

· вперше проаналізовано довговічність зони залізобетонної конструкції, розташованою на контакті з відремонтованою, і доказано, що при різниці значень водневого показника бетону в існуючій конструкції і відремонтованому шарі
рН ? 1 необхідне застосування спеціальних заходів, в т.ч. мігруючих інгібіторів корозії;

· експериментально підтверджено ефективність і умови застосування інгібіторів корозії для забезпечення довговічності залізобетонних мостових конструкцій;

· розроблено вимоги до матеріалів для ремонту залізобетонних конструкцій прогонових будов і опор мостів, доказано, що жорсткість бетону для відновлення зруйнованого не може істотно відрізнятися від жорсткості матеріалу існуючих конструкцій, міцність бетону для ремонту повинна знаходитися в межах Rbp = (0,7-1,6)Rbі , а вміст мікрокремнезему в бетоні для мостових конструкцій не повинен перевищувати 10 % від маси цементу.

Практичне значення полягає в розробці практичних рекомендацій з забезпечення корозійної стійкості і довговічності залізобетонних конструкцій мостів.

Результати роботи впровадженні при проектуванні і виконанні ремонту мостових об’єктів:

· мосту через р. Латориця в Закарпатській обл.;

· естакади Південного мостового переходу в Києві;

· міського мосту через р. П.Буг в м. Вінниця.

Особистий внесок здобувача:

· виведені математичні залежності для прогнозу довговічності елементів залізобетонних мостових конструкцій з корозійними пошкодженнями;

· проведені комплексні експериментальні дослідження впливу інгібіторів корозії на тріщиностійкість і довговічність залізобетонних конструкцій із використанням як традиційних методів дослідження, так і методу акустичної емісії;

· впроваджене застосування розроблених рекомендацій на реальних об’єктах.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи оприлюднені та обговорені на Українських міжгалузевих науково-практичних семінарах “Сучасні проблеми проектування, будівництва та експлуатації споруд на шляхах сполучення” (Київ, 2000, 2002, 2004 рр.), на Другій всеукраїнській науково-технічній конференції “Аварії на будівлях і спорудах та їх попередження” (Київ, 1999р.), на міжнародній конференції ”Модернизация и ремонты мостовых объектов с использованием композитных материалов” (Польща, м. Жешув, 2000 р.), на Всеукраїнській науково-практичній конференції “Реконструкція будівель та споруд. Досвід та проблеми” (Київ, 2001 р.), 60-63 науково-практичних конференціях у Національному транспортному університеті (Київ, 1999-2004 р.р.), Науково-технічній раді ВАТ Український науково-дослідний та проектний інститут сталевих конструкцій імені В.М. Шимановського (Київ, 2005 р.)

Публікації. По темі дисертації опубліковано 9 статей, з них у фахових наукових виданнях – 8.

Структура і обсяг роботи. Робота складається з вступу, чотирьох розділів, висновку, списку використаних джерел із 133 найменувань та чотирьох додатків, що містять результати експериментальних досліджень та матеріали впровадження практичних рекомендацій на реальних об’єктах. Основний текст викладено на 140 сторінках, який ілюструється 39 рисунками, містить 15 таблиць і 4 додатки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі викладено актуальність дисертаційної теми, сформульовано мету і задачі дослідження, наведено загальні характеристики роботи і основні наукові результати, показано практичне значення отриманих результатів та напрямки подальшого впровадження.

У першому розділі проведено аналіз умов експлуатації і транспортно-експлуатаційного стану мостових споруд в Україні, розглянуто їх характерні дефекти і причини деградації конструкцій залізобетонних мостів. Підкреслено, що багаторічні спостереження виявили недостатню надійність і низьку довговічність залізобетонних конструкцій транспортних споруд, а технічний стан існуючих автодорожніх і міських мостів погіршується. Обґрунтовано актуальність проблеми забезпечення довговічності транспортних споруд.

Проаналізовано результати виконаних раніше експериментально-теоретичних досліджень корозійної стійкості і довговічності залізобетонних конструкцій. Розглянуто роботи Алексєєва С.Н., Ахвердова І.М., Барашикова А.Я., Болотіна В.В., Бондаренка В.М., Васильєва О.І., Глаголи І.І., Гузєєва Є.А., Зеленцова Д.Г., Іванова Ф.М., Іосилевського Л.І., Коваленка С.М., Коваля П.М., Лантуха-Лященка А.І., Леоновича С.М., Лучка Й.Й., Москвіна В.М., Осипова В.О., Пирадова К.А., Подвального А.М., Потапкіна А.О., Ржаніцина О.Р., Шалімова М.А., Шестерикова В.І., Шкуратовського А.О., Чиркова В.П., Андрате K., Базанта З., Перкінса Ф., Плудека В., Разла І., Шіссля П. та інш.

Встановлено, що ряд проблем забезпечення корозійної стійкості і довговічності залізобетонних конструкцій транспортних споруд повністю ще не вирішено. Не систематизовані математичні моделі руйнування залізобетонних конструкцій, є значні проблеми забезпечення довговічності при реабілітації і ремонті транспортних споруд.

Відповідно до викладеного визначена мета і задачі дослідження.

Другий розділ присвячено узагальненню математичних моделей процесів корозії бетону і арматурної сталі і розробці методики урахування впливу корозійних пошкоджень на силовий опір залізобетонних конструкцій.

З метою аналізу питомої ваги корозійних пошкоджень в зниженні несучої здатності залізобетонних мостових конструкцій проведено числові розрахунки. Показано, що визначальним при визначенні несучої здатності і, як наслідок, надійності залізобетонних мостових конструкцій є збереження площі арматури в процесі експлуатації споруди. Основні заходи повинні бути направленими на схоронність сталевої арматури в тілі залізобетонних конструкцій. З цієї ж причини для встановлення експлуатаційних показників мостових конструкцій і визначення строку їх служби необхідно визначити час початку і швидкість корозії стальної арматури.

Розглянуто моделі корозійного зносу стальної арматури і бетону в залізобетонних конструкціях, які використовувались різними авторами. З огляду на наявність дослідних даних, урахування впливу напружень на швидкість корозії та універсальність, в якості моделі корозійного пошкодження арматури в роботі використано залежність

, ( 1 )

де д – глибина корозійного пошкодження, t – час, - швидкість корозії при відсутності напружень, - напруження в арматурі, - деяка відома функція. Цю функцію прийнято в вигляді поліному n-го ступеня за пропозицією Д. Зеленцова

. ( 2 )

Великий обсяг чисельних розрахунків дозволив зробити висновок про те, що квадратична апроксимація функції дає задовільні результати. Таким чином, в роботі для моделювання корозійних процесів арматури залізобетонних мостових конструкцій використані такі моделі

,

. ( 3 )

На основі статистичної обробки експериментальних даних вітчизняних і зарубіжних дослідників встановлено значення параметрів н0 і k.

Модель корозійних ушкоджень бетону внаслідок його розморожування, вилуговування та насичення хлоридами прийнято в вигляді емпіричних залежностей

, ( 4 )

а внаслідок карбонізації бетону захисного шару

, ( 5 )

де - емпірична характеристика граничної глибини ушкодження, - напруження в бетоні; X - глибина (товщина) карбонізованого шару; а, А - емпіричні коефіцієнти.

Приймаючи до уваги значно менший вплив міцності бетону на несучу здатність залізобетонних конструкцій, ніж корозійних пошкоджень арматури, урахування напружень в бетоні на ступінь його деградації проводилось лише в випадках, коли напруження від експлуатаційних навантажень перевищують 0,5Rb,ser .

На основі прийнятих моделей корозійних ушкоджень виконано прогноз корозії арматури залізобетонних конструкцій при карбонізації захисного шару та оцінку корозійного зношення робочої арматури в балках прогінних будов автодорожніх мостів. Наведено уточнене значення коефіцієнта А у формулі (5) у залежності від водоцементного відношення бетону (В/Ц) та з урахуванням одночасної дії циклічного заморожування-відтавання бетону.

Таблиця 1

Числові значення параметра А для умов України

Значення А при водоцементному відношенні бетону | Умови | 0,35 | 0,4 | 0,45 | 0,5 | 0,55 | 0,6 | Без морозного руйнування | 0,10 | 0,16 | 0,23 | 0,32 | 0,37 | 0,46 | З урахуванням морозного руйнування | 0,12 | 0,17 | 0,25 | 0,34 | 0,39 | 0,49 |

Для більш точної оцінки наведено графіки функції (5). Їх побудовано з урахуванням впливу на карбонізацію якості бетону - його структури, проникності і щільності, які безпосередньо залежать від В/Ц та спільної дії карбонізації і циклічного заморожування-відтавання бетону.

Отримана оцінка корозійного зношення робочої арматури в балках прогінних будов автодорожніх мостів дозволяє укласти, що утворення поздовжньої (такої, яка йде уздовж арматурного стрижня) тріщини в захисному шарі відбувається при дуже малому корозійному пошкодженні сталі (порядку 20-30 мкм). Тим самим, тріщина з'являється через дуже короткий час після порушення пасивності арматури.

Розроблено методику урахування впливу корозійних пошкоджень на несучу здатність перерізів залізобетонних конструкцій, що згинаються. Отримано вирази для висоти стиснутої зони x, модуля пружності бетону і жорсткості B[ф] ушкодженого перетину елемента, який згинається |

(6) | де х0 - вихідна висота стиснутої зони, , m, n, Ф – коефіцієнти, що ураховують корозійне ушкодження робочої розтягнутої арматури, .- початковий модуль пружності бетону, - характеристика повзучості бетону, ф - час.

В розділі наведено узагальнення теоретичних основ та методики оцінки довговічністі конструкцій залізобетонних мостів з корозійними пошкодженнями.

Основою методики є ідея д.т.н. Лантуха-Лященка про поділ моста на елементи та дискретні моделі їх деградації з використанням теорії випадкових марковських процесів. Споруда розглядається як система конструктивних елементів п’яти груп: елементи мостового полотна; елементи прогонової будови; опори; фундаменти; підмостове русло і регуляційні споруди.

В дисертації розглянуто лише питання довговічності залізобетонних конструкцій мостів. Процес деградації елемента протягом життєвого циклу описується нелінійною моделлю із п’яти дискретних станів згідно ВБН В.3.1 – 218-174-2002. В роботі прийнято моделі деградації елементів мостових конструкцій, запропоновані Лантухом-Лященко А.І.

Для розтягнутих стрижневих залізобетонних елементів і елементів, що згинаються, отримані формули, що дозволяють визначити їхню довговічність. Оскільки робота розтягнутих залізобетонних елементів харакеризується наявністю тріщин, а несуча здатність визначається несучою здатністю арматури, то і їх довговічність визначається ступенем корозійного ушкодження арматури.

Виконані за наведеною методикою розрахунки показують, що застосування при зимовому утриманні проїзної частини мостів протиожеледних солей, до складу яких входять хлориди, призводить до скорочення строку служби залізобетонних балок на 20-30 років в залежності від виду застосовуваних солей і концентрації хлоридів. При використанні протиожеледей вже через 10 років з початку експлуатації споруди імовірність початку корозії арматури складає 5%. При збільшенні товщини захисного шару з 2 до 4 см строк служби балок збільшується майже в 2 рази при застосуванні хлоридів і в 1,5 раза без їх використання.

Окремий розділ складає питання довговічності зони залізобетонної конструкції, розташованою біля відремонтованої. Внаслідок розвитку дефектів під впливом довкілля і навантаження та карбонізації бетону захисного шару появляються зони з відколотим захисним шаром і оголеною арматурою. При ремонті оголену арматуру закривають новим бетоном або залишають відкритою, прийнявши заходи проти її подальшої корозії (наприклад, пофарбувавши її олійними фарбами чи епоксидними компаундами). І в одному, і в другому випадках по довжині арматурного стрижня появляються зони з різними показниками рН оточуючого арматуру середовища. Найбільшою різниця показників рН є на контакті зон з зруйнованим захисним шаром і старого ще незруйнованого бетону.

Рис. 1. Механізм електрохімічної корозії арматурного стрижня

Автором показано, що при різниці показників рН ? 1 процеси корозії арматури відбувається дуже інтенсивно, бо вподовж арматурного стрижня в місцях з різними значеннями рН з’являються анодна і катодна зони. При цьому вода, що знаходиться в порах бетону, виконує функцію електроліту.

Таким чином, ремонт зруйнованої зони бетону з оголеною арматурою без прийняття спеціальних заходів з вирівнювання показників рН або інших заходів для захисту арматури від корозії може бути шкідливим для конструкції і знизити її довговічність. Однією з можливостей такого захисту арматури від корозії в приграничній з відремонтованою зоні може бути застосування мігруючих інгібіторів корозії.

В третьому розділі наведено методику і результати експериментальних досліджень впливу інгібіторів корозії на тріщиностійкість і довговічність залізобетонних мостових конструкцій.

Проаналізовано методи дослідження та випробування будівельних матеріалів і конструкцій, розглянуті в роботах Дем’яна М.Л., Коваля П.М., Лучка Й.Й., Лужина О.В., Муравіна Г.Б., Налимова В.В., Почтовика Г.Я., Фаля А.Є., Філоненко С.Ф. та інш. Із сучасних методів експериментального дослідження комплексне вивчення бетону і арматури можливе з використанням методів акустичної емісії (АЕ). Але ідентифікація корозійного процесу на основі кількісного аналізу із використанням зареєстрованих даних, через відсутність єдиних метрологічних вимог калібрування АЕ - апаратури, невідомі значення амплітудно-частотних характеристик датчиків АЕ, недостатні відомості про процеси затухання та відбивання хвиль є ще досить проблематичною задачею.

В зв’язку з цим експериментальне дослідження проведено двома серіями: з використанням традиційних методик і простих приладів (перша серія) і з використанням приладів і методик АЕ. Для прискорення процесів корозії матеріалів проводилось вивчення електрокорозії дослідних зразків на основі методів, що базуються на законах електролізу (перший та другий закони Фарадея) і направлених на визначення закономірностей втрат маси зразків від кількості електричного струму, що проходить через них.

Для експериментального дослідження було виготовлено 2 серії дослідних зразків в вигляді стандартних кубів і призм. Для досягнення забезпеченості 0,95 в кожній партії виготовлено по 6 зразків. Об’єм експерименту складався з двох серій по 12 зразків в кожній в формі призм розміром 40х40х160 мм із встановленням по центру стального стрижня (для більш достовірної оцінки процесів електрокорозії). До бетонування зразків поверхню стрижня чистили і шліфували для видалення слідів корозії, бруду і мастила і зважували на квадрантній вазі 4го класу. При виготовленні 6 зразків було використано 3% добавки інгібітору Ferrogard 901 від ваги цементу. Інші 6 зразків були контрольні – тобто без добавки інгібітору.

Зразки поміщали в пластмасовий контейнер і засипали зволоженим піском. Бокові площини зразків обертали алюмінієвою фольгою, а зверху ще і алюмінієвим проводом 3 мм, які виконувала функцію катода. Всі катоди зразків були з’єднанні паралельно мідним провідником до клеми “мінус” джерела живлення. “Плюс” джерела живлення через комутатор приєднувався при допомозі паяння до центрального стального стрижня зразка. Другий кінець стального стержня, що виходив із зразка ізолювався епоксидною смолою.

План експерименту полягав у визначенні залежності впливу кількості електричного струму (А*год), що проходив через одиницю площі арматурного стержня, та втрати його маси в результаті електричної корозії в залежності від наявності інгібітора корозії. Також визначалась можлива втрата міцності бетону, наявність тріщин, тощо. Як відомо, при окисленні стального стержня об’єм продуктів корозії буде більший ніж у чистого металу і всередині зразка розвивається тиск, величина якого може досягати до 15-30 МПа. Такі зусилля приводять до появи в бетонних зразках спочатку мікротріщин, а пізніше і макротріщин та повної втрати міцності. В ці тріщини потрапляє волога і більша частина електричного струму проходитиме по рідині цих тріщин, а не через бетон, що рівносильне зменшенню електричного опору.

Рис.2. Загальний вигляд дослідного устаткування

В другій серії експерименту вимірювали електричний опір зразків, питомий електричний опір бетону, визначали різницю електродного потенціалу системи “арматура-електролітичне середовище – мідно-сульфатний електрод порівняння” та досліджували акустичну емісію досліджуваних зразків при електрокорозії. Сигнали з датчика АЕ підсилювались і надходили на ЕОМ для обробки і подальшого аналізу з використанням пакету програм програмно-технічного комплексу “АКЕМ”.

Графік зміни залежності величини втрати маси стальних стержнів дослідних зразків в процесі випробувань наведено на рис. 3.

Рис. 3. Втрати маси арматурних стержнів дослідних зразків в процесі випробувань:

1 – зразок з інгібітором корозії; 2 – зразок без інгібітором корозії

Як видно з наведеного рисунку, за однаковий період досліджень врати маси стальних стержнів в зразках із домішками інгібітору в 9 разів менші за аналогічні втрати в зразках без інгібітору.

Аналогічні результати отримані в результаті аналізу дослідних даних другої серії випробувань з використанням АЕ:

Рис. 4. Зміна різниці електричного потенціалу системи
“арматура-електролітичне середовище – мідносульфатний
електрод порівняння” зразків Б2І та Б6К

В результаті проведеного експериментального дослідження встановлено, що тріщиностійкість зразків із інгібітором значно вища за зразки без інгібітора, а швидкість протікання процесів корозії в зразках без інгібітора практично вдвічі більша ніж в зразках із інгібітором.

В цілому, застосування інгібіторів корозії є ефективним і вирішує проблему захисту арматури в приграничній з відремонтованою зоні при ремонті залізобетонних мостових конструкцій, які тривалий час знаходились в експлуатації. Застосування інгібіторів корозії також доцільне в конструкціях транспортних споруд, які знаходяться в зонах блукаючих струмів та на яких розташовані комунікації з електричними мережами постійного струму

Четвертий розділ присвячено практичним рекомендаціям забезпечення довговічності залізобетонних конструкцій транспортних споруд, а саме:

· заходам з забезпечення проектної довговічності бетону мостових конструкцій за морозостійкістю;

· способом механічного захисту мостових конструкцій від впливу довкілля і негативних наслідків поточного і зимового утримання мостового полотна та гідроізоляції несучих конструкцій і нанесення захисних покрить;

· регулюванням якостей бетону мінеральними і хімічними домішками;

· внесенням інгібіторів корозії арматурної сталі.

Показано, що значне зниження проектної морозостійкості може наступити при малих, практично не контрольованих, відхиленнях від оптимального технологічного режиму. Якщо при проектуванні чи в технології виготовлення продукції допущено серйозний прорахунок чи порушення, імовірність отримання морозостійкого бетону та довговічної конструкції різко знижується. Для забезпечення високої морозостійкості і довговічності конструкцій розглянуто два шляхи. Перший – традиційний, що заключається в бездоганному виконання технологічних операцій з обов’язковим контролем змісту повітря в бетонній суміші. Другий пов’язаний з створенням в бетоні і конструкції визначеного запасу по довговічності. Мова йде про застосування нового класу бетонів. Такий бетон в американській і англійській технічній літературі отримав назву HPC (High Perfomances Concrete). Міцність цих бетонів, виготовлених на звичайних цементах і заповнювачах, досягає 80 МПа, їх характеризує низька водопроникність (W 12-16), стійкість до агресивних впливів, підвищена довговічність. Ці ефекти досягають введенням спеціальних добавок, основу яких складають мікрокремнезем і суперпластифікатор. При цьому зміст мікрокремнезему має бути 6-10% від змісту цементу. При вмісті мікрокремнезему понад 10% відбувається різке падіння морозостійкості.

Рекомендовано виконувати захист поверхні залізобетонних конструкцій просочуванням або захисними покриттями, що протидіють проникненню в бетон вологи, вуглекислого газу, кисню, хлоридів та промислових газів і не заважають бетону “дихати”, тобто не заважають виходити з бетону назовні їх парам. Коефіцієнт дифузії вуглекислого газу в бетоні з такими покриттями для мостових конструкцій не повинен перевищувати 310-4 см2/с.

Сформульовано вимоги до гідроізоляції елементів конструкцій мостів. Підкреслено, що через специфіку мостових конструкцій (внаслідок масивності в елементах мостових конструкцій існують значні температурні градієнти), для їх гідроізоляції слід використовувати матеріали (або захисні системи), розроблені спеціально для мостобудування. Загальна товщина рулонної гідроізоляції повинна складати не менше ніж 5 мм, в тому числі мінімальна товщина гідроізоляційного матеріалу під основою – більше ніж 2 мм.

Для гідроізоляції відкритих бетонних поверхонь (тротуарні плити, парапетні огородження тощо) рекомендується застосування просочувальних гідроізоляційних матеріалів або полімерних покриттів.

Розглянуто особливості матеріалів для ремонту залізобетонних конструкцій прогонових будов і опор мостів і викладено особливі вимоги до них. Показано, що для ремонту різних зон опор необхідно застосовувати матеріали з різними властивостями і характеристиками.

Розглянуто економічні питання корозійної стійкості та забезпечення довговічності.

ВИСНОВКИ

1. Узагальнено моделі процесів корозії бетону і арматурної сталі та удосконалено аналітичні залежності для оцінки впливу корозійних пошкоджень на силовий опір залізобетонних конструкцій.

2. Отримано математичні залежності для прогнозу довговічності елементів залізобетонних мостових конструкцій з корозійними пошкодженнями.

3. Вперше проаналізовано довговічність зони залізобетонної конструкції, розташованою на контакті з відремонтованою, і доказано, що при різниці значень водневого показника бетону в існуючій конструкції і відремонтованій рН ? 1 для її забезпечення необхідне застосування спеціальних заходів, в т.ч. мігруючих інгібіторів корозії.

4. Експериментально підтверджено ефективність і умови застосування інгібіторів корозії для забезпечення довговічності залізобетонних мостових конструкцій.

5. Розроблено вимоги до матеріалів для ремонту залізобетонних конструкцій прогонових будов і опор мостів; доказано, що жорсткість бетону для відновлення зруйнованого не може істотно відрізнятися від жорсткості матеріалу існуючих конструкцій, а міцність бетону для ремонту повинна знаходитися в межах Rbp = (0,7-1,6)Rbі, при цьому вміст мікрокремнезему в бетоні для мостових конструкцій не повинен перевищувати 10 % від маси цементу.

6. Впроваджено в виробництво рекомендації щодо забезпечення корозійної стійкості і довговічності залізобетонних мостових конструкцій на 3 об’єктах.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Шкуратовський А.О., Коротич А.В. Вплив довкілля на довговічність залізобетонних мостів і методи її підвищення //Автомобільні дороги і дорожнє будівництво: Наук-техн. зб. – К.: УТУ, 2000. – № 59. – С. 236-240.

2. Шкуратовский А.А., Коротич А.В. Принципы использования материалов строительной химии для ремонтов мостовых объектов // Модернизация и ремонты мостовых объектов с использованием композитных материалов: Наук-техн. зб. – Жешув: Sika Poland, 2000. С. 56-62.

3. Шкуратовський А.О., Коротич А.В., Поживотько О.М. Покриття тротуарів автодорожніх і міських мостів // Автомобільні дороги і дорожнє будівництво: Наук-техн. зб. К.: НТУ, 2001. – № 63. – С. 285-288.

4. Коротич А.В. Досвід ремонту мостів в Україні із застосуванням продуктів будівельної хімії // Науковий вісник будівництва: Наук-техн. зб. – Харків: ХДТУБА, 2001. – № 12. – С. 279-289.

5. Коротич А.В. Принципи забезпечення довговічності залізобетонних мостових конструкцій // Будівельні конструкції: Наук-техн. зб. – К.: НДІБК, 2001. – № 54. – С. 364-367.

6. Коротич А.В. Принципи забезпечення довговічності залізобетонних мостових конструкцій із застосуванням продуктів будівельної хімії // Автомобільні дороги і дорожнє будівництво: Наук-техн. зб. – К.: НТУ, 2001. – № 62. – С. 272-277.

7. Коротич А.В. Теоретичні передумови і конструктивно-технологічні заходи захисту залізобетонних конструкцій від деструкції // Автомобільні дороги і дорожнє будівництво: Наук-техн. зб. – К.: НТУ, 2002. – № 64. – С. 143-147.

8. Коротич А.В. Принципи забезпечення довговічності залізобетонних конструкцій опор мостів // Автомобільні дороги і дорожнє будівництво: Наук-техн. зб. – К.: НТУ, 2002. – № 65. – С. 56-58.

9. Коротич А.В. Захист арматури мостових залізобетонних конструкцій за допомогою інгібіторів корозії // Автомобільні дороги і дорожнє будівництво: Наук-техн. зб. – К.: НТУ, 2004. – № 69. – С. 113-117.

В роботі [1] автором виконано дослідження причин деградації бетону залізобетонних мостових конструкцій; в роботі [2] обґрунтовано необхідність застосування спеціальних заходів для забезпечення довговічності зони існуючої залізобетонної конструкції, яка граничить з зоною, що ремонтуватиметься; в роботі [3] – рекомендовано склад покриття тротуарів.

АНОТАЦІЯ

Коротич А.В. Корозійна стійкість і довговічність будівельних конструкцій транспортних споруд. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.01 – будівельні конструкції, будівлі та споруди. – Відкрите акціонерне товариство Український науково-дослідний та проектний інститут сталевих конструкцій імені В.М. Шимановського, Київ, 2005.

Дисертаційна робота присвячена дослідженню роботи залізобетонних конструкцій транспортних споруд з корозійними пошкодженнями і способів підвищення їх довговічності. Систематизовано і узагальнено математичні моделі руйнації прогонових будов і опор залізобетонних мостів внаслідок корозії бетону і арматурної сталі і на їх основі розроблено методику прогнозу довговічності залізобетонних конструкцій транспортних споруд. Проведено експериментальні дослідження підвищення довговічності мостових конструкцій за допомогою інгібіторів корозії з використанням традиційних методів та приладів акустико-емісійної діагностики. Наведено рекомендації з практичного забезпечення довговічності залізобетонних конструкцій мостів.

Ключові слова: залізобетонні конструкції, транспортні споруди, мости, бетон, арматура, корозійна стійкість, довговічність.

АННОТАЦИЯ

Коротич А.В. Коррозионная стойкость и долговечность строительных конструкций транспортных сооружений. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 – строительные конструкции, здания и сооружения. – Открытое акционерное общество Украинский научно-исследовательский и проектный институт стальных конструкций имени В.Н.Шимановского, Киев, 2005.

Изложена актуальность диссертационной темы, сформулированы цель и задачи исследования, приведены основные научные результаты, показано практическое значение полученных результатов и направления внедрения.

Диссертационная работа посвящена исследованию работы железобетонных конструкций транспортных сооружений с коррозионными повреждениями и способов повышения их долговечности.

Проведен анализ условий эксплуатации и транспортно-эксплуатационного состояния мостовых сооружений в Украине, рассмотрены их характерные дефекты и причины деградации конструкций железобетонных мостов.

Систематизированы и обобщены математические модели разрушения пролетных строений и опор железобетонных мостов вследствие коррозии бетона и арматурной стали и на их основе разработаны методики учета влияния коррозионных повреждений на силовое сопротивление железобетонных конструкций и методика прогноза долговечности железобетонных конструкций транспортных сооружений.

Также обобщены теоретические основы долговечности и разработана методика оценки долговечности конструкций железобетонных мостов с коррозионными повреждениями.

Отдельно рассмотрен вопрос долговечности зоны железобетонной конструкции, расположенной возле отремонтированной.

Проведены экспериментальные исследования повышения долговечности мостовых конструкций с помощью ингибиторов коррозии с использованием традиционных методов и приборов акустико-эмиссионной диагностики. Изложены практические рекомендации обеспечения долговечности железобетонных конструкций транспортных сооружений.

Приведена методика и результаты экспериментальных исследований влияния ингибиторов коррозии на трещиностойкость и долговечность железобетонных мостовых конструкций.

Ключевые слова: железобетонные конструкции, транспортные сооружения, мосты, бетон, арматура, коррозионная стойкость, долговечность.

ABSTRACT

Korotych A.V. Corrosion endurance and durability of the reinforced concrete structures of civil engineering works. – Manuscript.

Thesis for a Candidate Degree in Technics by speciality 05.23.01 – constructions, buildings and structures. – Open joint-stock company Ukrainian researching and designing institute of steel constructions for the name of
V.M. Shimanovskiy, Kyiv, 2005.

The thesis is devoted to the research of behavior reinforced concrete structures of civil engineering works with corrosive damages and to the methods of increasing their durability.

The mathematical models of corrosive destruction of the reinforcing steel and concrete of structures of civil engineering works are systematized and generalized.

Based on these models are developed the methodic of prognosis of durability of reinforced concrete structures.

The experimental research dedicated to the increasing of bridge constructions endurance are realized. The traditional methods and acoustic emission were used.

Recommendations of the practical assurance of the endurance and durability of the reinforced concrete structures of civil engineering works are listed.

Key words: reinforced concrete structures, civil engineering works, bridge, concrete, reinforcing steel, corrosive durability, endurance.