Долговечность конструкций в условиях агрессивной технологической среды

При современном уровне развития промышленности, разнообразии и специфике производственной технологии около 50% производственных зданий подвергаются воздействиям окружающей агрессивной воздушной среды.

Разрушительная сила агрессивной среды сильнее всего сказывается на материалах конструкций каркаса, стен и полов. Стены имеют значительно большую по сравнению с другими конструкциями поверхность соприкосновения с агрессивной средой, а в отдельных случаях и сами служат защитой от такой среды для стальных и железобетонных конструкций. Поверхность стен шероховата и собирает на себе агрессивные пылевидные выделения. Железобетонные конструкции каркасов и швы кладки стен зданий ряда производств подвержены избирательной коррозии.

Разрушительное воздействие агрессивной среды на конструкции зданий отдельных видов промышленных предприятий велико и требует тщательного изучения состава и агрессивности технологических производственных выделений или температурных режимов. Имея такие данные, можно своевременно принять необходимые меры по защите конструкции, если они не были предусмотрены при проектировании и строительстве, что часто имеет место при приспособлении существующего здания для производств с вредными технологическими выделениями.

Агрессивность технологической среды по отношению к строительным конструкциям заключается в следующем:
в воздействии высоких температур;
в воздействии частых и резких перемен высоких и низких температур;
в сочетании воздействия высоких температур и высокой влажности;
в воздействии блуждающих токов;
в воздействии содержащихся в агрессивной среде химических реагентов, вступающих в химическую реакцию с элементами, составляющими материал конструкции;
в накоплении в порах и микроскопических трещинах материала конструкции пылевых или конденсационных отложений из агрессивной среды, кристаллизующихся в местах отложений и разрушающих материал и конструкцию.

Невнимательное отношение к этой специфической области промышленного строительства при проектировании и эксплуатации приводит иногда к тяжелым авариям и может вывести здание из строя или резко сократить срок его службы.

Характерно, что воздействие производственной среды предприятий черной металлургии на конструкцию столь велико, что расчетные сроки службы таких зданий в два-три раза меньше обычных (30— 60 лет). Технология этих предприятий не исключает нагрева поверхности колонн каркаса от лучистого или контактного тепла до температуры -f 200Q С, в то время как максимально допустимая температура для железобетонных колонн составляет всего 100° С. В практике встречаются случаи разрушения колонн, нагретых до 300® или появления аварийных трещин на железобетонных колоннах, нагретых до 150° С.

В некоторых случаях разрушение кирпичных стен на химических предприятиях может произойти в течение 3—5 лет и менее.
Бетонные и железобетонные конструкции быстро разрушаются на заводах основной химии и цветной металлургии, на коксохимических предприятиях и предприятиях искусственного волокна, так как в технологических процессах этих производств участвуют растворы и газы, являющиеся сильной агрессивной средой по отношению к бетону и стальной арматуре. Под воздействием калийных солей на калийных комбинатах кровли из волнистых асбестоцементных листов разрушаются через 6—12 месяцев, а рубероидные служат 4—5 лет. Те же соли весьма интенсивно разрушают бетон и железобетон, кирпич, металл, а при наличии влаги — и дерево. Взаимодействие этих солей с влагой значительно ускоряет разрушение конструкций. Отмечены случаи, когда железобетонные конструкции зданий таких предприятий, запроектированные без учета воздействия агрессивной среды, служили только 3—5 лет. При этом исследования показали, что разрушение конструкций на калийных комбинатах в основном носит не химический, а физический характер. Разрушение происходит за счет кристаллизации солей калия в порах материала при насыщении растворами этих солей и последующем высушивании, хотя в твердом состоянии последние не разрушают большинства тех же конструкций.

Блуждающие электрические токи разрушают конструкции там, где происходит утечка токов с силовых и других электросистем в окружающую среду; при этом разрушается защитный слой бетона, а стальная арматура во влажной среде подвергается электрокоррозии. Чаще всего эти явления имеют место в электролизных цехах химической промышленности и цветной металлургии.Наиболее агрессивен постоянный ток (агрессивность переменного тока намного меньше).

Меры по увеличению долговечности конструкций, работающих в агрессивной среде, должны предусматриваться при проектировании здания и осуществляться в ходе его эксплуатации.

При проектировании конструкций, работающих в агрессивной среде, должно быть учтено возможное воздействие такой среды и определены мероприятия, либо полностью исключающие такие воздействия, либо позволяющие значительно продлить долговечность конструкций. К числу основных мер, предусматриваемых проектом, относятся:
1)     использование в строительных конструкциях стойких или наиболее стойких к перемене температур, влажности и коррозии или к непосредственному химическому воздействию материалов с повышенной морозостойкостью (например, плотного бетона с предельно малым значением водоцементного отношения, с минимальным количеством пор, высоким расходом цементов повышенных марок, а в необходимых случаях — кислотоупорного бетона и т. д.);
2)     применение (особенно в черной металлургии) большепролетных конструкций большого сплошного обтекаемого сечения без развитой
поверхности главных элементов каркаса, увеличивающей соприкосновение с агрессивной средой;
3)     применение (при воздействии высоких температур) трубчатых железобетонных, а лучше мощных кирпичных или стальных колонн, облицовка стальных и железобетонных колонн каркаса кирпичной кладкой с продухом между телом колонны и кладкой, расположение колонн в толще кладки стены,защита поверхности железобетонных конструкций асбестом или асбестоцементом и т. д. В тех же условиях могут быть применены защита конструкций от лучистого нагрева герметизацией и экранированием, а также лучеотражением и др.;
4)     улучшение внутренней среды за счет улучшения технологии основного производства, усиления вентиляции и применения надлежащих объемно-планировочных решений;
5)     защита материала от физической или химической агрессии слоем другого стойкого материала;
6)     исключение возможности увлажнения конструкции, резко активизирующего агрессивные разрушительные процессы;
7)     применение простых архитектурных форм, исключающих скопление агрессивной технологической пыли на парапетах, карнизах, поясках и др.;
8)     организация пылеулавливания, мокрой очистки отходящих дымовых газов и надлежащее решение лотков, водостоков и коллекторов производственной канализации;
9)     организация энергетических сетей на техническом уровне, исключающем утечки токов, защита конструкций от воздействия блуждающих токов.

Защита конструкций от агрессивной среды в ходе эксплуатации здания должна состоять прежде всего в поддержании в исправном состоянии всех защитных конструкций и элементов здания, специальных устройств и защитных слоев и покрытий самих конструкций. При приспособлении существующих зданий для производств с агрессивной средой следует руководствоваться рекомендациями, изложенными выше, а также дополнительными мерами увеличения долговечности конструкций, принимаемыми в ходе эксплуатации, основными из которых являются:
1)     защита конструкции обоймами (рубашками) из плотных и стойких к соответствующей агрессии бетонов и штукатурок или облицовкой из стойких материалов. При этом бетон и штукатурка должны длительное время предохраняться от первичного высыхания и смачиваться водой;
2)     покрытие поверхностей конструкций каркаса, а иногда и стен различными специальными шпаклевками и замазками, стойкими против данной агрессии и непроницаемыми для нее, или шестикратное покрытие их перхлорвиниловыми составами (защита от агрессивных газов и влаги);
3)     покрытие наружных поверхностей стен гидрофобными (водоотталкивающими) составами через каждые 3—5 лет;
4)     усиление вентиляции;
5)     устранение источников увлажнения конструкций, в том числе конденсата;
6)     устранение горизонтальных элементов (парапетов,карнизов,сандриков, козырьков и пр.), на которых скапливается агрессивная пыль или изменение их конструкции;
7)     обеспечение надежного заземления агрегатов и конструкций для борьбы с агрессией со стороны блуждающих токов. Бетон и железобетон необходимо поддерживать в сухом состоянии. Изоляторы внутри здания должны быть чистыми и сухими.
Чаще всего борьба с разрушительным воздействием агрессивной среды на конструкции в комплексе ряда перечисленных мероприятий и определяется соответствующими нормами.