31 Мая 2016

Эффективные системы покрытий для антикоррозионной защиты железобетонных и бетонных конструкций

Как показывает опыт эксплуатации бетонных и железобетонных строительных конструкций, в условиях постоянного воздействия внешних негативных факторов окружающей среды очень сложно обеспечить проектную долговечность объектов. Однако, учитывая тенденции роста темпов строительства, ремонта и реконструкции транспортных сооружений, на первый план выходят именно вопросы их эксплуатационного ресурса.

Если не соблюдать ряд требований, направленных на обеспечение долговечности объектов во время проектирования, строительства и эксплуатации конструкций, а также не учитывать воздействие внешних агрессивных факторов, то бетонные и железобетонные конструкции преждевременно разрушатся и выйдут из строя. При этом ресурс сооружений будет гораздо меньше заложенного.

Агрессивные факторы (включая грунтовые и атмосферные) воздействуют на железобетонные конструкции транспортных сооружений:

  • виадуков;
  • путепроводов;
  • эстакад;
  • тоннелей под железными, автомобильными и городскими дорогами;
  • мостов и других объектов.

В связи с этим при решении задачи обеспечения их долговечности необходимо защитить конструкции от коррозионного воздействия.

В различных средне- и высокоагрессивных средах наиболее оправданными остаются технологии вторичной защиты бетона и железобетона, которые заключаются в нанесении на поверхность специальных покрытий, ограничивающих или исключающих воздействие агрессивных факторов на конструкции. Они дают возможность сохранить технические и эксплуатационные характеристики конструкций на протяжении всего расчетного срока службы сооружений. Выбор конкретной методики вторичной защиты железобетонных строительных конструкций осуществляется с учетом типа и категории объекта, технологии его возведения, условий эксплуатации, состояния поверхности, расположения опорной арматуры, наличия и размеров трещин, вида и степени агрессивности среды. Также берутся во внимание возможные способы нанесения защиты и толщина покрытия, ориентировочный срок службы и множество других факторов. Основной критерий оценки вторичной защиты конструкций — это полное обеспечение долговечности конструктивных элементов на протяжении всего запланированного периода с минимальными расходами на ремонтно-восстановительные мероприятия.

Анализ экспериментальных материалов и практического опыта (как российского, так и зарубежного) в вопросе вторичной защиты продемонстрировал наибольшую защитную эффективность у систем антикоррозионных полимерных покрытий. Они обладают сбалансированным количеством эксплуатационных характеристик, которые нормируются НТД. Защитные свойства систем определяются химической стойкостью материала, его непроницаемостью в агрессивной среде и степенью адгезии с защищаемой поверхностью. При этом показатели трещиностойкости системы должны соответствовать допустимой ширине раскрытия трещин в бетонных и железобетонных конструкциях.

На основании многолетнего опыта была разработана система критериев оценки вторичной защиты по основным параметрам: адгезии, трещиностойкости, водонепроницаемости, водопоглощению, диффузионной проницаемости, морозостойкости и истираемости. Эффективность защитного действия покрытий определяется при их оптимальной толщине. Для этого сопоставляют показатели качества бетона с его контрольным составом и системой покрытия. Вышеописанные методики оценки защитных характеристик содержатся в межгосударственном стандарте ГОСТ 31383-2008 «Защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии. Методы испытаний», который и был разработан НИИЖБ им. А. А. Гвоздева АО «НИЦ «Строительство».

Сотрудниками института был выполнен комплекс фундаментальных разработок в сфере защиты строительных конструкций от коррозионных процессов, которые легли в основу указанного ГОСТа, а также Свода правил СП 28.13330.2012 (актуализированной редакции СНиП 2.03.11-85). Эти нормативные документы были созданы для замены устаревших стандартов в области антикоррозионной защиты с учетом опыта, накопленного на протяжении последних лет. Специалистами лаборатории коррозии и долговечности бетонных и железобетонных конструкций НИИЖБ ведется постоянная работа по комплексной оценке характеристик систем защитных покрытий бетона. Анализ проводится на основе материалов как российских, так и зарубежных разработчиков.

Исследования включают несколько основных векторов:

  • проведение комплекса испытаний гидроизоляционных, лакокрасочных, мастиковых материалов и пропиток на предмет выявления основных физико-химических и физико-механических свойств, а также соответствия требованиям нормативных документов;
  • испытания систем защитных покрытий по основным параметрам — адгезии, трещиностойкости, водонепроницаемости, водопоглощению, диффузионной проницаемости, морозостойкости и истираемости, а также компаративный анализ с бетоном без защиты;
  • разработку нормативно-технической документации для защитных покрытий;
  • экспертную оценку систем и их сертификацию в соответствии с нормативными требованиями.

По всем указанным направлениям был проведен комплекс испытаний и осуществлена экспертная оценка большого количества представленных на строительном рынке защитных систем для бетона как российских, так и зарубежных производителей. Количественные значения показателей качества покрытий установлены в нормативных и технических документах и должны включаться в проектную документацию при строительстве конкретных объектов.

Основные системы защитных покрытий бетона, которые представлены в ГОСТ 31384-2008, условно можно разделить на лакокрасочные (тонко- и толстослойные), комбинированные и пропиточно-кольматирующие составы проникающего действия (изготовленные на полимерной или цементной основе). Все они широко применяются в современной строительной практике и являются эффективными средствами для вторичной защиты поверхности бетонных и железобетонных конструкций, а также транспортных объектов, которые эксплуатируются в условиях воздействия агрессивной среды. Некоторые из них прошли экспертную оценку в НИИЖБ.

Химически устойчивые лакокрасочные тонкослойные системы покрытий, которые связываются с бетонной поверхностью при помощи адгезии, — это эффективное средство антикоррозионной защиты конструкций, эксплуатирующихся в средне- и сильноагрессивной газовоздушной среде. В качестве примера таких систем можно привести продукцию отечественных производителей — «Политон-УР», «Ферротан», «Эмакоут», «Эматоп» и множество других. Они включены в СТО-01393674-008-2014 и нашли широкое применение для защиты железобетонных мостовых конструкций.

Что касается лакокрасочных толстослойных систем покрытий, то они выполняют одновременно две функции: защиты от коррозии и гидроизоляции. В качестве примера можно привести каучуковые составы ПРИМПРОМКОР, эпоксидно-каучуковые «Унипол-гидроизоляция», покрытия из полимочевины «Колфлекс» или хлорсульфированного полиэтилена — ХСПЭ. Такие составы надежно предотвращают попадание влаги в структуру бетона, защищают его поверхность от агрессивных воздействий, повышают сохранность арматуры и увеличивают морозостойкость бетона. Они устойчивы к растрескиванию и могут использоваться для защиты металлоконструкций, которые допускают раскрытие трещин в бетоне от 0,3 до 2 мм.

Комбинированные системы защитных составов включают в себя пропиточные композиции и покрывные лакокрасочные материалы. Они увеличивают защитное действие по сравнению с традиционными толстослойными системами и обладают высокой эрозионной устойчивостью. Это позволяет использовать их для защиты мостовых конструкций и железобетонных объектов, которые подвергаются воздействию антигололедных агентов. В качестве примера комбинированных систем можно привести эпоксидно-каучуковые покрытия ЗАС-1–ЗАС-3, ЗПСМ–ЗПСМ-Б-2 и полиуретановые системы «Ферротан», «Политон-УР».

Одним из наиболее перспективных способов вторичной защиты бетонных и железобетонных конструкций является использование пропиточно-кольматирующих составов на полимерной основе. Суть методики заключается в заполнении бетонных пор материалом, который резко уменьшает проницаемость структуры, одновременно придавая бетону гидрофобные характеристики. Данная методика особенно эффективна для вторичной защиты объектов, которые подвергаются повышенным механическим нагрузкам и рискам повреждения покрытия. Наносятся пропиточные составы на бетонную поверхность в условиях естественной влажности. В качестве примеров пропиточно-кольматирующих веществ на полимерной основе можно назвать «Силор», КОНСОЛИД, ВХВД-65. Также достаточно широкое применение для вторичной защиты конструкций нашли пропиточно-кольматирующие композиции на полимерцементной основе. Они создают поверхностный слой бетона с повышенными гидроизоляционными характеристиками. К отечественным пропиточно-кольматирующим материалам, изготовленным на основе цементно-полимерных композиций, можно отнести «Акватрон», «Кальмафлекс», «Пенетрон» и другие.

На протяжении последних 10 лет на строительном рынке наблюдается тенденция существенного расширения номенклатурного ряда материалов зарубежных производителей, производственные мощности которых расположены в России. Расширяется и ассортимент составов на полимерцементной основе для гидроизоляционного покрытия бетонных конструкций, допускающих возникновение трещин в процессе эксплуатации. В качестве примера эффективного применения таких покрытий можно привести систему Mapelastic (производитель — ЗАО «МАПЕИ»). Данный двухкомпонентный состав обладает повышенной устойчивостью к возникновению трещин, высокой адгезионной прочностью с бетонной поверхностью. Он может применяться для гидроизоляции бетонных и железобетонных конструкций, которые допускают появление трещин до 0,6 мм и эксплуатируются в условиях воздействий средне- и сильноагрессивных природных и техногенных сред в соответствии с требованиями СП 28.13330.2012 (актуализированной редакции СНиП 2.03.11-85) и ГОСТ 31384-2008.

Специалистами лаборатории коррозии и долговечности бетонных и железобетонных конструкций НИИЖБ были проведены испытания системы покрытия Mapelastic по основным технико-эксплуатационным характеристикам в сравнении с незащищенным бетоном. Их результаты приведены в таблице ниже.

п/п Показатель, единица измерения Обозначение НТД на испытания Результаты тестирования
Бетон, покрытый Mapelastic Незащищенный бетон
1 Сцепление покрытия с бетоном, МПа ГОСТ 28574-2014 Не меньше 1,8 (разрыв когезионный)
2 Влагонепроницаемость, МПа: - показатели прямого давления; - показатели обратного давления ГОСТ 31383-2008 W16 W8 W4 W4
3 Влагопоглощение, % ГОСТ 12730.3-78 1,1 4,1
4 Морозоустойчивость, циклы ГОСТ 31383-2008 600 200
5 Стойкость к трещинам, мм ГОСТ 31383-2008 0,6

На протяжении многих лет в Москве и различных регионах России системы на основе полимерцемента Mapelastic успешно применяются для вторичной защиты (как при сооружении новых зданий, так и при реконструкции) различных объектов, в том числе — объектов транспортного строительства (в частности, тюбингов московского метрополитена).

В заключение следует остановиться на современных тенденциях развития технологий вторичной защиты. На сегодняшний день во всем мире происходит ожесточение норм экологического законодательства по охране окружающей среды и сохранению природных ресурсов. Такие тенденции приводят к вытеснению традиционных органоразбавляемых материалов водоразбавляемыми, а также составами с сухим остатком.

При правильном выборе системы защитного покрытия на основании рассматриваемых критериев возможно повышение эксплуатационного ресурса бетонных и железобетонных конструкций, а также увеличение межремонтных сроков в 2-3 раза.