Защита от коррозии - основа обеспечения долговечности зданий и сооружений

Обеспечение долговечности строительных конструкций зданий и сооружений – одна из важнейших задач сохранения основных фондов страны. Обеспечение долговечности бетонных и железобетонных конструкций – процесс комплексный и сложный. Решение этой сложной задачи должно начинаться с момента проектирования, но нельзя сказать, что должно заканчиваться сдачей в эксплуатацию здания и сооружения. Длительная надежная эксплуатация зданий в течение расчётного срока службы должна грамотно обеспечиваться службой эксплуатации зданий.
Во всем мире вопросам долговечности уделяют первостепенное внимание. И это не случайно, т.к. по статистическим оценкам от 15 до 75% конструкций зданий и сооружений различного назначения подвергаются воздействию агрессивных сред. Кроме того, по различным экспертным оценкам от 5 до 10% строительных конструкций ежегодно выходят из строя. Учитывая старение основных фондов страны, этот процесс будет прогрессировать.
Останавливаясь на современном строительстве, необходимо отметить, что дефектов и преждевременных отказов в работе конструкций значительно больше, чем в зданиях и сооружениях, построенных 20 и более лет назад. На наш взгляд, это связано с разрушением системы внедрения новых нетрадиционных строительных материалов, конструктивных решений, выбранных средств защиты. Ранее существовала система типового и экспериментального проектирования и любые новые разработки должны были пройти научную и проектную экспертизу, затем опытно-экспериментальное проектирование и строительство. При получении положительных результатов предложенные решения закладывались в типовое проектирование. Можно сказать, что ничего не бывает вечным. Появилась новая система и надо её принимать. Может быть и так, но хороша пословица: «Самое лучшее новое – это хорошо забытое старое». Это к тому, что, оставляя всё положительное, что было в старой системе, необходимо развивать то новое, что позволит улучшить качество строительства, повысить надёжность, комфортность, а главное – обеспечить безопасность для проживания и нахождения там людей.
Введение новой системы технического регулирования с одной стороны полезно (ликвидирует монополизм в разработке нормативной документации, снимает государственное регулирование вопросов нормотворчества), а с другой – требует продуманного и тщательного подхода к осуществлению контроля качества строительства и экспертизы принимаемых решений как при строительстве жилых, административных, так и общественных зданий и сооружений. Такую экспертизу должны выполнять специалисты высокого уровня, имеющие научный, проектный, производственный опыт и знания. В качестве примера можно привести такие общественные организации как Российское научно-техническое общество строителей (РНТО), Российская инженерная академия (РИА), Ассоциация железобетон и др., в работе которых участвуют ведущие специалисты крупных научных, проектных и высших учебных заведений страны.
В проектировании зданий и сооружений всё должно быть учтено, начиная с момента определения вида, условий и срока эксплуатации здания, выбора материалов и заканчивая контролем качества строительства. Ориентировочная схема проектирования зданий и сооружений с учётом обеспечения долговечности приведена на рис. 1.

Выбор материалов и мер защиты должен быть привязан к классу сооружения, к категории зданий. К сожалению, нормативной документацией эти категории на сегодня чётко не определены. В ряде публикаций [3] встречаются предложения по разделению зданий на классы по их значимости, однако классы не привязаны к проектируемому сроку службы зданий, что порой затрудняет выбор мер защиты бетонных и железобетонных конструкций.
Как видно из приведенной схемы проектирования по долговечности, виду разрушающего фактора, выбору материалов и средств защиты уделяется основное внимание.
Разрушение железобетонных конструкций является, как правило, следствием коррозионных повреждений бетона или арматуры.
Начатые В.М. Москвиным в 30 годы XX столетия работы [1] связаны с исследованием и созданием бетонов, стойких в экстремальных условиях. Им создана наука о коррозии бетона и «школа коррозионистов», продолжающая и развивающая начатые им работы.
В соответствии с опытом, накопленным в результате многолетних исследований, защита от коррозии железобетонных конструкций разделена на первичную и вторичную. К методам первичной защиты относятся все те мероприятия, которые выполняются на стадии изготовления бетона:
- назначение требований по плотности и проницаемости;
- выбор цемента, заполнителей;
- применение минеральных и химических добавок;
- выбор арматуры и назначение толщины защитного слоя бетона для арматуры и т.п.
Однако, этот способ защиты оправдан в основном для конструкций, предназначенных для работы в слабоагрессивных и некоторых среднеагрессивных средах, что составляет около 30% от общего объёма конструкций, работающих в агрессивных средах.
В большинстве средне- и сильноагрессивных сред наиболее экономически оправданными являются вторичные методы защиты – это поверхностная защита бетонных и железобетонных конструкций материалами, позволяющими сохранить эксплуатационные свойства бетонных и железобетонных конструкций на расчётный срок службы зданий и сооружений.
Такой подход, безусловно, заслуживает самого серьезного внимания. При условии правильного выбора средств и методов защиты применительно к тем или иным условиям эксплуатации долговечность конструкций может быть обеспечена, а межремонтные сроки увеличены в 2–3 раза.
За последние 15–20 лет появилось большое количество новых отечественных и зарубежных материалов, которые не отражены в основной нормативной документации по защите строительных конструкции от коррозии СНиП 2.03.11-85. В первом приближении новые системы защитных покрытий можно разделить на 4 группы:
1. пленочные – традиционные лакокрасочные материалы;
2. пропиточные полимерные системы;
3. полимерные эластичные покрытия;
4. интегральные капиллярные системы на минеральной основе.
Пленочные лакокрасочные покрытия можно отнести к традиционным методам защиты. Они достаточно освещены в СНиП 2.03.11-85 «Защита строительных конструкций от коррозии» и другой нормативной документации. Определено их назначение, сформулированы требования по основным физико-техническим свойствам [2]. Наносятся лакокрасочные покрытия на специально подготовленную сухую поверхность, толщина и количество слоев покрытия выбирается исходя из условий эксплуатации и свойств покрытия. Срок службы таких покрытий не превышает 6 лет.
Одним из перспективных методов повышения долговечности железобетонных конструкций, работающих в агрессивных средах, является применение пропиточной полимерной изоляции с последующей полимеризацией ее в порах бетона. Сущность метода заключается в заполнении пор бетона материалом, который резко снижает проницаемость бетона, придает ему гидрофобные свойства. Защита изделий и конструкций, надземных и подземных может осуществляться как в заводских, так и в построечных условиях.
Такой метод защиты особенно эффективен для вторичной защиты конструкций, подвергающихся механическим нагрузкам, когда возможно повреждение защитного слоя. Наносится покрытие на поверхность бетона в состоянии естественной влажности. При использовании пропитки как самостоятельного метода защиты глубина пропитки варьируется от 5–20 мм в зависимости от агрессивности среды, ответственности защищаемой конструкции. Как правило, в сильноагрессивных средах (при наличии большого количества хлор, сульфат ионов и т.п.) поверх пропиточного слоя наносятся полимерные эластичные покрытия, совмещаемые с данным пропиточным подслоем. Полимерные эластичные покрытия применяются и как самостоятельная защита. Срок службы таких покрытий в газовоздушной среде 15–20 лет.
Лаборатория коррозии и долговечности бетонных и железобетонных конструкций НИИЖБ ведёт работу с рядом организаций по изучению защитных свойств таких систем.
Выполнена комплексная работа по заказу правительства
г. Москвы по изучению свойств покрытий, изготовленных на основе полизоционатов и полиуретанов (торговые марки «Консолид», «Вук» и др.). Создана опытно-промышленная линия по их производству. Такие покрытия начинают применяться для защиты конструкций метрополитена, гаражей, автостоянок, градирен и т.п. Материалы внесены в Московский городской строительный каталог.
Большой интерес представляют так называемые интегральные капиллярные системы на основе минеральных и полимерных композиций.
К таким защитным материалам отечественного производства относятся: Кальматрон, Кальмофлекс, Акватрон, Гидротекс и др. Аналогами данным материалам в зарубежной практике являются Пенетрон (США), Ксайпекс (США).
Композиции на основе полимерных и минеральных вяжущих позволяют обеспечить миграцию составляющих в поры бетона с последующей полимеризацией в них. При толщине таких покрытий 4–5 мм обеспечена надёжная защита бетона конструкций в ряде агрессивных сред. Механизм их действия позволяет создать промежуточный буферный слой между подложкой и покрытием, регулировать температурно-влажностные и усадочные деформации слоев, что приводит к снижению концентрации напряжений в конкретной зоне изделий как в процессе их изготовления, так и в процессе эксплуатации [5].
Установленные взаимосвязи между составом и структурой бетона, режимами их обработки мономерами и олигомерами позволяют получать надежные гидроизоляционные и коррозионностойкие покрытия на поверхности бетонов.
Различие в механизме защиты традиционными методами и новыми композиционными полимерными и минерало-полимерными композициями хорошо видно на рис. 2.
Технический прогресс в области разработки средств защиты от коррозии привел в последнее время к существенному изменению номенклатуры и свойств материалов. Проведенный анализ научно-технической документации показал, что в настоящее время нет единых унифицированных показателей, характеризующих качество систем антикоррозионных покрытий на бетоне [3]. Технические требования, предъявляются в основном к исходным материалам (составу, технологии нанесения, последовательности операций), а так же ряду свойств покрытий: химстойкости, эластичности, однородности, сплошности, адгезии и толщине, которые, помимо последнего, характеризуют лишь качественно, причем на металлической подложке.
Основные защитные свойства покрытий на бетоне не нормируются, что затрудняет сравнительную оценку различных вариантов защиты, тем более, если она производится специалистами различных организаций.
Нами на основании многолетнего опыта предложены в качестве критериев оценки вторичной защиты следующие характеристики систем покрытий на бетоне: адгезия, диффузионная проницаемость для жидкости и газа, химическая стойкость, трещиностойкость, водонепроницаемость и морозостойкость бетона с покрытием.
С использованием предложенных критериев оценки в последние годы ведутся испытания различного типа покрытий по бетону.

В качестве примера в таблице приведены результаты испытаний некоторых покрытий, которые показывают, что новые композиционные материалы позволяют повысить морозостойкость бетона в 2–3 раза, водопроницаемость бетона на 4–6 ступеней, снизить водопоглощение более чем на порядок. Сформулированные требования к эксплуатационным свойствам покрытий основаны на многолетнем опыте их исследования и применения. Важность этих требований как в совокупности, так и порознь не вызывает сомнения. Требования, сформулированные в научно-технической документации, разрабатываемой применительно к той или иной области применения конструкций с покрытием, могут быть дифференцированы в зависимости от реальных условий эксплуатации.
Накопленный опыт научных исследований, натурных наблюдений позволил коллективу авторов во главе с чл.-корр. РАН и президентом РИА и МИА Б.В. Гусевым начать работы по созданию математических моделей основных видов коррозии бетона. При разработке моделей использованы положения теории тепло- и массопереноса, химической гидродинамики, теории кристаллизации, накопления повреждений и т.п. Получены универсальные уравнения, справедливые для широкого круга изучаемых процессов [6].
Разработка программ и выполнение численных расчётов позволят организовать проведение исследований на новой основе, в которых важное место должны занять численные эксперименты, дополняющие, а во многих случаях заменяющие экспериментальные и натурные исследования. Исследования создадут базу для расчётного метода проектирования защиты бетонных и железобетонных конструкций от коррозии.
В настоящее время на основе обобщения натурных наблюдений за конструкциями и комплексных исследований разработаны Московские городские строительные нормы:
МГСН – 2.08-01 «Защита от коррозии бетонных и железобетонных конструкций жилых и общественных зданий»;
МГСН – 2.09-03 «Защита от коррозии бетонных и железобетонных конструкций транспортных сооружений».
Однако, несмотря на имеющийся в стране огромный научный потенциал, опыт и разработанные методы повышения долговечности строительных конструкций при воздействии агрессивных сред природного и техногенного происхождения, в настоящее время отсутствует должное внимание при проектировании, строительстве и эксплуатации к воздействиям на конструкции агрессивных факторов внешней среды, а именно:
- агрессивных газов атмосферы;
- загрязнения грунтов и грунтовых вод;
- отрицательных климатических температур при одновременном воздействии на них антигололёдных комплексных солей и т.п.
Всё это в сочетании порой с низким качеством строительных работ приводит к преждевременному разрушению и выходу из строя строительных конструкций задолго до исчерпания надлежащего срока их службы, дискредитируя бетон и железобетон как строительный материал, способный по своим свойствам обладать высокой долговечностью.
Рассмотренные в данной статье вопросы дают лишь общий подход к решению задачи по защите бетонных и железобетонных конструкций от коррозии. Не менее важным является более детальное рассмотрение вопроса взаимодействия цементов с повышенным содержанием щелочей и заполнителей, с повышенным содержанием кремнезёма, выбор мер защиты сооружений.
Много хлопот и финансовых затрат вызывает образование высолов на изделиях, конструкциях различных зданий и сооружений. Остро сегодня стоит вопрос защиты сооружений от воздействия биологически активных сред. В этой статье мы практически не коснулись вопроса коррозии арматуры, который также имеет важное значение в связи с появлением новых нетрадиционных материалов, в т.ч. химических и минеральных добавок, и новых классов и видов арматурных сталей. Хотелось бы обратить внимание на решение вопросов обеспечения долговечности зданий и сооружений при их перепланировке, ремонте и реконструкции.
Проводимые в настоящее время ремонтно-восстановительные работы зачастую выполняются специалистами, не владеющими должными знаниями в области коррозии и защиты от коррозии строительных материалов и конструкций. Отсутствие таких знаний не позволяет дать оценку причины и степени опасности данного повреждения, т.е. поставить правильный диагноз «больной конструкции», дать прогноз долговечности и сделать правильный выбор материалов и методов ремонтно-восстановительных работ. В конечном итоге выполненные работы не обеспечат длительного положительного эффекта при последующей эксплуатации конструкций, зданий и сооружений.
С целью устранения отмеченных в статье недоработок в области защиты от коррозии целесообразно сосредоточить усилия различных коллективов, работающих в данной области, создав Ассоциацию «Служба Защиты Сооружений» может быть под эгидой московского правительства и при участии Российской инженерной академии.

Библиографический список:
1. Москвин В.М. Коррозия бетона. М.: Стройиздат, 1953.
2. СНиП 2.03.11-85 «Защита строительных конструкций от коррозии», М., 1986.
3. Степанова В.Ф., Соколова С.Е., Полушкин А.Л. Выбор критериев оценки и основных показателей качества антикоррозионных покрытий на бетоне. Долговечность и защита конструкций от коррозии/Материалы междун. конфер. 25–27 мая 1999 г.
4. Гусев Б.В. Проблема сохранности основных фондов страны. Долговечность и защита конструкций от коррозии/Материалы междун. конфер. 25–27 мая 1999 г.
5. Бабушкин В.И., Гусев Б.В., Кондращенко Е.В. Осмотический эффект объёмных изменений в структурирующихся системах//Научный вестник строительства. Харьков, вып. 12, 2001 г.
6. Гусев Б.В., Файвусович А.С., Степанова В.Ф., Розенталь Н.К.
Математическая модель процессов коррозии бетона. М.: ТИМР, 1996.