CC BY
66
ВЕСТНИК 6/2013
6/2013
УДК 628.8 + 620.193
А.Г. Рымаров, В.В. Смирнов
ФГБОУ ВПО «МГСУ»
ОСОБЕННОСТИ ВЛИЯНИЯ ГАЗОВОГО РЕЖИМА ПОМЕЩЕНИЯ БАССЕЙНА НА КОРРОЗИЮ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ1
Испарение в воздух помещения бассейна воды с растворенными в ней хлоро-производными приводит к проникновению водяного пара с хлоропроизводными в толщу ограждающих конструкций и к коррозии арматуры. Влагопередача через наружные и внутренние ограждающие конструкции активно происходит в холодный период года, но имеет место и в теплый период, при этом вместе в водяным паром в толщу ограждений поступают производные хлора, которые являются агрессивной средой для стальной арматуры. Циркуляция воздуха, содержащего водяные пары с хлоропроизводными, приводит к коррозии элементов систем отопления и вентиляции. Дано описание причин и результата коррозии стальной арматуры от производных хлора в результате действия газового режима в помещении бассейна.
Ключевые слова: газовый режим здания, вентиляция, производные хлора.
Здания бассейнов, построенные 20 и более лет назад, эксплуатируются в РФ зачастую без капитальных ремонтов и обследований состояния зданий на предмет износа. В помещении бассейна применяется гидроизоляция внутренних поверхностей наружных стен, которая разрушается с течением времени. Активное хлорирование воды практикуется повсеместно. Газовый режим помещения бассейна по концентрации хлоропроизводных определяется распространением производных хлора в воздухе вместе с молекулами воды [1, 2]. Водяной пар испаряется с поверхности воды в помещения бассейна, увлекая с собой хлоропроизводные элементы, взаимодействует с металлическими элементами интерьера (части систем отопления, вентиляции, крепление подвесных потолков и пр.) и затем поступает в толщу ограждающих конструкций [1], где происходит взаимодействие производных хлора с арматурой.
Наружные и внутренние ограждающие конструкции могут быть выполнены из железобетона, который формируется из наполнителей, портландцемента или сульфатостойкого цемента или других видов цемента и арматуры, представляющей собой металлические (стальные) стержни различного диаметра. В идеальных условиях бетон должен полностью прекращать коррозию стальной арматуры, однако в реальных условиях этого не происходит, коррозия арматуры возникает под влиянием ряда факторов [3—5]. Первая группа факторов связана с составом металла, с его термодинамической устойчивостью и структурой металла; вторая — технологическая, определяемая составом бетона, во-доцементным отношением, толщиной защитного слоя и условиями твердения бетона; третья — эксплуатационная, связана с качеством эксплуатации железобетонных конструкций, в т.ч. характером изменения температуры, влажности, движении агрессивных сред, характером газообмена и наличием стимуляторов
1 Исследование выполнено в рамках ГК № 16.552.11.7064 от 13.07.2012 г.
148
© Рымаров А.Г, Смирнов В.В., 2013
Безопасность строительных систем. Экологические проблемы в строительстве. Геоэкология
VESTNIK
MGSU
коррозии во внешней среде и в самом бетоне [6, 7]. Строительные материалы наружных и внутренних ограждающих конструкций обладают определенной гигроскопичностью и паропроницаемостью, что определяет их влажностный режим [8, 9]. В определенных условиях значительный вклад в пассивацию железа в бетоне может вносить омическое сопротивление электролита — поровой жидкости (зависит от толщины водной пленки), а при относительной влажности воздуха менее 60 % омическое сопротивление поровой жидкости очень велико, что нарушает ионную проводимость внешней цепи коррозионной пары, что может привести к полному прекращению коррозии арматуры [3, 4].
Водяные пары вместе с молекулами и ионами хлорпроизводных приводят к коррозии цементной части бетона и металлических элементов [4]. Хлор, как правило, поступает в воздух с водяными парами в качестве положительно заряженных ионов, ПДК хлора в воздухе равна 1 мг/м3, следовательно, концентрация хлора в воздухе бассейна должна быть не более 0,01 мг/м3, что определяется безопасностью человека и формированием возможных сочетаний хлоропроизводных в концентрациях менее ПДК. Концентрация хлоридов, диффундирующих в бетон из окружающей среды, на порядок ниже, чем концентрация хлоридов, содержащихся в бетоне, но их коррозионное воздействие более значительно, чем последних, что объясняется их свободным, не связанным состоянием [4], применение материалов на внутренних поверхностях ограждений с повышенным сопротивлением паропроницанию приводит к значительному снижению поступления водяного пара с хлорпроизводными в толщу ограждений. На рис. 1 показано, как увеличивается скорость коррозии стальной арматуры в зависимости от вида цемента и от температуры внутреннего воздуха [4].
70
24 26 28 30 32 34
Температура, °С
й портландцемент )( портландцемент сульфатостойкий
Рис. 1. Изменение коррозии стальной арматуры в среде 3% хлорида натрия в зависимости от температуры
Проведены расчеты влияния воды с содержанием 3% хлорида натрия на коррозию бетона на основе армированного портландцемента и сульфатостой-кого цемента без гидроизоляции с целью определения сокращения диаметра арматуры, результаты расчетов приведены в таблице.
ВЕСТНИК
МГСУ-
6/2013
Изменение диаметра арматуры для температуры окружающей среды 32 °С
Характеристики стержня Низкоуглеродистая сталь Сталь с содержанием углерода 0,1 %
Возраст, лет 5 10 16 5 10 30
Диаметр начальный, мм 20 20
Диаметр конечный, мм 17 14 10 19,1 18 13,5
Согласно условиям комфортного микроклимата для посетителей в бассейнах для отдыха (аквапарках) температура воздуха должна быть 32 °С в рабочей зоне. Однако, согласно проведенным авторами данной статьи исследованиям, температура воздуха в действующих бассейнах колеблется в пределах от 25 до 35 °С и более, а под перекрытием в теплый период года в жаркий день температура воздуха может подниматься и выше (до 45 °С), если отсутствует кондиционирование воздуха.
Обследование зданий бассейнов показало наличие коррозии стальных элементов системы отопления, окрашивание которых проводится ежегодно (рис. 2), кроме того, имеют место повреждения гидроизоляции наружных и внутренних ограждений при длительной эксплуатации здания.
Рис. 2. Вид отопительного прибора и труб под действием коррозии
Коррозия несущих ограждающих конструкций приводит к снижению прочности и долговечности здания, что угрожает безопасности людей [9].
Полученные экспериментальные и расчетные данные явились предпосылками для создания метода расчета газового режима здания с бассейном для прогнозирования коррозии металлических элементов.
Библиографический список
1. Смирнов В.В. Исследование влияния параметров микроклимата на долговечность несущих конструкций помещения бассейна : автореф. дисс. ... канд. техн. наук. М. : МГСУ, 2009.
150
КБИ 1997-0935. Vestnik MGSU. 2013. № 6
Безопасность строительных систем. Экологические проблемы в строительстве. Геоэкология
VESTNIK
MGSU
2. Рымаров А.Г. Прогнозирование параметров воздушного, теплового, газового и влажностного режимов помещений здания // Academia. 2009. № 5. С. 362—364.
3. Заикин Б.Б., Москалейчик Ф.К. Коррозия металлов, эксплуатирующихся во влажном воздухе, загрязненном сернистым газом или хлором // Натурные и ускоренные испытания : сборник МДНТП. М. : МДНТП им. Ф.Э. Дзержинского, 1972. С. 160—168.
4. Тупикин Е.И., Саидмуратов Б.И. Коррозия и защита стальной арматуры в песчаных бетонах. М. : ВНИИЭгапром, 1991.
5. Овчинников И.Г., Раткин В.В., Землянский А.А. Моделирование поведения железобетонных элементов конструкций в условиях воздействия хлорсодержащих сред // Сборник докладов. Саратов : СГТУ, 2000. С. 50—55.
6. Никифоров В.М. Технология металлов и конструкционные материалы. 6-е изд. М. : Высш. шк., 1980.
7. Фокин К.Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий. 4-е изд. М. : Стройиздат, 1973.
8. Гагарин В.Г. Теплофизические проблемы современных стеновых ограждающих конструкций многоэтажных зданий // Academia. 2009. № 5. С. 297—305.
9. Moore J.F.A. and Cox R.N. Corrosion of metals in swimming pool buildings. Report 165, 1989.
Поступила в редакцию в январе 2013 г.
Об авторах: Рымаров Андрей Георгиевич — кандидат технических наук, доцент кафедры отопления и вентиляции, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, 8(499)188-36-07, rymarov@yandex.ru;
Смирнов Владимир Викторович — кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры отопления и вентиляции ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, 8(499)188-36-07, vsegdavsem@mail.ru.
Для цитирования: Рымаров А.Г., Смирнов В.В. Особенности влияния газового режима помещения бассейна на коррозию арматуры в ограждающих конструкциях // Вестник МГСУ. 2013. № 6. С. 148—152.
A.G. Rymarov, V.V. Smirnov
INFLUENCE OF THE GASEOUS REGIME OF THE INDOOR SWIMMING POOL ONTO CORROSION OF REINFORCING BARS OF ENCLOSURE STRUCTURES
Evaporation of the swimming pool water into the indoor air causes penetration of the water vapour containing chlorine derivatives into the enclosure structures and corrosion of the reinforcement due to the presence of dissolved chlorine derivatives in the water. Water vapour migration through outdoor and indoor enclosures is intensive in the cold season, but it may also occur in the warm season. Bearing elements of outdoor and indoor enclosures are now made of the reinforced concrete that has fillers — Portland cement or other types of cement and steel, metal (steel) bars of different diameters. In "ideal" conditions, the concrete must stop corrosion of the steel reinforcement, but it does not happen this way in practice, as corrosion of the reinforcement is influenced by a number of factors.
The concentration of chlorides that diffuse into the concrete is lower than the concentration of chlorides in the concrete, but their corrosive influence is higher because of their "non-free" condition. The authors describe the causes and results of corrosion of the steel reinforcement caused by derivatives of chlorine and boosted by the gaseous regime inside the swimming pool building. Analysis of the cases of influence of the water containing 3% of chlorine onto the corrosion of reinforced Portland cement aimed at the
ВЕСТНИК 6/2013
6/2013
reduction of the reinforcement rod diameter is performed. Corrosion of bearing structures
causes the loss of strength and durability of buildings, and this process is unsafe from the
viewpoint of security of people.
Key words: gas regime of buildings, ventilation, chlorine derivatives, water vapour,
penetration, corrosion.
References
1. Smirnov V.V. Issledovanie vliyaniya parametrov mikroklimata na dolgovechnost'nesu-shchikh konstruktsiy pomeshcheniya basseyna [Research into the Influence of the Microclimate Parameters onto the Durability of Bearing Structures of Buildings of Swimming Pools]. Moscow, MGSU Publ., 2009.
2. Rymarov A.G. Rymarov A.G. Prognozirovanie parametrov vozdushnogo, teplo-vogo, gazovogo i vlazhnostnogo rezhimov pomeshcheniy zdaniya [Projection of Air, Heat, Gas and Humidity Regimen of Building Premises]. Academia [The Academy]. 2009, no. 5, pp. 362—364.
3. Zaikin B.B., Moskaleychik F.K. Korroziya metallov, ekspluatiruyushchikhsya vo vlazh-nom vozdukhe, zagryaznennom sernistym gazom ili khlorom [Corrosion of Metals Used in the Humid Air, Polluted by the Sulfur Dioxide Gas or Chlorine]. Naturnye i uskorennye ispytaniya. Sbornik MDNTP. [Field and Accelerated Tests. Collection of Moscow House of Science and Technology Promotion]. Moscow, MDNTP im. F.E. Dzerzhinskogo publ., 1972, pp. 160—168.
4. Tupikin E.I., Saidmuratov B.I. Korroziya i zashchita stal'noy armatury v peschanykh betonakh [Corrosion and Protection of Steel Bars in Sand Concretes]. Moscow, VNIIEgaprom publ., 1991.
5. Ovchinnikov I.G., Ratkin V.V., Zemlyanskiy A.A. Modelirovanie povedeniya zhelezo-betonnykh elementov konstruktsiy v usloviyakh vozdeystviya khlorsoderzhashchikh sred [Behaviour Modeling of Structural Elements Made of Reinforced Concrete and Exposed to Chlorine-containing Environments]. Sbornik dokladov [Collection of Reports]. Saratov, SGTU Publ., 2000, pp. 50—55.
6. Nikiforov V.M. Tekhnologiya metallov i konstruktsionnye materialy [Technology of Metals and Structural Materials]. Moscow, Vyssh. shk. publ., 1980.
7. Fokin K.F. Stroitel'naya teplotekhnika ograzhdayushchikh chastey zdaniy [Thermal Engineering of Enclosing Components of Buildings]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1973, 288 p.
8. Gagarin V.G. Teplofizicheskie problemy sovremennykh stenovykh ograzhdayushchikh konstruktsiy mnogoetazhnykh zdaniy [Thermalphysic Problems of Contemporary Wall Enclosure Structures of Buildings]. Academia [The Academy]. 2009, no. 5, pp. 297—305.
9. Moore J.F.A. and Cox R.N. Corrosion of Metals in Swimming Pool Buildings. Report 165, 1989.
About the authors: Rymarov Andrey Georgievich — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Department of Heating and Ventilation, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; rymarov@yandex.ru; +7 (499) 188-36-07;
Smirnov Vladimir Viktorovich — Candidate of Technical Sciences, Senior Lecturer, Department of Heating and Ventilation, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; vsegdavsem@ mail.ru; +7 (499) 188-36-07.
For citation: Rymarov A.G., Smirnov V.V. Osobennosti vliyaniya gazovogo rezhima po-meshcheniya basseyna na korroziyu armatury v ograzhdayushchikh konstruktsiyakh [Influence of the Gaseous Regime of the Indoor Swimming Pool onto Corrosion of Reinforcing Bars of Enclosure Structures]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2013, no. 6, pp. 148—152.
152
ISSN 1997-0935. Vestnik MGSU. 2013. № 6
