Размещено на http://www.allbest.ru/

Відкрите акціонерне товариство

Український науково-дослідний та проектний інститут сталевих конструкцій ім. В.М.Шимановського

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

05.23.01 - будівельні конструкції, будівлі та споруди

Корозійна стійкість і довговічність сталезалізобетонних конструкцій з елементами скловолоконного армування

Селютін Юрій Вікторович

Київ - 2009

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Проблема забезпечення надійності будівельних конструкцій на сучасному етапі пов'язана з вдосконаленням принципів формоутворення, що включають використання матеріалів із заданими властивостями. Серед таких конструкцій найбільше поширення набувають композиційні матеріали. За останнє десятиріччя в будівельній індустрії намітилася тенденція збільшення обсягів використання сталезалізобетонних конструкцій, які знаходять широке застосування в промисловому, транспортному та цивільному будівництві. Формоутворення сталезалізобетонних конструкцій припускає раціональне розташування в перетині елементів несучих конструкцій смугової, листової арматури, двотаврових балок, арматури періодичного профілю, завдяки чому досягається зниження маси, зменшення розмірів перетину або економія металу при однаковій висоті в порівнянні із залізобетонними конструкціями. Разом з цим, переваги конструктивних рішень сталезалізобетонних конструкцій не забезпечують істотного підвищення довговічності, збільшення ресурсу роботи в умовах агресивних середовищ. Складність процесів корозійного руйнування сталевих і залізобетонних конструкцій вимагає комплексного підходу до розробки засобів і методів первинного та вторинного захисту сталезалізобетонних конструкцій.

Необхідність вдосконалення вимог нормативно-правових і методичних документів, що визначають підвищення надійності та безпеки експлуатації конструкцій будівель, споруд та інженерних мереж на національному, галузевому, регіональному й об'єктному рівнях визначена розпорядженням КМУ № 100-р від 1 березня 2004 р. “Про заходи щодо посилення контролю за проектуванням, новим будівництвом, реконструкцією, капітальним ремонтом та експлуатацією будівель та споруд”, Постановою КМУ від 8 жовтня 2004 р. N 1331 ”Про затвердження Державної науково-технічної програми "Ресурс".

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана відповідно до завдань п.п. 6.4, 6.5 напрямів з удосконалення заходів забезпечення надійності і безпечної експлуатації споруд, конструкцій, обладнання та інженерних мереж Державної науково-технічної програми «Ресурс» (№ ДР 0107U005865).

Мета роботи - теоретичне та експериментальне обґрунтування методики розрахунку довговічності та конструктивних рішень сталезалізобетонних конструкцій з елементами скловолоконного армування при дії корозійних середовищ.

Задачі досліджень:

· проаналізувати фізико-хімічні процеси корозійного руйнування, засоби та методи первинного та вторинного захисту сталезалізобетонних конструкцій;

· розробити методики розрахунково-експериментальної оцінки довговічності сталезалізобетонних конструкцій за даними прискорених випробувань стандартних зразків матеріалів конструкцій та їхніх захисних покриттів;

· провести теоретичні та експериментальні дослідження параметрів міцності та деформативності зразків балочного типу, виконаних із сталі, залізобетону, а також бетону, армованого скло- і базальтопластиковою арматурою;

· розробити конструктивні рішення, що забезпечують гарантовану довговічність комбінованих сталезалізобетонних конструкцій з елементами скловолоконного армування при дії корозійно-активних компонентів режиму експлуатації будівельних об'єктів;

· упровадити розроблені методики й алгоритми при розв'язанні практичних задач.

Об'єкт дослідження - довговічність сталезалізобетонних конструкцій.

Предмет дослідження - засоби та методи первинного та вторинного захисту від корозійного руйнування сталезалізобетонних конструкцій з елементами скловолоконного армування.

Наукова новизна отриманих результатів:

· теоретично та експериментально обґрунтовані показники довговічності сталезалізобетонних конструкцій при корозійних впливах;

· розроблена методика розрахунково-експериментальної оцінки корозійної стійкості та захисної здатності стандартних зразків з бетону (залізобетону), конструкційної, холоднодеформованої сталі та композиційних матеріалів за даними прискорених випробувань при штучному старінні для визначення довговічності сталезалізобетонних конструкцій;

· встановлені особливості напружено-деформованого стану згинаних елементів балочного типу із скловолоконним армуванням при тестуванні за показниками міцності та тріщиностійкості;

· запропоновані конструктивні рішення з первинного та вторинного захисту сталезалізобетонних конструкцій при частковому армуванні сталезалізобетонних конструкцій скловолоконними композитними матеріалами.

Практичне значення результатів роботи:

· сформульовані вимоги щодо розрахунково-експериментальної оцінки показників довговічності сталезалізобетонних конструкцій, які дозволяють виконувати порівняльну оцінку ефективності заходів первинного та вторинного захисту залежно від ступеня агресивності впливів;

· отримані результати експериментального дослідження напружено-деформованого стану бетонних згинаних елементів балочного типу із скловолоконним армуванням;

· зроблена оцінка корозійної стійкості та захисної здатності конструктивних елементів сталезалізобетонних конструкцій та їх захисних покриттів;

· виконане експериментальне проектування та упровадження конструктивних рішень сталезалізобетонних конструкцій з використанням корозійностійких скловолоконних композитних матеріалів.

Встановлені розрахункові характеристики корозійної стійкості та захисної здатності скловолоконних композитів забезпечують підвищення характеристик міцності на 10-15% і збільшення довговічності сталезалізобетонних конструкцій в умовах впливів технологічних середовищ коксохімічного виробництва в 1,3-1,8 рази за рахунок підвищення тріщиностійкості при спільній роботі бетону і скловолоконної арматури, що підтверджується результатами дослідно-промислових випробувань при виробництві ремонтно-відновних робіт.

Впровадження результатів роботи. Результати досліджень використані при розробці:

· рекомендацій із застосування фотополімерних волоконно-армованих матеріалів «ТехноПласт» при ремонтно-відновних роботах і захисті від корозії листових металоконструкцій;

· інформаційної технології оцінки корозійного стану сталезалізобетонних конструкцій автоматизованої бази даних «Ресурс», яка включає можливості вибору засобів первинного та вторинного захисту із заданими експлуатаційними властивостями;

· проектної документації Донбаського центру технологічної безпеки з відновлення працездатності об'єктів ВАТ «Ясинівській КХЗ», ЗАТ «Макіївкокс», ВО «Артемсіль» та ін.

Особистий внесок здобувача. Приведені в дисертаційній роботі результати досліджень отримані здобувачем самостійно, а також у співавторстві згідно основних публікацій, в яких особисто автору належать:

сформульований підхід до оцінки довговічності сталезалізобетонних конструкцій з елементами скловолоконного армування за даними прискорених корозійних випробувань;

розробка конструктивних рішень бетонних зразків балочного типу з використанням скло- і базальтопластикової арматури;

розробка програми тестування, обробка експериментальних даних і оцінювання параметрів напружено-деформованого стану для запобігання корозійних руйнувань;

основні експериментальні дані та теоретичне узагальнення результатів випробувань спільної роботи волоконно-армованих полімерних матеріалів і бетону.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися: на Міжнародних конференціях «Довговічність будівельних конструкцій. Теорія і практика захисту від корозії», (м.м. Москва-Волгоград, 7-9 жовтня 2002 р.); «Захист від корозії і моніторинг залишкового ресурсу промислових будівель, споруд та інженерних мереж» (м. Донецьк, 9-12 червня 2003 р.); Європейському конгресі EUROCORR-2003 (м. Будапешт, 28 вересня - 2 жовтня 2003 р.); Міжнародних конференціях Корозія-2004 (8-10 червня 2004 р., м. Львів), Корозія-2006 (6-8 червня 2006 р., м. Львів), Корозія-2008 «Проблеми корозії та протикорозійного захисту матеріалів» (10-12 червня 2008 р., м. Львів); V Міжнародній науково-технічній конференції «Будівельні металеві конструкції: стан і перспективи розвитку» (м. Київ, 19-22 вересня 2006 р.); ІХ Українській науково-технічній конференції «Металеві конструкції: сьогодення та перспективи розвитку» (м. Київ, 9-11 вересня 2008 р.) та ін. У повному обсязі дисертація розглядалася на засіданні Вченої ради ВАТ Укрндіпроектстальконструкція ім. В.М. Шимановського (протокол №8 від 13 листопада 2008 р.).

Публікації. Основні положення дисертації знайшли своє відображення в 15 опублікованих роботах, серед яких 9 робіт опубліковані у фахових виданнях, 1 патент і 5 робіт - в матеріалах і тезах конференцій.

Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з введення, чотирьох розділів, основних результатів і висновків, списку використаних джерел із 189 найменувань, двох додатків. Робота викладена на 191 сторінках, зокрема 130 сторінок основного тексту, 22 сторінок списку використаних джерел, 21 повних сторінок з рисунками і таблицями, 18 сторінок додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі викладена загальна характеристика роботи, яка включає актуальність, зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами, мету, задачі, характеристики об'єкта та предмета дослідження, методи досліджень, наукову та практичну цінність результатів роботи, відомості про впровадження й апробацію результатів досліджень, особистий внесок здобувача, характеристику публікацій, структуру й обсяг дисертації.

Перший розділ присвячений аналізу вимог формоутворення та принципів проектування сталезалізобетонних конструкцій за граничними станами. Сталезалізобетонні конструкції об'єднують достоїнства сталевих і залізобетонних елементів і потребують витрачання додаткових засобів на протикорозійний захист сталевого прокату при зовнішньому армуванні. Теоретичні та експериментальні дослідження в галузі підвищення надійності, вдосконалення методів розрахунку і конструювання сталезалізобетонних конструкцій та їх з'єднань пов'язані з роботами А.Я. Барашикова, Б.Г.Гнідця, Б.Г.Демчини, В.С.Дорофєєва, М.Г.Карповського, Ф.Є.Клименка, Й.Й. Лучка, Г.П.Передерія, О.В.Семка, Л.І.Стороженка, О.Л.Шагіна, Е.Д.Чихладзе та ін. Проаналізовані сучасні підходи теорії корозії бетону і арматури, направлені на забезпечення довговічності конструкцій, розробку заходів первинного і вторинного захисту обґрунтовані в роботах С.М.Алексєєва, В.І.Бабушкина, З.Я.Бліхарського, Є.А.Гузєєва, Б.В.Гусєва, І.Н.Заславського, В.М. Москвіна, І.Г.Овчинникова, Л.М.Пухонто, М.В.Савицького, В.Г.Степанової, В.В.Чернявського, Ю.П.Чернишева, В.В.Яковлєва, M.Bruns, E.Lyublinski, J.Morlidge E.Pereira, Y.Schiegg та ін. Формування вимог щодо запобігання корозійного руйнування і захисту від корозії сталевих конструкцій викладені в роботах Ю.Л.Вольберга, А.І.Голубєва, Є.В.Горохова, Є.А.Єгорова, Д.Г.Зеленцова, О.І.Кікіна, І.І.Кошина, В.П.Корольова, О.С.Корякова, В.А.Осадчука, Ю.М.Почтмана, В.І.Похмурського, Г.В.Філатова, В.В.Філіппова, С.М.Шаповалова та ін.

Розгляд деградаційних процесів, що протікають при дії агресивних середовищ з різним ступенем інтенсивності впливів, а також необхідність розрахункового визначення сукупності показників, що характеризують надійність сталезалізобетонних конструкцій, визначили вимоги комплексного підходу до моделювання показників корозійної стійкості та довговічності засобів первинного та вторинного захисту. Послідовність етапів оцінки довговічності при технічному обслуговуванні конструкцій за фактичним станом представлена на рис. 1.

Методологічною основою для обґрунтування довговічності сталезалізобетонних конструкцій при діях агресивних середовищ є системний аналіз експлуатаційних характеристик конструкцій, розрахунково-експериментальна оцінка коефіцієнтів надійності первинного (_zk, _zb) та вторинного (_zn) захисту за умов, що визначають розрахункові вимоги до граничних станів.

Узагальнений досвід дослідженнь фізико-механічних і корозійних скло- та базальтопластикової арматури, отриманої за різними технологіями, який дозволяє використати переваги композитних матеріалів для розробки конструктивних рішень сталезалізобетонних конструкцій. На основі аналізу теоретичних та експериментальних досліджень за проблемою визначені задачі аналізу корозійної стійкості та захисних функцій будівельних матеріалів, призначених для регулювання експлуатаційних властивостей за наслідками прискорених, стендових і натурних корозійних випробувань при проектуванні, виготовленні, а також в процесі технічного обслуговування конструкцій із заданою надійністю.

Визначені об'єкти дослідження з використанням засобів і методів первинного та вторинного захисту.

В другому розділі виконаний аналіз корозійного стану будівельних конструкцій, що експлуатуються в умовах середньо- та сильноагресивних середовищ. Розглянуті особливості виявлення дефектів і пошкоджень для перевірочних розрахунків бетонних, залізобетонних і сталевих конструкцій за граничними станами, а також при оцінці показників корозійної стійкості, довговічності і ремонтопридатності. Методика контролю експлуатаційного стану включала визначення фактичної міцності та товщини захисного шару бетону, вигляду та характеру корозійних поразок (карбонізація, сульфатизація, проникнення хлоридів, хімічний склад зв'язаних цементним каменем агресивних речовин), ширини розкриття та глибини тріщин в бетоні, інтенсивності корозії арматури, корозійного руйнування сталевих елементів і зварних швів вузлових з'єднань. Отримані результати реєстраційної оцінки рівня ризику при продовженні ресурсу будівельних конструкцій виробничих об'єктів ВАТ «Ясинівській КХЗ», ЗАТ «Макіївкокс», надшахтних споруд ВО «Артемсіль».

Рис. 1. Блок-схема розрахунково-експериментальної оцінки довговічності сталезалізобетонних конструкцій для управління експлуатаційним терміном служби

Вплив агресивних середовищ оцінювався характеристичним значенням річних корозійних втрат А_n, г/м², умовно приведених до незахищеної поверхні сталі класу С235. Розрахункове значення річних корозійних втрат А встановлювалося за формулою (1):

А=г_fkA_nф/8760;(1)

де: ф - тривалість дії корозійно-активних компонентів в годинах за рік; г_fk - коефіцієнт надійності за впливами, залежний від ступеня агресивності та категорії розміщення конструкцій.

За наслідками оцінки експлуатаційного стану виробничих об'єктів в умовах агресивних дій визначені конструктивні заходи щодо використання композиційних матеріалів для підвищення довговічності сталезалізобетонних конструкцій:

· первинний захист шляхом заміни сталевої арматури на скло- та базальтопластикові стрижні періодичного профілю;

· вторинний захист сталевої та бетонної поверхні поліестеровими армованими пластиками.

Розроблена методика визначення нормативних і розрахункових характеристик гарантованої довговічності заснована на урахуванні екстремальних значень найбільш невигідних поєднань агресивних впливів, даних діагностики і моніторингу ознак корозійної небезпеки (рис.2). Врахування небезпеки корозійного руйнування виконується на основі критеріїв методів імовірності 1 рівня при роздільному розгляді навантажень, дій і несучої здатності конструктивних елементів. Структурна схема показників надійності задається при описі розрахункової ситуації корозійного стану сталезалізобетонних конструкцій для встановленого терміну служби об'єкту.

Розрахункові залежності визначення корозійної стійкості, довговічності та ремонтопридатності сталезалізобетонних конструкцій з елементами скловолоконного армування при ступені агресивності впливу (А, г/м²рік) мають вигляд:

R(_zb,_zk,Т_z) ? S(A),(2)

,(3)

;(4)

Т_{z zn}Т_z; (5)

де: R(_zb,_zk,Т_z) - розрахункова характеристика несучої здатності конструкції з урахуванням заходів первинного і вторинного захисту, МПа; S(A) - розрахункове зусилля від навантаження і корозійних впливів, МПа; Г - відношення резерву надійності; _zb - коефіцієнт надійності первинного захисту бетону; _zk - коефіцієнт надійності протикорозійного захисту зовнішнього армування; T_zk - призначений термін служби первинного захисту зовнішнього армування, рік; с - коефіцієнт кінетики корозійного зносу, що приймається з урахуванням групи корозійної стійкості сталі; m=7,85·10⁴ - перевідний коефіцієнт корозійних втрат, (г/см³); - приведена товщина перетину елементу, см; F_e - показник якості експлуатації, що враховує стан первинного і вторинного протикорозійного захисту при експлуатації; Т_z - нормативний термін служби захисних покриттів за даними прискорених випробувань; Т_z - гарантований термін служби вторинного захисту з довірчою імовірністю =0,95. Результати технічного огляду будівельних конструкцій будівель та споруд в агресивних середовищах систематизовані для обґрунтування вибору конструктивних рішень первинного та вторинного захисту сталезалізобетонних конструкцій.

Третій розділ містить методику та експериментальні дані контролю показників корозійної стійкості, довговічності та ремонтопридатності при проведенні прискорених корозійних випробувань. Порівняльна оцінка коефіцієнта надійності первинного захисту бетону _zb виконувалася на стандартних зразках при моделюванні фізико-хімічних впливів за вимогами ГОСТ 9.401-91 (рис. 3). Клас довговічності бетону визначався залежно від показників водопоглинання та міцності за методикою, розробленою Харківським Промбудндіпроектом. Встановлено, що використання модифікуючої добавки «Полідон 433» підвищує фізико-механічні і захисні властивості бетону в агресивних середовищах.

Програма випробувань зразків, представлених на рис. 4, передбачала моделювання корозійних дій при змінній температурі, підвищеній вологості, впливах сірчистого газу, соляного туману та сонячного випромінювання (тривалість випробувань 1440 год.). Оцінка впливу блукаючих струмів за показниками корозійного руйнування передбачала повне занурення в 5% розчин хлориду натрію. Результати прискорених випробувань узагальнені в табл.1. Вторинний захист експлуатованих конструкцій повинен забезпечити усунення процесів карбонізації і руйнування захисного шару бетону, корозії подовжньої і поперечної арматури і продовження терміну служби сталезалізобетонних конструкцій.

Розроблений методичний підхід використаний для статистичної оцінки коефіцієнта надійності вторинного захисту _zn за даними прискорених випробувань зразків (фрагментів) конструктивних елементів із захисними покриттями на основі матеріалів Sika® Mono Top, “Технопласт”, водохімстійкої композиційної системи «Феррокор ^®». Тому, як критерій відмови захисних властивостей при оцінці довговічності вторинного захисту при прискорених випробуваннях використана характеристика зміни величини сорбційної вологості.

Таблиця 1 - Розрахункові значення результатів моделювання дій на зразки елементів сталезалізобетонних конструкцій

Метою прискорених випробувань є дослідження показників довговічності бетонних зразків із захисними покриттями на основі моделювання агресивних впливів рідких середовищ. Програма робіт включає обґрунтування методики визначення розрахункових термінів служби захисних покрить для порівняльної оцінки показників довговічності засобів вторинного захисту за граничним рівнем сорбційного вологонасичення (W_с), адгезійних і міцносних властивостей покриттів.

Процедурою прискорених випробувань захисних властивостей покриттів передбачається встановлення гарантованого терміну служби з нормативною забезпеченістю, що визначається статистичним розкидом даних експериментальних досліджень. Послідовність основних етапів прискорених випробувань дозволяє визначати коефіцієнт надійності протикорозійного захисту за вимогами ГОСТ 9.401-91 та плану контролю результатів випробувань [NUT], встановленому ГОСТ 27.410-89.

Визначення терміну служби захисного покриття (Т_z) пропонується робити з урахуванням нормативних характеристик корозійних впливів, типу підкладки, якості підготовки поверхні:

(6)

де: Т_z - термін служби, який встановлюється за результатами фізико-хімічного моделювання агресивних впливів, роки; ДP(N) - корозійні втрати незахищеної сталі, що відповідають N циклам прискорених випробувань до відмови захисного покриття, г/м²; л - коефіцієнт відносної довговічності, що залежить від виду та товщини шару покриття; ш - коефіцієнт, що враховує тип підкладки та якість підготовки поверхні.

Розрахункову оцінку довговічності покриттів було зроблено за даними кількісної оцінки корозійних втрат незахищеної сталі при кількості циклів випробування (N), що відповідає перевищенню граничного рівня сорбційного вологонасичення W_с = 5%. Покриття наносилися на бетонну поверхню стандартних зразків з метою обґрунтування раціональних галузей використання протикорозійних композицій з урахуванням режиму експлуатації конструкцій.

Згідно з отриманими експериментальними даними для умов С5-1 (категорія корозії дуже висока виробнича) при тривалості випробувань 1440 годин ступінь зміни властивостей захисних систем на основі матеріалів «Технопласт» відповідає високому класу довговічності покрить (понад 15 років). Покриття з маркуванням ТП 2/1 «ТехноПласт Рулон ХС» за вимогами СНиП 2.03.11-85* «Захист будівельних конструкцій від корозії» може бути використане для протикорозійного захисту бетонних і сталевих поверхонь будівельних конструкцій в сильноагресивних середовищах.

Урахування небезпеки корозійного руйнування для сталезалізобетонних конструкцій виконується шляхом введення в основну граничну нерівність коефіцієнтів надійності протикорозійного захисту. Коефіцієнти надійності первинного (_zk) і вторинного захисту (_zn) встановлюють граничний рівень зміни контрольованих параметрів довговічності для заданої розрахункової схеми узагальнених дій «Н-К-С» при типовій (розрахунковій) моделі режиму експлуатації з урахуванням призначеного терміну служби (Т_nг) конструкції або об'єкту. Оцінка результатів випробувань включала: статистичний аналіз відмов (граничних станів); перевірку контрольованих параметрів для встановленої ділянки інтервальної оцінки _zn; аналіз відповідності розрахункової ситуації вимогам до забезпечення надійності з урахуванням економічних чинників.

Четвертий розділ відображає результати оцінки напружено-деформованого стану сталезалізобетонних конструкцій з елементами скловолоконного армування з урахуванням показників корозійної стійкості, довговічності та ремонтопридатності. Наведені дослідження показників ефективності згинаних залізобетонних елементів при повній заміні сталевого арматурного каркаса на елементи скло- і базальтопластикового армування (табл. 2). Програма роботи спрямована на дослідження фізико-механічних властивостей конструкційних матеріалів та їх деградації в агресивному середовищі, порівняльну оцінку несучої здатності за даними випробувань залізобетонних зразків з металевою та склопластиковою арматурою.

Стендові визначальні випробування при згині бетонних зразків з металевими арматурами (за ТУУ В26.6-25579685-001-2003) і армованих неметалевими композитними арматурами періодичного профілю (за ТУ 5769-183-40886723-04) припускали контроль ширини розкриття тріщин і прогинів кожного ступеню навантаження (Р=0,4 кН) до руйнування.

Таблиця 2 - Показники фізико-механічних властивостей композитної арматури

Визначальні випробування виконані для наступних конструктивних елементів:

- залізобетонна конструкція балкового типу прямокутного поперечного перерізу. Клас бетону за міцністю на стиск - В25(М300) МПа (кг/см²). Робоча арматура 5Ш4Вр-1 за ДСТУ3760 (ГОСТ 5781) - три стрижня в розтягнутій і два стрижні в стислій зоні, дріт за ГОСТ 6727, ТУ 14-2-2-624-85, відповідно до конструкторської документації ЗШ 100.00.000 СБ. Товщина бетону захисного шару - 10 мм;

- залізобетонна конструкція балкового типу прямокутного поперечного перерізу. Клас бетону за міцністю на стиск - В25(М300) МПа (кг/см²). Робочі арматури 4Ш8 АБП і 4Ш8 АСП за ТУ 2296-001-40886723-2001 з базальтопластикових і склопластикових стрижнів періодичного профілю. Товщина бетону захисного шару - 10 мм.

Стендові визначальні випробування проводили відповідно до вимог нормативних документів ДСТУ Б В.2.6-7-95 (ГОСТ 8829-94). «Конструкції будівель і споруд. Вироби бетонні і залізобетонні. Методи випробувань навантаженням. Правила оцінки міцності, жорсткості та тріщиностійкості» (рис. 3, 4, 5). Отримані результати випробувань згинаних елементів (ЗЕ) наведені в табл. 3.

Рис. 3 Схема випробуваня

Рис. 4. Порівняльні характеристики прогинів (?, мм) при прикладенні випробувального навантаження (Р, кН) в залежності від матеріалу армування балочного елемента:

1 - бетонний, склопластикова арматура;

2 - бетонний, базальтопластикова арматура;

3 - бетонний, сталева арматура;

4 - балочний елемент зі сталі С245

Таблиця 3 - Порівняльні показники випробувань згинаних елементів

Для обґрунтування вибору способу захисту і порівняльного аналізу ефективності застосування скло- і базальтопластикової арматури розроблена методика визначення коефіцієнта готовності бетонних зразків (K_g). Завдання розрахунково-експериментальної оцінки коефіцієнта готовності з урахуванням впливів середовища (A) сформульована для моделювання показників корозійної стійкості та довговічності заходів протикорозійного захисту:

(7)

де Т_r - термін служби конструкції без додаткових заходів на первинний і вторинний захист; Т_z1 - проміжок часу, що визначає збільшення терміну служби конструкції за рахунок заходів первинного захисту; Т_z2 - проміжок часу, що визначає збільшення терміну служби конструкції за рахунок заходів вторинного захисту; n - кількість ремонтних циклів поновлення вторинного захисту при встановленому терміні служіння об'єкту.

Доведено, що впровадження конструктивних рішень із застосуванням скло- та базальтопластикової арматури конструкцій забезпечує підвищення надійності сталезалізобетонних конструкцій в умовах середньо- та сильноагресивних впливів корозійних середовищ. Отримані результати експериментальних досліджень використані для вибору варіантів первинного та вторинного захисту від корозії при розробці конструктивних рішень сталебетонних конструкцій з елементами часткового армування скло- та базальтопластиковими стрижнями за ТУ 5769-183-40886723-04 і поліестеровими покриттями «ТехноПласт» (рис. ).

Рис. 5. Технічні рішення первинного та вторинного захисту з використанням скловолоконних композитів

Економічна ефективність застосування скловолоконних композитів для підвищення довговічності сталебетонних конструкцій із зовнішнім армуванням в умовах сильноагресивних середовищ ВАТ «Ясинівській коксохімічний завод» склала 87 тис. грн.

ОСНОВНІ ВИСНОВКИ

В результаті теоретичних та експериментальних досліджень отримані наступні основні наукові і практичні результати:

1. Проаналізовані фізико-хімічні процеси корозійного руйнування, засоби та методи первинного та вторинного захисту сталезалізобетонних конструкцій. Виконаний аналіз чинників, що викликають зниження експлуатаційних властивостей конструкцій при дії агресивних середовищ, що дозволило визначити вимоги комплексного підходу до оцінки параметрів корозійного стану на основі технічного обслуговування за фактичним станом.

2. Розроблені методики розрахунково-експериментальної оцінки довговічності конструкцій за даними прискорених випробувань стандартних зразків матеріалів та їхніх захисних покриттів. Розроблена розрахункова модель визначення гарантованих показників довговічності за ознаками корозійних руйнувань первинного захисту й умов обмеження або виключення впливів корозійно-активних компонентів середовища при вторинному захисті. Систематизовані характеристичні ознаки руйнувань будівельних матеріалів сталезалізобетонних конструкцій, які визначають погіршення параметрів експлуатаційного стану. Встановлено, що завдання конструктивних вимог при оцінці довговічності сталезалізобетонних конструкцій включає аналіз розрахункових ситуацій режиму експлуатації, структурний опис ознак корозійного руйнування з використанням розрахункових моделей, що відображають кінетику деградаційних процесів в бетоні, арматурі та елементах зовнішнього армування. За розробленою методикою розрахункові характеристики граничних станів визначаються при прискорених корозійних випробувань шляхом статистичного контролю коефіцієнтів надійності первинного (_zk) і вторинного захисту (_zn).

3. Проведені теоретичні та експериментальні дослідження параметрів міцності та деформативності зразків балочного типу, виконаних із сталі, залізобетону, а також бетону, армованого скло- і базальтопластиковою арматурою. За даними стендових випробувань виконана порівняльна оцінка параметрів напружено-деформованого стану згинаних балочних елементів. Програма тестування за показниками міцності та тріщиностійкості включала моделювання показників довговічності та ремонтопридатності. На основі запропонованих розрахункових схем корозійної системи «Навантаження-Конструкція-Середовище» визначені інтервальні значення довговічності зразків із заданими варіантами армування при середньоагресивних впливах:

· для зразків із сталевою арматурою за ТУУ В26.6-25579685-001-2003 без додаткових заходів первинного або вторинного захисту має місце низький рівень довговічності (3-5 років);

· для зразків армованих неметалевими арматурами періодичного профілю (АСП та АБП) за ТУ 5769-183-40886723-049.1 з урахуванням додаткових заходів первинного захисту термін служби складає від 5 до 10 років (середній рівень значень) залежно від інтенсивності впливів режиму експлуатації у встановленому діапазоні значень.

4. Для вибору засобів первинного та вторинного захисту виконані прискорені випробування і обґрунтовані конструктивні рішення сталебетонних конструкцій з використанням скло-, базальтопластикової арматури і поліестерових волоконноармованих матеріалів. Встановлено, що при частковому армуванні (до 20%) за рахунок підвищення тріщиностійкості і застосування корозійностійких матеріалів довговічність конструкцій в сильноагресивних середовищах коксохімічного виробництва збільшується в 1,5-1,7 рази.

6. Розроблені методики й алгоритми впроваджені при розв'язанні практичних задач. Виконано оцінку показників ремонтопридатності для розроблених конструктивних рішень сталезалізобетонних конструкцій. Матеріали оцінки показників гарантованої довговічності та ремонтопридатності використані при розробці проектів посилення та реконструкції об'єктів ВАТ «Ясинівській КХЗ». Економічна ефективність зниження витрат при експлуатації сталебетонних конструкцій із захисними скловолоконними композитами склала 87 тис. грн.

корозійний бетонний залізобетонний сталевий

ЛІТЕРАТУРА

1. Селютин Ю.В. Довговічність бетонних конструкцій з елементами скло- і базадбтопластикового армування/ Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: Зб. наук. праць// НУВГтаП. - Рівне: НУВГтаП, 2008. - Вип. 17. - С. 241-246.

2. Горохов Є.В. Защитные свойства антикоррозионных материалов на основе инден-кумароновой фракции коксохимических заводов/ Горохов Є.В., Висоцький Ю.Б. Корольов В.П., Сохіна С.І., Шевченко О.М., Селютін Ю.В.// Вісн. Донбаської держ. академії будівництва і архітектури: Зб. наук. праць. Композиційні матеріали для будівництва. - Макіївка: ДонДАБА, 2000. - Вип. 2000-2 (22). - С. 134-136.

3. Королёв В.П. Обоснование гарантированной долговечности сталебетонных конструкций при моделировании физико-химических воздействий режима эксплуатации/ Королёв В.П., Селютин Ю.В.// Вісн. Донбаської держ. академії будівництва і архітектури: Зб. наук. праць: Матеріали 27 наук. конф. студентів. - Макіївка: ДонДАБА, 2001. вип.. 2001-3(28). - С.21-24.

4. В.Корольов. Обгрунтування нормативних показників надійності і гарантованої довговічності протикорозійного захисту будівельних металоконструкцій/ В.Корольов, Г.Пожарская, Ю.Селютин// Вісник Львівського державного аграрного університету: Архітектура і сільскогосподарське будівництво. - Львів: Львів. держагроун-т, 2001. - №2. - С. 139-146.

5. Горохов Є.В. Протикорозійна композиція/ Горохов Є.В., Висоцький Ю.Б. Корольов В.П., Сохіна С.І., Шевченко О.М., Селютін Ю.В.// Патент України №44050А. Бюлетень №1 від 15.01.2002 р.

6. Висоцький Ю.Б. Использование полного линейного факторного эксперимента для определения оптимальных составов противокоррозионных композицій/ Висоцький Ю.Б., Сохіна С.І., Селютін Ю.В., Завадська Є.О.// Вісн. Донбаської держ. академії будівництва і архітектури: Зб. наук. праць: Матеріали 28 наукової конференції студентів. Вип.. 2002-3(34). - Макіївка: ДонДАБА, 2001. - С. 23.

7. Гибаленко А.Н. Программа обеспечения надежности зданий и сооружений ОАО “Донецкий металлургический завод на основе аудита коррозионного состояния строительных металлоконструкций/ Гибаленко А.Н., Селютин Ю.В., Филатов Ю.В.// Захист від корозії і моніторинг залишк. ресурсу промисл. будівель, споруд та інж. мереж: Матер. міжнар. конф. - Донецьк: УАМК, 2003. - С. 402-407.

8. Сурин Р.Н. Безаварийная эксплуатация конструкций зданий и сооружений предприятия на основе внедрения новых материалов и технологий/ Сурин Р.Н., Галактионов А.В., Селютин Ю.В., Войтова Ж.Н., Филатов Ю.В.// Кокс и химия. - 2003. - №11. - С. 27-30.

9. E.Gorokhov. Modified Antirust Stuffs On The Basis Of indene - coumarone resin and synthetic fatty acids/ E.Gorokhov, Yu.V.Filatov, Yu.Vysotsky, O.Shevchenko, Yu.Selyutin // EUROCORR-2003. The European Corrosion congress: Book Of Abstracts. - Budapest, 2003.- № 261. - Р. 317.

10. Корольов В.П. Обгрунтування розрахункових термінів служби первинного і вторинного захисту залізобетонних конструкцій/ Корольов В.П., Чернишев Ю., Селютін Ю.В., Толочко В., Магунова Н.Г.// Фізико-хімічна механіка матеріалів. - 2004. - №4. - С. 317-322.

11. Корольов В.П. Експлуатаційні властивості і захист від корозії будівельних металоконструкцій: розробки і практичний досвід забезпечення довговічності/ Корольов В.П., Гібаленко О.М., Галактіонов О.В., Герман Г.А., Черних І.Ю., Войтова Ж.М., Селютін Ю.В. // Наукове видання “Прес-досьє НВВЛ “Антикор-Дон” Донбаської національної академії будівництва і архітектури. - Донецьк: Вид-во “Норд-Прес”. - 2005. - С. 44.

12. Філатов Ю.В. Побудова територіальних будівельних норм щодо впровадження регіональної системи моніторингу залишкового ресурсу з урахуванням вимог технологічної безпеки/ Філатов Ю.В., Селютін Ю., Суліма Ю.// Фізико-хімічна механіка матеріалів. - 2006. - № 5. - С. 439-442.

13. Чаленко В.И. Ресурсосберегающие технологи при ремонтно-восстановительных работах в агрессивных средах/ Чаленко В.И., Селютин Ю.В., Суярко В.А. // Материалы Ш международной научно-практической конференции-выставки «Экологические проблемы индустриальных мегаполисов». - Донецк, 2006. - С. 263-267.

14. Корольов В.П. Підвищення довговічності шахтних затяжок при використанні композитних арматур періодичного профілю/ Корольов В.П., Селютін Ю.В// Фізико-хімічна механіка матеріалів.- 2008. - № 7. - С. 716-720.

15. Селютин Ю.В. Опыт практического применения композитной арматуры для повышения долговечности строительных конструкций/ Селютин Ю.В., Бондаренко А.В.// Металеві конструкції: сьогодення та перспективі розвитку/ Металеві конструкції: сьогодення та перспективі розвитку: Тези доповідей ІХ Укр. наук.-техн. конф. - К.: Вид-во «Сталь», 2008. - С. 125-128.

Размещено на Allbest.ru