Причины разрушения и методы защиты железобетона в условиях агрессивной среды.

В этой статье мы рассмотрим воздействия на бетон в агрессивной среде канализационных коллекторов и систем отчистки сточных вод, выявим основные причины разрушения бетона и рассмотрим способы, позволяющие защитить бетон от разрушения.

Трудности лабораторных исследований.

Применение железобетона для строительства систем сбора и очистки сточных вод выдвигает на первый план вопрос долговечности этих сооружений, ведь затраты на их строительство весьма значительны, да и ремонт обходится недешево. Проблема разрушения бетона в агрессивной среде является одной из наиболее сложных проблем в современном строительстве сооружений очистки сточных вод. Это связано с тем, что для лабораторных исследований трудно смоделировать агрессивную среду максимально схожую со средой настоящего коллектора.

Традиционно принято считать, что разрушение бетона происходит под воздействием серной кислоты (она продуцируется тионовыми бактериями из сероводорода, который в обилии содержится в коллекторах), но исследования показали наличие в коллекторах оксидов азота, различных грибов, серы и углерода. Содержание всех этих вредных химических соединений непостоянно, что ещё больше затрудняет лабораторные исследования.

Воздействие жидкой агрессивной среды.

Железобетонные конструкции, используемые для строительства канализационных коллекторов, подвергаются воздействию как газообразной, так и жидкой агрессивных сред, что усложняет процесс защиты бетона от вредных воздействий. Воздействие жидкой среды не так губительно ввиду того, что со временем в лотковой части образуется прочный осадок, предохраняющий бетон от внешних воздействий.

Согласно проверке проведенной НИИЖБ, хозяйственные и бытовые стоки не являются агрессивными или являются слабоагрессивными для бетонов марки W8 и выше. Но в промышленных или смешанных стоках содержатся пузырьки воздуха, которые попадая в коллекторы очистных сооружений, создают условия для возникновения процессов разрушения бетона.

Высокое содержание воздуха в сточных водах ускоряет процесс карбонизации бетона, в результате чего он теряет свои защитные свойства. Процесс карбонизации бетона в газообразной агрессивной среде позволяет карбонату оставаться на своём месте какое-то время. При карбонизации в жидкой среде карбонат вымывается из бетона сточными водами, что позволяет этому процессу протекать быстрее.

Железобетонные кольца колодцев не так сильно разрушаются в жидкой среде. При строительстве колодца из бетонных колец они практически не разрушаются, ведь мы имеем дело не со сточными водами, а с обычной питьевой водой.

Разрушение бетона в газообразной среде.

Согласно анализам, проведённым в коллекторах, газовая среда коллекторов содержит не только сероводород (производится анаэробными бактериями при ограниченном содержании кислорода), но и оксиды серы, углерода и другие соединения. Исследования коллекторов показывают, что уровень сероводорода особенно высок в местах соединения коллекторов напорного течениия с коллекторами свободного течения и в местах, где к коллектору подключены стоки с большей температурой или стоки промышленных предприятий. Совместные исследования российских и зарубежных учёных подтвердили, что основной причиной разрушения бетона является серная кислота, но исследования показали и то, что из-за повышенного содержания сульфатов и сульфидов этот процесс протекает гораздо быстрее.

В результате была смоделированна следующая система разрушения бетона:

  1. Анаэробные бактерии, находящиеся в сточных водах коллектора синтезируют сероводород.
  2. Сероводород растворяется в воде, после чего выделяется в газовою среду коллектора.
  3. Тионовые бактерии, которые находятся в наружном слое бетона, окисляют все соединения серы, в том числе и сероводород до серной кислоты.
  4. Серная кислота разрушает бетон.

Другие вредные воздействия на бетонные конструкции.

Наблюдения, проведенные НИИЖБ показали, что в процессе разрушения участвуют не только это бактерии, но и грибы, которые разрушают бетон растущими гифами, и химическими продуктами своей жизнедеятельности. Исследования показали, что при уменьшении размера пор в бетоне процесс разрушения значительно замедляется, это связано с тем, что большинство бактерий находятся в наружном слое бетона. Бетоны с пониженной проницаемостью также разрушаются гораздо медленнее, хотя в сильноагрессивной среде повреждения всё равно велики.

Лабораторные исследования немецких учёных выявили большое влияние заполнителей на быстроту процесса разрушения бетона. Потеря массы бетоном с карбонатным заполнителем была почти в 4 раза меньше, нежели при использовании кварцитового заполнителя. Срок службы бетона с заполнителем из известняка в 4 раза больше, чем срок службы бетона на кварцевом заполнителе. Следовательно, важным фактором для развития агрессивной среды является наличие влаги и недостаток кислорода. Таким образом, сделаны выводы о том, что подача воздуха в подводное пространство коллекторов может значительно снизить степень коррозии бетона.

Действие углекислого газа.

Действие углекислого газа на бетон разнится в зависимости от среды, в которой он воздействует. При воздействии в газообразной среде соединения цементного камня, содержащие кальций разрушаются, но остаются на своём месте, что затрудняет дальнейшее разрушение. Воздействие углекислого газа в воде приводит к образованию на поверхности бетона бикарбоната кальция, это соединение легко растворимо и вымывается из бетона, открывая дорогу для дальнейшего разрушения. Таким образом, карбонизация (процесс взаимодействия кальция содержащегося в цементном камне с углекислым газом, в результате которого образуется карбонат кальция), является одной из основных причин разрушения бетона во влажной среде. Установлено, что для процесса карбонизации необходима влажность воздуха 50-60%. В сухой среде карбонизации не происходит из за недостатка влаги.

Анализ мер, принимаемых для защиты бетона.

В настоящий момент одним из самых перспективных и экологически оправданных методов защиты бетона является аэрация сточных вод. Этот метод позволяет снизить образование сероводорода и, как следствие, серной кислоты, разрушающей бетон. Для осуществления аэрации необходимо наладить вентиляцию коллекторов. При принудительной вентиляции возможно снижение содержания сероводорода до предельно допустимой концентрации.

Предпринимались попытки подавить жизнедеятельность тионовых бактерий (вырабатывающих серную кислоту) при помощи биоцидов. На начальном этапе добавки показали себя с хорошей стороны, но уже к 9 месяцам разрушения бетона стали значительными. Таким образом, попытки получить бетоны с биоцидными добавками, сохраняющими свои свойства длительное время, не увенчались успехом.

Зарубежные методы.

В Европе для защиты бетона в коллекторах очистных систем применяют полиэтилен. Наиболее широко применяется метод Шомбурга: в нём используется листы полиэтилена высокой плотности, имеющие на стороне, обращённой к бетону выступы, играющие роль анкеров. Этот полиэтилен практически не проницаем для агрессивных сред, поэтому для обеспечения безопасности бетона необходимо герметичное соединение листов. Поверхность материала делается стойкой к истиранию песком или гравием, что продлевает срок службы. Согласно теоретическим расчётам, срок службы грамотного установленного полиэтиленового покрытия может достигать 700 лет, поэтому этот материал можно считать приемлемым для долговременной защиты. Эта методика пока только проходит испытания, но результаты уже многообещающие.

Методы защиты бетона на различных стадиях.

При проектировании.

Проектирование коллектора с трубопроводом дублёром. Наличие дублирующего трубопровода позволит организовать своевременную диагностику повреждений в коллекторе и облегчит ремонтные работы.

  1. Во избежание образования осадка необходимо проектировать систему с ламинарным течением стоков, при этом обеспечивающую достаточную скорость потока. Следует также избегать перепадных колодцев, или свести их количество к минимуму.
  2. Необходимо вносить в проект применение мер вторичной защиты, таких как установка защитных покрытий.
  3. Проектирование должно включать в себя проекты систем аэрации стоков, вентиляции коллекторов и систем очистки воздуха.

Изготовление конструкций или элементов конструкций.

  1. Необходимо изготавливать конструкции из бетонов низкой проницаемости от W8 и выше.
  2. При изготовлении необходимо применять бетоны, в которых используются карбонатный заполнитель: пластифицирующие добавки, повышающие водонепроницаемость бетона, сульфатостойких цементов.
  3. Проектная толщина защитного слоя бетона должна быть обеспечена.
  4. Защитные материалы, применяемые при изготовлении элементов коллектора, должны обладать высокими антикоррозийными свойствами.

Строительство.

  1. Необходимо исключить повреждения элементов при их транспортировке, складировании и монтаже.
  2. Тщательная изоляция стыков залог долговечности бетонных сооружений.
  3. Перед строительством необходимо создать недеформируемое грунтовое основание.

Эксплуатация.

  1. Систематическое исследование коллектора для выявления зон с повышенной агрессивностью среды.
  2. Своевременная диагностика повреждений коллекторов.
  3. Ремонт и установка дополнительной защиты коллектора должны проводиться своевременно.

Заключение.

Резюмируя всё вышесказанное, отметим, что в нашей стране ежегодно случаются аварии, вызванные коррозийным разрушением бетона. Поэтому настало время комплексных решений, в которых нам необходимо использовать мировой опыт. Грамотная эксплуатация подобных сооружений и организация защиты бетонных конструкций стоят гораздо дешевле ремонта. А коллекторы — такой тип сооружений, к которому никак не применимо понятие морального износа, они должны служить не одному поколению людей. Купить железобетонные кольца колодцев можно при помощи нашего прайс-листа.


Разрушение бетонных колец в коллекторе

Коррозия бетона в коллекторе

Ремонт разрушенного коллектора

Наши телефоны

+7 (48142) 2-66-16

+7 (903) 890-12-01

+7 (905) 163-96-58

+7 (903) 893-60-95