Что такое агрессивная среда в строительстве
В соответствии со СНиП П-28-73 все среды по степени воздействия на конструкции подразделяются на неагрессивные, слабо-, средне- и сильноагрессивные.
Степень агрессивного воздействия на неметаллические конструкции определяется по СНиП П-28-73 в зависимости от материала, из которого изготовлены конструкции, вида и концентрации агрессивных газов, которые разделены по степени агрессивности на группы, и относительной влажности воздуха (СНиП И-А. 7-71), подразделяемой на сухую, нормальную и влажную.
Степень агрессивного воздействия газовой среды на металлические конструкции определяется отдельно для конструктивных элементов, находящихся внутри отапливаемых и неотапливаемых зданий,
Таблица 1 Группы агрессивных газов в зависимости от их вида и концентрации (СНиП И-28-73)
под навесами и на открытом воздухе. При этом также учитывается группа агрессивности газов и относительная влажность воздуха (в процентах).
В соответствии со СНиП степень агрессивного воздействия водной среды на бетон определяется в интервале температур от 0° до +40° С. Коррозия I вида определяется бикарбонатной щелочностью в мг/экв/л или в градусах для бетонов различной структуры в условиях эксплуатации безнапорных и напорных сооружений. Безнапорные сооружения, находящиеся в насыщенных водой грунтах и в открытых водоемах, по условиям эксплуатации отличаются от сооружений, находящихся в насыщенных водой слабофильтрующих грунтах с коэффициентом фильтрации менее 0,1 м/’сутки, поэтому степень агрессивного воздействия воды определяется отдельно для каждого из грунтов с различной степенью фильтрации.
При коррозии II вида показателем агрессивности среды служат водородный показатель рН, содержание свободной углекислоты, магнезиальных солей, наличие едких щелочей, а также условия эксплуатации и плотность бетона. Агрессивность водной среды, вызывающей коррозию бетона и железобетона III вида, зависит от плотности бетона, минералогического состава цемента, на котором изготовлен бетон, условий эксплуатации сооружения и характеризуется содержанием сульфатов. Степень агрессивного воздействия среды на бетон должна определяться отдельно для бетонов, изготовленных на различных видах цемента.
Таблица 2
Степень агрессивного воздействия сред на металлические конструкции
Оценка степени агрессивного воздействия твердых средна конструкции определяется стойкостью материала, характеристикой твердой среды и относительной влажностью воздуха. Характеристикой агрессивных твердых сред является их растворимость и гигроскопичность. В соответствии со СНиП 11-28-73 малорастворимыми солями считаются соли с растворимостью менее 2 г/л. К малогигроскопичным солям относятся те, которые имеют при температуре +20° С равновесную относительную влажность 60% и более, а к гигроскопичным- менее 60%. При одновременном развитии коррозионных процессов, различных по своему характеру, например при совместном воздействии на бетон водных растворов солей и мороза (рис. 2) или попеременном их воздействии, степень агрессивности среды определяется экспериментом в натурных условиях, т.е.определяется снижение прочности и изменение внешнего вида образцов, находившихся в исследуемой среде в течение года. Неагрессивной в этом случае считается среда, которая не вызывает снижения прочности материала и не способствует появлению внешней коррозии.
Слабоагрессивная среда вызывает снижение прочности материала не более чем на 5% и слабое поверхностное разрушение материала.
Среднеагрессивной считается среда, снижающая прочность бетона в зоне коррозии на 5-20% и вызывающая повреждение углов или образование волосяных трещин. Сильноагрессивная среда вызывает снижение прочности материала более чем на 20% с ярко выраженным разрушением материала.
Агрессивное воздействие сред на материалы строительных конструкций
Как показывает практика, частичный или полный отказ строительных конструкций зданий и сооружений в ряде случаев происходит задолго до окончания проектного срока службы. Одна из основных причин – разрушение материала строительных конструкций в результате коррозии под воздействием внешней агрессивной среды.
Коррозия материалов строительных конструкций (бетонных и железобетонных, каменных, металлических и др.) зависит от многих факторов: вида, химического состава, концентрации, растворимости в воде, влажности, температуры окружающей среды и условий контакта с ней, а также от параметров самой конструкции (например, для железобетонной конструкции – от конструктивной формы поперечного сечения, вида и плотности бетона, вида, количества и расположения арматуры, типа и уровня напряженного состояния, наличия и ширины раскрытия трещин).
Агрессивные среды по степени воздействия на строительные конструкции (относительное снижение прочности материала в течение 1 года) разделяют на неагрессивные (снижения прочности нет), слабоагрессивные (снижение прочности менее 5 %), среднеагрессивные (снижение прочности 5…20 %) и сильноагрессивные (снижение прочности более 20 %).
По физическому состоянию агрессивные среды могут быть газовоздушные, жидкие и твердые.
Наиболее распространенные агрессивные газы: углекислый газ, кислород, водяной пар, сернистый и серный ангидрид, сероводород, аммиак, хлор, хлористый водород, двуокись хлора, фтористый водород, фосфорный ангидрид, пары брома, иода и т.д. Степень агрессивности газовоздушных сред зависит от растворимости в воде самих газов, температуры и влажности среды.
Газовоздушные среды по характеру взаимодействия с цементным камнем подразделяются на три группы.
1 группа – углекислый газ, фтористый водород, фтористый кремний, фосфорный ангидрид – проникают в поровое пространство бетона, образуют с Са(ОН)2 (гидроксид кальция) нерастворимые и малорастворимые соли кальция при незначительном увеличении в объеме. Основная схема агрессивного воздействия – нейтрализация щелочности цементного камня:
2 группа – сернистый и серный ангидрид, сероводород – образуют в поровом пространстве малорастворимые соли, способные увеличиваться в объеме более чем в 2 раза и разрушать бетон. Визуально это проявляется в виде послойного шелушения.
3 группа – хлор, хлористый водород, двуокись хлора, пары брома, иода – образуют хорошо растворимые соли кальция, засасываемые в капилляры и транспортирующие ионы хлора к арматуре, практически не нарушая щелочность защитного слоя бетона.
Из большого числа «механизмов» разрушения бетона выделяются три основных вида:
I вид – процессы растворения составных частей цементного камня и выноса продуктов гидрата окиси кальция Са(ОН)2протекающей водой (выщелачивание) – физический вид коррозии. Признаком коррозии бетона I вида является наличие высолов на поверхности, которые приводят к увеличению пористости цементного камня и снижению его прочности. При выщелачивании 10 % СаО происходит снижение прочности до 10 %, при потере 20 % СаО – до 25 % и при потере около 33 % СаО наступает полное разрушение цементного камня.
II вид– результат взаимодействия составных частей цементного камня с кислотами или солями, приводящий к образованию легкорастворимых или аморфных размываемых водой веществ(продукты растворимы).
Бетон разрушается послойно. При реконструкции поврежденный коррозией бетон удаляют.
III вид характеризуется накоплением в порах и капиллярах цементного камня малорастворимых солей с увеличением их объема. Давление приводит к разрушению цементного камня. На начальной стадии плотность и прочность бетона увеличивается. Если в этот период обеспечить антикоррозионную защиту, бетон может быть сохранен, в противном случае, в дальнейшем происходит его разупрочнение (разрыхление).
В реальных условиях коррозия каждого вида в отдельности встречается редко, как правило, они сочетаются. Степень коррозионного воздействия увеличивается с увеличением температуры среды. Опасно сочетание попеременного замораживания-оттаивания с процессами коррозии III вида.
Агрессивное воздействие нефтепродуктов на железобетонные конструкции объясняется содержанием в них высокомолекулярных смол и присадок. В наибольшей степени снижают прочность бетона и его сцепление с арматурой минеральные масла и мазуты.
Отработанные минеральные, окисленные растительные и животные масла не только агрессивны к бетону, но и вызывают коррозию арматуры и закладных деталей. Дизельное топливо и масляные эмульсии менее агрессивны. Бензины, керосины и растворители практически не влияют на прочность бетона.
В основном строительные металлические конструкции подвергаются атмосферной коррозии (на открытом воздухе, внутри промышленных зданий и под навесами). Различают три вида коррозии: равномерную сплошную, неравномерную сплошную и местную.
Равномерная сплошная коррозия характерна для сплавов металлов, не имеющих защитных окисных пленок или имеющих рыхлые пленки.
Неравномерная сплошная коррозия имеет место в многофазных сплавах металлов и наличии дефектов на поверхности.
Местная коррозия наблюдается при местном нарушении защитных покрытий, может распространяться в глубину металла, вызывая его вспучивание, или повреждает один из материалов, составляющих сплав.
Скорость коррозии зависит от вида агрессивных воздействий и условий среды. Повышение температуры ускоряет процесс коррозии. При нагреве до температуры 200…250 °С на поверхности стальных элементов образуется тонкая пленка окислов, пассивирующая поверхностный слой стали, при температуре 500…600°С происходит коробление и растрескивание поверхностной защитной пленки, а при отрицательной температуре (ниже минус 30…минус 40 °С) коррозия стали практически прекращается.
В зависимости от механизма разрушения металла различают химическую и электрохимическую коррозию.
Химическая коррозия происходит под воздействием газов или жидкостей (не электролитов) органического происхождения. В результате их взаимодействия на поверхности металла образуется пленка в виде окислов.
Электрохимическая коррозия наблюдается во влажном воздухе и водных растворах, проводящих ток. Атомы металла в результате переходят в раствор электролита в виде ионов, а эквивалентное число электронов остается в металле.
На коррозионную стойкость стальных элементов влияет также и конструктивная форма сечения: круглое сечение – самое устойчивое, затем квадратное, коробчатое, одиночный уголок.
Продукт коррозии – ржавчина имеет значительно больший объем, чем исходный металл. В различного рода щелях опасно скопление продуктов коррозии, приводящих к расслоению элементов.
Древесина как строительный материал отличается повышенной сопротивляемостью к химическим воздействиям и имеет преимущество перед металлом. Однако все породы древесины весьма подвержены разрушительному действию огня, грибов, насекомых и грызунов.
Насекомые (короеды, дровосеки), поражающие растущую и свежесрубленную древесину, не поражают и не размножаются в древесине строительных конструкций. Для строительных конструкций опасность представляют насекомые, питающиеся сухой древесиной: жучки-точильщики, долгоносики домовые, древесинники, термиты и др. В древесине они протачивают круглые или овальные отверстия и разрушают ее.
Вопросы для самоконтроля
1. Роль реконструкции в промышленном и гражданском строительстве.
2. Назовите основные причины аварий строительных конструкций и мероприятия по их предотвращению.
3. Назовите факторы, влияющие на коррозию материалов строительных конструкций.
4. Классифицируйте агрессивные среды по состоянию и степени воздействия на материалы строительных конструкций.
5. Расскажите о характере взаимодействия цементного камня с агрессивными газами I группы, II группы, III группы.
6. Опишите «механизм» разрушения бетона при коррозии I вида, II вида, III вида.
7. Каково агрессивное воздействие нефтепродуктов (минеральное масло, мазут, дизельное топливо, бензин и др.) на железобетонные конструкции?
8. Назовите виды коррозии стальных конструкций.
9. Расскажите о воздействиях, разрушающих древесину строительных конструкций.
Эксплуатация зданий на основе металлоконструкций в условиях агрессивной среды
Строительство на основе металлоконструкций допустимо в различных эксплуатационных условиях, даже при воздействии агрессивной среды, при грамотных планировочных решениях и надежной защите металлических элементов каркаса. Компания Эвриал возводит складские сооружения для эксплуатации в азотистых и агрессивных средах, которые востребованы в сфере сельского хозяйства в качестве складов азотных, фосфорных и калийных удобрений.
Понятие агрессивной среды, разновидности и воздействие
В процессе эксплуатации любого здания на него действуют различные нагрузки – силовые или физические (непосредственно эксплуатация) и воздействие агрессивных сред. Все это негативно сказывается на состоянии строительных материалов, в том числе и металла в каркасе, снижает прочность конструкции и долговечность сооружения. Агрессивная среда – это совокупность факторов, оказывающих негативное и разрушающее действие на здание в целом и его составляющие – пол, стены, кровлю, фундамент, металлокаркас и так далее.
Стойкость к воздействию агрессивных сред на материалы, используемых при строительстве, зависит от их свойств и вида агрессивных условий эксплуатации, которые бывают:
На металлоконструкции значительно влияют атмосферные (газовые) среды, степень агрессивного воздействия которых зависит от таких факторов, как вид коррозии, свойства используемого металла, особенности окружающей среды.
Коррозия как следствие воздействия агрессивной среды
Коррозию металлических конструкций можно разделить на три основных вида:
На скорость распространения коррозии и на ее интенсивность также особо влияет температура металла:
Коррозия в зависимости от метода распространения может быть химической и электрохимической, а ее продукт – ржавчина по объему вырастает до больших размеров, чем сам металл. Наивысшей антикоррозийной стойкостью обладают металлоконструкции (без учета дополнительной защиты), имеющие круглое сечение, средней – квадратное сечение, а самой низкой – уголки. Для повышения этого параметра в процесс строительства должны быть включены работы по защите металлоконструкций от негативного влияния агрессивных сред.
Защита конструкций от агрессивной среды
Примерно две третьих всех металлоконструкций предназначаются для эксплуатации в агрессивных средах, поэтому важно еще на этапе планирования строительства задуматься о методах защиты от их воздействия. Важно предпринять все возможные меры, направленные на повышение качественного срока службы металлических конструкций, такие как:
Коррозийная устойчивость — это возможность сооружения, точнее, отдельных его элементов, сопротивляться воздействию агрессивной среды, долгое время сохранять оптимальное техническое состояние и выполнять свои функции в полном объеме. Для достижения высокого уровня устойчивости конструкций проводятся мероприятия по их защите.
Рекомендации по антикоррозионной защите несущих металлоконструкций в зависимости от степени агрессивности сред:
Требования к конструкциям, предназначенным для эксплуатации в агрессивной среде
Для зданий (особенно промышленного назначения), построенных на основе металлоконструкций, предусмотрен перечень требований к их проектированию, строительству и защите, направленных на повышение качества эксплуатации и долговечности службы в условиях воздействия агрессивных сред:
Специалисты компании Эвриал в процессе разработки индивидуального решения для возведения ангаров и складов в «сложных» условиях эксплуатации, предусматривают все нюансы и требования в соответствии со строительными нормами. У нас есть опыт строительства складов для хранения удобрений, которые оказывают значительное влияние и создают агрессивную среду, в том числе и азотистую, для металлоконструкций. К нам обращаются такие компании, как ФосАгро, которые ценят компетенцию и гибкость в подходе к реализации проектов любого уровня сложности. Присоединяйтесь к их числу.
С вопросами и за коммерческим предложением обращайтесь к нашим специалистам по указанному на сайте номеру телефона.