pixel

Решения на Sika за проблеми с недостатъчно бетонно покритие при стоманобетонни конструкции

Sika

Проблемът с недостатъчното бетонно покритие в стоманобетонните конструкции може да бъде решен чрез добавяне на допълнителен разтвор или бетон по външната повърхност (принцип 7, метод 7.1 на БДС EN 1504-9), и/или чрез прилагане на защитни покрития (принцип 1, метод 1.1 и 1.3 на БДС EN 1504-9), или набъбващи покрития. Целта на тази статия е да представи общ преглед на проблема, като разгледа различните решения и нива на защита, които могат да бъдат приложени, за да се предпази бетона и армировката.

Един от най-често срещаните проблеми в сградите и инженерните съоръжения от стоманобетон е недостатъчното бетонното покритие над вложената стоманена армировка.

Преди дефинирането на конкретните решения на проблема е необходимо ясно разбиране на функциите на бетонното покритие и изискванията към него.

При армирани бетонни конструкции, бетонното покритие има три основни функции:
1. Защита при пожар – осигуряване на защита на стоманената армировка при възникване и разпространение на пожар.
2. Дълготрайност – защита на стоманена армировка от корозия в агресивна среда (напр. карбонизация и проникване на хлориди).
3. Структурна – предаване на усилия от армировката към бетона без допускане на разслояване (отделяне) на бетонното покритие (този проблем не е предмет на настоящата публикация).

Защитана на стоманената армировка при пожар
От инженер – конструктор се определят зоните на недостатъчно бетонно покритие, които могат да намалят защитата на стоманената армировка в случай на пожар.

При наличие на такива участъци, възможните решения за увеличаване на бетонното покритие до необходимата дебелина са добавяне на разтвор или бетон, или нанасяне на набъбващи пожарозащитни покрития.

fire

Увеличаване на дебелината на бетонното покритие чрездобавяне на бетон илиразтвор

Добавянето на допълнителен слой от циментов разтвор или бетон по повърхността ще увеличи дебелината на бетонното покритие над армировъчните пръти. Това съответства на метод 7.1 (Увеличаване на бетонното покритие) на принцип 7 (Запазване или възстановяване на пасивността) на БДС EN 1504-9.

В Европа, циментовия разтвор трябва да отговаря на изискванията на БДС EN 1504-3 клас R3 или R4 (в зависимост от изискванията). Разтворът трябва да има едно и също или по-високо ниво на устойчивост на карбонизация в сравнение с бетона, при изпитване в съответствие с европейски стандарт БДС EN 13295. Допълнителната дебелина на разтвора трябва да съответства на дебелината на допълнителното бетонно покритие, което се изисква от Инженера.

Всички разтвори трябва да имат реакция на огън, отговаряща на клас А1 (Евроклас).

Типично решение на Сика при този тип приложение е Sika MonoTop®-612 (клас R4, устойчив на карбонизация и клас по реакция на огън А1).

Осигуряването на правилно втвърдяване на допълнителния бетон или ремонтния разтвор е от съществено значение. Прекомерното изпарение на влага води до съсъхване и напукване, което резултира в неефективни защитни функции.

Набъбващи покрития

Функционалните принципи на покритията за защита от пожар се основават на специфична, сложна комбинация от химически продукти, които забавят достигането на критичната температура, осигурявайки високо ефективна защита.

Благодарение на топлинната енергия на огъня агентът, осъществяващ адхезията с основата започва да омеква, след което набъбва от отделените във вътрешността газове, образувайки пяна посредством разпенващ агент.

pokritie

Първоначално, тънкото милиметри покритие се превръща в микропореста изолационна пяна със сантиметри дебелина, която изолира основата от топлината. Сика предоставя пълна гама от набъбващи покрития (Sika® Unitherm®) за защита от пожар на стомана, бетон, дърво и кабели.

Корозия на армировката

Условията, на които е изложена стоманобетонната конструкция играят значителна роля за нейната дълготрайност. Конструкции с тънко бетонно покритие имат по-кратък жизнен цикъл, особено в силно корозивни условия, напр. морска среда.

corrosion

Два от най-чести причинители на корозия на армировката са карбонизацията и хлоридните атаки. Колкото по-бързо те проникват през бетона, толкова по-скоро пасивният слой около армировъчните пръти ще бъде разрушен и ще се инициират процеси на корозия.

Защита от карбонизация

Карбонизация – единично ниво на защита
Посоченото ниво на защита срещу бъдеща карбонизация може да бъде възстановено, ако се нанесе защитно покритие с коефициент на дифузия на СО2, който съответства на минималната стойност, определена в БДС EN 1504-2 (SD > 50 m).

Пример:

Ако използваме на стойността на коефициента на дифузия на СО2 на бетон без защитно покритие, посочена в доклад A-14’231-1E [1] (μb = 1 012), еквивалентната дебелина на бетонното покритие при дадена дебелина на сухия филм на защитното покритие може лесно да бъде изчислена:

Sikagard®-675 W ElastoColor (доклад A-33’884-2E [2])

Изчислен коефициент на дифузия μ:                370 000 (предоставя се в Листа с технически данни)
Дебелина на сухия филм (DFT):                         180 μm
Типичен коефициент на дифузия на бетон:    1 012
Еквивалента дебелина:                                       (μ / μb) х DFT (mm)
(370 000 / 1 012) x 0.180  = 66 mm еквивалентна дебелина на бетонното покритие

Опростено това означава, че с нанасяне на 180 μm Sikagard®-675 W ElastoColor, постигаме еквивалентна дебелина на бетонно покритие от 6.6 cm, т.е.

180 μm Sikagard®-675 W ElastoColor = 6.6 cm бетон.

Описаната по-горе система за защита изисква равна и гладка бетонна повърхност, без дефекти като шупли, стърчащи частици, следи от кофражни форми и др. Добре подготвената бетонна повърхност ще помогне за нанасяне на хомогенно покритие с равномерна дебелина на филма (особено важно, ако покритието е предвидено да притежава свойства за премостване на пукнатини), както и за предотвратяване на появата на мехурчета, породени от проникването на вода през дефектирали зони.

Изравнителните циментови състави на циментова основа, като Sika MonoTop®-620 или междинните акрилатни покрития за изравняване и запълване на порите, напр. Sikagard®-545 W могат да осигурят необходимата повърхност преди нанасяне на съответното защитно покритие.

Карбонизация – двойна защита

Повишаването на нивото на защита ще увеличи дълготрайността и експлоатационния живот на сградата или съоръжеието. Като второ ниво на защита за повишаване на устойчивостта срещу карбонизация може да се използват т.нар. инхибитори на корозията. Инхибиторите на корозия се нанасят преди защитното покритие, като те мигрират през бетона и образуват допълнителен защитен слой върху повърхността на вградената стоманена армировка.

Повърхностно нанесените корозионни инхибитори осигуряват особено добри резултати в предотвратяването и намаляването на предизвиканата от карбонизацията корозия стоманената армировка. Това се вижда от [3] (виж фиг. 1) и [4].

corrosion

Фиг. 1: Карбонизирал бетон – действие на корозионен инхибитор (нанесен преди и след карбонизация)

Освен това, ако дебелината на бетонното покритие е по-ниска от предвидената е основателно да се очаква по-висока степен на проникване на инхибитора и увеличено количество, достигащо до повърхността стоманената армировка.

Sika® FerroGard®-903+ позволява нанасяне на защитното покритие веднага след прилагането на инхибитора, когато бетонът е изсъхнал достатъчно (за повече подробности се обърнете към Техническия отдел на Сика).

Когато защитното покритие в крайна сметка се наруши и компрометира, то спира да изпълнява своите функции. Обикновено това настъпва след 10-15 години, като в зависимост от условията на експлоатация този период може да бъде и доста по-дълъг. Когато защитното покритие е напълно или частично разрушено карбонизацията продължава и достигайки до стоманената армировка, заедно с присъствието на влага, започва развитие на корозия. Предимството при нанасяне на инхибитор на корозия като второ ниво на защита е, че той формира защитен филм около армировъчните пръти и продължава да защитава армировката, дори при напълно разрушено защитно покритие.

Нанасянето на инхибитор на корозията предоставя период от време за определяне и насочване на последващи действия по поддръжка (напр. повторно нанасяне защитно покритие), без риск от влошаване на структурата.

Типичните влияния, които допринасят за влошаване на защитните покрития са намаляване на дебелината на слоя от ултравиолетовите лъчи, разпращаване и механична ерозия от вятъра и дъжда, както и от носещи се във въздуха абразивни частици (прах, песъчинки и т.н.)

Карбонизация – бърз метод за нанасяне

За да бъде ефективно и дълготрайно, защитното покритие трябва да се нанасе върху гладка и равна повърхност без дефекти, както е посочено по-горе. За да се осигури такава основа, обикновено се налага използването на различни изравнителни и запечатващи порите слоеве.

В някои случаи това изравняване и заглаждане на повърхността може да се окаже много непрактично. Например при много големи инженерни съоръжения, като охладителни кули или мостове изискванията за втвърдяване, последователност на изпълнение, време и разходи определят и изискват намирането на алтернативно решение.

Такава алтернативна стратегия е нанасянето върху дефектната повърхност на съвместим хидрофобен импрегнатор вместо изравнителен слой, като това намалява рисковете, свързани с нанасянето на защитно покритие върху недобре подготвена основа. Освен че този метод на защита е много по-бърз и лесен за изпълнение, при него също може да се разчита на дълготрайна и надеждна защита.

most

Хидрофобните импрегнатори компенсират наличието на повърхностни дефекти, като отблъскват водата от шуплите, пукнатините и др. несъвършенства по бетонната повърхност, непозволявайки проникване на агресивни вещества (напр. хлориди, сулфати и др.) в структурата на бетона. По този начин те осигуряват второ ниво на защита на бетона, в случай на компрометирано защитно покритие.

Допълнителни проблеми, като поява на мехури в покритието и разрушаване на бетона от циклите на замразяване и размразяване също се предотвратяват чрез отблъскването на водата от повърхността на бетона.

Тази комбинирана система е одобрена като защитна система в Германия – система OS 2 съгласно DIN V 18026.

Индуцирана хлоридна корозия

Бетонното покритие е първата бариера срещу проникването на водоразтворими хлориди, достигащи стоманената армировка. При конструкции в морска среда или други структури, подлежащи на размразяване чрез антиобледенителни соли, бетонното покритие е от решаващо значение за дълготрайността на бетона. Колкото по-голямо (по-дебело) е бетонното покритие, толкова по-трудно и по-бавно е проникването на агресивни вещества до стоманената армировка.

Хлориди – единично ниво на защита

В случаи на недостатъчно бетонно покритие, дълготрайността може да бъде възстановена на по-късен етап с помощта на повърхностно нанесен инхибитор на корозия, когато концентрацията на хлориди в бетонното покритие все още е сравнително ниска.

При нови структури, дълготрайността ще бъде удължена, ако се нанесе инхибитор на корозията преди разтворимите хлориди да са имали време да проникнат в бетона. Тези превантивни действия на повърхностно нанесените инхибитори на корозията бяха ясно демонстрирани от д-р J. R. Morlidge, Building Research Establishment, 2005, UK [5] – виж фиг. 2.

FerroGard 903

Фиг. 2: Кумулативно количество на загубите на стомана в следствие на корозия

Проектът SAMARIS препоръчва извършването на предварително проучване, за да се прецени ефективността от нанасяне на корозионен инхибитор.

Трябва да бъдат разгледани следните въпроси:
– Местоположение: В зоната над водното ниво или в рамките на заливната зона?
– Проникване: Количество на проникналите в бетона химикали?

SAMARIS

В зависимост от резултите от проучването, могат да се определят методи за редуциране на последиците от корозията или да се комбинира инхибитор на корозия с друга повърхностна обработка на бетона.

Хлориди – двойна защита

Използването на хидрофобен импрегнатор в комбинация с инхибитор на корозия ще осигури две нива на защита на стоманобетонната конструкция.

Хидрофобният импрегнатор предотвратява проникването вода в течно състояние, като в същото време позволява обмена на водни пари, т.е. позволява на основата да „диша“. Тази характеристика на хидрофобните импрегнатори позволява освобождаване на влагата от порите в бетона и подобрява защитата на стоманената армировка.

За конструкции изложени на антиобледенителни соли е пропоръчителна употребата на дълбоко проникващ хидрофобен импрегнатор, нанесен в достатъчно количество, така че да достигне минимална дълбочина на проникване в бетонната основа от 4 мм. За морски структури (в зоната на водните пръски и приливните зони) се препоръчва хидрофобния импрегнатор да проникне на дълбочина от мин. 5 мм. Тези дълбочини на проникване осигуряват ефективна бариера срещу проникване и разпространение на хлориди и са доказани в [6] и [7].

Прякото влияние на корозията е показано на фиг. 3 чрез излагане на напукани греди на редовни цикли на въздействие на стояща солена вода и измерване на получената в резултат на това корозионна активност на стоманената армировка. Гредите, върху които е нанесено достатъчно количество дълбоко проникващ хидрофобен импрегнатор, дори когато е нанесен преди образуване на пукнатините, доказано значително намаляват процесите на корозия и ограничават достъпа на хлориди до стоманената армировка.

Silane Application

Фиг. 3: Корозионна активност съгласно ASTM G 109-07

Silane Application

Референции:
[1] LPM AG Inspection Report, A-14’231-1E, dated August 1993, Switzerland
[2] LPM AG, Test report A-33’884’-2E dated July 2009, Switzerland
[3] Rukshani Heiyantuduwa, Performance of a Penetrating Corrosion Inhibitor in Controlling Carbonation-induced Corrosion in Reinforced Concrete, Department of Civil Engineering, University of Cape Town, South Africa
[4] G. Taché, CEBTP, Rapport n° 2393.6.100, études sur le Ferrogard-903, August 2000, France
[5] Dr. J.R. Morlidge, BRE, The use of surface applied FerroGard-903 corrosion inhibitor to delay the onset of chloride induced corrosion in hardened concrete. Report Nbr. 224-346A dated August 2005, United Kingdom
[6] T.j Zhao, Water repellent surface treatment in order to establish an effective chloride barrier, Hydrophobe IV, Aedificato Publisher, 2005
[7] M. Wittmann, Application of water repellent treatment for the protection of “off-shore” constructions, Hydrophobe III, Aedificatio Publisher, 2001

Може да харесате още...