Пособие к СНиП 2.03.11-85 по проектированию защиты от коррозии бетонных и железобетонных строительных конструкций

2.3. Оценка агрессивного воздействия газообразных сред по отношению к бетону определяется свойствами кальциевых солей, образующихся при взаимодействии газов с составляющими цементного камня, а по отношению к арматуре возможностью возникновения процессов коррозии арматуры при контакте растворяющихся в поровой жидкости газов или образующихся кальциевых солей с поверхностью арматуры.

Газы в порядке возрастания их агрессивности располагаются следующим образом:

1) газы, образующие при взаимодействии с гидроксидом кальция практически нерастворимые и малорастворимые соли, кристаллизующиеся с небольшим изменением объема твердой фазы. Типичными газами этой группы являются фтористый водород, фтористый кремний, фосфорный ангидрид, двуокись углерода, пары щавелевой кислоты;

2) газы, образующие слаборастворимые кальциевые соли, которые при кристаллизации присоединяют значительное количество воды. Типичными представителями второй группы газов являются сернистый и серный ангидриды, сероводород;

3) газы, которые, реагируя с гидроксидом кальция, образуют хорошо растворимые соли, обладающие высокой гигроскопичностью:

а) не вызывающие коррозии стали в щелочной среде бетона (оксиды азота, пары азотной кислоты);

б) вызывающие коррозию стали в щелочной среде бетона (хлористый водород, хлор, двуокись хлора, пары брома, иода).

Наиболее характерные по указанным признакам группы газов приведены в прил. 1(1).

Концентрация газов группы А соответствует наибольшему допустимому их количеству, содержащемуся в незагрязненном воздухе. Концентрация газов группы В соответствует количеству их в пределах от незагрязненного воздуха до предельно допустимых концентраций на рабочих местах при загрязненном воздухе.

Концентрация газов группы С и Д превышает предельно допустимые концентрации на рабочем месте в 20 и 100 раз.

Примеры пользования табл. 1(2) и прил. 1(1)

Пример 1. В цехе по производству сборных железобетонных конструкций отсутствуют выделения кислых газов, в воздухе имеется лишь нормальное количество углекислого газа — около 600 мг/м³. Относительная влажность воздуха в цехе 65—98 % и в среднем превышает 75 % при температуре 20—24 °С.

Углекислый газ указанной концентрации относится согласно прил. 1(1) к группе А.

Влажностный режим помещения по табл. 1 СНиП II-3-79** оценивается как «мокрый». При газах группы А и «мокром» режиме помещений среда классифицируется по отношению к конструкциям из бетона как неагрессивная, а из железобетона как слабоагрессивная.

Пример 2. Содержание СО₂ в воздухе цеха равнялось 1500 — 1900 мг/м³, а сернистого ангидрида — 17 мг/м³; относительная влажность воздуха в отдельных зонах под покрытием составляла 75 — 99 % при температуре 30 °С. Следует определить степень агрессивного воздействия газовой среды на железобетонные конструкции цеха. Согласно прил. 1(1) углекислый газ концентрации до 2000 мг/м³ относится к группе газов А, а сернистый ангидрид концентрации 10 — 200 мг/м³ к группе С. Таким образом, более агрессивным в данном случае является сернистый ангидрид. По табл. 1 СНиП II-3-79** режим помещения «мокрый». По табл. 1(2) при мокром режиме и наличии газов группы В среда по отношению к железобетонным конструкциям оценивается как сильноагрессивная.

Пример 3. В цехе электролиза водных растворов хлористого натрия содержание хлора в воздухе под покрытием в среднем 2 мг/м³. При такой концентрации хлор относится к группе газов С. Относительная влажность воздуха в той же зоне не превышает 60 % при температуре воздуха 21°С. По табл. 1 СНиП II-3-79** режим помещения «нормальный».

Степень агрессивного воздействия среды в цехе электролиза по отношению к железобетонным конструкциям по табл. 1(2) оценивается как среднеагрессивная.

Пример 4. В атмосфере производственного цеха присутствуют пары монохлоруксусной кислоты. В прил. 1(1) отсутствуют данные по этому веществу.

Пары монохлоруксусной кислоты при действии на бетон в качестве одного из продуктов реакции образуют хлористый кальций. Из приведенных в прил. 1(1) газов аналогичные соли образует хлористый водород.

Следовательно, действие монохлоруксусной кислоты можно приравнять к действию хлористого водорода и оценить ее агрессивность по показателям, приведенным для НСl в прил. 1(1).

2.4. Твердые среды агрессивны по отношению к железобетону только в присутствии жидкой, туманообразной или пленочной влаги.

Степень агрессивного воздействия твердых сред определяется содержанием солей, их гигроскопичностью, растворимостью, а также влажностью среды [прил. 2(2)]. Гигроскопичность зависит от равновесной упругости водяного пара над кристаллогидратами солей. Высокогигроскопичные соли имеют низкую упругость пара и, следовательно, в среде с относительной влажностью, при которой упругость водяных паров в воздухе выше равновесной, происходит поглощение солью влаги из воздуха и образование на поверхности конструкций концентрированного солевого раствора, способного оказать коррозионное воздействие.

К малорастворимым относятся соли с растворимостью менее 2 г/л, к хорошо растворимым более 2 г/л. К малогигроскопичным относятся соли, имеющие равновесную относительную влажность при температуре 20 °С 60 % и более, а к гигроскопичным — менее 60 %. Присутствие растворимых веществ не влияет на агрессивность среды.

В прил. 3 дана упругость паров воды над насыщенными водными растворами некоторых хорошо растворимых солей при температуре 20 °С.

Пример 5. Требуется определить степень агрессивного воздействия хлористого кальция для проектирования фермы производственного здания (температура в межферменном пространстве 18 °С, относительная влажность воздуха 60 %).

Хлористый кальций имеет упругость пара 819,8 Па (6,15 мм рт. ст.) (прил. 3). Равновесная упругость водяного пара при температуре 20 °С составляет 17,4 мм. Равновесная относительная влажность при температуре 20 °С составит (6,15´100)/17,4 = 35 %, т.е. менее 60 %.

Растворимость хлористого кальция составляет 745 г/л, более 2 г/л (прил. 3). Следовательно, это гигроскопичная, хорошо растворимая соль. Режим помещения по влажности (табл. 1 СНиП II-3-79**) нормальный.

По табл. 2(3) при нормальном режиме помещений по влажности хорошо растворимые гигроскопичные твердые среды по отношению к железобетону являются среднеагрессивными.

2.5. Агрессивное воздействие грунтов выше уровня грунтовых вод, а также жидких неорганических и органических сред по отношению к бетону конструкций оценивается в зависимости от проницаемости бетона.

Проницаемость бетона характеризуется прямыми показателями (маркой бетона по водонепроницаемости, коэффициентом фильтрации и эффективным коэффициентом диффузии). Косвенные показатели (водопоглощение бетона и водоцементное отношение) являются ориентировочными и дополнительными к прямым.

Проницаемость бетона конструкций, предназначенных для эксплуатации в жидких агрессивных средах, характеризуется коэффициентом фильтрации или маркой по водонепроницаемости, а в газовых средах — эффективным коэффициентом диффузии углекислого газа в бетоне.

Показатели проницаемости бетона приведены в табл. 3(1).

Примечание. В случаях, когда по ряду каких-либо причин (в элементах конструкций, работающих под давлением, при использовании бетона в качестве изолирующей оболочки от излучений и т. п.) необходимо применять бетон более высоких марок по водонепроницаемости (W10 и более), оценка степени агрессивного воздействия сред должна производиться на основании экспериментальной проверки или имеющегося практического опыта.

2.6. Оценка степени агрессивного воздействия грунтов производится для конструкций, располагающихся выше уровня грунтовых вод, по содержанию солей сульфатов и хлоридов по табл. 4(4):

по отношению к бетону конструкций только по показателю содержания сульфатов в пересчете на ;

по отношению к арматуре железобетонных конструкций толщиной до 250 мм: а) по показателю содержания хлоридов в пересчете на Сl^¾, б) при одновременном содержании хлоридов и сульфатов по показателю содержания Сl^¾, путем суммирования с содержанием сульфатов, уменьшенным в четыре раза. При этом сульфаты следует учитывать только в тех случаях, когда показатель агрессивности хлоридов в пересчете на Сl^¾ свыше 400 для сухой и свыше 250 для нормальной и влажной зоны.

Содержание сульфатов и хлоридов в грунте определяется путем химического анализа отобранных проб грунта по водной вытяжке и выражается в мг на 1 кг сухого грунта.

Количество лабораторных определений характеристик грунтов для химического анализа следует назначать в соответствии с требованиями СНиП 1.02.07—87, а подготовку грунтов к анализу и приготовление водной вытяжки выполнять по ГОСТ 9.015—74*.

Пример 6. На участке строительства в Куйбышевской обл. грунтовые воды обнаружены на глубине 14 м. Глубина заложения железобетонного резервуара со стенками толщиной 200 мм — 7 м.

Содержание ионов и Сl^¾ по результатам анализа водной вытяжки грунта приведено в табл. 9.

Таблица 9

Требуется произвести оценку степени агрессивного воздействия грунта по отношению к бетону и железобетону фундаментов, выполненных из бетона марки по водонепроницаемости W6 на портландцементе по ГОСТ 10178—85.

По СНиП II-3-79** район строительства относится к зоне нормальной влажности. Для бетона марки по водонепроницаемости W6 показатель агрессивности по содержанию сульфатов увеличивается в 1,3 раза [см. примеч. к табл. 4(4)]. Для среднеагрессивной среды показатели сульфатной агрессивности составят от 500×1,3 = 650 до 1000×1,3 = 1300 мг/кг; в нашем случае 650<930<1300, среда среднеагрессивная.

При содержании хлоридов, превышающих в пересчете на Сl^¾ 250 мг/кг, следует учитывать наличие сульфатов.

Вычисляем суммарное содержание хлоридов и сульфатов в пересчете на Сl^¾: 1500 + 930×0,25 = 1732 мг/кг.

В зоне нормальной влажности среда по отношению к арматуре стенок железобетонного резервуара среднеагрессивна.

2.7. Оценка агрессивности природных и технологических жидких сред производится: по отношению к бетону конструкций — по табл. 5(5), 6(6), 8(8); по отношению к арматуре железобетонных конструкций — по табл. 7(7).

При наличии в жидкой среде нескольких агрессивных компонентов оценка агрессивного воздействия среды производится по наиболее агрессивному.

Степень агрессивного воздействия сред, указанных в табл. 5(5), 6(6) и 7(7), приведена для сооружений при величине напора жидкости до 10^-1 МПа (1 атм).

А. При действии жидких неорганических сред на бетон коррозионные процессы подразделяются на три основных вида:

а) коррозия I вида характеризуется выщелачиванием растворимых компонентов бетона [представлена в табл. 5(5) показателем бикарбонатной щелочности)];

б) коррозия II вида — образованием растворимых соединений или продуктов, не обладающих вяжущими свойствами, в результате обменных реакций между компонентами цементного камня и жидкой агрессивной средой [представлена в табл. 5(5) водородным показателем рН, содержанием агрессивной углекислоты, магнезиальных, аммонийных солей и едких щелочей].

Оценку степени агрессивного воздействия среды по содержанию агрессивной углекислоты (см. прил. 4Б) следует производить только при значениях рН свыше 5. При рН до 5 степень агрессивного воздействия оценивается по водородному показателю;

Примечание. Изменение рН на единицу соответствует изменению концентрации водородных ионов — кислотности на один десятичный порядок (в 10 раз):

в) коррозия III вида — образованием и накоплением в бетоне малорастворимых солей, характеризующихся увеличением объема при переходе в твердую фазу без химического взаимодействия при наличии испаряющих поверхностей [представлена в табл. 5(5) показателем суммарного содержания солей хлоридов, сульфатов, нитратов и др.] и в результате химического взаимодействия с сульфатами [представлена показателем содержания сульфатов в табл. 6(6)].

В табл. 6(6) оценка степени агрессивного воздействия сульфатов дана в зависимости от содержания бикарбонатов (в пересчете на ион HCO₃ ), присутствующих наряду с сульфатами в большинстве природных вод и способствующих замедлению процессов сульфатной коррозии. Положительное влияние бикарбонатов на замедление скоростей коррозионных процессов проявляется при концентрации ионов HCO₃  от 3 до 6 мг×экв/л и более.

Оценку агрессивного воздействия среды при сульфатной коррозии следует производить с учетом влияния вида катионов сульфата. Показатели агрессивности табл. 6(6) для сульфатов натрия, калия, кальция, магния и никеля остаются без изменения; для сульфатов меди, цинка, кобальта, кадмия умножаются на коэффициент 1,3.

Сульфатная агрессивность жидкой среды по отношению к бетону зависит от вида применяемого цемента и проницаемости бетона. Вид цемента и проницаемость бетона могут быть заранее заданы в проекте, а могут быть назначены как средство первичной защиты бетона после анализа данных о степени агрессивности среды с учетом технико-экономических соображений.

Степень агрессивного воздействия сред, указанных в табл. 5(5) и 6(6), следует снижать на одну ступень для бетона массивных малоармированных конструкций (толщина свыше 0,5 м, процент армирования до 0,5).

В табл. 4(4), 5(5) и 6(6) значения показателей агрессивности меняются ступенчато. Вблизи границ значений показателей табл. 6(6) и 7(7) при оценке степени агрессивного воздействия среды допускается не учитывать в пределах +10 % отклонения от нормируемых величин.

Например, для бетона нормальной проницаемости на портландцементе по ГОСТ 10178—85 при фактическом содержании сульфатов до 275 мг/л среда может считаться неагрессивной.

В случаях, когда жидкая среда агрессивна по содержанию сульфатов, основным средством придания стойкости бетону является применение цементов повышенной сульфатостойкости.

Если в агрессивной жидкой среде помимо сульфатов присутствуют другие агрессивные компоненты, их воздействие следует учитывать отдельно и исходя из этого назначать способы защиты.

Б. Агрессивность жидких органических сред к бетону определяется химической активностью при взаимодействии с составляющими бетон компонентами и растворимостью в воде.

Перечень наиболее распространенных жидкостей и оценка степени их агрессивного воздействия на бетон в зависимости от его проницаемости приведены в табл. 8(8).

Примечание. При оценке агрессивного воздействия жидких органических сред, не упомянутых в табл. 8(8), следует иметь в виду способность некоторых органических сред самопроизвольно полимеризоваться, их высокую адсорбционную активность, способность к активному гидролизу с выделением газообразных веществ и др., что приводит к специфическим процессам коррозии бетона.

В. Степень агрессивного воздействия жидкой неорганической среды по отношению к арматуре железобетонных конструкций толщиной до 250 мм (трубы, стенки подвалов, резервуаров и т. п.) определяется содержанием хлоридов по табл. 7(7). Для более массивных конструкций оценка агрессивности среды, содержащей хлориды, дается только к бетону по табл. 5(5).

Агрессивность жидкой среды, содержащей сульфаты, по отношению к арматуре устанавливается только в тех случаях, когда наряду с сульфатами присутствуют хлориды в количестве свыше 250 мг/л в пересчете на Сl^¾. При этом оценка степени агрессивного воздействия среды производится по табл. 7(7) при условии, что количество сульфатов пересчитывается на содержание хлоридов умножением на 0,25 и суммируется с содержанием хлоридов.

Для железобетонных конструкций, подвергающихся действию жидких сред, агрессивных к бетону и арматуре, следует назначать комплекс мер первичной и вторичной защиты, обеспечивающих коррозионную стойкость железобетона в этих средах.

2.8. Оценка степени агрессивного воздействия жидких сред производится путем сопоставления данных химического анализа жидкостей или растворов с показателями предельного содержания агрессивных компонентов по табл. 4(4)—8(8).

Для оценки агрессивности грунтовых вод необходимы следующие данные: химический анализ воды; характеристика условий контакта воды и бетона (свободное смывание, напор); коэффициент фильтрации грунта; наличие испаряющих поверхностей конструкций; температурные условия работы конструкций; предполагаемая проницаемость бетона; вид цемента, намечаемого к применению.

Примечание. Два последних параметра могут быть уточнены при оценке степени агрессивности.

Химический анализ грунтовой воды производится с помощью отбора проб воды. Места отбора проб, их количество и глубина отбора должны приниматься в соответствии с требованиями нормативных документов по инженерным изысканиям для соответствующих видов строительства (СНиП 1.02.07—87).

Пробы должны характеризовать все водоносные горизонты, воды которых будут контактировать с проектируемыми сооружениями. При этом должны быть учтены возможности: подъема уровня грунтовых вод в процессе эксплуатации проектируемых сооружений, попадания в грунт технологических растворов и изменения гидрогеохимической обстановки после возведения сооружений.

При изменении химического состава воды в зависимости от времени года для проектирования следует принимать наибольшую агрессивность за период продолжительностью не менее месяца.

При наличии нескольких результатов химического анализа из одного и того же водоносного горизонта, скважины или водоема оценка агрессивности производится по усредненным показателям химических анализов при условии, что отклонения единичных показателей от среднего значения не превышают 25 %. При большем отклонении от средних значений оценка агрессивности определяется по наиболее неблагоприятному анализу.

Срок давности анализов должен быть не более трех лет до разработки проекта и не более пяти лет до начала строительства.

По истечении указанных сроков необходимо провести повторный отбор проб для химического анализа. Если по первым данным не выявлено существенного отличия химического состава воды, число проб может быть сокращено в 2—3 раза.

Оценка агрессивности промышленных сточных вод производится: для вновь проектируемых предприятий на основании анализа химического состава сточных вод, указанного в технологической части проекта; для действующих предприятий — по фактическим средним данным химического состава вод за последние три месяца или на основании данных специального обследования.

Степень агрессивности жидкой среды сооружений, предназначенных для технологических жидкостей (очистные сооружения, коллекторы сточных вод и т.п.), определяется с учетом нейтрализации кислых и щелочных стоков.

Химический анализ природных вод следует выполнять в соответствии со следующим минимальным перечнем определений: сухой остаток (общее содержание солей), содержание водородных ионов — рН (кислотность), содержание агрессивной углекислоты — СО_2агр., содержание ионов: HCO₃ , (бикарбонатная щелочность), , Mg²⁺, , Cl .

В промышленных водах дополнительно определяют общее содержание щелочей и, при необходимости, органических соединений, перечисленных в табл. 8(8).

Коэффициент фильтрации грунтов, прилегающих к сооружению, допускается принимать по справочным данным, если он не определен опытным путем. При этом к слабофильтрующим грунтам могут быть отнесены только связанные уплотненные грунты — глины и плотные суглинки.

Пример 7. Произвести оценку степени агрессивного воздействия грунтовых вод по отношению к немассивным железобетонным фундаментам, расположенным в уровне грунтовых вод и в зоне капиллярного подсоса. Коэффициент фильтрации грунтов в районе строительства К_ф = 0,12 м/сут. Химический анализ грунтовой воды:

бикарбонатная щелочность, HCO₃  — 3,8 мг×экв/л;

водородный показатель, рН — 6,6;

агрессивная углекислота, СО_2агр. — 12 мг/л.

Содержание ионов, мг/л; Mg²⁺ — 1718; Са²⁺ — 461; nа⁺ + k⁺ — 2568; Сl  — 3546; — 4604;

Суммарное содержание солей по сухому остатку — 14768 мг/л.

Из анализа перечисленных компонентов показателями агрессивности к бетону могут являться HCO₃ , рН, СО_2агр., Mg²⁺, nа⁺ + k⁺, , суммарное содержание солей агрессивных к арматуре — Сl  и .

Для оценки агрессивности среды по отношению к бетону запишем данные в табл. 10 и сопоставим их с показателями табл. 5(5) и 6(6), которые справедливы при коэффициенте фильтрации грунта более 0,1 м/сут.

Для оценки агрессивного воздействия среды по отношению к арматуре элементов фундаментов толщиной до 250 мм определяем суммарное содержание хлоридов и сульфатов в пересчете на Сl  и :

Сl  + 0,25 Сl  = 3546 + 0,25×4604 = 4697 мг/л.

По табл. 7 (7) определяем, что среда не агрессивна для элементов фундаментов, расположенных в уровне грунтовых вод, и среднеагрессивна — в зоне капиллярного подсоса.

Таблица 10