Калмагамбетова А.Ш., Аринова А.С., Иманова М.А.

Карагандинский государственный технический университет

 

РАБОТОСПОСОБНОСТЬ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ МОСТОВЫХ СООРУЖЕНЙ

 

 

Повышение надежности и долговечности же­лезобетонных мостов – актуальная, сложная и многофакторная проблема, комплексное решение которой возможно только на основе де­тального рассмотрения различных ее аспектов. Одной из наиболее существенных сторон этой проблемы является анализ коррозионных про­цессов в железобетонной конструкции, проте­кающих под влиянием окружающей среды и снижающих ее долговечность.

Эксплуатационное состояние автодорожных же­лезобетонных мостов – важная проблема нормального функционирования инфраструктуры практически всех современных развитых государств, ре­шаемая на государственном уровне. В последние годы резко возрос интерес к прогно­зированию срока службы железобетонных мостовых конструкций. Это вызвано, прежде всего, неудовлетворительным состоянием многих железобетонных мо­стов, которые уже после 30-40 лет эксплуатации дости­гают критической степени физического износа.

В настоящее время имеют место два принципиаль­ных направления исследований по вопросу коррозии в железобетонных пролетных строениях автодорожных мостов.

Первое основывается главным образом на изуче­нии и обобщении опыта эксплуатации железобетонных мостов, анализе износа и остаточного ресурса прочности и выносливости различных конструктивных элемен­тов, построении соответствующих теоретических и эмпирических зависимостей.

В подавляющем большинстве случаев главной причиной потери эксплуатационных характеристик железобетонных мостов является коррозия арматуры. В мостах и путепроводах коррозия, как правило, насту­пает в результате двух идущих параллельно процес­сов:

а) карбонизации бетона защитного слоя;

б) проникновения к арматуре хлоридов, чаще все­го поваренной соли, которая попадает на поверхность конструкции в качестве антиобледенителя.

Карбонизация защитного слоя – самое распро­страненное универсальное агрессивное воздей­ствие, которому подвергаются железобетонные конструкции, эксплуатируемые в природной сре­де. Сущность ее заключается в том, что углекис­лый газ, содержащийся в атмосфере в средней объемной концентрации С = 0,03%, взаимодей­ствует с гидратом окиси кальция и едкими щело­чами защитного слоя бетона. В результате зна­чение рН жидкой фазы бетона, которое при отсутствии карбонизации находится в пределах 12,4-13,0, падает до 11,0 и более низких значе­ний; функция защитного слоя как электрохимиче­ской защиты арматуры утрачивается, пассивное состояние стали нарушается, и арматура оказы­вается подверженной коррозии.

Точное определение степени коррозии арматуры может быть выполнено только путем извлечения об­разцов арматурных стержней с последующей их лабо­раторной обработкой – травлением в ингибированной кислоте и определение потери массы по сравнению с ее справочным значением. Между тем, нарушение целостности хотя бы одно­го стержня рабочей арматуры приводит к заметной потере несущей способности железобетонной конст­рукции и уже по этой причине неприемлемо.

Использование при обследованиях оценки степени коррозии по прямым измерениям на обнаженной арма­туре в местах сколов бетона не дает надежных резуль­татов из-за малого числа таких сколов и невозможно­сти выполнить точные измерения. Поэтому была разработана оценка степени коррозии арматуры по ее внешним проявлениям на поверхности конструкции. Таким признаком послужила величина раскрытия продольной трещины в защитном слое бетона, вызван­ная коррозией арматуры. Было установлено, что деформации (перемещения) защит­ного слоя, отжимаемого корродирующим арматурным стержнем:

f = 2Δ,где Δ – величина коррозии.

Если трещина в конструкции образовалась в результате карбонизации за­щитного слоя, то на этой стадии можно ограничиться, в основном, профилактическими мероприятиями – окраской и гидрофобизацией бетона, устранением источников локального увлажнения и др. Стальные стержни закладывали в бетонный обра­зец с защитным слоем h = 30 мм, на стержни наклады­вали постоянный анодный ток, вызывающий коррозию стали, и устанавливали зависимость между шириной раскрытия продольной трещины в защитном слое и коррозионным износом стержня. С этой целью стерж­ни извлекали, протравливали и определяли потерю массы вследствие коррозии.

Полученные результаты слабо зависят от характера армирования и в этом смысле обладают устойчиво­стью. Практически, они не зависят и от прочности бе­тона, поскольку для обычных мостовых бетонов клас­сов В30....В40 отношение Rbt/E ≈ const. В то же время, уменьшенная толщина защитного слоя ускоряет его разрушение, что и наблюдается при обследованиях.

Таким образом, выполненное исследование свиде­тельствует о возможности получения оценки коррози­онного износа арматуры в обследуемых балках про­летных строений мостов без вскрытия на значительном протяжении или на большой площади поверхно­сти элемента. Данные подтверждают статистические данные  и результаты исследований многих ученых, занимающихся вопросом коррозии железобетонных конструкций разрезных мостов.