В статье рассматриваются проблемы обеспечения долговечности транспортных сооружений.
Ключевые слова: долговечность, железобетонные конструкции, коррозия, добавки для бетонов.
С каждым годом все острее становится проблема обеспечения долговечности строительных объектов, в том числе сооружений транспортной инфраструктуры [1]. И тому служат примерор как и сравнительно давно произошедшие катастрофы [2, 3], так и совсем недавняя авария в Мурманской области на перегоне ст. Кола — ст. Выходной (1436 км 1 перегон). Поэтому ни у кого не взвывает сомнений, что проблема обеспечения долговечности железобетонных конструкций является предопределяющей в строительном материаловедении.
Но при этом особо стоит обратить внимание на то, что среди специалистов конкретной трактовки термина «долговечность» нет. Рассматривая бетонные конструкции, говорят о способности сохранять потребительские свойства в течение запроектированного (нормированного) срока службы. В трактовке положений ГОСТ Р ИСО 2394–2016 (кстати, действие которого с 14 января 2020 на территории РФ приостановлено Росстандартом) «долговечность сооружений и элементов конструкций должна быть такой, чтобы они оставались пригодными к эксплуатации в течение всего расчетного срока службы при соответствующем техническом обслуживании». Очевидно, долговечность — это интегральный показатель, который определяется сроком службы и эксплуатационным ресурсом. Но в любом случае, долговечность можно оценить только путем создания сложных моделей, потому как невозможно проводить натурные исследования, растянутые во времени на период 25, 50, 100 и более лет. Между прочим, такие исследования проводятся в НИИЖБ, СПбГАСУ, ПГУПС [4].
Но так или иначе, можно констатировать тот факт, что в России не создана четкая (однозначно трактуемая) нормативная система оценки долговечности, так как в отличие от физико-механических показателей, параметры долговечности довольно трудно поддаются классификации с привлечением логико-математического моделирования. Хотя, несомненно, долговечные конструкции отличается повышенными морозостойкостью, атмосферостойкостью, трещиностойкостью, коррозионной стойкостью, устойчивостью к биологическим, антропогенным, техногенным и технологическим воздействиям, что находит отражение в разрозненных положениях СП 28.13330, СП 72.13330, ГОСТ 31384 и проч.
Рассматривая железобетонные конструкции, необходим учитывать структурные изменения, происходящие во времени в структурных элементах цементного бетона и на поверхности армокаркасов, поэтому под долговечностью конструктивных элементов можно понимать их устойчивость по отношению ко всему многообразию агрессивных воздействий в течение прогнозируемого срока эксплуатации без критического снижения физико-механических характеристик, обеспечиваемых в том числе запроектированной системой профилактических, поддерживающих и капитальных ремонтов.
На этапе проектирования довольно сложно однозначным образом определить всю совокупность эксплуатационных (в том числе и техногенных) факторов, негативным образом воздействующих на конструкции, а также спрогнозировать их изменчивый характер на протяжении длительного периода срока службы. Практический опыт показывает, что реальные условия эксплуатации железобетонных конструктивных элементов транспортирных сооружений не в полной мере соответствуют предусмотренным проектом, и связано это, прежде всего, не только с неправильной их оценкой, но и со значительным антропогенным вмешательством, приводящим к изменению условий воздействия на бетон.
Известно, что долговечность бетона обеспечивается многопараметрическими факторами, являющимися мерой инертности (пассивности) материала по отношению к переменчивым характеристикам окружающей среды. В таких условиях необходимо добиваться стабильности структуры бетона в процессе эксплуатации через его оптимизированные свойства.
Известно [5], что повысить долговечность бетонов можно различными способами, в частности с помощью физико-химического, механического или технологического воздействия. Среди основных способов регулирования долговечности бетонов для транспортной инфраструктуры широко применяются модификаторы структуры (химические добавки), активационные воздействия на компоненты бетонных смесей и на бетон на стадии изготовления, укладки, уплотнения и ухода, оптимизированные температурно-влажностные условия твердения бетона, пропитки и защитыне покрытия конструктивных элементов на стадии изготовления и эксплуатации. Как правило, для ответственных конструкций транспортных сооружений применяют комбинированный метод обеспечения долговечности от выбора соответствующих сырьевых материалов до особых условий формирования структуры и свойств в начальный период бетонирования. Также очевидно, что в настоящее время уже одними технологическими и конструктивными мерами достичь необходимой долговечности отдельных конструкций и сооружений в целом невозможно, поэтому необходимо разрабатывать особые мероприятия по обеспечению долговечности в период эксплуатации.
Известно, что для создания стойких цементных композитов, которые рассматриваются в качестве наиболее универсальной преграды химическому и физическому воздействию агрессивной среды [6, 7, 8, 9], необходимо применять методы по снижению их проницаемости. Очевидно, что повышать газо- и водонепроницаемость бетонов простым увеличением расхода цемента нецелесообразно (да и невозможно, так как по мере повышения расхода цемента сверх оптимальной величины происходит увеличиение объема внутренних дефектов, вызванных, прежде всего, контракцией цементного камня), тем более это противоречит современным требованиям экономии невозобновляемых ресурсов, принципам энергоэффективности, обеспечения коррозионной стойкости, трещиностойкости и пр.
Очевидно, что наиболее перспективными направлениями повышения водо-(газо-)непроницаемости наиболее рациональным с точки зрения технико-экономической обоснованности является: существенное ограничение водоцементного отношения (оптимальным можно считать диапазон 0,22... 0,35) и жесткое нормирование объема вовлеченного воздуха в бетонной смеси (4...6 %), применение высококачественных компонентов без «вредных» веществ, способных инициировать развитие внутренней коррозии [5, 7], рациональный подбор состава бетонных смесей, включая применение современных добавок и наполнителей. При этом применение специальных, понижающих проницаемость структуры цементного композита модификаторов на этапе получения бетонной смеси наиболее перспективно. В этой связи наиболее интересными (и прошедшими широкую апробацию) являются добавки MasterLife WP 3760, MasterLife WP 1200 (повышающие водонепроницаемость, морозостойкость и сульфатостойкость), MasterLife CI 222 (ингибиторы коррозии арматуры) и др.
Литература:
- Степанова В. Ф., Фаликман В. Р. Современные проблемы обеспечения долговечности железобетонных конструкций // Пленарные доклады II Международной конференции «Бетон и железобетон — взгляд в будущее». М., 2014. С. 275–289.
- Реестр аварий зданий и сооружений 2001–2010 годов / К. И. Еремин, и др. М., 2011. 320 с.
- Енджиевский Л. В., Терешкова А. В. История аварий и катастроф: монография. Красноярск: Сиб. федер. ун-т., 2013. 440 с.
- Карапетов Э. С., Шестовицкий Д. А. Прогноз срока службы железобетонных мостов на основе модели процесса карбонизации защитного слоя // Известия Петербургского университета путей сообщения. 2016. Выпуск № 1 (46).
- Степанова В. Ф. Долговечность бетона: учебное пособие для вузов. М.: АСВ, 2014.
- Москвин В. М. и др. Коррозия бетона и железобетона, методы их защиты. М.: Стройиздат, 1980. 533 с.
- Розенталь Н. К. Коррозия и защита железобетонных конструкций транспортных сооружений // Строительство и транспорт. 2008. № 16–17.
- Розенталь Н. К. Коррозионная стойкость модифицированных бетонов // Технологии бетонов. 2009. № 1 и № 2 (продолжение).
- Розенталь Н. К. Коррозионная стойкость цементных бетонов низкой и особо низкой проницаемости. М.: ФГУП ЦПП, 2006. 520 с.
