Предварительная оценка ресурса строительных конструкций нового безопасного конфайнмента
Выполнена предварительная оценка ресурса покрытия и несущих стальных конструкций нового безопасного конфайнмента в коррозионной среде. Установлено, что в случае отказа в работе системы кондиционирования ресурс покрытия составляет 34 года. Ресурс стальных элементов составляет 75 лет. Выполнено расчет...
Gespeichert in:
| Datum: | 2015 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут проблем безпеки атомних електростанцій НАН України
2015
|
| Schriftenreihe: | Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/112853 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Предварительная оценка ресурса строительных конструкций нового безопасного конфайнмента / Т.И. Матченко, Л.Б. Шамис, Л.Ф. Первушова // Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля: наук.-техн. зб. — 2015. — Вип. 25. — С. 73-82. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-112853 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1128532017-01-29T03:02:25Z Предварительная оценка ресурса строительных конструкций нового безопасного конфайнмента Матченко, Т.И. Шамис, Л.Б. Первушова, Л.Ф. Проблеми Чорнобиля Выполнена предварительная оценка ресурса покрытия и несущих стальных конструкций нового безопасного конфайнмента в коррозионной среде. Установлено, что в случае отказа в работе системы кондиционирования ресурс покрытия составляет 34 года. Ресурс стальных элементов составляет 75 лет. Выполнено расчетное обоснование долговечности надземных и подземных частей фундаментов с учетом влияния агрессивности атмосферы, грунта и скорости движения подземных вод. Проведено попередню оцінку ресурсу покриття та несучих конструкцій нового безпечного конфайнмента в корозійному середовищі. Установлено, що у випадку відмови системи кондиціювання ресурс покриття становить 34 роки. Ресурс стальних елементів 75 років. Виконано розрахункове обґрунтовування довговічності надземних та підземних частин фундаментів з урахуванням впливу агресивності атмосфери, ґрунту та швидкості руху підземних вод. The preliminary estimation of resource of coverage and structural steelwork of new safe confinement in a corrosive environment is executed. It is set that in the case of system air conditioning resource of coverage makes 34 years. The resource of steel elements makes 75 years. Rated validation of the service life of elevated parts and substructures of the foundations is complied subject to the influence of the aggressivity of the atmosphere, ground and groundwater motion speed. 2015 Article Предварительная оценка ресурса строительных конструкций нового безопасного конфайнмента / Т.И. Матченко, Л.Б. Шамис, Л.Ф. Первушова // Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля: наук.-техн. зб. — 2015. — Вип. 25. — С. 73-82. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. 1813-3584 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/112853 624.015:624.023 ru Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля Інститут проблем безпеки атомних електростанцій НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Проблеми Чорнобиля Проблеми Чорнобиля |
| spellingShingle |
Проблеми Чорнобиля Проблеми Чорнобиля Матченко, Т.И. Шамис, Л.Б. Первушова, Л.Ф. Предварительная оценка ресурса строительных конструкций нового безопасного конфайнмента Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля |
| description |
Выполнена предварительная оценка ресурса покрытия и несущих стальных конструкций нового безопасного конфайнмента в коррозионной среде. Установлено, что в случае отказа в работе системы кондиционирования ресурс покрытия составляет 34 года. Ресурс стальных элементов составляет 75 лет. Выполнено расчетное обоснование долговечности надземных и подземных частей фундаментов с учетом влияния агрессивности атмосферы, грунта и скорости движения подземных вод. |
| format |
Article |
| author |
Матченко, Т.И. Шамис, Л.Б. Первушова, Л.Ф. |
| author_facet |
Матченко, Т.И. Шамис, Л.Б. Первушова, Л.Ф. |
| author_sort |
Матченко, Т.И. |
| title |
Предварительная оценка ресурса строительных конструкций нового безопасного конфайнмента |
| title_short |
Предварительная оценка ресурса строительных конструкций нового безопасного конфайнмента |
| title_full |
Предварительная оценка ресурса строительных конструкций нового безопасного конфайнмента |
| title_fullStr |
Предварительная оценка ресурса строительных конструкций нового безопасного конфайнмента |
| title_full_unstemmed |
Предварительная оценка ресурса строительных конструкций нового безопасного конфайнмента |
| title_sort |
предварительная оценка ресурса строительных конструкций нового безопасного конфайнмента |
| publisher |
Інститут проблем безпеки атомних електростанцій НАН України |
| publishDate |
2015 |
| topic_facet |
Проблеми Чорнобиля |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/112853 |
| citation_txt |
Предварительная оценка ресурса строительных конструкций нового безопасного конфайнмента / Т.И. Матченко, Л.Б. Шамис, Л.Ф. Первушова // Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля: наук.-техн. зб. — 2015. — Вип. 25. — С. 73-82. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. |
| series |
Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля |
| work_keys_str_mv |
AT matčenkoti predvaritelʹnaâocenkaresursastroitelʹnyhkonstrukcijnovogobezopasnogokonfajnmenta AT šamislb predvaritelʹnaâocenkaresursastroitelʹnyhkonstrukcijnovogobezopasnogokonfajnmenta AT pervušovalf predvaritelʹnaâocenkaresursastroitelʹnyhkonstrukcijnovogobezopasnogokonfajnmenta |
| first_indexed |
2025-07-08T04:45:43Z |
| last_indexed |
2025-07-08T04:45:43Z |
| _version_ |
1837052665304973312 |
| fulltext |
ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2015 ВИП. 25 73
--------------------------------------------------- ПРОБЛЕМИ ЧОРНОБИЛЯ -----------------------------------------------------
УДК 624.015:624.023
Т. И. Матченко, Л. Б. Шамис, Л. Ф. Первушова
ПАО «Киевский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт «”Энергопроект»
просп. Победы 4, Киев, 01135, Украина
ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА РЕСУРСА СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
НОВОГО БЕЗОПАСНОГО КОНФАЙНМЕНТА
Выполнена предварительная оценка ресурса покрытия и несущих стальных конструкций нового
безопасного конфайнмента в коррозионной среде. Установлено, что в случае отказа в работе системы конди-
ционирования ресурс покрытия составляет 34 года. Ресурс стальных элементов составляет 75 лет.
Выполнено расчетное обоснование долговечности надземных и подземных частей фундаментов с
учетом влияния агрессивности атмосферы, грунта и скорости движения подземных вод.
Ключевые слова: ресурс, коррозия, железобетон, долговечность, конфайнмент.
Введение
Одним из важных элементов оценки безопасности нового безопасного конфайнмента (НБК)
на ЧАЭС является оценка ресурса несущих и ограждающих конструкций и обеспечение работо-
способности НБК на срок, превышающий 100 лет. «Арка» НБК в основном состоит из металлических
элементов, которые в обычных условиях подвержены коррозии.
Для предотвращения или замедления процесса коррозии в междуарочном пространстве между
внешней и внутренней облицовками предусмотрена система кондиционирования, которая должна
обеспечить влажность воздуха меньше 60 % постоянно на протяжении всего срока эксплуатации
НБК. Однако элементы облицовки содержат участки (щели, пазы и др.), где обмен воздуха про-
исходит с малой скоростью. В случае временной аварии системы кондиционирования в щелях
облицовки может образоваться влага в результате конденсата. При возобновлении после аварии
работы системы кондиционирования влага в щелях может удерживаться продолжительное время и
способствовать контактной и щелевой коррозии.
Также для обеспечения проектного срока эксплуатации необходима предварительная рас-
четная оценка долговечности элементов железобетонных конструкций с учетом агрессивности
окружающей среды.
Цель работы: оценить возможность коррозии конструкции НБК из углеродистой стали в слу-
чае превышения 60 % влажности в междуарочном пространстве и оценить их ресурс в этом случае.
Основное содержание
Внешняя обшивка НБК (рис. 1) представляет собой стальной профилированный настил из
оцинкованной углеродистой стали, крепящийся к прогонным балкам саморезами. Поверх профилиро-
ванного настила располагаются перемычки, которые крепятся к нему саморезами, на которые
устанавливаются соединители для поддержки внешних панелей через равные расстояния. Соедини-
тели крепятся к перемычкам также саморезами. Внешние панели из нержавеющей стали выполнены
со стоячими фальцами. В пространстве между стальным профилированным настилом и внешними
панелями из нержавеющей стали находятся герметичная мембрана и теплоизоляция.
Профилированный настил RD 89/305/915 (рис. 2) выполняется из листа углеродистой оцинко-
ванной стали толщиной 1,25 мм с покраской на обеих сторонах для обеспечения дополнительной
коррозионной стойкости. Марка оцинкованной стали S320 GD+Z-275 согласно стандартам EN 10346
и EN 10169.
Внутренняя обшивка (рис. 3) завершает внутренний свод, а также формирует внутреннее
пространство (кольцевое пространство) внешней обшивки. Профилированный настил из оцинкован-
ной углеродистой стали также крепится саморезами между прогонными балками с дополнительной
герметизацией для обеспечения плотности по воздуху. Специально изготовленные панели внутрен-
ней обшивки из оцинкованной углеродистой стали крепятся к внутреннему профилированному
настилу и также герметизируются по воздуху.
В результате попадания воды вследствие образования конденсата на профилированный
настил из углеродистой оцинкованной стали, в местах повреждения защитного слоя оцинковки
саморезами, сталь будет подвергаться контактной коррозии.
© Т. И. Матченко, Л. Б. Шамис, Л. Ф. Первушова, 2015
Т. И. МАТЧЕНКО, Л. Б. ШАМИС, Л. Ф. ПЕРВУШОВА
____________________________________________________________________________________________________________
ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2015 ВИП. 25 74
Рис. 1. Внешняя обшивка
Рис. 2. Сечение RD 89/305/915
Рис. 3. Внутренняя обшивка.
Расчет ресурса металлоконструкций НБК в коррозионной среде
В соответствии с методикой [2] ресурс конструкций НБК определяют по формуле
Vhhtt tcr /)( 0 −+= , (1)
где rt – расчетная долговечность профильной стали для принятого технического состояния (лет); ct –
минимальное прогнозируемое время сохранения защитных свойств грунтовки, покраски и оцинковки
ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА РЕСУРСА СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
________________________________________________________________________________________________________________________
ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2015 ВИП. 25 75
в местах прорези саморезами металлоконструкций ct = 10 лет; 0h – толщина профиля проектная
( 0h = 1,25) мм; th – толщина листа для заданного технического состояния в соответствии с ДБН 362-
92; V – скорость коррозии углеродистой стали в местах повреждения оцинковки саморезами в
соответствии с [1, 3]. Так как профилированный настил коррозирует с двух сторон, то V = 2 · 0,01 =
= 0,02 мм/год.
Результаты расчетов по формуле (1) приведены в табл. 1.
Таблица 1
Состояние конструкции по табл. 13 ДБН 362-92
Физический износ, % th , мм rt , лет
Хорошее 5 1,14 3
Удовлетворительное 15 1,02 9
Неудовлетворительное 40 0,72 24
Крайне неудовлетворительное 75 0,30 45
Аварийное >75
Из табл. 1 видно, что rt = 10 + 24 = 34 года.
Т. е. в соответствии с методикой [2] через 34 года эксплуатации профилированного настила
покрытия НБК в местах прорези саморезами придет в неудовлетворительное состояние.
Скорость коррозии резьбового соединения профилированного настила НБК определяется по
формуле
3210 kkkVVp ⋅⋅⋅= , (2)
где pV – скорость коррозии основного металла, мм/год, по [3]; 1k – коэффициент, который учитывает
изменение структуры резьбового соединения в сравнении с основным металлом; 2k – коэффициент,
который учитывает корреляцию между ускоренными испытаниями в лабораторных условиях и в
условиях эксплуатации элементов покрытия; 3k – коэффициент, который определяется в зависи-
мости от показателя агрессивности среды: 3k = 1 – неагрессивная, 3k = 1...1,2 – слабоагрессивная,
3k = 1,2...2,0 – низкоагрессивная, 3k = 2,0...3,5 – среднеагрессивная, 3k = 3,5...8,0 – высокоагрессив-
ная, 3k = 8,0 и больше – сильноагрессивная среда.
В соответствии с [1, 3] для стали скорость коррозии резьбового соединения 0V = 0,01 мм/год;
1k =1,0; 2k = 1,0; 3k = 1,2 – среднеагрессивная среда.
Тогда pV = 0,012 мм/год.
При коррозии с двух сторон pV = 2 · 0,012 = 0,024 мм/год.
Долговечность резьбового соединения профилированного настила НБК определяется по
формуле
ptp Vhh /)( 03 −+= ττ , (3)
где pτ – расчетная долговечность резьбового соединения (металл зубьев), год; 3τ – минимально
прогнозируемый срок хранения защитного антикоррозионного слоя, год (10 лет); 0h – проектная
высота зубьев соединения; th – высота зубьев после коррозии в соответствии с допустимым техни-
ческим состоянием (табл. 13 ДБН 362-92); ty – глубина коррозии tt hhy −= 0 .
В зубьях резьбового соединения профилированного настила НБК проектная высота зубьев
составляет 0h = 3 мм.
Для профилированного настила наихудшее допустимое техническое состояние – удовлет-
ворительное, т. е. 040,0 hyt = .
Тогда для неудовлетворительного состояния pτ = 10 + (3 - 1,8)/0,021 = 67 лет.
Т. И. МАТЧЕНКО, Л. Б. ШАМИС, Л. Ф. ПЕРВУШОВА
____________________________________________________________________________________________________________
ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2015 ВИП. 25 76
Из двух расчетов в соответствии с консервативным подходом состояние резьбовых соединений
профилированного настила покрытия НБК будет оставаться удовлетворительным до 34 лет эксплуатации с
момента пуска НБК.
Оценка ресурса несущих металлоконструкций НБК
К основным исследуемым конструкциям, ресурс которых определяет долговечность НБК в
целом, относятся стальные решетчатые НБК, связи по верхним и нижним поясам арок, восточная
стена, западная стена, включая стойку, опирающуюся на фундамент.
Ресурс указанных конструкций в первую очередь зависит от влияния коррозии.
Коррозия может привести к уменьшению рабочего сечения элементов и в случае превышения
предельной величины привести к повреждению. Предельная величина коррозии определяется, исходя из
напряженного состояния конструктивных элементов после их уточнения, и сравнивается с несущей способно-
стью этих элементов.
Во внутренних помещениях в условиях отсутствия агрессивной среды по опытным данным коррозия
составляет 0,01 мм/год, что приведет к величине глубины коррозии, равной 1 мм за 100 лет. Глубина
коррозии a может быть определена по эмпирической зависимости
tka ⋅= , (4)
где −t время, год; −= 075,0k коэффициент скорости коррозии при неагрессивной среде.
В этом случае за 100 лет а = 0,75 мм, что соответствует величине, определенной по опытным
данным.
Таблица 2
Конструктивный элемент
Сечение Утонение стенки, % за лет
D t 25 50 75 100
1. Арка
1.1. Верхний пояс 813 35 1,4 2,9 4,3 5,7
813 30 1,7 3,3 5,0 6,7
813 25 2,0 4,0 6,0 8,0
813 16 3,1 6,3 9,4 12,5
1.2. Нижний пояс 813 35 1,4 2,9 4,3 5,7
813 30 1,7 3,3 5,0 6,7
813 25 2,0 4,0 6,0 8,0
1.3. Раскосы 813 16 3,1 6,3 9,4 12,5
813 12,5 4,0 8,0 12,0 16,0
1.4. Стойки 406,4 6 8,3 16,7 25,0 33,3
406,4 10 5,0 10,0 15,0 20,0
2. Связи 406,4 6 8,3 16,7 25,0 33,3
406,4 8 6,3 12,5 18,8 25,0
406,4 10 5,0 10,0 15,0 20,0
508 12,5 4,0 8,0 12,0 16,0
3. Каркас стен 406,4 6 8,3 16,7 25,0 33,3
3.1. Элементы каркаса 406,4 8 6,3 12,5 18,8 25,0
406,4 10 5,0 10,0 15,0 20,0
3.2. Колонна 508 8 6,3 12,5 18,8 25,0
508 12 4,2 8,3 12,5 16,7
Из табл. 2 следует, что некоторые тонкостенные элементы металлоконструкций НБК через
50…70 лет потеряют от 10 до 15 % своей толщины, что повлияет на их устойчивость и несущую
способность.
Для оценки ресурса несущих конструкций НБК через 50…100 лет целесообразно выполнить
расчеты НБК методом конечных элементов с учетом изменения площади поперечного сечения
элементов.
ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА РЕСУРСА СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
________________________________________________________________________________________________________________________
ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2015 ВИП. 25 77
Описание конструктивных решений фундаментов
Фундамент сервисной зоны выполнен в виде двух симметрично расположенных относительно
оси «Арки» ростверков на свайном основании длиной 175,275 м каждая. Ростверки состоят из трех
температурных блоков длиной 58,635; 65,335 и 51,305 м, которые разделены двумя деформаци-
онными швами. Конструкция деформационных швов предполагает устройство зацепов, исключаю-
щих относительное линейное перемещение соседних блоков как в вертикальной плоскости, так и в
горизонтальной в направлении «север - юг», и обеспечивает свободное перемещение вдоль оси
фундамента.
Сваи приняты железобетонные диаметром 1,0 м и длиной 19,0 м. Сваи в крайних
температурных блоках расположены в 4 ряда, в среднем блоке - в 3 ряда.
Ростверк выполнен из бетона класса В50, W6, F200 с арматурой класса А500С и имеет
ширину 10 м для среднего температурного блока и 11,5 м для крайних блоков, высота элементов
ростверка переменная и изменяется от 2,0 до 4,0 м.
Перечень неблагоприятных факторов
При эксплуатации сооружений первостепенное значение отводится обеспечению безотказной
работы несущих конструкций в течение не меньше проектного срока службы, а также правильной и
своевременной оценке их технического состояния и выявлению дефектов.
Строительные конструкции в целом эксплуатируются, испытывая ряд воздействий, оказы-
вающих влияние на их долговечность, включая:
многоцикличные физические (климатические) воздействия для наружных конструкций, в том
числе увлажнение атмосферными осадками и высушивание, нагрев и охлаждение при суточных коле-
баниях температуры воздуха и под влиянием инсоляции, замораживание в увлажненном состоянии и
оттаивание;
химические воздействия: карбонизация атмосферным углекислым газом, действие агрессив-
ных сред, прежде всего сульфатов и хлоридов, содержащихся в грунтовых водах, действие нефте-
продуктов и т.п.;
механические воздействия на внешние элементы конструкций при коррозии внутренних
элементов, например раскалывающее воздействие на защитный слой бетона прокорродировавшей
арматуры за счет увеличения объема продуктов коррозии.
Обоснование срока службы строительных конструкций может быть сделано только с учетом
анализа результатов обследования и расчетного обоснования.
Основные решения по обеспечению срока службы надземной части железобетонных конструкций
Долговечность надземных железобетонных конструкций определяется, в основном, величии-
ной глубины и кинетики карбонизации бетона [6, 10, 13]. Опасность появляется с момента, когда
глубина карбонизации становится равной защитному слою, вследствие чего начинается коррозия
арматуры [7, 11, 13]. Глубину карбонизации можно определить по формулам
t
KM
CDK
p
m ⋅
⋅
⋅′⋅⋅
=
0
02γ , (5)
)2/( '2
omPoc CDKKMYt ⋅⋅⋅⋅⋅= , (6)
где −t продолжительность процесса карбонизации, лет; −cY толщина защитного слоя, см; 'D –
эффективный коэффициент диффузии, см2/год; oM – реакционная способность бетона (объем газа,
поглощаемый единицей объема бетона); oC – концентрация углекислого газа в атмосфере, отн. ед.
(можно принять oC = 4⋅· 10-4); mK – коэффициент, учитывающий климатические условия (для
Чернобыльской АЭС можно принять mK = 1); pK – коэффициент, учитывающий наличие защитной
окраски или покрытия:
для незащищенных поверхностей pK = 1;
Т. И. МАТЧЕНКО, Л. Б. ШАМИС, Л. Ф. ПЕРВУШОВА
____________________________________________________________________________________________________________
ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2015 ВИП. 25 78
для окрашенных поверхностей pK = 1,25 – 2,0 в зависимости от вида окраски. В среднем
можно принять pK = 1,6;
при защите многослойными полимерными покрытиями pK = 3 - 5 в зависимости от вида
покрытия. В среднем можно принять pK = 4.
Глубину карбонизации бетона можно определять по эмпирической формуле
tat ⋅=γ , (7)
где 5,1=a мм/год1/2 для бетона В50.
С учетом того, что величины, входящие в первую зависимость, однозначно не определяются,
целесообразнее расчет глубины карбонизации выполнить по второй зависимости.
Глубина карбонизации составит: 7,5 мм за 25 лет; 10,6 мм за 50 лет; 13 мм за 75 лет; 15 мм за
100 лет.
За срок эксплуатации, равный 100 лет, защитный слой сохранит свои функции.
Полученные величины не превышают размер защитного слоя, равного 55 мм и более.
Защитный слой сохраняет свои функции в течение проектного срока эксплуатации.
Обеспечение необходимого ресурса надземных частей фундамента требует периодического
обследования конструкций и оценки их технического состояния.
Основные решения по обеспечению срока службы подземной части
железобетонных конструкций
Для свай сервисной зоны опасным фактором старения является коррозия защитного слоя.
Защитный слой составляет 75 мм, что обеспечивает срок службы 100 лет.
Выщелачивание извести при фильтрации воды через бетон буроинъекционных свай.
Основным показателем этой коррозии является скорость растворения гидрата окиси кальция.
Растворение его происходит при концентрации окиси кальция, близкой к концентрации насыщенного
раствора. При малых скоростях фильтрации интенсивность разрушения бетона прямо пропорци-
ональна скорости течения и выщелачивания извести. По мере увеличения скорости течения воды
скорость разрушения замедляется. При больших скоростях фильтрации воды интенсивность выщела-
чивания зависит от скорости диффузии ее из пристенного слоя фильтрата в основную его массу и,
естественно, уменьшается.
Расчет допустимого повреждения бетона за срок службы в условиях коррозии I вида может
проводиться по общей схеме [8].
Экспериментальные данные для назначения предельно допустимого выноса гидроксида
кальция весьма ограничены. Трудность заключается в том, что в большинстве случаев в реальных
условиях фильтрация через бетон идет по отдельным сосредоточенным путям, а не равномерно по
всему сечению бетона.
Основываясь на данных о содержании свободного гидроксида кальция в цементном камне,
можно считать, что после выноса примерно 10 % гидроксида кальция начинается быстрое падение
прочности бетона с увеличением количества выносимого СаО. Рассмотрим простейший способ
подсчета сроков службы бетона при выщелачивании гидроксида кальция. Ход расчета следующий:
определяется количество выносимого гидроксида кальция (в среднем за время службы) единицей
объема воды, профильтровавшей через бетон, вычисляется количество воды, которое пройдет через
единицу объема бетона в течение единицы времени (года), и общее количество гидроксида кальция,
которое допустимо к выносу из единицы объема бетона буроинъекционных свай. Из этих данных
определяется срок, в течение которого это произойдет, т.е. срок безопасной службы буроинъек-
ционных свай.
Введем следующие обозначения: извq – количество извести (СаО), которое может быть
удалено из единицы объема бетона без потери им основных эксплуатационных свойств, прежде всего
прочности, г/см3; Vоб – количество воды, фильтрующей в единицу времени через единицу объема
бетона (объемная скорость воды), см3/(см3·с); обV = 0,0425·10-7 см3/(см3·год); Сизв – средняя
ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА РЕСУРСА СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
________________________________________________________________________________________________________________________
ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2015 ВИП. 25 79
концентрация извести в воде за время службы конструкций; τ – продолжительность фильтрации
воды до достижения выноса извq , равная безопасному сроку службы сооружения:
извобизв СVq=τ . (8)
При этом извq может быть определено на основании данных о составе бетона и при заданном
допустимом проценте выщелачивания извести К, который может быть принят равным 10 % с
определенным коэффициентом запаса. Тогда
КЦаqизв = , (9)
где Ц – содержание цемента в бетоне, г/см3 или кг/л (принимаем Ц = 0,32); а – содержание СаО в
цементе, доли единицы (для портландцемента может быть принято 0,63).
Допустимое количество извести, которое может быть растворено и вынесено из бетона
конструкции в расчете на единицу объема (1 см3), будет равно 02016,063,032,01,0 =⋅⋅=извq г/см3.
Если считать, что выщелачивание идет постепенно при полном насыщении воды гидроксидом
кальция, т.е. Сизв = 1,2 г/л, или 0,0012 г/см3, то
об
обизвоб
изв V
VCV
q
8.16
0012,0
02016,0 ===τ , или в годах 120
100425,0
101,5101,5
7
77
=
⋅
⋅=⋅= −
−−
обV
τ лет.
Долговечность буроинъекционных свай составит 120 лет.
Расчет прогноза глубины разрушения бетона буроинъекционных свай при действии
минеральной кислоты на бетон [9].
Основная закономерность кинетики коррозионного разрушения бетона при кислотной
коррозии выражается формулой, приведенной ниже. Для процессов коррозии, находящихся в
диффузионной области, справедливо уравнение, полученное на основе описания кинетики
гетерогенной реакции (уравнение Таманна), которое может быть записано в данном случае в
следующем виде:
τδ ЭCDAб 0*= , (10)
где δ – глубина коррозионного повреждении; бА – коэффициент, постоянный для данного состава
бетона, м3 /кг1/2; D* – эффективный коэффициент диффузии агрессивного вещества через слой
продуктов коррозии, см2 /ч; 0C – концентрации агрессивного вещества, кг/м3; Э – химический
эквивалент, представляющий собой соотношение масс оксида кальция и кислоты, вступающих во
взаимодействие, определяемый по уравнению
кислCaO nMmMЭ /= , (11)
где m и n – стехиометрические коэффициенты уравнения реакции между кислотой и оксидом
кальция, а CaOM и кислM – молекулярные массы оксида кальция и ионов сульфатов, хлоридов,
нитратов; Т – время воздействия агрессивной среды на бетоне, ч.
( ) ( )
0478,0
63,0
10004,0310012//12
=+=
+
=
К
ЦВ
A ВЦ
б
ρρ
. (12)
Для портландцемента с достаточной степенью точности при данных расчетах может быть
принято содержание гидроксида кальция в цементе К = 0,63 в долях единицы; истинные плотности
воды и цемента Вρ = 1000 кг/м3 и Цρ = 3100 кг/м3 соответственно. Следовательно, коэффициент бА
будет изменяться только в зависимости от водоцементного отношения в бетоне. Отсюда для бетона
нормальной проницаемости (марка по водонепроницаемости W6, В/Ц = 0,4) коэффициент бА будет
Т. И. МАТЧЕНКО, Л. Б. ШАМИС, Л. Ф. ПЕРВУШОВА
____________________________________________________________________________________________________________
ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2015 ВИП. 25 80
равен 4,78·10-2, а для пересчета для бетонов с другими В/Ц можно воспользоваться коэффициентами
табл. 3. При проведении расчетов используют эффективные коэффициенты диффузии D* ,
определяемые экспериментально. Такие коэффициенты приведены в табл. 4. Коэффициент диффузии
определяется для температуры 20 °С. Значение коэффициента диффузии можно привести к
фактической температуре эксплуатации, приближенно приняв, что увеличение или уменьшение
температуры на 1 С дает соответственно увеличение или уменьшение D* на 2,6 %.
Таблица 3
В/Ц 0,4 0,5 0,6 0,7
Коэффициент бА 0,89 0,95 1 1,06
Таблица 4
Хлориды
Нитраты
Сульфаты
Концентрация, 0C Значение рН
Коэффициент диффузии
см2/с см2/ч
Cl-1
NO3
-1
SO4
-2
0,0001 – 0,1
0,0001 – 0,1
0,0001 – 0,035
4 – 1
4 – 1
4 – 1,5
1,31
1,25
1,14*
0,047
0,045
0,041
* При увеличении концентрации сульфатов выше 0,035 эффективный коэффициент диффузии
уменьшается на порядок.
Определяем глубину коррозии бетона буроинъекционной сваи повышенной водонепрони-
цаемости W6 при действии 1000 мг на 1 кг грунта сульфатов в пересчете на SO4-2 в течение 100 лет.
Величина бА для бетона W6 составляет 22 1064,497,01078,4 −− ⋅=⋅⋅ .
041,042H
* −=SOD см2/ч,
49,00 =с кг/м3;
55,3876,50
98
56
49,0041,01064,4 2 =⋅⋅⋅⋅= −δ см.
Глубина поражения защитного слоя бетона буроинъекционной сваи за 100 лет составит
3,55 см при толщине защитного слоя 7,5 см.
Ростверк фундамента расположен на щебеночной подготовке толщиной 450 мм, что
обеспечивает защиту от коррозии нижней арматуры. Для наземной поверхности ростверка опасным
фактором является карбонизация защитного слоя за счет диффузии в бетон углекислого газа из
воздуха. Глубина карбонизации равна
tat ⋅=γ , (13)
где 5,1=a мм/год1/2 для бетона В50.
В течение 100 лет γ = 15 мм, что значительно меньше толщины защитного слоя, равного
55 мм.
Выводы
В случае аварии системы кондиционирования пространства между внутренней и внешней
облицовками «Арки» НБК возможны процессы коррозии элементов из углеродистых сталей. В этом
случае необходимо выполнять визуальные обследования с интервалом, установленным программой
мониторинга НБК. В случае обнаружения коррозии несущих и ограждающих конструкций «Арки»
необходимо выполнить проверочные расчеты несущей способности конструкций «Арки» с учетом
утонения ее элементов.
Долговечность фундаментов НБК в течение 100 лет обеспечивается. При этом требуется
проведение мониторинга и периодической оценки технического состояния железобетонных
конструкций.
Обоснована марка бетона фундаментов НБК по водонепроницаемости.
Арматурная сталь, применяемая в фундаментах НБК, класса А500С относится ко II группе
арматурных сталей в соответствии с табл. 9 и 10 [5].
ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА РЕСУРСА СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
________________________________________________________________________________________________________________________
ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2015 ВИП. 25 81
В соответствии с табл. 11 [5] для слабоагрессивных сред по отношению к бетону для
арматурных сталей II группы марка бетона по водонепроницаемости должна быть равна W6.
В соответствии с п. 2.37 [5] бетон для свай должен иметь марку по водонепроницаемости не
ниже W6.
Обоснована марка бетона фундаментов НБК по морозостойкости.
В соответствии с табл. 9 [12] для зданий и сооружений I категории ответственности для
конструкций ростверков, фундаментов мелкого заложения и технологического здания (располо-
женных в сезонно оттаивающем слое грунта) с расчетной зимней температурой ниже минус 20°С
марка бетона по морозостойкости должна быть не ниже F200 в пределах глубины промерзания, а для
наземных конструкций не ниже F100. Учитывая необходимость обеспечения проектного ресурса 100
лет с возможностью его продления, принята марка бетона по морозостойкости F200 для всех
фундаментов НБК.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Матченко Т.І., Шаміс Л.Б., Матченко П.Т., Первушова Л.Ф. Методика оцінки корозійного ресурсу зварних
з’єднань конструкційних сталей // Нові технології в будівництві. –2010. – Вип. 19. - С. 72 - 76.
2. Методика оценки долговечности строительных конструкций. МИ-10-2006. – М.: ЗАО «Институт «Орг-
энергострой», 2006.
3. Матченко П.Т. Інженерна методика розрахунку залишкового ресурсу сталевої арматури в корозійному се-
редовищі // Будівництво України. – 2010. - № 3. - С. 37 - 39.
4. SIP-N-LI-22-A500-CDS-001-01. Документ по безопасности в рамках концепции проекта ПК-1 НБК/NSC
CS – 1 Concept Design Safety Document.
5. СНиП 2.03.11-85. Защита строительных конструкций от коррозии. – М.: Госстрой СССР, 1985.
6. Матченко П.Т. Інженерна методика розрахунку залишкового ресурсу захисного шару бетону робочої арматури
залізобетонних конструкцій, що експлуатуються // Будівництво України. – 2010. - № 2. - С. 36–40.
7. Матченко П.Т. Інженерна методика розрахунку залишкового ресурсу сталевої арматури в корозійному середови-
щі // Будівництво України. – 2010. - № 3. - С. 37 - 39.
8. Матченко П.Т. Методика оцінки довговічності залізобетонних конструкцій, що працюють у ґрунті // Будівельні конс-
трукції. – 2010. – Вип. 73. - С. 617 - 628.
9. Матченко П.Т. Методика оцінки довговічності залізобетонних конструкцій, що працюють в агресивних рідинах //
Будівництво України. – 2011. - № 1. - С. 36 - 39.
10. МИ-05-2006. Методика определения глубины карбонизации бетона железобетонных конструкций. - М.: ЗАО «Институт
«Оргэнергострой», 2006.
11. МИ-07-2006. Методика оценки степени коррозионного повреждения арматуры железобетонных конструкций по тол-
щине продуктов коррозии. - М.: ЗАО «Институт «Оргэнергострой», 2006.
12. СНиП 2.03.01-84∗. Бетонные и железобетонные конструкции. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989. - 80 с.
13. МИ-10-2006. Методика оценки долговечности строительных конструкций. - М.: ЗАО «Институт «Оргэнергострой»,
2006.
Т. І. Матченко, Л. Б. Шаміс, Л. Ф. Первушова
ПАТ «Київський науково-дослідний та проектно-конструкторський інститут «Енергопроект»,
просп. Перемоги, 5, Київ, 01135, Україна
ПОРЕРЕДНЯ ОЦІНКА РЕСУРСУ БУДІВЕЛЬНИХ КОНСТРУКЦІЙ
НОВОГО БЕЗПЕЧНОГО КОНФАЙНМЕНТА
Проведено попередню оцінку ресурсу покриття та несучих конструкцій нового безпечного конфайн-
мента в корозійному середовищі. Установлено, що у випадку відмови системи кондиціювання ресурс покриття
становить 34 роки. Ресурс стальних елементів 75 років. Виконано розрахункове обґрунтовування довговічності
надземних та підземних частин фундаментів з урахуванням впливу агресивності атмосфери, ґрунту та швид-
кості руху підземних вод.
Ключові слова: ресурс, корозія, залізобетон, довговічність, конфайнмент.
T. I. Matchenko, L. B. Shamis, L. F. Pervushova
Public joint-stock company “Kyiv research and design institute “Energoproject”, Peremoga str., 4,
Kyiv, 01135, Ukraine
PRELIMINARY ASSESSMENT OF THE RESOURCE BUILDING DESIGNS
NEW SAFE CONFINEMENT
Т. И. МАТЧЕНКО, Л. Б. ШАМИС, Л. Ф. ПЕРВУШОВА
____________________________________________________________________________________________________________
ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2015 ВИП. 25 82
The preliminary estimation of resource of coverage and structural steelwork of new safe confinement in a corrosive
environment is executed. It is set that in the case of system air conditioning resource of coverage makes 34 years. The resource of
steel elements makes 75 years. Rated validation of the service life of elevated parts and substructures of the foundations is complied
subject to the influence of the aggressivity of the atmosphere, ground and groundwater motion speed.
Keywords: resource, corrosion, reinforced concrete, durability, confinement.
REFERENCES
1. Matchenko T. I., Shamis L. B., Matchenko P. T., Pervushova L. F. Methods of assessing corrosion life of welded
joints of structural steels // Novi tekhnologii v budivnytstvi (New technologies in building). – 2010. – Iss. 19. -
P. 72 - 76. (Ukr)
2. Methods of assessing the durability of building structures. MI-10-2006. – Мoskva: ZAO «Institut «Orgener-
gostroj», 2006. (Rus)
3. Matchenko P. T. Engineering method of calculating the residual life of steel rebar in corrosive environments //
Budivnytstvo Ukrainy. – 2010. - № 3. - P. 37 - 39. (Ukr)
4. SIP-N-LI-22-A500-CDS-001-01. Dokument po bezopasnosti v ramkakh kontseptsii proekta PK-1 NSC CS-1 Con-
cept Design Safety Document. (Rus)
5. SNiP 2.03.11-85. Protection of building structures against corrosion. – Мoskva: Gosstroj USSR, 1985 (Rus)
6. Matchenko P. T. Engineering method of calculating the residual life of concrete cover working reinforcement of
concrete exploited structures // Budivnytstvo Ukrainy. – 2010. - № 2. - P. 36–40. (Ukr)
7. Matchenko P. T. Engineering method of calculating the residual life of steel rebar in corrosive environments //
Budivnytstvo Ukrainy. – 2010. - № 3. - P. 37 – 39. (Ukr)
8. Matchenko P. T. Methods of assessing the durability of concrete structures, working in the soil // Budivelni kon-
struktsii. – 2010. – Iss. 73. - P. 617 - 628. (Ukr)
9. Matchenko P. T. Methods of assessing the durability of concrete structures operating in aggressive liquids //
Budivnytstvo Ukrainy. – 2011. - № 1. - P. 36 - 39. (Ukr)
10. MI-05-2006. Methods of determining the depth of carbonation of concrete reinforced concrete structures. - Мoskva:
ZАО «Institut «Orgenergostroj», 2006. (Rus)
11. MI-07-2006. Methods of assessing the degree of reinforcement corrosion damage of reinforced concrete structures
on the thickness of the corrosion products. - Мoskva: ZАО «Institut «Orgenergostroj», 2006. (Rus)
12. SNiP 2.03.01-84∗. Concrete and reinforced concrete structures. - Мoskva: TSITP USSR, 1989. - 80 p. (Rus)
13. MI-10-2006. Methods of assessing the durability of building structures. – Мoskva: ZAO «Institut «Orgener-
gostroj», 2006. (Rus)
Надійшла 01.09.2015
Received 01.09.2015
|