Влияние хлоридов на коррозионную стойкость арматуры опор

Кроме пористости и влажности, на коррозионную стойкость арма­туры в бетоне значительное влияние могут оказать хлориды. Они попа­дают в бетон различными путями: вносятся компонентами бетона, со­держатся на поверхности арматурной стали, проникают в бетон с водой, диффундирующей из грунтовой воды или агрессивной газовой среды, переносятся мигрирующей аэрозольной влагой. В последнем случае ис­точник хлоридов лежит вне бетона.

 

104

 

 

Глава 3. Эксплуатационные воздействия и работоспособность опор

В настоящее время считается, что проникновение хлоридов не изме­няет прочности бетона. Более того, проникновение хлоридов в цемент­ный камень бетона изменяет его поровую структуру. При этом умень­шается содержание крупных пор и повышается содержание мелких ра­диусом менее 150А. В результате этого уменьшается водопроницаемость цементного камня, а присутствие в исходных цементах повышенного количества трехкальциевого алюмина (С₃А1) способствует связыванию поступающих в бетон ионов хлора и, следовательно, снижению концен­трации в бетоне свободных ионов.

Наибольшую опасность хлориды представляют для стальной арма­туры. Поступающие в бетон вместе с влагой и кислородом ионы хлора, имеющие малую массу и значительную кинетическую энергию, легко вскрывают защитную окисную пленку на поверхности арматуры, и про­цесс коррозии становится неизбежным. Для протекания этого процесса в присутствии кислорода требуется невысокая влажность бетона, при которой степень заполнения пор водой составляет всего лишь 10 — 12% предельного значения заполнения. При меньшей степени заполнения пор процесс коррозии приостанавливается. С другой стороны, в си­лу щелочности влажного бетона для протекания процессов коррозии арматуры определяющее значение имеет также концентрация ионов хлора у поверхности арматуры в бетоне. На основании опыта эксплуа­тации железобетонных конструкций в средах с хлоридами установле­но, что предельно допустимая концентрация ионов хлора в бетоне для ненапряженных конструкций должна составлять не более 0,1 % от веса цемента и для предварительно напряженных конструкций — не более 0,06%. При меньших концентрациях ионов хлора коррозия арматуры не наблюдается.

Ранее отмечалось, что имеется несколько источников накопления ионов хлора в бетоне конструкций. Для эксплуатируемых железобе­тонных опор контактной сети из этих источников интерес представля­ют, прежде всего, аэрозольные взвеси, наблюдаемые у побережий мо­рей, соленых озер. Как показывают наблюдения, аэрозоль морской во­ды стабильно сохраняется в атмосфере на расстоянии до 200 — 1000 м от берега. При этом концентрация хлоридов в аэрозолях в этих зонах со­ставляет величину порядка 0,7 — 0,03 мг/л/сут. На расстоянии 1 — 3,5 км от берега концентрация хлоридов в аэрозолях значительно меньше и составляет от 0,03 до 0,01 мг/л/сут. При этом концентрация и проник­новение солей в бетон опор, находящихся в прибрежной зоне, зависят от расстояния их от берега, плотности бетона и длительности эксплуа­тации. Например, в опорах, установленных на расстоянии около 200 — 250 м от берега Сивашского залива, концентрация ионов хлора в бетоне через 20 лет эксплуатации опор составила около 0,02% веса цемента, а глубина проникновения ионов в бетон не превышала 8 — 10 мм. Ана-

 

 

105

 

 

Глава 3. Эксплуатационные воздействия и работоспособность опор

 

 

логичные данные получены и на центри­фугированных опорах, эксплуати-рующих­ся в зоне Каспийского моря. Учитывая, что по мере углубления в бетон скорость про­никновения ионов хлора снижается, мож­но ожидать, что при минимальной толщине защитного слоя бетона, равной 18 мм, срок достижения предельной концентрации ионов хлора в бетоне превысит 50 — 60 лет. При уменьшении расстояния до берега (ме­нее 200 м) время накопления и приобрете­ния бетоном предельной концентрации ио­нов хлора существенно сокращается, и для обеспечения безопасности движения поез­дов необходимо в этой зоне вести система­тические наблюдения за состоянием бето­на опор.

Вторым важным источником накопле­ния хлоридов в бетоне опор являются за­соленные грунты, встречающиеся преиму­щественно на Северном Кавказе, в Казахстане и других районах. Здесь хлориды попадают на бетон с поверхности конструкций в виде тонкоди­сперсной пыли. При плотном неповрежденном бетоне эта пыль не созда­ет условий для проникновения хлоридов внутрь бетона и удаляется с по­верхности конструкций ветровыми потоками и дождями. Иная ситуация имеет место, когда на внешней поверхности опор под действием различ­ных факторов образуются микро- и макротрещины. При наличии таких повреждений тонкодисперсная пыль легко проникает в эти трещины и в результате колебаний температуры воздуха и конденсации влаги увлаж­няется. Одновременно увлажняются и содержащиеся в ней хлориды, ко­торые затем начинают контактировать с арматурой. Возникает процесс ее интенсивной коррозии, приводящий к разрушению опор. Такой меха­низм разрушения центрифугированных опор линии питания автоблоки­ровки, в частности, наблюдался в 1980-е годы на Западно-Казахстанской железной дороге (рис. 3.36).

Значительное насыщение бетона хлоридами может происходить так­же в засоленных грунтах за счет увлажнения его соленой грунтовой во­дой. В частности, в одном из районов железобетонные опоры линии, питающей устройства автоблокировки, были установлены в «сорных» местах, вода и грунт в которых были перенасыщены хлоридами.

При этом содержание ионов хлора в бетоне подземной части опор до­стигло 6% веса цемента. Однако после демонтажа опор и освобождения арматуры от бетона на ней не было обнаружено коррозионных повреж-

 

 

106

 

Глава 3. Эксплуатационные воздействия и работоспособность опор

дений. Арматура находилась в хорошем состоянии. Такое ее состояние в значительной мере связано с затруднениями доставки кислорода к поверхности арматуры в подземной части опор. В целом для сохранно­сти арматуры в бетоне опор, установленных в районах с солончаковыми грунтами и грунтовыми водами, пересыщенными хлоридами, необхо­димо обеспечение монолитности бетона, его высокой плотности и тре­буемой толщины, защитного слоя.

Коррозионная стойкость бетона опор подробно рассмотрена в работе [34]. Опыт показывает, что в целом принятые для изготовления опор ма­териалы и технологии обеспечивают высокую коррозионную стойкость бетона и долговечную работу опор. Основные проблемы связаны с вы­полнением требований, касающихся стойкости бетона при воздействии внешних факторов, в том числе проходящих поездов.

 

 

107

 

 

Глава 4

Диагностика подземной части

Железобетонных опор

И фундаментов на участках

Постоянного тока