Реферат: Методические указания по химическому контролю коррозионных процессов при фильтрации воды через бетонные и железобетонные гидротехнические сооружения рд 153-34. 2-21. 544-2002

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ПО ХИМИЧЕСКОМУ КОНТРОЛЮ КОРРОЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ФИЛЬТРАЦИИ ВОДЫ ЧЕРЕЗ БЕТОННЫЕ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ


РД 153-34.2-21.544-2002


Дата введения 2004-01-01


РАЗРАБОТАНО Открытым акционерным обществом "Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники имени Б.Е.Веденеева"


ИСПОЛНИТЕЛИ Т.Е. АЛЕКСЕЕВА, Т.М. ГОЛЬДИНА, В.П. КУРНИКОВА, В.П. ТЕРСКИЙ


УТВЕРЖДЕНО Департаментом научно-технической политики и развития РАО "ЕЭС России" 23.07.2002 г.

Первый заместитель начальника А.П. ЛИВИНСКИЙ


Срок первой проверки настоящего РД - 2007 г.


Периодичность проверки - один раз в пять лет


^ ВВЕДЕНО ВПЕРВЫЕ


1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ


1.1. Назначение и область применения


Настоящий руководящий документ определяет порядок выявления коррозионных процессов при фильтрации природных вод через бетонные и железобетонные конструкции методами химического анализа природных и фильтрационных вод. Содержит методики количественного химического анализа, их метрологическое обеспечение; основные положения химического контроля вод при исследовании коррозионных процессов в бетонных и железобетонных гидротехнических сооружениях; перечень контролируемых параметров состава вод.

Настоящий руководящий документ обязателен для эксплуатационного персонала независимо от формы собственности ГТС.


^ 1.2. Нормативные ссылки


1. ГОСТ 25794.1-83 - ГОСТ 25794.3-83. Реактивы. Методы приготовления титрованных растворов.

2. ГОСТ 27384-87. Вода. Нормы погрешности измерений показателей состава и свойств.

3. ГОСТ Р 8.563-96. Государственная система обеспечения единства измерений.

4. СНиП 2.03.11-85. Защита строительных конструкций от коррозии.

5. СНиП 2.06.08-87. Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений.

6. РД 50-674-88. Методические указания. Метрологическое обеспечение количественного химического анализа.

7. РД 50.2.008-2001. Методики количественного химического анализа. Содержание и порядок проведения метрологической экспертизы.

8. МИ 1967-89 ГСИ. Выбор методов и средств измерений при разработке методик выполнения измерений. Общие представления.

9. МИ 2335-95 ГСИ. Методики выполнения измерений. Контроль качества результатов количественного химического анализа.

10. МИ 2336-95 ГСИ. Характеристики погрешности результатов количественного химического анализа. Алгоритмы оценивания.

11. МИ 2590-2000. Государственная система измерений. Эталонные материалы. Каталог 2000-2001.

12. Рекомендации по обследованию гидротехнических сооружений с целью оценки их безопасности. П 92-2001/ВНИИГ. С-Пб. 2001.


1.3. Терминология


Термины, используемые в настоящих Методических указаниях, даны в трактовке ГОСТ, указанной в Приложении А.


^ 1.4. Химические процессы при развитии химической коррозии в бетонных и железобетонных сооружениях под воздействием природных вод


1.4.1. Коррозия бетона и железобетона под воздействием природных вод является следствием химического взаимодействия компонентов состава воды и компонентов цементного камня бетона с образованием продуктов реакции, переходящих в воду или остающихся в составе бетона. Следствием коррозионных процессов является изменение состава и свойств материала конструкции и состава природной воды.

В конструкциях водоподпорных бетонных гидротехнических сооружений основными путями фильтрации воды и сопровождающей ее коррозии являются трещины, швы, дефекты кладки, поры вокруг швов в плохо уплотненном бетоне. На скорость протекания коррозии оказывает влияние величина гидростатического давления. При фильтрации воды через бетон агрессивные свойства воды проявляются сильнее, чем при смывании конструкции. Скорость коррозионных процессов всех видов определяется и плотностью бетона. Высокая плотность бетона в достаточной степени препятствует развитию коррозии.

1.4.2. По составу ведущих признаков следует выделить три основных вида коррозии.

К I виду относятся все процессы коррозии, в которых под воздействием воды происходит растворение и вынос компонентов цементного камня из структуры бетона.

Ко II виду коррозии относятся процессы, при которых происходит химическое взаимодействие - обменные реакции - между компонента ми цементного камня и воды. При высокой растворимости продуктов реакции имеет место их вынос из бетона, в случае малой растворимости - отложение их в порах бетона в виде аморфной, не обладающей вяжущими свойствами массы, не влияющей на дальнейший разрушительный процесс.

Коррозия III вида включает процессы, при развитии которых в порах бетона происходит накопление и кристаллизация малорастворимых продуктов взаимодействия компонентов цементного камня и природной воды с увеличением объема твердой фазы. Следствием такого расширения являются внутренние напряжения, приводящие к разрушению структуры бетона.

В чистом виде коррозия каждого из трех видов встречается редко. В зависимости от свойств бетона, состава агрессивной водной среды, условий их взаимодействия будут преобладать процессы, характерные для определенного вида коррозии. Вид коррозии классифицируется по преобладающему, ведущему признаку. При рассмотрении сущности процесса коррозии в конкретном случае должны быть учтены и вторичные, подчиненные явления, относящиеся к коррозии других видов.

Наряду с процессами деструкции бетона в большинстве сооружений имеют место процессы "самозалечивания" трещин за счет забивания их продуктами коррозии или продуктами их взаимодействия с компонентами природной воды, а также тампонирование трещин примесями механической взвеси, перемещаемой фильтрационным потоком.

В конечном итоге долговечность сооружений, работающих в условиях фильтрации речных и грунтовых вод, определяется совокупностью этих процессов.

1.4.3. Коррозия I вида (коррозия выщелачивания) развивается в мягких (имеющих низкую временную жесткость) водах, характерных для большинства рек России. Кроме того, коррозия I вида сопутствует развитию коррозии других видов за счет трансформации состава этих вод на начальных участках фильтрации через бетон сооружения.

Последовательность разрушения бетона при коррозии I вида заключается в постепенном и последовательном выщелачивании продуктов гидролиза минералов цементного клинкера после растворения легкорастворимых щелочных минералов и свободной извести. Признаки коррозии I вида можно часто наблюдать в бетонах гидротехнических сооружений. Они наиболее заметны на участках высыхания воды, соприкасающейся с цементным камнем бетона в процессе смывания поверхности или фильтрации через бетон. Растворенный и вынесенный из бетона гидроксид кальция карбонизируется и кристаллизуется на поверхности в виде нерастворимого карбоната кальция, иногда образующего натеки в виде сталактитов и сталагмитов.

Интенсивному развитию коррозии I вида способствуют наличие и взаимное влияние трех факторов: низкая временная жесткость воды, высокая проницаемость и плохая укладка бетона.

Основным изменением в составе природной воды, сопровождающим коррозию выщелачивания, является обогащение ее состава растворенными компонентами цементного клинкера.

1.4.4. Коррозия II вида связана с развитием обменных реакций между кислотами или солями воды и составными частями цементного камня. Разрушение цементного камня при данном виде коррозии начинается в поверхностных слоях бетона. Если новообразования не обладают вяжущими свойствами и достаточной плотностью, чтобы препятствовать дальнейшему продвижению агрессивной среды, если они растворяются или смываются механически, то процесс коррозии затрагивает все более глубинные слои бетона, приводя к их разрушению. Если новообразования нерастворимы или продукты коррозии не удаляются, процесс коррозии будет тормозиться, и его интенсивность будет определяться свойствами поверхностного слоя. Слой продуктов реакции образуется постепенно в процессе развития коррозии, поэтому начальная скорость процесса коррозии будет на несколько порядков выше той, которая установится при переходе процесса из диффузионно-кинетической области в собственно диффузионную.

Наиболее часто встречающаяся в природных водах коррозия бетона II вида - углекислотная коррозия т.е. коррозия под действием углекислых вод. Углекислотная коррозия является частным случаем общекислотной коррозии и развивается в жестких природных водах с большим содержанием гидрокарбоната кальция Ca(HCO3)2 и некоторым количеством агрессивной углекислоты CO2.

Собственно углекислотная коррозия имеет подчиненное значение по отношению к коррозии физического выщелачивания при тех концентрациях CO2, которые характерны для природных вод. Главная ее роль сводится к разрушению карбонатной пленки, образовавшейся ранее на поверхности бетона до контакта его с водой.

Степень разрушения бетона при углекислотной коррозии зависит не только от концентрации агрессивных компонентов в природной воде, но и от свойств бетона и условий притока и обмена воды у его поверхности. При свободном быстром смывании бетона в открытых водных объектах коррозия бетона, особенно при незначительной его плотности, может протекать достаточно быстро.

Наряду с разрушающим действием при коррозии II вида имеют место процессы не только уплотнения бетона в его массиве, но и "самозалечивания" трещин, снижающие фильтрационные показатели бетонных конструкций за счет образования карбонатов. Исследование состава фильтрующей воды позволяет регистрировать эти процессы и прогнозировать их развитие.

Коррозия II вида обусловлена воздействием на бетон любых, помимо угольной, природных кислот органического и неорганического происхождения (гуминовой, сероводородной и др.). Свободные кислоты в природных водах обычно встречаются редко. Исключением является лишь углекислота, присутствующая почти во всех природных водах. Сернистая и серная кислоты в небольших количествах встречаются в торфяных водах. Почвы содержат гумусовые, креновые и апокреновые кислоты. В застойных участках морского побережья, где создаются условия для быстрого развития бактериальной жизни, возможно присутствие, как правило, в незначительных количествах ряда органических и неорганических кислот.

В отдельных случаях при наличии стечения благоприятных обстоятельств (температурных условий, химического состава воды, наличия в ней органических загрязнителей и др.) возникают биологические сообщества микроорганизмов, продуцирующих в процессе жизнедеятельности значительное количество органических и минеральных кислот. У поверхности бетона возникает среда с весьма высоким содержанием свободных водородных ионов (pH имеет более низкие значения, чем в природных водах). Такая среда является сильноагрессивной по отношению к поверхности бетона и может в определенных условиях привести к резкому снижению его прочности. Вопросы, связанные с биокоррозией бетона, стали предметом внимания и изучения только в последние десятилетия.

II вид коррозии вызывается также действием магнезиальных солей. Соли магния, в основном сульфат и хлорид магния, часто присутствуют в поверхностных и грунтовых водах, как правило, в незначительных концентрациях. Довольно большое количество названных солей содержится в морских водах. Основные реакции, протекающие между гидроксидом кальция, выщелачиваемым из бетона, и солями магния, состоят в обмене анионами, вследствие чего образуется практически нерастворимый гидроксид магния и хорошо растворимые сульфаты и хлориды кальция.

В порах бетона откладывается аморфный гидроксид магния. При низких концентрациях в воде магнезиальной соли (примерно 1-2%) образующаяся рыхлая, хорошо проницаемая для воды структура гидроксида магния не препятствует дальнейшему развитию коррозии. При более высоких (около 5% и выше) концентрациях в воде магнезиальной соли плотность пленки гидроксида магния растет, способствуя в некоторых случаях уплотнению бетона и повышению его стойкости. Стойкость бетона по отношению к магнезиальной коррозии зависит от его плотности и от состава использованного цемента.

Следствием этих процессов является уменьшение концентрации ионов магния в фильтрующей воде при неизменности концентраций в ней сульфатов и хлоридов.

1.4.5. Коррозия III вида сопровождается образованием в результате взаимодействия компонентов воды и цементного клинкера новых соединений, имеющих большой объем, низкую растворимость и остающихся в структуре цементного камня. Такое внедрение новообразований приводит к нарушению прочности структуры за счет объемной деформации. Внедрение в структуру цементного камня с последующей кристаллизацией в ней и соответствующими деструктивными действиями может иметь место и в случае привнесения соли извне с фильтрующей через сооружение водой.

При коррозии III вида в порах бетона накапливаются соли и на начальных стадиях он уплотняется. Если этот процесс развивается медленно, начальное уплотнение бетона создает картину ложного благополучия. Из-за этого не всегда удается распознавать начальную стадию коррозии III вида. Чем медленнее протекает коррозия, тем позднее наступает сброс прочности. У неплотных, хорошо проницаемых для жидкости бетонов начало выраженного разрушения в сильно агрессивной среде наступает в течение нескольких недель или месяцев. У плотного, стойкого и прочного бетона перелом кривой роста прочности наступает иногда лишь по истечении нескольких лет эксплуатации. Также замедленно идет процесс разрушения легких бетонов на пористых заполнителях и бетонов с повышенным содержанием пор, так как повышенный резерв пор позволяет разместиться в них большему количеству новообразований прежде, чем начнет развиваться внутреннее давление.

Коррозионные процессы III вида значительно интенсифицируются при попеременном смачивании конструкции и ее высыхании, а также при частичном погружении. Изменение температуры в процессе эксплуатации сооружения, особенно попеременное замораживание и оттаивание, также приводит к усилению коррозии. Гидростатический напор существенно ускоряет коррозию III вида как при постоянном, так и при периодическом действии агрессивной среды.

Наиболее распространенной разновидностью коррозии бетона III вида под воздействием природных вод является сульфатная коррозия. В слабоминерализованных водах, как правило, преобладает сульфат кальция, в сильно минерализованных - сульфаты калия и магния.

При достижении определенной для каждой конкретной солевой системы концентрации сульфата кальция в агрессивной водной среде может развиваться коррозия III вида с кристаллизацией в поровом пространстве гипса CaSO4·2H2O и гидросульфоалюминатов кальция. Особенно большое влияние на развитие коррозии бетона III вида имеет 30-ти водный гидросульфоалюминат 3CaO·Al2O3·3CASO4·30H2O, кристаллы которого очень велики из-за большого количества входящей в них кристаллизационной воды. Образование гидросульфоалюминатов кальция в цементном камне и интенсивность этого процесса зависят не только от концентрации сульфата кальция в поровом растворе, но и от концентрации в нем гидроксида кальция.

1.4.6. Коррозия арматуры чаще всего происходит по электрохимическому механизму. Щелочная среда, присущая поровой воде бетонов, препятствует растворению металла. Незначительная коррозия арматуры в бетоне объясняется пассивностью стали в щелочной среде. Все известные случаи коррозии арматуры в бетоне связаны с тем, что по той или иной причине поверхность арматуры остается активной или не полностью пассивируется при изготовлении конструкции, либо теряет пассивность в процессе эксплуатации. Тем не менее снижение pH перового раствора бетона ниже pH = 12 при свободном доступе воздуха (трещины, разломы) и pH = 11,5 при ограниченном доступе воздуха являются критическими значениями pH, за которыми может начаться коррозия арматуры в воде, не содержащей активирующих ионов.

Наиболее сильными активаторами электрохимической коррозии металла в природных водах являются хлорид-ионы. Некоторое, значительно меньшее активирующее действие оказывают и сульфаты. В одинаковых экспериментальных условиях активация металла и развитие его коррозии возникают при наличии в воде 4-6 мг/л хлорид-иона и 800-1000 мг/л сульфат-иона. Наибольшее развитие в агрессивной среде коррозионные процессы арматуры приобретают при наличии в бетоне трещин. Начало коррозии в трещине связано с локальной депассивацией металла арматуры в результате нарушения контакта стали с бетоном и изменением условий, при которых обеспечивается стабильность пассивирующих сталь пленок оксида железа. Проницаемость трещин для агрессивных активирующих ионов намного выше проницаемости монолитного бетона. Эффективный коэффициент диффузии активирующих ионов в трещине шириной 0,2 мм примерно на три порядка выше, чем в бетонах средней плотности, а при капиллярном подсосе жидкости скорость переноса еще более увеличивается.

В целом при наличии трещин в бетоне агрессивное действие хлоридов и сульфатов по отношению к арматуре при одной и той же их суммарной концентрации в природной воде будет увеличиваться с увеличением градиента напора. При равных градиентах напора агрессивность воды с одинаковой концентрацией суммы хлоридных и сульфатных ионов будет выше в зоне периодического насыщения бетона водой по сравнению с зоной постоянного водонасыщения, причем с увеличением числа циклов периодического насыщения водой ее агрессивность нарастает. Наибольшая агрессивность воды, содержащей хлоридные и сульфатные ионы, в одинаковых концентрационных условиях будет реализовываться в зоне капиллярного подсоса и брызг.

Являясь активаторами коррозии, сульфат- и хлорид-ионы не вступают в химическое взаимодействие с металлом. Поэтому сам процесс коррозии арматуры не может быть отслежен и идентифицирован по изменению концентрации компонентов состава природной воды после фильтрации ее через железобетонную конструкцию. Регистрация этого процесса может вестись только по появлению в составе воды (или увеличению концентрации) ионов железа.


^ 1.5. Основные требования, предъявляемые нормативными документами к контролю состава природных вод для прогнозирования развития коррозионных процессов


1.5.1. По степени воздействия на строительные конструкции агрессивные воды подразделяются на слабоагрессивные, среднеагрессивные и сильноагрессивные. Вследствие чрезвычайно сложной природы химической коррозии, определяемой как отдельными компонентами состава воды, так и их сочетанием, а также зависимости интенсивности коррозионных процессов от состава бетона, его плотности, условий его смывания водой или фильтрации через него воды степень агрессивного воздействия будет определяться сочетанием всех перечисленных факторов, что и регламентируется действующим СНиП 2.03.11-85 (Приложение В, табл.B.1-В.3).

1.5.2. Перечень подлежащих выявлению химических показателей, определяющих агрессивность жидких сред по отношению к бетону и арматуре, практически не зависит от состава цемента, марки бетона по водонепроницаемости, коэффициентов фильтрации грунтов основания сооружения, работы его в напорном или безнапорном режиме и включает (согласно СНиП 2.03.11-85) следующие показатели:

водородный показатель (pH);

содержание агрессивной углекислоты;

содержание магнезиальных солей в пересчете на ион Mg2+;

содержание аммонийных солей в пересчете на ион ;

содержание едких щелочей в пересчете на ионы Na+ и K+;

содержание сульфатов в пересчете на сульфат-ион;

содержание хлоридов в пересчете на хлорид-ион;

суммарное содержание сульфатов, хлоридов, нитратов и других солей при наличии испаряющих поверхностей.

Поскольку СНиП 2.03.11-85 регламентирует компоненты жидких сред природного и техногенного характера, выбор определяемых компонентов в природных водах для оценки их потенциальной агрессивности по отношению к гидротехнической конструкции может быть скорректирован, исходя из общих сведений о составе природных вод.

1.5.3. При наличии в жидкой среде нескольких агрессивных компонентов оценка агрессивного воздействия среды производится по наиболее агрессивному, т.е. определяющему высшую степень агрессивного воздействия среди прочих агрессивных показателей.

1.5.4. В СНиП 2.06.08-87 опосредованно нормируется мера агрессивности природных вод, содержащих гидрокарбонаты, хлориды и сульфаты, по условию коррозионной стойкости бетона и по условию сохранности арматуры в массивных напорных бетонных и железобетонных конструкциях через допускаемую ширину раскрытия трещин для сооружений I класса в разных условиях воздействия среды на конструкцию (Приложение В, табл.В.4, В.5).

1.5.5. В настоящее время нормативы качества вод с учетом биокорродирующих факторов не разработаны. Однако с учетом накопленных знаний, эти факторы должны учитываться при исследовании коррозионных процессов в эксплуатируемых бетонных гидротехнических сооружениях. Перечень компонентов, контролирующих биокоррозионный процесс, изложен в п.2.1.


^ 1.6. Основные требования к выбору мест отбора проб и периодичности контроля


1.6.1. Выбору мест отбора проб должно предшествовать визуальное обследование сооружения. В ходе обследования следует установить наличие и масштаб фильтрации через бетон, трещины и швы, выщелачивание цемента с фиксированием подтеков, наростов, следов разрушения бетона. Подготовка к визуальному обследованию должна включать детальное изучение результатов предшествующих наблюдений и обследований, выполненных как эксплуатационным персоналом, так и в ходе специальных исследований.

1.6.2. Выбор мест отбора проб воды на химический анализ и назначение периодичности отбора проб воды должны базироваться на наблюдениях и исследованиях фильтрационных процессов и приурочиваться к ним. Общие принципы проведения натурных наблюдений и исследований фильтрационных процессов на бетонных и железобетонных плотинах изложены в Пособии к СНиП [1].

1.6.3. С учетом разнообразия конструкций сооружений, природы и свойств их оснований, режима эксплуатации, наличия и характера дефектов в сооружении программа наблюдений за фильтрационным и химическим режимами в теле и основании плотины должна разрабатываться индивидуально для каждого сооружения, базируясь на общих принципах. Разработка таких программ должна производиться проектной организацией и утверждаться главным инженером объекта.

1.6.4. Основанием для организации наблюдений за состоянием бетона инструментальными методами с привлечением данных о химическом составе фильтрующей воды являются следующие показатели визуального обследования: наличие фильтрующих трещин; интенсивное высачивание воды на дневную поверхность; течи в швах сооружения; выходы из дренажных устройств в бетонной кладке.

1.6.5. Коррозионные процессы, имеющие место в цементационной завесе, суффозионные процессы в основании сооружения контролируются составом воды в пьезометрах, а также составом и фильтрационным расходом воды в дренажных галереях основания. Отбор проб должен по возможности производиться из пьезометров, учитывающих различие геологического строения и водопроницаемости пород основания.

1.6.6. Для контроля суффозионных процессов в грунтах береговых примыканий и в цементационных завесах отбор проб на химический анализ должен производиться из системы пьезометров в береговых врезках, контролирующих обходную фильтрацию, в том числе из пьезометров по обе стороны от цементационных завес. При этом необходимо производить отбор проб из глубинных пьезометров, водоприемники которых расположены на разной глубине, контролирующие массивы с различным литологическим строением и различной водопроницаемостью. Определенная информация может быть получена при отборе и анализе проб воды из дренажных устройств, отводящих воду, фильтрующуюся в обход плотины.

1.6.7. Коррозионные процессы в бетоне напорной грани плотины контролируются составом и величиной фильтрационного расхода воды в смотровых галереях различных ярусов. При необходимости контролировать фильтрационные расходы и химический состав воды на отдельных участках плотины, отличающихся свойствами, состоянием бетона, водопроницаемостью основания и т.д., соответствующие участки должны быть изолированы от соседних так, чтобы измеряемые фильтрационные расходы и состав воды относились бы именно к этим участкам.

1.6.8. Большой практический интерес для оценки долговечности бетона и допустимой ширины раскрытия трещин при коррозии имеют вопросы развития коррозионных процессов непосредственно по трещинам массива и вопросы "самозалечивания" трещин. Названные процессы следует изучать путем отбора проб воды, изливающейся из трещин и швов.

1.6.9. При контроле химического воздействия фильтрующей воды на состояние бетона (помимо отбора проб воды из дренажей, трещин и швов) необходимо производить отбор проб воды из водохранилища. Места отбора проб воды из водохранилища вдоль напорного фронта и по глубине должны быть по возможности согласованы с местами выхода профильтровавшейся воды, т.е. отбор проб желательно производить перед наиболее фильтрующими секциями плотины на соответствующих высотных отметках.

1.6.10. Отбор проб воды на химический анализ должен осуществляться циклами по установленной сетке мест отбора во всех намеченных для контроля местах выхода профильтровавшейся воды на дневную поверхность и на границах питания, т.е. из водохранилища, а при необходимости, и из нижнего бьефа. Длительность цикла, как правило, должна быть в пределах одной рабочей смены.

1.6.11. Частота проведения циклов отбора проб на химический анализ должна быть соотнесена с результатами ежемесячных измерений фильтрационных расходов, но в общем случае составлять не менее двух раз в году. Это позволит отразить динамику сезонных колебаний состава фильтрата, характерную для сезонного изменения состава природных вод, и динамику сезонных изменений фильтрационных расходов, выявленных на ряде сооружений (отбор проб в паводок и межень).

1.6.12. При необходимости детального исследования динамики коррозионного процесса при фильтрации на отдельных участках (например, через трещину или шов) частота отбора проб воды на химический анализ может быть увеличена в соответствии со скорректированной программой исследований. При этом трещины с расходом более 2 л/час должны находиться под усиленным контролем с более частым измерением расхода и определением химического состава воды. Увеличение частоты отбора проб фильтрующей воды следует применять и по отношению к новым очагам фильтрации. Отбор проб воды из них с фиксацией расхода должен проводиться в течение месяца с интервалом в 10 дней. Далее наблюдения могут проводиться один раз в месяц, а затем один раз в полгода наряду с сезонными наблюдениями по ранее выявленным и наблюдаемым местам фильтрации. Увеличение частоты отбора проб на химический анализ необходимо проводить и при возрастании расхода воды через трещины (дрены, швы) для выяснения причин повышения водопроницаемости бетонной кладки. В этом случае частота отбора и анализа проб должна быть в течение полугода ежемесячной и проводиться одновременно с ежемесячным измерением расхода воды из трещин.


^ 2. ПЕРЕЧЕНЬ КОНТРОЛИРУЕМЫХ ПАРАМЕТРОВ СОСТАВА ВОД


2.1. Перечень гидрохимических показателей, подлежащих контролю в водах, контактировавших с бетоном гидротехнических сооружений, для выявления процессов коррозии


2.1.1. Анализ, систематизация и обобщение результатов научных исследований в области химической коррозии бетонных и железобетонных конструкций позволяет регламентировать перечень показателей состава воды, контролируемых методами химического анализа.

2.1.2. В составе природных вод и фильтратов наряду с показателями, регламентированными СНиП 2.03.11-85, обязательному определению подлежат те показатели, которые входят в состав природных вод, а также образуются вследствие взаимодействия природной воды с материалом сооружения, но не инициируют процесс коррозии.

2.1.3. В первую очередь таким показателем является карбонат-ион , присутствующий в незначительных концентрациях во многих природных водах при pH более 8, и практически обязательно присутствующий в составе фильтрата в повышенных концентрациях в результате процессов взаимодействия природной воды с бетоном.

2.1.4. Ион кальция (Ca2+) подлежит обязательному определению в составе природных вод и вод после контакта с бетоном, так как его концентрация, как правило, значительно меняется при контакте с бетоном, являясь одним из главных индикаторов коррозионных процессов.

2.1.5. В составе фильтратов или вод застойных зон при pH более 10 обязательному определению подлежит гидроксид-ион (OH-), который является продуктом выщелачивания бетона.

2.1.6. Низкая щелочность профильтровавшей воды (pH < 4) может являться свидетельством имевших место процессов биокоррозии, и определению в составе природной воды и воды после контакта с сооружением подлежат нитрат- и нитрит-ионы ( и ). При наличии восстановительной среды биокоррозия может сопровождаться образованием аммиака и ионов аммония (NH3, ), также подлежащих определению.

2.1.7. В случае сопровождающей биокоррозию сульфатредукции и выделения сероводорода (H2S), регистрируемого по характерному запаху, определению в составе фильтрата подлежат это соединение и его формы - ионы HS- и S2-. Наличие тионовых бактерий обусловит при биокоррозии присутствие в воде сульфит- и тиосульфат-ионов , которые подлежат определению.

2.1.8. Перечисленные выше химические компоненты следует определять как в составе фильтратов, так и в природной воде верхнего бьефа.


^ 2.2. Перечень параметров, косвенно влияющих на изменение состава природных вод и фильтратов, подлежащих определению


2.2.1. Ряд параметров косвенно влияет на изменение состава природных вод, а также на изменение состава фильтрующей через бетон воды, и обязательно должны регистрироваться при проведении наблюдений за коррозионными процессами в бетоне под воздействием природных вод.

2.2.2. К таким показателям, прежде всего, относится температура воды. Изменение температуры воды сдвигает равновесие в соотношении компонентов карбонатной системы, а следовательно, и в кислотно-основном состоянии воды, и может существенным образом отразиться на ходе коррозионных процессов.

2.2.3. Состав природных вод подвержен выраженному сезонному колебанию, обусловленному не только изменением температурных условий, но и режимом питания водных объектов. Поэтому наблюдения за коррозионными явлениями в бетонных конструкциях плотин или бетонных плотинах должны строиться с учетом этих сезонных колебаний, а полученные данные в обязательном порядке сопровождаться информацией о водном режиме реки (водохранилища) на период проведения наблюдений.

2.2.4. Изменение фильтрационного режима в сооружении зависит от глубины протекания коррозионных процессов, а следовательно, имеет прямое выражение в количественных характеристиках концентрационного состава фильтрующей через сооружение воды при неизменном составе природной воды. Для последующей интерпретации данных химического контроля необходимо иметь информацию о фильтрационном режиме в сооружении, включающую:

напор на сооружение;

фильтрационные расходы;

изменение во времени фильтрационных расходов;

распределение по различным участкам сооружения вплоть до выделения отдельных трещин, дрен;

данные по ширине раскрытия трещин и дрен.

2.2.5. При одном и том же составе исходной природной воды ее воздействие на материал сооружения будет различно при прохождении через бетоны различной плотности и марок. Интерпретация данных химического контроля состава фильтратов и прогнозирование дальнейшего развития коррозионных процессов будут значительно более достоверными при более полной информации по составу и структуре бетона.

2.2.6. Интерпретация коррозионных процессов помимо информации по составу природной воды и фильтратов должна сопровождаться информацией по характеру и химическому составу отложений солей в случае их обнаружения (налетов, натеков, сталактитов, сталагмитов).


^ 3. ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА ПРОЦЕССАМИ КОРРОЗИИ БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ


3.1 Типовые схемы проведения наблюдений


3.1.1. Наблюдения за химическими процессами, сопровождающими фильтрацию воды в бетонных и железобетонных плотинах и связанными с коррозией бетона и арматуры, необходимо проводить как в теле, так и в основании плотины.

3.1.2. В теле плотин наблюдения проводятся за изменением химического состава воды при фильтрации, идущей через напорную верховую грань плотины. Наблюдения за химическим составом воды сопровождают наблюдения за фильтрационным режимом в сооружении и корректируются на основании полученных данных по этим исследованиям.

3.1.3. В отличие от фильтрационных исследований, где интегральные характеристики фильтрационных расходов достаточно информативны, интегральные изменения химического состава воды, собранной с различных участков фильтрационного фронта в единый коллектор, зачастую не несут никакой практической информации, поскольку не привязаны к определенным участкам коррозии, а следовательно, не являются диагностическим инструментом, позволяющим в дальнейшем принять необходимое инженерное решение. Более того, изменения, имеющие ярко выраженный характер на отдельных участках плотины, могут быть практически снивелированы отсутствием таковых изменений на других участках (каналах) фильтрации и не отразиться на изменении состава воды в интегральной пробе, создавая иллюзию видимого благополучия в сооружении в целом несмотря на наличие интенсивной коррозии на различных участках.

Получение информации о развитии коррозионных процессов на различных участках напорной грани плотины осуществляется отбором проб воды на проведение химического анализа из смотровых галерей различных ярусов с учетом их пространственной структуры. Программа исследований должна предусмотреть возможность наблюдения за коррозионными процессами на отдельных участках по всей плоскости напорной грани как по высоте плотины, так и по длине напорного фронта.

3.1.4. При исследовании процессов коррозии по высоте плотины для исключения транзитного расхода воды из вышерасположенных галерей отверстия всех дренажных скважин в полу вышележащих галерей должны плотно перекрываться крышками или пробками. Это обеспечит идентификацию состава фильтрата в нижерасположенной галерее как фильтрата, принадлежащего данному участку плотины по высоте. При этом необходимо единовременно производить отбор для анализа пробы воды в верхнем бьефе на отметке, расположенной на уровне исследуемого участка плотины, а также выполнять сравнение показателей состава фильтрата с показателями воды верхнего бьефа на данном участке.

Для выявления коррозионных процессов при фильтрации воды вдоль напорной грани следует организовать отбор и химический анализ проб воды на отдельных участках водосборных кюветов смотровых галерей. При этом по возможности необходимо предусмотреть техническое решение по отсечению потока фильтрата на данном исследуемом участке от соседних участков, а также отсечение потока на данном участке от транзитного потока из вышерасположенных галерей. Отбор проб из кюветов смотровых галерей следует производить посекционно в соответствии со структурой членения плотины на секции конструктивными швами. В случае выявления явного изменения химического состава воды в отобранной пробе, свидетельствующего о достаточно выраженном коррозионном процессе, поиск наиболее подверженного коррозии участка может быть