Физическая коррозия

К физическим факторам, вызывающим разрушение строительных конструкций и сооружений, можно отнести действие электрического тока, радиационного излучения, огня (табл. 11.2).

Железобетонные и металлические конструкции электростанций, подстанций и линий электропередач, работа которых связана с источника­ми тока большой мощности и высокого напряжения, могут в процессе экс­плуатации подвергаться действию электрического тока. В связи с неодно­родностью материала конструкций по составу и особенно структуре воз­можно локальное накопление большого количества энергии, приводящее к возникновению электродугового разряда. Последнее приводит к пережогу арматуры, оплавлению и растрескиванию бетона и, как следствие, потере несущей способности железобетонной конструкции. При повышенной влажности воздуха возможна также электрохимическая коррозия металла, интенсифицированная действием электрического тока. Так как продукты коррозии железа в 2 - 2,5 раза превышают объем прокорродировавшего металла, то их скопление на контакте арматура - бетон вначале вызывает уплотнение контактного слоя за счет заполнения имеющихся пор и пустот. Впоследствии это приводит к росту растягивающих напряжений, появле­нию трещин и отслоению бетона от арматуры.

Таблица 11.2 Пожарно-технические показатели, определяемые для строительных материалов различного назначения Наименование материалов, их назначение Г ожарно-технические показатели горю­честь воспла- меняе- мость распро- стране- ние пла­мени токсич­ность дымо- образо­вание Материалы для изготовления окон и фонарей + + - + + Материалы для пола с применением органических вяжущих и заполнителей + + + + + Напольные покрытия + + Г3, Г4 + + + Кровельные, гидроизоляционные, пароизоляционные материалы: рулонные битумные на основе картона и беспокровные (пергамин, гидроизол) рулонные битумные и битумно- полимерные на стекловолокнистой основе рулонные битумные и битумно- полимерные на полимерной основе листовые полимерные и металлополимерные мастики кровельные мастики гидроизоляционные + + Г3, Г4 +   + + + + + + + Г3, Г4 + Г3, Г4 + + + Г3, Г4 + + + + + + + + Шпатлевки (грунтовки) органические и органоминеральные + + Г3, Г4 - + - Теплоизоляционные органические материалы + + + + + Материалы, применяемые в качестве покровных слоев теплоизоляции + + Г3, Г4 - + + Отделочные материалы для внутренних и наружных работ + + Г3, Г4 - + + Облицовочные материалы и изделия: полимерные, бетонополимерные, на основе древесины + + + Г3, Г4 +   + + Штучные материалы для устройства ограждающих конструкций с примене­нием органических заполнителей + + Г3, Г4   + + Огнезащищенная древесина + + Г3, Г4 - + + Изделия полимерные для системы отопления и водоснабжения + + - - -

 

Повысить стойкость железобетонных конструкций по отношению к действию электрического тока можно только путем снижения их электро­проводности. Этого можно достичь за счет повышения плотности и одно­родности бетона, ввода в бетонную смесь специальных добавок, а также покрытием и пропиткой поверхности гидрофобными материалами, умень­шающими водопоглощение.

В связи с тем, что накопление электрической энергии связано с де­фектами структуры прежде всего самого бетона, очень важно при бетони­ровании конструкций использовать оптимальные бетонные смеси по удо- боукладываемости с низким водосодержанием за счет введения суперпла­стификаторов, исключающим расслоение бетонной смеси, возможность седиментационных явлений и образование открытых капиллярных пор, образуемых в результате испарения воды при твердении искусственного камня.

В качестве добавок, повышающих удельное электросопротивление бетона с 10³ до 10⁵ - 10⁶ ом-м за счет резкого снижения водопоглощения, применяют кремнийорганические олигомеры до 1 % от массы цемента, па­рафин и битумную эмульсию до 5 %. Основной недостаток этих добавок, обеспечивающих бетону водооталкивающие свойства, снижение конечной прочности на 20 %. При дополнительной защите поверхности электросо­противление увеличивается до 10¹⁰ ом-м. В качестве покровных компози­ций используют материалы, обладающие хорошим сцеплением с бетоном, водонепроницаемостью, высокими диэлектрическими свойствами, доста­точной прочностью и эластичностью. Ими могут быть битумные эмульсии, холодные и горячие битумные мастики, лакокрасочные составы на основе эпоксидных, перхлорвиниловых или комплексных эпоксидно-битумных, эпоксидно-стирольных связующих. Пропитку железобетонных конструк­ций и изделий проводят или петролатумом, продуктом переработки нефти, или мономерами по технологии получения бетонополимерных конструк­ций, предусматривающей их последующую выдержку в условиях повы­шенной температуры и давления.

Для защиты от электрокоррозии в железобетонных конструкциях предусматривают специальные электроизоляционные швы толщиной не менее 30 мм, выполняемые из мастичных битумных, рулонных, листовых и монолитных полимерных материалов.

В отделениях электролиза водных растворов солей на химических предприятиях фундаменты под оборудование выполняют из полимербето- на, сталеполимербетона или неармированного бетона.

Радиационное излучение при действии на строительные конструкции вызывает разогрев материала и изменение структуры на микроуровне, приводящие в комплексе к частичной потере прочности. Обеспечить ра­диационную стойкость железобетонных конструкций можно только за счет первичных средств защиты: введения в бетонную смесь специальных во­дорастворимых добавок (хлористый литий, сернокислый кадмий) и сверх­тяжелых заполнителей - железосодержащих и баритовых руд плотностью до 6000 кг/м³.

При облучении металла нейтроны, проникая внутрь кристаллической решетки, искажают ее строение, образуя дефектные места, изменяют свой­ства. Так, ядерное облучение увеличивает прочность сталей на сжимаю­щие нагрузки в 1,5 - 2 раза и уменьшает в той же степени пластичность и вязкость, т.е. делает ее более хрупкой. При облучении могут появиться атомы новых элементов в результате деления или захвата нейтрона ядром атома основного металла. При длительном облучении чистый металл мо­жет превратиться в сплав со своими специфическими свойствами.

В результате нейтронного облучения металл становится радиоактив­ным и опасным для здоровья человека.

Значительное влияние облучение оказывает на полимеры. Под дей­ствием ионизирующих излучений в них образуются различные активные промежуточные химические соединения: свободные радикалы, ионы, воз­бужденные молекулы, которые вызывают химические и структурные пре­вращения, приводящие к изменению свойств материалов, в частности, рео­логических - внутреннего трения.

В последние годы большое внимание уделяют радиоактивности самих строительных материалов. В настоящее время это свойство, которое должно быть отражено в ГОСТах (СТБ), оценивают удельной эффективной актив­ностью естественных радионуклидов - Бк/кг (А_эфф). В зависимости от усло­вий эксплуатации показатель не должен превышать 370 Бк/кг для материа­лов, используемых в жилых и общественных зданиях, и 740 Бк/кг - в произ­водственных сооружениях; для дорожных покрытий не более 740 Бк/кг вблизи населенных пунктов и не более 2800 Бк/кг в ненаселенной местности.

Исходя из условий эксплуатации зданий общественного назначения, промышленных объектов и особенно жилых наиболее значимым из пере­численных физических факторов, вызывающих интенсивное разрушение конструкций, является огонь.

По СНиП 21-01-97 «Пожарная безопасность зданий и сооружений» строительные конструкции характеризуются огнестойкостью и пожарной опасностью. Огнестойкость определяет способность строительной конст­рукции сопротивляться действию огня при пожаре. Предел огнестойкости выражается временем в минутах с момента контакта с открытым пламенем до потери несущей способности - обрушения, появления сквозных трещин вследствие необратимых деформаций или повышения температуры по­верхности, противоположной действию огня, до 220 ^оС, что свидетельст­вует о потере конструкцией теплоизоляционных свойств. Следовательно, предел огнестойкости устанавливают по времени наступления одного или нескольких нормируемых признаков предельного состояния: потеря несу­щей способности, потеря целостности и потеря теплоизолирующей спо­собности.

По пожарной опасности строительные конструкции подразделяют на непожароопасные (КО), малопожароопасные (К1), умереннопожароопас- ные (К2) и пожароопасные (К3). Свойства конструкций зависят от приме­няемых материалов, поэтому для строительных материалов определяют следующие пожарно-технические характеристики: горючесть, воспламе­няемость, распространение пламени по поверхности, дымообразующая способность, токсичность при горении. Каждый из показателей подразде­ляют на классы: по интенсивности сильно-, средне- и слабо-; по горючести материалы могут быть негорючими - несгораемыми (НГ) и горючими (Г). В зависимости от интенсивности процесса существуют четыре группы го­рючести: слабогорючие (Г1) и умеренногорючие (Г2) - трудносгораемые, представляющие собой органоминеральные композиции, тлеющие, но не поддерживающие горение; нормальногорючие (Г3) и сильногорючие (Г4) - сгораемые органические материалы. С целью обеспечения пожарной безопасности строящихся объектов используемые материалы должны со­ответствовать определенному перечню пожарно-технических показателей (см. табл. 11.2).

Повысить огнестойкость строительных конструкций можно или за счет конструктивных мероприятий, или используя огнезащиту. К конст­руктивным относятся: удаление горючих материалов от источника нагре­вания на 30 - 40 см, возведение стен-брандмауэров в протяженных соору­жениях (более 30 м) из такого негорючего материала, как керамический кирпич.

Для огнезащиты применяют добавки и пропиточные составы - анти- пирены, красочные и обмазочные материалы, рулонные и листовые огне­стойкие изделия.

Пропитке подвергают древесину или изделия из нее (половые доски, паркет, оконные и дверные рамы и переплеты, подоконные доски, плиты ДСП, ДВП, арки, балки, фермы и т.д.), а также ковры и ткани, используе­мые для отделки стен.

В Республике Беларусь прошли сертификацию следующие составы: «ФАХ», «СПАД-0», «СПАД-10» и др. Путем обработки в автоклавах, го- ряче-холодных ваннах или нанесением на поверхность кистью получают древесину слабогорючую и слабовоспламеняемую.

Огнезащитными покрытиями изолируют как деревянные, так и метал­лические конструкции. Огнезащитные краски, вспучивающиеся и огнестой­кие, толщиной 1 - 10 мм, кроме своей специальной функции придают деко­ративность поверхности. Окраску проводят по грунту валиком или набрыз- гом. Для повышения огнестойкости деревянных конструкций, ДВП, ДСП внутри помещения используют краски на жидком стекле: силикатно- глиняную, состоящую из жидкого стекла, молотого кирпича и глины; сили- катно-перлитовую, включающую жидкое стекло, молотый вспученный пер­лит и волокна каолиновой ваты; силикатно-асбестовую, представляющую со­бой композицию из жидкого стекла, распушенного асбеста, талька и белил. При толщине покрытия 1 мм обеспечивается огнестойкость 30 - 45 мин.

Увеличение толщины покрытия до 40 мм, а, следовательно и повы­шение надежности защиты достигается за счет использования паст (мас­тик) при толщине до 20 мм и огнезащитных штукатурных растворов - бо­лее 20 мм.

В этих составах отсутствует кварцевый песок в связи с тем, что он перекристаллизуется при температуре 573 ^оС со значительным увеличени­ем объема, приводящим к растрескиванию. Не применяют в огнезащитных составах и портландцемент, так как при температуре 550 ^оС продукт его гидратации - гидроокись кальция разлагается с образованием свободной окиси кальция (извести), которая под действием воды, используемой при тушении, гасится с увеличением объема и температуры.

Огнезащитные пасты и штукатурки, предел огнестойкости которых составляет 3 - 6 часов, готовят на жидком стекле, строительном гипсе, глиноземистом цементе, пуццолановом и шлакопортландцементе. В каче­стве заполнителей используют шлаки, золы, перлит, вермикулит, асбест, минеральные волокна.

Для внутренней отделки стен гражданских зданий применяют него­рючие стекловолокнистые обои - белые и цветные, гладкие и рельефные.

Огнезащитную изоляцию из крупноразмерных изделий выполняют с использованием асбестосодержащих листов, минераловатных жестких плит с односторонним покрытием из фольги, минераловатных кровельных матов и плит, минераловатных рулонов с металлической сеткой, которые крепят к поверхности специальным фиксирующим клеем.

Для комбинированной защиты деревянных конструкций от огня и гниения применяют комплексные покрытия, например «БОПОД», содер­жащие антисептики и антипирены.

Виды физической коррозии приведены в табл. 11.3.

Таблица 11.3 Физическая коррозия строительных материалов, методы защиты Виды физической коррозии Показатели, определяю­щие стойкость материала Методы защиты Электрокоррозия Химический состав Электропроводность Однородность состава и структуры Подбор химического состава. Повы­шение однородности материала, сни­жение его электропроводности. Защи­та и пропитка (бетон) полимерными материалами. Выполнение электро­изоляционных швов (железобетонные конструкции) Разрушение под действием радиа­ционного излуче­ния Химический состав Плотность материала Способность поглощать радиационное излучение без изменения микроструктуры Подбор химического состава. Повы­шение плотности бетона за счет введе­ния сверхтяжелых заполнителей, спе­циальных добавок Разрушение под действием огня Химический состав Подбор состава путем введения него­рючих минеральных наполнителей и вяжущих (полимерные, органические, волокнистые). Конструктивные реше­ния и защита поверхности пропиточ­ными, лакокрасочными, обмазочными, рулонными и листовыми огнестойки­ми материалами