Delist.ru

Долговечность мостовых сооружений с учетом коррозионных процессов в условиях Вьетнама (18.05.2009)

Автор: До Минь Хиеу

Для компенсации возможных неучтенных отклонений от принятых в расчете параметров различных факторов, наличия неблагоприятных систематических обстоятельств и т.п. целесообразно ввести по аналогии с методикой расчета по предельным состояниям специальный коэффициент надежности к получаемой расчетным путем оценке остаточного ресурса долговечности. В первом приближении величину этого коэффициента можно принять равной 0,85 – для первого критерия, 0,9 – для второго и 0,95 – для третьего, 0,99 – для четвертого.

В третьей главе диссертации приводятся результаты исследования характеристик коррозии в условиях Вьетнама.

Различие процессов коррозии бетона и железобетона в разных местах расположения объектов зависит от характеристик агрессивных сред. Для мостовых пролетных строений рассматривается процесс коррозии бетона в атмосферной среде. В условиях Вьетнама особенно сильно влияет на процесс коррозии материалов морская агрессивная среда.

Содержание соли в воздухе в северных районах побережья находится в интервале 0,4…1,3 мгCl-/м3, а 0,8…2,0 мгCl-/м3 на юге. Концентрация ионов Cl- снижается с увеличением расстояния от моря. На расстоянии 100…200 м от побережья снижение концентрации происходит до 50%, и далее - до 30% (рис.2).

Рис. 2. Распределение концентрации ион Cl- во воздухе по расстоянием от моря.

Коррозии арматуры железобетонных конструкций предшествуют два деградационных процесса в защитном слое бетона: карбонизация бетона и диффузия ион - хлоридов в бетоне.

Карбонизация защитного слоя бетона железобетонной конструкции происходит в результате связывания гидрата окиси кальция, содержащегося в жидкой фазе бетона на портландцементе, с углекислым газом, содержащимся в атмосферном воздухе, в практически нерастворимый карбонат кальция. Связываются также и едкие щелочи, содержащиеся в цементе. В результате, щелочность жидкой фазы смещается в нейтральную сторону, и бетон теряет способность электрохимически защищать сталь.

Дело в том, что в щелочной среде при рН~12,4 на поверхности стали образуются и восстанавливаются пассивные пленки из окислов и гидроокисей железа, препятствующие коррозии арматуры. При меньшем значении рН этого не происходит.

Глубину карбонизации защитного слоя бетона на момент времени t определяют по формуле:

где h – глубина карбонизации защитного слоя бетона.

А- эмпирический коэффициент (см/год1/2),

Приняв h равной толщине защитного слоя, можно оценить время t, за которое произойдет его полная карбонизация.

Для среднего континентального климата (Европа, Россия) значение А обычно находится в пределах 0,2 … 0,25.

Обычно уравнение диффузии хлоридов в бетоне записывается в виде:

где Сx(t) – концентрация хлоридов на некоторой глубине х защитного слоя по истечению времени t;

C0 – равновесная концентрация хлоридов на поверхности, принимающаяся постоянной в течение эксплуатации моста;

erf – интеграл вероятностей;

t – время, г.;

а – толщина защитного слоя;

D – коэффициент диффузии хлоридов в бетоне защитного слоя (для среднего климата составляет 0,5… 0,8).

значительно больше, чем в европейских условиях (Табл. 1). Поэтому процесс коррозии арматуры в условиях Вьетнама начинается раньше и проходит быстрее.

Таблица 1

Районы Значение A Значение D

Север 0.673 см2/ год0,5 0,914 см2/год

Центр 0.521 см2/ год0,5 2,12 см2/год

Юг 0.587 см2/ год0,5 2,86 см2/год

Графики динамики развития коррозионного процесса изображены на рис. 4 (для юга Вьетнама).

Проведенные расчеты позволили сделать следующие выводы. На Севере Вьетнама процесс коррозии арматуры начинается через 15 лет эксплуатации, когда защитный слой бетона равен а=2,5 см, и на 10 …12 лет позднее при толщине защитного слоя а =3,5 см. Но при этом еще не достигается требование проектирования, чтобы мостовая конструкция нормально работала 70 лет и больше.

Для Центра и Юга Вьетнама в большинстве железобетонных конструкций процесс коррозии арматуры начинается еще до полной карбонизации вскоре после начала эксплуатации. В Центре такой промежуток времени составляет примерно 15 лет, а на Юге - 5 лет. На основе расчета можно выбрать рациональную толщину защитного слоя конструкции для каждого района страны. В частности, для Севера и Центра толщину защитного слоя рационально принять равной 4 см.

Рис. 4. Динамика развития типичного коррозионного процесса для Юга Вьетнама

1~1’- процесс карбонизации при при а= 2,5 и 3,5 см.

2 и 2’- процесс проникновения иона Cl- в бетоне при а=2,5 и 3,5 см.

tкар2 и tкар2’- время полной карбонизации при а= 2,5 и 3,5 см. t2 и t2'- время начала коррозии арматуры.

Коррозия металлических конструкций обусловлена многими причинами, особенно, воздействиями сернистого газа и солей морской среды.

Влияние тропических климатических условий на атмосферную коррозию во Вьетнаме изучено недостаточно. Анализ данных по распределению аэрозоли морских солей на поверхности металла по мере удаления от моря показывает, что независимо от географических условий крутой спад концентрации морских солей в атмосфере происходит на участке протяженностью до 5 км от береговой линии. По мере дальнейшего удаления от берега происходит плавный спад концентрации хлор – ионов, которая составляет примерно 0,002 мг/км.

На рис.5 показано потери во времени массы Ст3 в результате коррозии стальных конструкций в 5 районах Северного и Южного Вьетнама.

Рис. 5. Коррозия стали Ст3 в различных климатических районах Вьетнама

Можно видеть, что во всех случаях коррозия со временем увеличивается, причем тем в большей степени, чем ближе к морскому побережью: наиболее сильная коррозия стали происходит в морской атмосфере (о. Хонзау) и наименее – в сельской незагрязненной атмосфере ( ВиньФу).

В четвертой главе диссертации разрабатываются алгоритм и программа расчета грузоподъемности и долговечности железобетонных пролетных строений на основе вероятностных методов оценки коррозионного процесса.

В процессе коррозии арматуры могут быть выделены три стадии (рис.6).

загрузка...