Пути повышения долговечности дорожных железобетонных плит

УДК 691.328

Пути повышения долговечности дорожных железобетонных плит

статистические данные показывают, что в России ежегодно, около 30% аварий зданий и сооружений, в том числе и линейно-транспортных сооружений, приходятся на долю объектов с конструктивными элементами из железобетона и 11% на объекты из комплексной конструкции, в составе которой применен железобетон. Одной из основных причин повышенного износа железобетонных дорожных плит, является эксплуатация их в агрессивных средах, возникающих при воздействии кислых газов, таких как двуокись углерода, хлористый водород и другие. Согласно данным, приведённым в работе [1], в атмосферном воздухе загазованной местности углекислый газ присутствует в большем количестве по отношению к другим кислым газам. Многими исследователями принято считать, что углекислый газ, взаимодействуя с бетоном, т.е. карбонизируя его, является основной причиной нейтрализации бетона, а присутствующие в воздухе другие кислые газы реагируют с уже карбонизированным бетоном в виде сложного композиционного взаимодействия.

В большинстве случаях повышенный износ дорожных плит вызван тем, что железобетон данных плит проектировался с недостаточными мерами первичной защиты, т.е. была низкая плотность бетона, а также недостаточность защитного слоя. Другой причиной снижения долговечности является нарушение технологии изготовления конструкций (не всегда выдерживалась проектная толщина защитного слоя) так же является значительным фактором снижающим долговечность дорожных плит.

В работах [1,2] представлен процесс коррозии арматурной стали, которая начинается с момента потери изолирующего свойства бетона защитного слоя. Потеря изолирующего свойства бетона происходит из-за нейтрализации кислых соединений основными соединениями цементного камня, когда щелочная среда контактирующего со сталью бетона переходит в кислую среду, при этом показатель рH понижается с 12,5 до 8.

Для того, чтобы выполнить прогноз изолирующего свойства бетона в условиях воздействия углекислого газа воздуха и соответственно назначить необходимую толщину защитного, необходима расчётная модель, однако в действующем СНиП 2.03.11-85 «Защита строительных конструкций от коррозии», его актуализированной версии СП 28.13330.2012 и в других документах по защите железобетона такая модель отсутствует, как отсутствует и нормативный срок службы конструкций. В ГОСТ 31384-2008 «Защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии» приводится два взаимосвязанных параметра: нормативный срок службы конструкций (50 лет) и допускаемая глубина повреждения бетона в среде разной степени агрессивности. Однако расчёт глубины карбонизации бетона в этом нормативном документе также отсутствует.

В работах [1,3] по долговечности бетона встречаются несколько вариантов расчётных моделей карбонизации бетона в условиях воздействия углекислого газа. Одной из последних

транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья № 1 2014

С О. АНДРИЯНОВА, аспирант,

Э.Ф. ШАМСУТДИНОВ, студент,

М.М. ФАТТАХОВ, д.т.н., проф.,

П.А. ФЕДОРОВ, к.т.н., доцент,

М.М. АБДУЛЛИН, к.т.н., проф.

ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет»

E-mail: ugntu_tsp@list.ru

Целью работы является разработка дорожных плит на основе анализа причин снижения долговечности железобетона и пути её повышения. Данные для анализа долговечности железобетонных конструкций получены на основе литературного обзора и проведённых экспериментальных работ. С целью повышения точности прогнозируемого срока эксплуатации плит, в работе приведена уточнённая расчётная модель, по расчёту долговечности бетона дорожных плит в условиях воздействия углекислого газа. В качестве эффективной конструкции для дорожных плит предложен метод армирования каркаса плиты с помощью металло-стеклопластиковой арматуры.

Ключевые слова: долговечность бетона, углекислый газ, дорожные плиты, карбонизация бетона, расчётная модель, прогноз, линейно-транспортное сооружение.

таких моделей, можно привести расчетную модель вида (1), полученную в работе [2] на основе экспериментов воздействия углекислого газа с концентрацией 5% на бетонные образцы, находящиеся в нормальных условиях эксплуатации, описанных в работе [4]:

Ь = ш1 • АпФ ,

А п = 0,90 • В/Ц - 0,34 ,

где т1 — коэффициенты условий работы; В/Ц - водо-цементное отношения.

Использование в проектировочных расчетах модель вида (1) позволит осуществлять защиту стальной арматуры каркаса от коррозии дорожной плиты мерами первичной защиты, а именно назначать плотность бетона и соответствующую толщину защитного слоя позволяющего уберечь арматуру от агрессивной внешней среды.

Другим способом повышения долговечности железобетонных конструкций является замена стальной арматуры на коррозионностойкие полимерные материалы. Наиболее перспективным материалом является стеклопластиковая арматура [5]. Однако, согласно анализу, приведенному в работе [6], выделяют следующие недостатки стеклопластиковой арматуры: низкая прочность на изгиб, из-за малого модуля упругости (Е=55 ГПа — у стеклопласти-ковой арматуры и Е=210 ГПа — сталь), арматуру необходимо использовать с преднапряжением в

пролетных конструкциях; стеклопластиковую арматуру нельзя соединять сваркой, можно лишь вязанием (как правило, используется стальная проволока или пластиковые хомуты) или склеиванием с помощью эпоксидного клея (время на склеивания более 12 ч) или с помощью фотополимеризацион-ных композиций.

Для повышения модуля упругости арматуры предлагается в стеклопластиковую арматуру добавить стальной сердечник, согласно данным приведенным в работе [4]. С этой целью в лабораторных условиях был получен композиционный образец, получивший название «металло-стеклопластиковая арматура». Этот образец представляет собой несущий стержень, выполненный в виде композитной матрицы, состоящей из стального сердечника и нитей из стекловолокна, пропитанных связующим композитным веществом (эпоксидный клей), у которого рельеф поверхности создан обмоточным жгутом из стекловолокна. Обмоточный жгут из стекловолокна при помощи многозаходной навивки наноситься на пропитанную эпоксидным компаундом внешнюю поверхность несущего стержня. На рисунке приведена схема предлагаемого арматурного стержня.

Как видно из рисунка, стальной стержень находится в зоне, защищенной от агрессивной среды.

В качестве стального сердечника принята проволока гладкого профиля, диаметром 3 мм. Общий диаметр арматурного стержня — 10 мм.

А-А

Узел А

Прижимная нагрузка

Форма жгута

Узел Б

после приложения нагрузки

Схема металло-стеклопластикового арматурного стержня:

1 — стальной сердечник; 2 — пропитанные эпоксидным компаундом нити из стекловолокна; 3 — многозаходная навивка

из стеклопластикового жгута

транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья № 1 2014

Арматура композитная метало-стеклопластико-вая может быть рациональным вариантом, который позволяет снижать металлоёмкость изделия из-за совместной работы композитной матрицы, повысить качество арматурного композиционного стержня, увеличить надёжность сцепления стержня с бетонным конгломератом, повысить долговечность арматурного стержня.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Алексеев С.Н., Розенталь Н.К. Коррозионная стойкость железобетонных конструкций в агрессивной промышленной среде. — М.: Стройиздат, 1976. —205 с.

2. Федоров ПА. Оптимизация параметров первичной защиты железобетона в условиях воздействия углекислого газа воздуха: Дис. канд. техн. наук. — Уфа: УГНТУ, 2010. — 100 с.

3. Анваров А.Р., Латыпов В.М., Латыпова Т.В., Федоров П.А. Современные математические модели оценки скорости коррозии бетона / Материалы 59-й научно-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ. — Уфа: Изд-во УГНТУ, 2008. — С. 19-21.

4. Абдуллин М.М., Фаттахов М.М., Федоров ПА., Андриянова С.О. Арматура композитная металло-стеклопластиковая. Патент на полезную модель 120984 РФ, 2012.

5. Фролов Н.П. Стеклопластиковая арматура и стеклопластбетонные конструкции.— М.: Стройиздат, 1980.

6. Абдуллин М.М., Андриянова С.О., Потапова О.Г. и др. Применение стеклопластиковой арматуры в монолитных конструкциях / Материалы XVI Международной научно-технической конференции «Проблемы строительного комплекса России». — Уфа: Изд-во УГНТУ. 2012.— С. 33-34.

ABOUT LIFE OF CONCRETE SLAB ROAD WAYS AND ITS IMPROVEMENT

Andriyanova S.O., Shamsutdinov E.F., Fattakhov M.M., Fedorov P.A., Abdullin M.M.

Ufa State Petroleum Technological University

E-mail: ugntu_tsp@list.ru

ABSTRACT

The aim is to develop a road slabs because of reducing the durability of reinforced concrete and ways to improve it. The analyzed data are obtained on the basis of a literature review and experimental work. In order to improve the accuracy of the projected life of the plates, the paper gives the refined computational model for the calculation of durability of concrete road slabs under the impact of carbon dioxide. As an effective design for the road, slabs proposed a method of reinforcing plate frame with metal-glass-fiber reinforcement.

Keywords: concrete durability, carbon dioxide, road plates, carbonation of concrete, the design model, forecast, linear transport facility.

REFERENCES

1. Alekseyev S.N., Rozental' N.K. Korrozionnaya stoykost' zhelezobetonnykh konstruktsiy v agressivnoy promyshlennoy srede [The corrosion resistance of concrete structures in aggressive industrial environments]. Moscow: Stroyizdat Publ., 1976. 205 p.

2. Fedorov P.A. Optimizatsiya parametrov pervichnoy zashchity zhelezobetona v usloviyakh vozdeystviya uglekislogo gaza vozdukha. Dis. kand. tekhn. nauk [Optimization of the parameters of the primary protection of reinforced concrete under the action of carbon dioxide in the air. Dis. of Cand. Tech. Sci.]. Ufa: USPTU Publ., 2010. 100 p.

3. Anvarov A.R., Latypov V.M., Latypova T.V., Fedorov P.A. Sovremennyye matematicheskiye modeli otsenki skorosti korrozii betona. Trudy 59-y nauchno-tekhn. konf. studentov, aspirantov i molodykh uchenykh UGNTU [Current mathematical models of the rate of corrosion of concrete. Proc. of the 59th Scientific and Technical. conf. graduate students and young scientists USPTU]. Ufa: USPTU Publ., 2008. pp. 19-21.

4. Abdullin M.M., Fattakhov M.M., Fedorov P.A., Andriyanova S.O. Armatura kompozitnaya metallo-stekloplastikovaya. Patent na poleznuyu model' 120984 RF, 2012 [Fittings of metal- reinforced plastic composite. Utility model patent 120984 RF 2012].

5. Frolov N.P. Stekloplastikovaya armatura i stekloplastbetonnyye konstruktsii. [Fiberglass reinforcement and plastic glass concrete constructions] Stroyizdat, 1980.

6. Abdullin M.M., Andriyanova S.O., Potapova O.G. et al. Primeneniye stekloplastikovoy armatury v monolitnykh konstruktsiyakh. Trudy XVI Mezhdunarodnoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii «Problemy stroitel'nogo kompleksa Rossii» [Application of FRP reinforcement in monolithic constructions. Proc. 16th International Scientific and Technical Conference «Problems of the Russian construction»]. Ufa: USPTU Publ., 2012. pp.33-34.

транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья № 1 2014