Защита бетона в канализациях
Бетон является наиболее часто используемым материалом при строительстве очистных сооружений, канализационных путепроводов, насосных станций, горловин и люков. Бетон является экономичным решением, легким в применении и долговечным для большинства применений. В большинстве случаев бетонные конструкции могут эксплуатироваться декадами, однако в некоторых применениях, например в очистных сооружениях, горловинах и люках канализаций, емкостях для переработки сточных вод и других применениях, подверженных воздействию высоких концентраций сероводорода, микробиологическая коррозия может привести к серьезным отслоениям и разрушениям. Сульфаты, содержащиеся в сточных водах, являются основным источником соединений серы, однако в дополнение к сульфатам в сточных водах всегда присутствуют органические соединения и бактерии, которые приводят к формированию сероводорода и его преобразованию в серную кислоту, а именно:
Биологическое формирование сероводорода из сульфатов, содержащихся в сточных водах;
Образование паров сероводорода;
Биологическое преобразование сероводорода в серную кислоту.
Кислотная атака является одним из факторов разрушения бетона. В дополнение, снижение рН бетона депассивирует арматурный профиль, что приводит к коррозии, расширению продуктов коррозии, трещинам в бетоне и отслоениям. На сегодняшний день отсутствуют стандарты для определения стойкости бетонной конструкции и ремонтных материалов к микробиологической коррозии. Однако можно тестировать конструкции и материалы непосредственно в существующих сооружениях, возможно прогнозирование биологической коррозии в лабораторных условиях, возможно погружение материалов в растворы серной кислоты. В Северной Америке распространенной практикой тестирования эффективности защитных и ремонтных материалов к воздействию микробиологической коррозии является проверка их химической стойкости при погружении в раствор серной кислоты 10% концентрации. В условиях воздействия такой химической атаки даже очень хороший бетон будет практически полностью уничтожен после 140 дней воздействия. Однако существующие конструкции функционируют декадами. Таким образом, такой «тяжелый» тест приводит к решению использовать полимерные материалы для ремонта подобных сооружений и серьезно ограничивает применение материалов на цементной основе. Одним из вариантов является нанесение полимерных покрытий, например эпоксидов, уретанов, полиуретанов на поверхность бетона. Данный подход основывается на предположении, что минимизируя диффузию H2S, образовывается меньше серной кислоты в бетоне и таким образом бетон является более защищенным. В теории, применение полимерных покрытий выглядит разумным и может сработать при капитальном строительстве при нанесении на очень гладкий и чистый бетон. При выполнении ремонта ситуация несколько иная. Бетонная поверхность не является гладкой, чаще всего достаточно шероховатая, влажная, загрязненная. Очень сложно ее очистить и еще сложнее высушить, особенно в случае канализационных и сточных систем. Также на такой поверхности очень сложно создать идеально цельный гладкий слой полимера без раковин и трещин. Вода проникает через эти раковины и трещины и создает капиллярное давление, отрывающее слой полимера от бетона. Дополнительное давление оказывает капиллярное давление воды, проникающей с негативной стороны конструкции. Т.к. способность бетона к растяжению абсолютно низкая, полимерное покрытие начинает отслаиваться. ПОДОБНОГО ПЛАНА ОТСЛОЕНИЯ ПРОИСХОДЯТ В ЛЮБЫХ СООРУЖЕНИЯХ, В КОТОРЫХ БЕТОН ПОКРЫТ ПОЛИМЕРНЫМ ПОКРЫТИЕМ, С ПОСТОЯННО ВЛАЖНОЙ СРЕДОЙ. В структурах, подверженных воздействию микробиологической коррозии, отслоение полимерных покрытие происходит еще быстрее. Попытки снизить диффузионные характеристики полимерных покрытий не привели к положительным результатам, т.к. основная проблема и сложность укладки покрытия без раковин и трещин не была решена. Именно поэтому использование полимерных покрытий для защиты бетона сооружений, подверженных микробиологической коррозии, не является эффективным и долгосрочным решением. Трещины и конструкционные швы в бетоне представляют дополнительную проблему. При нанесении тонкослойного эпоксидного покрытия по трещине, трещины пройдут сквозь покрытие из-за подвижек, вызванных температурными перепадами. Поэтому эластичность ремонтной системы и ее толщина являются важными характеристиками ремонтной системы для очистных и канализационных сооружений.
Gemite Products Inc. обладает многолетним опытом выполнения ремонта, гидроизоляции и защиты бетона в очистных сооружениях, канализационных колодцах, горловинах и люках. Результатом многолетних разработок и испытаний являются несколько материалов на цементной основе для ремонта и защиты бетона, подверженного воздействию микробиологической коррозии. Одним из основных и наиболее эффективных материалов является полимермодифицированный материал на основе алюмоцемента Cem-Kote Flex CR. Для тестирования данного и других материалов на стойкость к микробиологической коррозии была разработана технология проверки эффективности таких материалов совместно с МосВодоКаналом, государственным учреждением города Москва, намного более реалистичная, чем погружение состава в 10% раствор серной кислоты. МосВодоКанал выбрал участок канализационной системы с высокой степенью разрушения бетона (6-8 мм разрушения за 1 год) и используется данный участок для определения эффективности материалов. Пребывание ремонтного состава в течение 12 месяцев в упомянутой камере позволяет определить «отличную», «хорошую», «неудовлетворительную» эффективность применяемых материалов. Gemite предоставил контрольные образцы своих материалов для тестирования в июне 2006 года. Одним из тестируемых материалов являлся 2 мм слой Cem-Kote Flex CR, нанесенный на контрольный бетонный цилиндр. Тест был завершен в июне 2007 года и результаты доказали эффективность данного покрытия – никаких отслоений, никаких потерь веса. Некоторые из остальных материалов показали потерю в весе и отслоения.
Cem-Kote Flex CR – это полимермодифицированный состав алюмоцемента, в котором уникальное сочетание свойств полимера и цемента обеспечивает отличную химическую стойкость к микробиологической коррозии. Материал абсолютно нечувствителен к влажности поверхности бетона в отличие от полимерных покрытий. Cem-Kote Flex CR на порядок более нечувствителен к капиллярным давлениям и отслоениям, чем полимерные покрытия. Также материал обладает отличной эластичностью, позволяющей стягивать трещины основания до некоторых пределов. Cem-Kote Flex CR легок в нанесении, а также абсолютно экологически безопасен в отличии от угроз, которые несут полимерные системы. Cem-Kote Flex CR – это двухкомпонентная система, состоящая из сухой части и жидкой полимерной добавки. Два компонента смешиваются на строительной площадке с помощью обычной электрической дрели или миксера, наносятся в 2 слоя щетками или напылением общей толщиной 1.6-2 мм. При капитальном строительстве перед нанесением материала достаточно подготовить поверхность водой под давлением. Маленькие раковинки покрываются Cem-Kote Flex CR, большие – сначала заполняются тем же материалом с меньшим количеством полимерной добавки. Усадочные трещины и конструкционные швы накрываются армирующей сеткой Reinforcing Fabric HD.
Если выполняется защита очень грубых и неровных поверхностей (например, восстановление горловин и люков канализационных систем, сточные системы) сначала удаляется разрушенный бетон и поверхность очищается водой под давлением. Далее используются цементные материалы, модифицированные микрокремнеземом, Fibre-Patch OV для ручного применения и Spray-Con WS ST для «влажного» торкрет бетона, наносимые толщиной 1-5 см для выравнивания поверхности. Перед установкой армирующей сетки Reinforcing Fabric HD поверхность должна быть выровнена. Spray-Con WS ST также был испытан по программе МосВодоКанала и также показал хорошую устойчивость к микробиологической коррозии. Армированные фиброй материалы Fibre-Patch OV и Spray-Con WS ST являются нечувствительными к влажности поверхности, на которую наносятся, а присутствие фибры обеспечивает высокую прочность и стягивание трещин.
Очистные сооружения, горловины и люки, канализационные системы содержат металлические детали, которые также требуют защиты от коррозии. Полимерные антикоррозионные системы очень сложно применить для защиты от коррозии в данном случае, т.к. они требуют подготовки металла до степени «белого металла» и сухую поверхность перед нанесением. Также подобные барьерные полимерные системы являются чувствительными к раковинами и бугоркам на поверхности. Gemite для решения данной задачи уже много лет использует антикоррозийное покрытие на цементной основе Fibre-Prime, который не требует подготовки поверхности до степени «белого металла», достаточно всего лишь удалить слабодержащуюся ржавчину. Также материал абсолютно нечувствителен к влажности поверхности, на которую наносится. Для дополнительной защиты от микробиологической коррозии поверх Fibre-Prime может быть нанесен слой Cem-Kote Flex CR. Во многих применениях, как например восстановление люков и горловин канализационных систем, необходимо сначала остановить активную протечку воды для последующего выполнения ремонта. Для решения данной задачи Gemite предлагает быстрозастывающую гидропломбу Fibre-Patch WP.
