Коррозия железобетона и виды повреждений опор контактной сети

  Главная       Учебники - Энергетика, АЭС      Коррозионные повреждения опор контактной сети

 поиск по сайту     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10    ..

 

 

Коррозия железобетона и виды повреждений опор контактной сети

Бетон представляет собой так называемую «трехфазную» систему, состоящую из твердой фазы, жидкой фазы и воздуха. По своей структуре бетон является

капиллярно-пористым и может активно впитывать влагу и воздух из окружающей среды. Из-за наличия пор н капилляров, пронизывающих структуру, он не обладает достаточными кроющими свойствами, а его защитные функции по отношению к арматуре нельзя уподоблять действию обычных покрытий, механически изолирующих металл от внешней среды. Защитный эффект бетона объясняется его способностью поддерживать высокую щелочность жидкой фазы (впитанной влаги) и в первую очередь приарматурного слоя жидкости. Высокая щелочность обеспечивает пассивность поверхности металла, на ней образуется пленка гидроксида железа, препятствующая дальнейшему развитию коррозии. Все известные коррозионные повреждения арматуры в железобетонных конструкциях так или иначе связаны с разрушением защитной пленки, поэтому целесообразно остановиться на наиболее частых причинах нарушения пассивности.

Первая причина разрушения пассивирующей пленки заключается в том, что она может быть устойчива лишь при высоких значениях pH. Снижение pH до 11,3—11,8 делает защитную пленку неустойчивой и она растворяется. Обычно высокая щелочность сохраняется благодаря избытку содержащегося в бетоне гидрата окиси кальция, насыщающего поровую жидкость. Если по каким-либо причинам в бетонной оболочке образуются трещины, неизбежно снижается щелочность вблизи участков металла под ними, что приводит к нарушению их пассивности и последующей коррозии. Естественно, такое снижение зависит от ширины раскрытия трещин. По данным лаборатории контактной сети Московской дороги при раскрытии трещин больше 1 мм и толщине защитного слоя 20 мм скорость коррозии арматуры под трещиной становится такой же, как у незащищенной покрытием стали той же марки, находящейся в тех же почвенных условиях.
Второй механизм нарушения пассивности обусловлен проникновением в бетон некоторых агрессивных веществ — активаторов. Активаторами называют вещества, присутствие которых не изменяет щелочности влаги, соприкасающейся с арматурой, но разрушающе действует на пассивирующую пленку. Наиболее распространенными активаторами для подземных сооружений, и в том числе для опор контактной сети, являются хлориды. Пути их попадания в бетой различны. Хлористый кальций в ряде случаев добавляют в бетон при производстве железобетонных изделий для ускорения его схватывания. Также в процессе производства в бетон может попадать соль (хлористый натрий) — в некоторых случаях (особенно в прошлые годы) таким образом пытались предотвратить замерзание воды, используемой при работах в зимнее время. Общее количество добавок хлорцдов не должно превышать допустимую норму. Контроль за соблюдением этого условия возложен на заводы-изготовители.

Хлориды могут попадать в бетон и из почвы с повышенным их содержанием. Опасность этого особенно возросла в последние годы в связи с ростом масштабов применения антиобледенителей дорожных покрытий, в качестве которых наиболее часто используют тот же хлористый натрий.

В особую группу следует выделить те случаи, когда с арматуры стекает постоянный ток значительной плотности. Электрокоррозия арматуры, наблюдаемая при этом, также начинается с нарушения пассивности, вызванного снижением щелочности приарматурного слоя. Механизм электрокоррозии подробно рассмотрен в книге [3].

Все. вышеперечисленные факторы снижения коррозионной стойкости железобетона относились в первую очередь к коррозии арматуры. Повреждения бетона при этом неизбежно сопровождают коррозию металла, однано являются как бы вторичными проявлениями процесса и, как правило, вызваны механическим разрушением бетонной оболочки под действием продуктов коррозии. Вместе с тем, существует несколько факторов, агрессивно воздействующих в первую очередь на бетон. Назовем среди них три наиболее значимые для опор контактной сети.

1. Природные воды, наиболее часто проявляют себя при просачивании через бетон или протекании по его-поверхности. Вода постепенно вымывает из бетона некоторые его составляющие, в первую очередь, гидроксид кальция. Под действием углекислого газа воздуха, указанное соединение претерпевает химическое превращение — образуется карбонат кальция, часто наблюдаемый на поверхности бетона в виде белых пятен и натеков.

2. Углекислота, содержащаяся в природных водах, а также ряд других кислот, присутствующих в почвах, например, сернистая и серная, содержащиеся в торфян-никах; сюда же относятся отходы различных производств, включающие в себя свободные кислоты и попадающие в почву или воздух. Под действием кислот происходит комплекс химических реакций с участием компонентов бетона [3].

3. Циклическое замерзание и оттаивание содержащейся в капиллярах и порах бетона влаги вызывает постепенное разрушение структуры бетона из-за образующихся при замерзании гидравлических давлений (при переходе в лед объем первоначальной влаги увеличивается на 9 %).

Анализируя все вышеизложенное, можно заключить, что в эксплуатационных условиях опоры контактной сети подвергаются воздействию комплекса неблагоприятных факторов. Наиболее опасным из них, безусловно, является стекающий ток. Для понимания причин недолговечности необходимо учитывать и то обстоятельство, что несущая способность конструкции зависит не только от состояния арматуры, но и от состояния бетона. Не все коррозионные повреждения вызваны прямым стеканием тока, более того, анализ данных о замене опор на Московской дороге свидетельствует о наиболее частых дефектах именно надземной части, т. е. тех участков, где электрокоррозионные процессы невозможны. С другой стороны, практика противокоррозионной работы показывает, что классификация повреждений по их местоположению и внешнему виду для центрифугированных железобетонных опор в значительной мере условна. С уверенностью можно говорить лишь о том, что электрокоррозионные повреждения невозможны в надземной части. Наличие же некоторых агрессивных веществ, например, хлоридов, одинаково опасно для надземной и подземной частей. Повреждения, вызванные коррозией бетона, а также связанные с некоторыми температурно-влажностными процессами, также должны рассматриваться комплексно, без искусственного подразделения на подземную и надземную части. С этой точки зрения для принятия технически грамотных решений все наблюдаемые повреждения опор контактной сети следует классифицировать по источникам коррозии. Например, целесообразно ввести две основные группы повреждений:

первая — электрокоррозионные повреждения;
вторая — повреждения, не связанные с протеканием тока.

В первую группу входят, прежде всего, повреждения, которые вызываются током утечки через цепь заземления опоры на рельс. К этой же группе относятся повреждения, вызванные перетекающими токами между опорами в групповом заземлении.

Вторая группа представляет повреждения, хотя и менее опасные с точки зрения динамики потери несущей способности, но являющиеся более массовыми. Это различного рода растрескивания бетона, снижение его цепления с арматурой, повреждения, вызванные агрессивными веществами и т. п.