Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Изменение свойств арматуры и бетона при электрокоррозии
Коррозионная стойкость является одним из наиболее важных параметров железобетонных опор и фундаментов контактной сети, от которого в значительной степени зависит их надежность и долговечность. Длительный опыт эксплуатации железобетонных опор и фундаментов показывает, что данные конструкции являются достаточно стойкими при воздействии агрессивной среды и способны противостоять ему без дополнительных защитных мероприятий. В условиях такой среды опоры и фундаменты могут сохранять свои эксплуатационные качества в течение длительного времени и обеспечивать безопасность и бесперебойность движения поездов.
94
Глава 3. Эксплуатационные воздействия и работоспособность опор Наиболее опасным и требующим специальных усилий по нейтрализации и предотвращению является известный фактор воздействия на опоры и фундаменты контактной сети токов утечки с тяговых рельсов на участках постоянного тока. Под влиянием этих токов, попадающих на конструкции через цепи заземления, возникают электрокоррозионные явления на поверхности металлической арматуры, анкерных болтов, закладных металлических устройств, приводящие к интенсивному разрушению этих металлических деталей. Основные причины утечки токов с рельсов, закономерности их формирования, критерии опасности и пути ограничения рассмотрены в фундаментальных работах А. В. Котельникова, В. И. Ивановой, К. Г. Марквардта [31] и ряда других ученых. В результате этих исследований установлено, что наиболее тяжелые последствия токи утечки вызывают в анодных и знакопеременных зонах потенциалов рельс — земля при низких сопротивлениях цепей заземления опор и фундаментов. Такие последствия возникают всегда, когда плотность тока утечки с арматуры, анкерных болтов опор и фундаментов превышает величину 0,6 мА/дм2 или сопротивление цепи заземления оказывается менее 25 Ом/В среднего потенциала рельс — земля. Опоры, у которых плотность тока с арматуры в подземной части опор больше или величина сопротивления цепи заземления меньше отмеченных величин, принято относить к категории электрокоррозионно опасных опор. При воздействии токов утечки электрокоррозионному разрушению подвергаются как арматура, так и бетон [32]. В последнем под влиянием анодного тока происходит ряд необратимых изменений: часть бетона в результате выноса положительных ионов выключается из работы из-за увеличения макропористости; другая часть, в которой возрастают напряжения из-за перекристаллизации ряда веществ, становится менее прочной, увеличивается ее неоднородность. Одновременно с этим увеличивается проницаемость бетона вследствие увеличения его пористости и роста среднего диаметра пор. При этом увеличивается опасность проникновения агрессивных веществ в структуру бетона. Однако следует отметить, что указанные изменения в бетоне происходят с небольшой скоростью, а основные отрицательные последствия воздействия постоянного тока на железобетон связаны в основном с электрокоррозионным разрушением арматуры и других металлических несущих элементов в подземной части опор и фундаментов. В результате длительных наблюдений и исследований удалось определить основные особенности и закономерности протекания процессов электрокоррозионного разрушения арматуры и металлических деталей фундаментов в подземной части опор. Прежде всего следует отметить неравномерность выноса металла по глубине подземной части конструкций при электрокоррозии арматуры и металлических деталей. Сейчас совершенно однозначно установ-
95 Глава 3. Эксплуатационные воздействия и работоспособность опор лено, что наибольший вынос металла из подземной части опор и фундаментов наблюдается на глубине 0,7 - 1 м от поверхности грунта при отсутствии грунтовых вод и в уровне грунтовых вод при их наличии. Кроме этой неравномерности выноса металла по глубине подземной части опор и фундаментов, наблюдается также неравномерность выноса металла по поверхности арматуры и анкерных болтов. На поверхности последних образуются многочисленные язвы, питтинговая коррозия, углубления с открытыми краями. В значительной степени такое протекание электрокоррозионного разрушения арматуры и болтов объясняется присутствием в бетоне крупного заполнителя, экранирующего в местах контактов поверхность арматуры от анодных токов и создающего повышенную плотность тока вне этих контактов. Подтверждением влияния крупного заполнителя на характер разрушения поверхности арматуры и болтов может служить факт отсутствия неравномерности разрушения арматуры при воздействии анодного тока в водных электролитах и цементно-песчаных растворах. В этих средах арматура растворяется практически равномерно без образования глубоких язв, питтинга и углублений. При этом под действием анодного тока растворяется сначала периодический профиль, затем разрушается основной металл. Арматура в этом случае приобретает практически гладкую поверхность.
Образующиеся на поверхности арматуры или анкерных болтов указанные повреждения создают концентраторы напряжений и являются одной из причин непропорционального уменьшения площади поперечного сечения арматуры и снижения ее прочности. Особенно чувствительной к появлению этих концентраторов и снижению прочности является арматура из высокопрочной проволоки. Экспериментами установлено, что при среднем уменьшении площади сечения такой арматуры в пределах 3 — 4% при воздействии электрокоррозионных процессов ее прочность снижается на 30 — 40%. Одновременно под влиянием концентраторов напряжений резко меняется характер разрушения арматуры при действии растягивающих напряжений и уменьшается ее дефор-мативность. В предельной стадии при разрушении арматуры исчезает характерная для неповрежденной арматуры «шейка», а разрушение происходит путем «скола» по наклонной плоскости. При этом разрушение происходит хрупко без появления пластических деформаций. Уменьшение деформативности и повышение хрупкости арматуры с повреждениями ее поверхности при этом приводит к нарушению совместной работы проволок в растянутой части арматурного пакета и исчезновению влияния количества арматуры на несущую способность опор. Это влияние определяется в предположении, что в работу опор в предельном состоянии включается весь арматурный пакет. Опоры с поврежденной проволочной арматурой разрушаются от последовательного достижения каждой проволокой своей прочности. Из-за этого часто разруше-
96
Глава 3. Эксплуатационные воздействия и работоспособность опор ние опор происходит при значительном количестве остаточного металла в сечении и сопровождается характерным треском, возникающим при разрыве каждой проволоки. В случае небольших выносов металла при электрокоррозии проволочной арматуры, составляющих не более 10% исходного веса проволоки, прочность арматуры на растяжение может быть оценена с помощью выражения (3.18)
на растяжение, от глубины трещин и учитывающий влияние повреждений на поверхности арматуры, их шага и диаметра арматуры; а и Ь — коэффициенты, равные а = (0,025/0,029) см; Ь = (14 / 15) см/г; - удельные потери металла на единицу длины, г/см. На рис. 3.30 показаны кривые изменения прочности металла арматуры в зависимости от удельного среднего выноса металла и различных параметров трещин, в частности их глубины и шага. Анализ приведенных кривых показывает, что зависимость (3.18) достаточно точно количественно и качественно отражает процесс изменения прочности проволочной арматуры при ее электрокоррозии. Экспериментальная кривая изменения прочности арматуры, построенная по результатам испытаний корро-
дированных образцов, взятых из натурных опор, находится в поле, ограниченном теоретическими кривыми изменения прочности. При соответствующем подборе значений коэффициента Рх (рис. 3.31) можно добиться высокой степени совпадения экспериментальных и теорети-ческих значений прочности. Приведенное выражение (3.18) для оценки прочности проволоки справедливо, как указывалось, при небольших выносах металла, не превышающих 10% исходного веса проволоки, и при неболь-ших глубинах поперечных трещин и боль-
97
Глава 3. Эксплуатационные воздействия и работоспособность опор шом их шаге, превышаю-щем диаметр проволоки. Оценка прочности армату-ры при этих ограничениях важна тем, что в этом случае при электрокоррозии арматуры могут еще не появиться продольные тре-щины и опоры сохраняют монолитность и все признаки конструкции. Снижение деформативных свойств арматуры находится только в начальной стадии. В более поздней стадии оценку прочности прово-лочной арматуры проводить нет смысла, так как на этой стадии теряются как проч-ностные, так и деформа-тивные свойства арматуры и опоры начинают работать в иной схеме, чем это предусматривается их расчетом. Следует отметить, что рассмотренные закономерности изменения прочности и деформативности арматуры в общем характерны для высокопрочной проволоки и практически не наблюдаются при электрокоррозии низкоуглеродистых арматурных сталей и анкерных болтов, изготовленных из этих сталей. Несмотря на то что на них также образуются концентраторы напряжений, они вследствие высокой пластичности оказываются нечувствительными к этим концентраторам, а их прочность уменьшается пропорционально уменьшению площади сечения арматуры. В связи с этим во многих случаях опоры, армированные стержневой низкоуглеродистой арматурой, даже при появлении в них продольных трещин и наличии коррозии сохраняют несущую способность, достаточную для восприятия внешних нагрузок. 4.2. Развитие трещинообразования в бетоне при электрокоррозии арматуры Процесс электрокоррозии арматуры и анкерных болтов сопровождается, кроме собственно растворения металла, появлением продуктов его коррозии. Последние имеют больший объем, чем объем растворенного металла, и вследствие этого создают в бетоне механическое давле-
98
Глава 3. Эксплуатационные воздействия и работоспособность опор ние. В результате этого давления в бетоне появляются растягивающие напряжения, при превышении которыми предела прочности бетона на растяжение появляются трещины. Для оценки механизма появления и развития этих трещин целесообразно рассмотреть модель, представленную на рис. 3.32. В этой модели предполагается, что пучок арматуры находится на достаточной глубине от поверхности и в нем при появлении продуктов коррозии реализуется состояние всестороннего сжатия, а в бетоне на контакте с арматурой появляются радиальные сжимающие и тангенциальные растягивающие напряжения. При достижении последними предела прочности в бетоне, как отмечалось, образуются трещины. Ранее уже указывалось (см. гл. II), что прочность центрифугированного бетона на растяжение неодинакова по различным направлениям. Наименьшее значение этой прочности отмечается по площадкам, параллельным боковой поверхности опор, и поэтому трещины образуются в первую очередь на этих площадках. В силу наличия в бетоне различных ослаблений длина образующихся трещин оказывается значительно большей общего диаметра пучка. В этом случае для нахождения длины тангенциальных трещин можно применить простой асимптотический метод, основанный на принципе микроскопа. В соответствии с этим методом действующее на бетон от арматуры давление продуктов коррозии заменяется двумя силами F, приложенными к противоположным берегам прямолинейной трещины длиной 2С. Эти силы действуют в середине трещины перпендикулярно к ее поверхности. В удалении от трещины напряжения в бетоне отсутствуют. При силе F = pD и коэффициента те интенсивности напряжений K1=F/ П 2Сдлина трещин при условии К1=КIC, оказывается равной [33]
(3.19)
99
Глава 3. Эксплуатационные воздействия и работоспособность опор В последнем выражении величины К}С и р в момент образования трещин изменяются незначительно. В первом приближении при начале развития электрокоррозии их можно принять равными: р = 2 МПа; К1С = 0,1 МПасм05. При этих условиях длина трещин в основном зависит от диаметра D пучка проволок. Если положить, что опора армирована проволокой диаметром 4 мм, то при одиночном расположении проволок длина трещин составляет 3,2см, при парном расположении струн — 12,8 см, при трех струнах в пучке — 41 см. В подземной части обычных центрифугированных опор расстояние между пучками арматуры составляет порядка 8 см. Это показывает, что уже при попарном расположении проволок трещины от соседних пучков при элсктрокоррозии соединяются в одну трещину. В результате этого образуется единая кольцевая трещина, разделяющая подземную часть на два цилиндра, входящих друг в друга. Сечение опоры приобретает составной характер.
Образование кольцевой трещины в стенке опоры приводит к увеличению диаметра наружного цилиндра, которое компенсируется возникновением продольных трещин. Процесс образования и места их расположения во многом носят случайный характер. Во всяком случае, установлено, что в подземной части опор возникает несколько продольных трещин и их количество значительно меньше числа пучков арматуры. Отмеченный механизм возникновения и развития кольцевых и продольных трещин в целом характерен и для опор, армированных стержнями. В фундаментах этот механизм несколько иной и характеризуется образованием одной трещины над анкерным болтом по каждой грани. Следует отметить еще одну важную деталь в возникновении и развитии трещин в подземной части опор и фундаментов при появлении электрокоррозионных разрушений арматуры и бетона. Она состоит в том, что, наряду с развитием трещин в кольцевом тангенциальном направлении и последующим образованием продольных трещин в подземной части опор, под влиянием давления продуктов коррозии в подземной части происходит развитие кольцевых и продольных трещин и в надземную часть опор (рис. 3.33).
100
При этом, как показывают наблюдения, высота развития трещин в надземной части достигает 10 — 15 см. Этот факт является примечательным, так как позволяет в ряде случаев обнаруживать электрокоррозию арматуры подземной части без откопки. Электрокоррозия арматуры, металлических болтов и деталей в опорах контактной сети и их фундаментах является наиболее опасным повреждением. Для предотвращения ее необходимо всемерно повышать электрическое сопротивление верхнего пояса опор и фундаментов контактной сети. В настоящее время для этих целей разработан комплекс изолирующих элементов (рис. 3.34) и конструкций фундаментов, обеспечивающих высокую степень защищенности опор от воздействия токов утечки и исключающих электрокоррозионные повреждения. Процессы электрокоррозии арматуры протекают в любом бетоне, и на скорость этих процессов мало влияют характеристики бетона, в частности его прочность и плотность. Испытаниями, проведенными во ВНИИЖТе на призматических образцах длиной 200 мм и сечением 50x50 мм, изготовленных из бетона различной прочности и имеющих в их центре заделанные стальные электроды, установлено, что после воздействия анодного тока одинаковой плотности на металлические электроды трещины в бетоне различной прочности появляются практически одновременно. В любом случае, появление трещин в образцах, изготовленных из бетона МЗОО, происходило всего лишь на несколько часов (в пределах 5 — 10 ч) раньше, чем в образцах, изготовленных из бетона М600.
101
Глава 3. Эксплуатационные воздействия и работоспособность опор
|
||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2021-04-04; просмотров: 136; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.12.36.30 (0.036 с.) |