книги / Техническая экспертиза объектов недвижимости

рость этого процесса от 0,5-1,0 мм до 1,5 см в год. Процесс ускоряется кли­ матическими воздействиями: замораживанием - оттаиванием - высушива­ нием.

К особой категории жидких сред следует отнести техногенные воды: оборотные воды; воды замкнутого цикла. В этой группе вод содержатся ки­ слоты, щелочи, растворители, масла. Как правило, очистка этих вод бывает неудовлетворительной.

Твердые среды - сухие минерализованные грунты, содержащие CL, SO 4, Mg , Na, К,удобрения, производственную пыль.

Агрессивность твердых веществ определяется их растворимостью в во­ де 2 г/л и более и гигроскопичностью при влажности 60 % и менее.

3.2. Коррозия бетона и арматуры в железобетонных конструкциях

Бетон является наиболее долговечным материалом. Однако из-за не­ брежной эксплуатации, некачественного выполнения и некоторых других причин он подвергается разрушению раньше того срока службы, на который рассчитаны изготовленные из него конструкции.

Все процессы коррозии бетона можно классифицировать на три основ­ ных вида.

К коррозии I вида можно отнести все процессы, протекающие в бетоне при взаимодействии его с внешней водной средой, в результате чего проис­ ходит выщелачивание растворимых частей цементного камня и соответст­ вующее разрушение его структурных элементов.

При интенсивном развитии в бетоне коррозии II вида ведущим является процесс взаимодействия агрессивных растворов с твердой фазой цементного камня при катионом обмене и разрушение основных структурных элементов цементного камня. К этому виду могут быть отнесены процессы коррозии бетона при действии растворов кислот, магнезиальных солей, солей аммония и др.

К коррозии III вида относятся процессы коррозии бетона, в результате которых продукты реакции накапливаются и кристаллизуются в порах и ка­ пиллярах бетона. На определенной стадии этих процессов увеличение кри­ сталлообразования способствует возникновению и росту напряжений и де­ формаций в ограждающих стенках, а затем и разрушению структуры. Дест­ руктивные процессы могут вызываться не только непосредственно продук­ тами реакции, но и другими солями, поступающими извне в виде раствора и кристаллизующимися в бетоне. К этому виду коррозии могут быть отнесены процессы коррозии при действии сульфатов, связанные с накоплением и ростом кристаллов гидросульфоалюмината, гипса и др.

Воздействие коррозийных сред вызывает развитие физико­ механических и физико-химических коррозийных процессов в бетоне, что приводит к изменению свойств бетона, перераспределению внутренних усилий в сечениях нагруженных элементов и изменению условий со­ хранности арматурной стали.

Существенную роль в обеспечении надежности и долговечности желе­ зобетонных конструкций играет состояние их стальной арматуры.

В плотном неповрежденном бетоне на цементном вяжущем стальная арматура может находиться в полной сохранности на протяжении длитель­ ного срока эксплуатации конструкций при любых условиях влажности окру­ жающей среды. Это объясняется тем, что наличие щелочной влаги (pH при­ мерно равно 12,5) у поверхности металла способствует сохранению пассив­ ного состояния стали.

Коррозия стали в бетоне возникает в результате нарушения ее пассивно­ сти, которое может быть вызвано:

1) уменьшением щелочности окружающего арматуру электролита до pH < 12 при карбонизации или коррозии бетона;

2) активирующим действием хлорид- и сульфат-ионов, которые прони­ кают к поверхности арматуры через дефекты структуры и трещины бетона.

Скорость протекания коррозийного процесса в случае нарушения пас­ сивности зависит также от присутствия агрессивных веществ у поверхности арматуры.

Трещины в бетоне облегчают поступление влаги, воздуха и агрессивных веществ из окружающей среды к поверхности арматуры, вследствие чего ее пассивное состояние в местах расположения трещин нарушается.

Коррозия арматуры при первоначальном монолитном защитном слое вызывается многими причинами: высокой пористостью бетона, карбониза­ цией, влиянием блуждающих токов, агрессивными газами и др. Появляю­ щиеся трещины, независимо от ширины их раскрытия, являются опасными и свидетельствуют об агрессивности среды, в которой бетон не выполняет сво­ ей защитной функции по отношению к арматуре, а также о незатухающем процессе коррозии.

Причинами возможной коррозии арматуры в бетоне могут быть:

1) введение в бетон коррозионно-активных добавок (главным образом, хлоридов) или их диффузия из внешней среды;

2) уменьшение щелочности влаги в бетоне ниже критической (pH = 1,5... 11,8) путем выщелачивания или нейтрализации кислыми газами Са(ОН)2;

3)механическое или коррозийное разрушение защитного слоя бетона;

4)образование трещин в бетоне.

Различают два основных периода эксплуатации железобетонных конст­ рукций:

1)инкубационный, соответствующий пассивному состоянию стали в бе­

тоне;

2)период развития процесса коррозии арматуры, когда растрескивается

иоткалывается защитный слой.

Наиболее надежная долговечность может быть достигнута только за счет обеспечения достаточной длительности первого - инкубационного - периода взаимодействия конструкции со средой.

3.3. Биоповреждения железобетонных конструкций

Одним из видов коррозийных процессов, происходящих в структуре бе­ тона, является биокоррозия, приводящая к биоповреждениям (биодеструк­ ция). Ее изучение - одна из актуальных проблем микробиологии.

Микробиологический фактор воздействий характерен для предприятий, связанных с использованием нефти, газа, горючих и смазочных материалов органического происхождения.

В коррозийных процессах принимают участие бактерии, грибы, антиномицеты, водоросли.

Повреждения в бетонах, как правило, обусловлены воздействием про­ дуктов метаболизма микроорганизмов и лишь в редких случаях непосредст­ венно механическим воздействием биоорганизмов (например, камнесверлилыциков).

Основные процессы разрушения связаны с действием кислот, выделяе­ мых в процессе деятельности микроорганизмов: от сильнодействующих (серной, азотной) до многоатомных органических (гуминовых, пировиноградной), а также простых кислот (уксусной, молочной, щавелевой и др.)

Несмотря на то, что конструкции многих зданий и сооружений подвер­ гаются микробиологическим воздействиям, пока отсутствует нормативная база, регламентирующая вопросы строительства и долговечности в биологи­ ческих средах.

Процесс изменения прочности бетона в большинстве биологических сред можно подразделить на два периода.

Первый (в течение 5-18 месяцев) характеризуется процессом естествен­ ного роста прочности бетона, на который накладывается процесс уплотнения структуры за счет заполнения пор бетона продуктами жизнедеятельности микроорганизмов, что приводит к общему повышению прочностных харак­ теристик бетона. Картина «ложного» упрочнения особенно характерна для высокопрочных бетонов.

Для второго периода (18-22 месяца) характерно разрушение структуры бетона за счет реагирования компонентов клинкера с продуктами метабо­ лизма микроорганизмов. Скорость процесса зависит от класса бетона и ха­ рактера среды. Деструкция материала носит затухающий характер, и проч­ ность бетона в микробиологических средах снижается в среднем на 40-50 %. Отмечается уменьшение предельной растяжимости (s°Ьт= 20x10-5 вместо е°ь~ 50x10-5) и повышение хрупкости корродированного бетона, су­ щественно снижается диапазон условно упругой зоны. Снижение начального модуля упругости бетона происходит медленнее, чем снижение прочности. Через три года снижение Е& составляет 30-40 %.

Снижение прочности бетона в конструкциях, подверженных биологиче­ скому воздействию, происходит неравномерно по ширине и высоте сечения, что приводит к искривлению эпюры напряжений и смещению центра тяже­ сти в сторону нейтральной оси; снижение прочности бетона приводит к уве­ личению граничной относительной величины сжатой зоны бетона

3.4. Биоповреждения каменных конструкций

Значительную роль в разрушении материалов каменных конструкций в атмосферных условиях могут играть микроорганизмы и низшие растения, живущие на поверхности и в порах камня.

Свойством каменных конструкций является их пористость. Чем крупнее поры, тем больше они удерживают влаги и органической пыли, которые яв­ ляются условием роста микроорганизмов, тем глубже в породу могут прони­ кать микробы и тем интенсивнее будет протекать процесс биоповреждения.

Поселяясь на каменных материалах, микроорганизмы и низшие расте­ ния разрушают их химически и механически.

Химическое разрушение камня возникает в результате действия на него кислых продуктов: неорганических и органических кислот, а также углеки­ слого газа, которые образуются в процессе роста микроорганизмов. Наибо­ лее сильно разрушают каменные материалы азотная и серная кислоты, про­ дукты окисления газов, присутствующих в атмосфере. Грибы, водоросли, лишайники разрушают каменные конструкцию не только химически, дейст­ вуя продуктами метаболизма, но и механически. Рост биомассы микроорга­ низмов, внедрившихся в поры и микротрещины, способствует их расшире­ нию. Периодическое увлажнение и высыхание лишайников, которое сопро­ вождается значительным изменением объема клеток, приводит к цикличе­ скому давлению на стенки трещин и усталостному разрушению камня.

Между биологическими, химическими и механическими факторами су­ ществует взаимодействие. Трещины, появляющиеся в результате темпера­

турных напряжений и выветривания, облегчают химические реакции между каменным материалом и продуктами жизнедеятельности микроорганизмов. Биологические повреждения камня делают его более податливым к дейст­ вию химических и механических факторов и тем самым увеличивают интен­ сивность разрушений.

В связи с появлением большого числа автомобилей, в том числе инома­ рок, бывших в употреблении, измененилась экология крупных городов. Рез­ ко увеличился выброс СО, а следовательно, и активность микроорганизмов, находящихся в старой кладке и бетоне и приводящих к биохимической кор­ розии. Исследования показали, что эти микроорганизмы разрушают прочные минеральные соединения в материалах, превращая их в растворимые, и сни­ жают прочность; продукты их деятельности токсичны.

Особую активность микроорганизмы проявляют на границах старой и новой кладки при частичной реконструкции и обновлении, снижая тем са­ мым эстетические качества сооружений [3].

3.5. Влияние нефтепродуктов на прочность бетона

По механизму своего воздействия на растворы и бетоны углеводород­ ные нефтяные среды являются адсорбционно-активными, большую роль в воздействии играют содержащиеся в них малые добавки поверхностно­ активных веществ в виде высокомолекулярных полярных смол.

Растворы и бетоны пропитываются адсорбционно-активными углеводо­ родными нефтяными средами тем быстрее, чем меньше их влажность.

Активность углеводородных сред по отношению к бетону характеризу­ ется наличием в их составе полярных групп (высокомолекулярных полярных смол), вследствие чего бензин, не имея в своем составе полярных смол, явля­ ется инактивной средой по отношению к бетону.

Активность нефтяных сред по отношению к бетону возрастает по мере увеличения в их составе количества полярных смол (до определенного опти­ мального предела). По активности эти среды располагаются в следующем порядке: сернистый керосин, дизельное топливо, машинное масло.

Длительное пребывание растворов и бетонов в адсорбционно-активной среде и высокая степень напряженного состояния материала приводят к ад­ сорбционному понижению прочности бетона. Разупрочнение цементного камня и бетона под воздействием углеводородных нефтяных сред является необратимым процессом вследствие нарушения сплошности контактов в структуре. Скорость миграции нефтяных сред в бетоне зависит от его влаж­ ности.

Легкие нефтепродукты (бензин и керосин) в течение первых 6 лет воз­ действия не снижают первоначальную прочность бетона. Дизельное топливо за это время уменьшает прочность бетона незначительно. Минеральные мас­ ла (за исключением вазелинового) снижают прочность бетона практически одинаково.

Наиболее отрицательно минеральные масла влияют на контактную зону растворной части бетона с крупным заполнителем, а также на контактную зону цементного камня и мелкого заполнителя. Поэтому для изготовления бетона, на который в процессе эксплуатации возможно попадание мине­ ральных масел, рекомендуется применять составы с повышенным содержа­ нием цемента.

Экстренно определять прочность промасленного бетона рекомендуется по формуле

R Mt = R 0( l - 0 , \ О,

где t - продолжительность воздействия минеральных масел на бетон, годы; Д0 - первоначальная прочность бетона, МПа; 0,1 - коэффициент, показы­ вающий интенсивность снижения прочности во времени при обильном по­ падании масла на бетон.

Формулу можно применять в течение 7-8 лет после начала пропитки бе­ тона маслом. При более продолжительных сроках воздействия масла на бе­ тон прочность его ориентировочно снижается на 1/3 от первоначальной.

При периодическом попадании масел на конструкции (1-2 раза в год) прочность промасленного бетона определяется по формуле

ДМ,= Д0(1 -0,023 /).

Формула справедлива при воздействии масел в течение 25-30 лет. При более продолжительных сроках воздействия прочность рекомендуется при­ нимать равной 1/3 от первоначальной.

При однократной пропитке бетона маслами или при очень редком попа­ дании их на бетон (раз в 5-10 лет) можно считать, что прочность бетона практически не снижается.

Все минеральные масла влияют на потерю сцепления бетона с армату­ рой периодического профиля практически одинаково. Сцепление в данном случае зависит от прочности промасленного бетона, а все масла снижают прочность бетона в одинаковой степени.

Стабилизация сцепления наблюдается к 6-7 годам воздействия мине­ ральных масел, а снижение сцепления достигает 60-70 %.

менного замораживания и оттаивания при значительном увлажнении кладки осадками;

-выветривание и разрушение кирпича и раствора в швах кладки;

-развитие микро- и макротрещин в материалах каменной кладки за счет температурных воздействий окружающей среды;

-повреждение камней и раствора в швах каменной кладки за счет раз­ вития корневой системы низших и высших представителей флоры (мхи, ли­ шайники, травы, кустарники);

-повреждение материалов каменной кладки при воздействии окру­ жающей агрессивной среды и кислотных осадков.

3.7. Причины образования высолов на поверхности строительных конструкций

Конструкции зданий и сооружений в процессе строительства и эксплуа­ тации подвергаются воздействию переменной температуры, атмосферных осадков, газов и пыли различного состава. Образующиеся на поверхности высолы ухудшают эстетический вид сооружений и способствуют прежде­ временному разрушению материала конструкций, снижая долговечность зданий и сооружений.

Исследованиями установлено, что высолы образуются вследствие кри­ сталлизации растворимых соединений из состава цемента, бетона, штукатур­ ного и кладочного растворов, кирпича и керамических блоков. Образованию высолов способствуют:

-наличие растворимых веществ в исходных материалах (цементе, за­ полнителе, воде затворения, добавках - ускорителях твердения и противоморозных, кирпиче и керамических блоках);

-присутствие воды в бетоне, штукатурном и кладочном растворах и/или дополнительное увлажнение конструкций водой (атмосферными осад­ ками или проливами);

-температурно-влажностные условия, обусловливающие медленное и длительное испарение влаги из материала конструкций;

-пониженная и низкая температура воздуха, благоприятная для образо­ вания кристаллогидратов.

Содержание щелочей в цементах составляет от 0,2 до 1,2 %, а иногда и до 2,5 %. Едкие щелочи попадают в цемент в составе сырьевых материалов, главным образом с глиной и нефелиновыми шламами. К минералам, содер­ жащим щелочи, относятся гидрослюды и полевые шпаты. При высокой тем­ пературе обжига клинкера щелочи возгоняются и осаждаются на обжигае­ мых материалах, а частично уносятся с пылью. Осажденная в электрофильт­ рах пыль, содержащая щелочи, возвращается в технологический цикл.