Кроме пористости и влажности, на коррозионную стойкость арматуры в бетоне значительное влияние могут оказать хлориды. Они попадают в бетон различными путями: вносятся компонентами бетона, содержатся на поверхности арматурной стали, проникают в бетон с водой, диффундирующей из грунтовой воды или агрессивной газовой среды, переносятся мигрирующей аэрозольной влагой. В последнем случае источник хлоридов лежит вне бетона.
Глава 3. Эксплуатационные воздействия и работоспособность опор
В настоящее время считается, что проникновение хлоридов не изменяет прочности бетона. Более того, проникновение хлоридов в цементный камень бетона изменяет его поровую структуру. При этом уменьшается содержание крупных пор и повышается содержание мелких радиусом менее 150А. В результате этого уменьшается водопроницаемость цементного камня, а присутствие в исходных цементах повышенного количества трехкальциевого алюмина (С3А1) способствует связыванию поступающих в бетон ионов хлора и, следовательно, снижению концентрации в бетоне свободных ионов.
Наибольшую опасность хлориды представляют для стальной арматуры. Поступающие в бетон вместе с влагой и кислородом ионы хлора, имеющие малую массу и значительную кинетическую энергию, легко вскрывают защитную окисную пленку на поверхности арматуры, и процесс коррозии становится неизбежным. Для протекания этого процесса в присутствии кислорода требуется невысокая влажность бетона, при которой степень заполнения пор водой составляет всего лишь 10 — 12% предельного значения заполнения. При меньшей степени заполнения пор процесс коррозии приостанавливается. С другой стороны, в силу щелочности влажного бетона для протекания процессов коррозии арматуры определяющее значение имеет также концентрация ионов хлора у поверхности арматуры в бетоне. На основании опыта эксплуатации железобетонных конструкций в средах с хлоридами установлено, что предельно допустимая концентрация ионов хлора в бетоне для ненапряженных конструкций должна составлять не более 0,1 % от веса цемента и для предварительно напряженных конструкций — не более 0,06%. При меньших концентрациях ионов хлора коррозия арматуры не наблюдается.
Ранее отмечалось, что имеется несколько источников накопления ионов хлора в бетоне конструкций. Для эксплуатируемых железобетонных опор контактной сети из этих источников интерес представляют, прежде всего, аэрозольные взвеси, наблюдаемые у побережий морей, соленых озер. Как показывают наблюдения, аэрозоль морской воды стабильно сохраняется в атмосфере на расстоянии до 200 — 1000 м от берега. При этом концентрация хлоридов в аэрозолях в этих зонах составляет величину порядка 0,7 — 0,03 мг/л/сут. На расстоянии 1 — 3,5 км от берега концентрация хлоридов в аэрозолях значительно меньше и составляет от 0,03 до 0,01 мг/л/сут. При этом концентрация и проникновение солей в бетон опор, находящихся в прибрежной зоне, зависят от расстояния их от берега, плотности бетона и длительности эксплуатации. Например, в опорах, установленных на расстоянии около 200 — 250 м от берега Сивашского залива, концентрация ионов хлора в бетоне через 20 лет эксплуатации опор составила около 0,02% веса цемента, а глубина проникновения ионов в бетон не превышала 8 — 10 мм. Ана-
Глава 3. Эксплуатационные воздействия и работоспособность опор
|
логичные данные получены и на центрифугированных опорах, эксплуати-рующихся в зоне Каспийского моря. Учитывая, что по мере углубления в бетон скорость проникновения ионов хлора снижается, можно ожидать, что при минимальной толщине защитного слоя бетона, равной 18 мм, срок достижения предельной концентрации ионов хлора в бетоне превысит 50 — 60 лет. При уменьшении расстояния до берега (менее 200 м) время накопления и приобретения бетоном предельной концентрации ионов хлора существенно сокращается, и для обеспечения безопасности движения поездов необходимо в этой зоне вести систематические наблюдения за состоянием бетона опор.
Вторым важным источником накопления хлоридов в бетоне опор являются засоленные грунты, встречающиеся преимущественно на Северном Кавказе, в Казахстане и других районах. Здесь хлориды попадают на бетон с поверхности конструкций в виде тонкодисперсной пыли. При плотном неповрежденном бетоне эта пыль не создает условий для проникновения хлоридов внутрь бетона и удаляется с поверхности конструкций ветровыми потоками и дождями. Иная ситуация имеет место, когда на внешней поверхности опор под действием различных факторов образуются микро- и макротрещины. При наличии таких повреждений тонкодисперсная пыль легко проникает в эти трещины и в результате колебаний температуры воздуха и конденсации влаги увлажняется. Одновременно увлажняются и содержащиеся в ней хлориды, которые затем начинают контактировать с арматурой. Возникает процесс ее интенсивной коррозии, приводящий к разрушению опор. Такой механизм разрушения центрифугированных опор линии питания автоблокировки, в частности, наблюдался в 1980-е годы на Западно-Казахстанской железной дороге (рис. 3.36).
Значительное насыщение бетона хлоридами может происходить также в засоленных грунтах за счет увлажнения его соленой грунтовой водой. В частности, в одном из районов железобетонные опоры линии, питающей устройства автоблокировки, были установлены в «сорных» местах, вода и грунт в которых были перенасыщены хлоридами.
При этом содержание ионов хлора в бетоне подземной части опор достигло 6% веса цемента. Однако после демонтажа опор и освобождения арматуры от бетона на ней не было обнаружено коррозионных повреж-
Глава 3. Эксплуатационные воздействия и работоспособность опор
дений. Арматура находилась в хорошем состоянии. Такое ее состояние в значительной мере связано с затруднениями доставки кислорода к поверхности арматуры в подземной части опор. В целом для сохранности арматуры в бетоне опор, установленных в районах с солончаковыми грунтами и грунтовыми водами, пересыщенными хлоридами, необходимо обеспечение монолитности бетона, его высокой плотности и требуемой толщины, защитного слоя.
Коррозионная стойкость бетона опор подробно рассмотрена в работе [34]. Опыт показывает, что в целом принятые для изготовления опор материалы и технологии обеспечивают высокую коррозионную стойкость бетона и долговечную работу опор. Основные проблемы связаны с выполнением требований, касающихся стойкости бетона при воздействии внешних факторов, в том числе проходящих поездов.
Глава 4