Значительную часть конструкций обследуемых зданий и сооружений по ГОСТ 31937-2011 на опасных производственных объектах, при проведении экспертизы промышленной безопасности на основании требований статьи 13 Федерального закона РФ от 21.07.1997 No 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов», образуют железобетонные с длительным сроком эксплуатации. Их старение, преждевременное разрушение, утрата ими герметичности, несущей способности могут привести к угрозе безопасности. До 50-х годов прошлого века в большинстве промышленных зданий применялся монолитный железобетон, который характеризуется жесткими соединениями конструкций, в 60-е годы стали применяться малоразмерные сборные элементы в качестве плит покрытия, которые к настоящему времени почти полностью утратили свои эксплуатационные качества. В дальнейшем появился типовой сборный железобетон с шарнирными схемами соединения отдельных элементов в узлах. Отдельные дефекты и повреждения таких конструкций чаще вызывают обрушение в зданиях, чем конструкции из монолитного железобетона, обладающие в значительно большей мере способностью к перераспределению усилий вследствие повышенной статической неопределимости и жесткости узлов. От проблем с коррозией железобетонных конструкций страдает большое количество зданий и сооружений, расположенных на опасных объектах. На стойкость железобетонных конструкций оказывают значительные воздействия агрессивные среды. Агрессивные среды по физическому состоянию разделяются на газообразные, твердые и жидкие. Степень воздействия агрессивных сред на конструкции определяется: для газообразных сред видом и концентрацией газов (группа газов) и температурно-влажностным режимом помещений или зоной влажности территории; для жидких сред наличием и концентрацией агрессивных агентов, температурой, величиной напора или скоростью движения жидкости у поверхности конструкции; для твердых сред (соли, аэрозоли, пыль, грунты) дисперсностью, растворимостью в воде, гигроскопичностью, температурно-влажностным режимом помещений или зоной влажности. Значительное влияние на скорость коррозии бетона в агрессивных средах может оказывать и температура среды. В настоящее время этот фактор должным образом в нормах не учитывается. Руководствуясь СП 63.13330.2012, СП 28.13330.2012, ГОСТ 31384-2008, в каждом конкретном случае, в зависимости от конкретных условий, устанавливается степень агрессивности среды.
Основные встречающиеся виды коррозии:
Коррозия в твердых средах. К агрессивным твердым средам относят грунты различного состава, соли, в частности минеральные удобрения, другие химические продукты, находящиеся в твердом состоянии. Основные признаки агрессивности твердых сред по отношению к бетону: растворимость в воде, гигроскопичность, способность в растворенном состоянии реагировать с компонентами цементного камня или кристаллизироваться в порах бетона.
Повреждение бетона при замораживании и оттаивании. Повреждение бетона при замораживании и оттаивании развивается вследствие изменения объема отдельных фаз и структурных элементов бетона. Увеличение объема воды при переходе в лед, различие в коэффициентах линейного расширения продуктов гидратации цемента, клинкерных зерен и зерен мелкого и крупного заполнителя создают предпосылки для появления внутренних напряжений в бетоне при замораживании и оттаивании. Тот факт, что разрушение резко ускоряется при замораживании бетона, насыщенного водой, а введение в структуру бетона определенного количества мелких воздушных пор сильно повышает морозостойкость, свидетельствует о решающей роли замораживания воды в порах бетона. Существенным является то, что температура замерзания воды зависит от размера вмещающих ее пор и капилляров; чем меньше размер пор, тем при более низкой температуре вода переходит в лед.
Этот вид повреждений встречается достаточно часто, а именно во многих случаях, когда бетон подвергается систематическому воздействию воды или растворов солей и мороза. Ремонт конструкций, подверженных морозной деструкции, затруднен. Ф. И. Ивановым в своих работах было показано, что при небольшой степени морозного повреждения бетона в дальнейшем в теплый период года возможно самозалечивание микротрещин и восстановление прочности. Однако при образовании макротрещин самопроизвольное восстановление прочности бетона невозможно. В отдельных случаях можно упрочнить бетон пропиткой низковязкими мономерами с последующей полимеризацией.
Коррозия в маслах и органических средах. При длительном воздействии минеральных масел установлено, что в этих условиях происходит постепенное снижение прочности бетона. За семь лет испытаний прочность бетона снижалась до 30 % от первоначальной. Снижение прочности объясняется уменьшением прочности контактов срастания гидратированных соединений цементного камня при полном отсутствии гидратации клинкерного фонда цементного камня и самозалечивания. Агрессивное действие технических масел связано также с возможным наличием в них кислот и поверхностно-активных веществ. Нефтепродукты могут оказать агрессивное воздействие на бетон. Степень их агрессивного воздействия увеличивается от неагрессивной до среднеагрессивной в ряду: бензин, керосин, дизельное топливо, сернистый мазут, сернистая нефть. Сильноагрессивное воздействие на бетон оказывают многие органические кислоты: уксусная, лимонная, молочная концентрацией свыше 0,05 г/л, а также жирные водонерастворимые кислоты (каприловая, капроновая и другие).
Биологическая коррозия. Под биологической коррозией понимают процессы, вызванные продуктами жизнедеятельности живых организмов, в первую очередь бактерий и организмов, поселяющихся на поверхности конструкций. Внутренняя коррозия. К процессам внутренней коррозии бетона отнесены процессы взаимодействия компонентов цементного камня и бетона в присутствии влаги, вызывающие ухудшение технических характеристик бетона. Бетон, подвергшийся внутренней коррозии, практически не поддается восстановлению. Процесс может быть остановлен, если бетон будет высушен и в дальнейшем поддерживаться в сухом состоянии.
При проведении обследования при визуальном контроле в соответствии с ГОСТ 31937-2011 устанавливаются нарушения защитных покрытий и облицовок, наличие трещин, расположенных вдоль стержней арматуры и являющихся следствием образования продуктов ее коррозии, отслоение защитного слоя в результате интенсивной коррозии арматуры; следует уделять внимание сохранности арматуры в бетоне. Глубина и степень коррозии бетона защитного слоя железобетонных конструкций определяется по изменению величины щелочности (рН) – коррозия вследствие карбонизации. Массовое повреждение конструкций по указанной причине наблюдается при изготовлении низкомарочных бетонов с повышенным водоцементным отношением и вследствие этого с повышенной проницаемостью для углекислого газа. Весьма распространены случаи коррозии из-за заниженной толщины защитного слоя (скрытый брак). Ремонт поврежденных конструкций включает удаление разрушенного бетона и замену его новым плотным бетоном. При ремонте следует удалить карбонизированный слой бетона. Если глубина карбонизации превышает толщину защитного слоя, то бетон должен быть удален, в том числе и за арматурой. Затем механизированным способом (ручного удаления ржавчины стальной щеткой недостаточно) производят очистку арматуры от ржавчины, при необходимости усиливают арматуру и восстанавливают защитный бетон. Обычно применяют ремонтные составы, обладающие после отверждения малой проницаемостью, что исключает повторную карбонизацию защитного слоя.
На основании данных натурных обследований, анализа проектных материалов и экспертной оценки специалистов установлено, что агрессивному воздействию подвергаются в различных отраслях народного хозяйства 15-75% строительных конструкций зданий и сооружений.
Несмотря на отсутствие недостатка в строительной продукции, акционерные общества, коммерческие организации, порой через посредников, приобретают изделия без гарантии их качества и долговечности, и через 10-15 лет, а то и через 1-2 года эксплуатации зданий и сооружений затраты на их ремонт превышают первоначальную сметную стоимость.