2.3.1.    Коррозия металлических конструкций и методы их защиты

Коррозионное разрушение металла является одной из существен­ных причин потери работоспособности и снижения долговечности металлических конструкций. Коррозией металлов называется окисли­тельно-восстановительный процесс разрушения металлов и спла­вов в результате химического или электрохимического взаимодей­ствия с окружающей средой, происходящий на поверхности разде­ла фаз. Более всего от коррозии страдают железо и его сплавы, а

также алюминий. Металлические конструкции подвержены в ос­новном электрохимической коррозии, возникающей при соприкос­новении металлов с электролитами.

При оценке технического состояния конструкций, пораженных коррозией, необходимо прежде всего определить вид коррозии. Это дает возможность сузить интервал поиска основных причин кор­розионного повреждения конструкций, более точно определить влия­ние коррозионного повреждения на несущую способность элементов конструкций, а также разработать наиболее обоснованные мероприя­тия по восстановлению несущей способности и защите конструкций от коррозии.

По характеру поражения металла различают сплошную (общую) и локальную коррозию.

Сплошная коррозия в свою очередь может быть равномерной и неравномерной в зависимости от глубины поражения на различных участках поверхности. Если при коррозии нарушается одна структур­ная составляющая сплава (графитизация чугуна) или один из компо­нентов сплава, то коррозию называют структурно-избирательной (рис. 2.1).

 

Сплошная коррозия характерна для стали, алюминия, цинковых и алюминиевых защитных покрытий в любых средах, в которых корро­зионная стойкость данного материала или металла покрытия недоста­точна. Этот вид коррозии характеризуется относительно равномер­ным по всей поверхности постепенным проникновением вглубь ме­талла, то есть уменьшением толщины сечения элемента или толщины защитного слоя металлического покрытия. При коррозии в нейтраль­ных, слабощелочных и слабокислых средах элементы конструкции покрываются видимым слоем продуктов коррозии, после механиче­ского удаления которого до чистого металла поверхность конструк­ций оказывается шероховатой, но без видимых язв, точек коррозии и трещин. При коррозии в кислых (а для цинка и алюминия и в щелоч­ных) средах видимый слой продуктов коррозии может не образовы­ваться Общей коррозии наиболее подвержены, как правило, поверх­ности в узких щелях, зазорах и на участках скопления пыли и влаги.

При локальной коррозии разрушение сосредоточивается на от­дельных участках поверхности, и в зависимости от размера по­ражений различают коррозию пятнами (d > /7), язвенную (d = И) и питтинговую, или точечную (d < И). Язвенная и питтинговая корро­зия листового металла при сквозном его разрушении превращается в сквозную коррозию. Из питтинговой коррозии со временем может развиться подповерхностная коррозия, захватывающая слой металла под очень тонким (например, наклепанным) слоем, который впослед­ствии вздувается и растрескивается, (рис. 2.1, г, д, е, ж).

Язвенная коррозия характерна в основном для углеродистой и низколегированной сталей при эксплуатации конструкций в жидких средах и грунтах, в меньшей степени — для алюминия, алюминиевых и цинковых покрытий. Язвенная коррозия низколегированной стали в атмосферных условиях чаще всего связана с неблагоприятной струк­турой металла, с повышенным количеством неметаллических вклю­чений, в первую очередь сульфидов с высоким содержанием марган­ца. Язвенная коррозия обычно сопровождается образованием толстых слоев продуктов коррозии, покрывающих всю поверхность металла или значительные ее участки вокруг отдельных крупных язв. Корро­зионные язвы являются острыми концентраторами напряжений и мо­гут оказаться инициаторами зарождения усталостных трещин и хруп­ких разрушений.

Наиболее опасны межкристаллитная и транскристаллитная кор­розии (рис. 2Л,з, и). Первая проходит по наименее стойким границам зерен, не затрагивая зерен металла. Вторая — рассекает зерна метал­ла, проходя через них трещиной. Межкристаллитной коррозии под­вержены многие сплавы: строительные стали, нержавеющие высоко­хромистые и хромоникелиевые стали, дюралюминиевые сплавы и др. Межкристаллитная коррозия характеризуется относительно равно­мерным распределением множественных трещин на больших участ­ках поверхности конструкций. Под оптическим микроскопом на по­перечных шлифах, изготавливаемых из отобранных проб, видно, что трещины распространяются только по границам зерен металла.

Коррозионное растрескивание — вид квазихрупкого разрушения стали и высокопрочных алюминиевых сплавов при одновременном воздействии статических напряжений растяжения и агрессивных сред. Разрушение характеризуется образованием единичных и мно­жественных трещин, связанных с концентрацией основных и внут­ренних напряжений. Трещины могут распространяться между кри­сталлами или по телу зерен. Коррозионное растрескивание характер­но для сталей с повышенным содержанием водорода. Коррозионное растрескивание выявляется фрактографическим анализом проб.

Аналогичные признаки имеет коррозионная усталость — вид ква­зихрупкого разрушения материалов при одновременном воздействии циклических напряжений и жидких агрессивных сред. Об интенсив­ности коррозионной усталости судят по числу циклов до зарождения трещин или по скорости роста наиболее длинных трещин.

Основным фактором, влияющим на развитие коррозии, служит атмосферная среда. Показателями, определяющими степень агрес­сивности среды, являются: относительная влажность, температура, возможность образования конденсата, состав и концентрация газов и пыли, туманы агрессивных жидкостей. В зависимости от условий эксплуатации конструкции могут находиться под воздействием об­щезаводской атмосферы и внутрицеховой. Особенно неблагопри­ятным фактором является относительная влажность. Наибольшая скорость коррозии реализуется при периодическом выпадении кон­денсата, однако она резко возрастает уже при достижении так на­зываемой критической влажности — для стали 70...75 %. При на­личии продуктов коррозии на поверхности конструкций критическая влажность снижается до 50...60 %.

Степень коррозионного износа определяют измерением толщины тщательно очищенного от продуктов коррозии прокатного профиля. Измерения осуществляют с помощью скобы с индикатором часового типа с ценой деления 0,01 мм. Замеры должны быть произведены в 10—20 местах по длине элемента для получения достоверного ре­зультата надо сделать около 200 замеров однотипных элементов. Для более детального исследования коррозионного поражения можно ис­пользовать металлографический метод, который позволяет опреде­лить меж- и внутрикристаллический характер поражений, коррозион­ную активность фаз, глубину и протяженность коррозионных тре­щин. Основные количественные показатели коррозионного износа: потеря толщины сечения элемента; глубина коррозионных язв; ус­ловная скорость коррозии (средняя и максимальная) за срок эксплуа­тации к моменту обследования: относительные коррозионные потери поперечного сечения за период эксплуатации.

В зависимости от интенсивности коррозионного износа металло­конструкций в соответствии с нормами [42] атмосферная среда по аг­рессивности делится на четыре группы: неагрессивную, слабоагрес­сивную, среднеагрессивную и сильноагрессивную, в которых стали разных марок имеют одинаковые скорости коррозии по группам (табл. 2.7).

Таблица 2.7

 

При оценке степени опасности коррозии следует иметь в виду, что при коррозионных повреждениях возможно охрупчивание ста­ли и снижение несущей способности конструкции не только из-за уменьшения площади поперечного сечения элементов, но и в ре­зультате снижения прочности. Охрупчивание сталей происходит по двум причинам: коррозионные повреждения играют роль концен­траторов напряжений; взаимодействие агрессивной среды с мате­риалом в вершине трещины обусловливает протекание сложных физико-химических процессов, которые увеличивают опасность та­ких дефектов. Первая причина снижает ударную вязкость материала из-за возможности облегченного зарождения трещины в зонах с кор­розионными поражениями. Острые коррозионные повреждения при понижении температуры затрудняют пластическую релаксацию на­пряжений. Вторая причина охрупчивания вызывает снижение на

14..                   .28 % характеристики трещиностойкости при статическом нагру­жении (К_с коэффициент интенсивности напряжений и Ъ крити­ческое раскрытие трещины).

Как известно, переход от механизма вязкого разрушения стали к квазихрупкому определяется, наряду с другими факторами, зна­чением критической температуры Г_крЬ которая зависит от конст­руктивной формы [29] и соответствует 50 % составляющей вязкого излома в сечении. Коррозионный износ понижает температуру Т_кр[. Величина этого смещения показана в табл. 2.8.

Таблица 2.8

 

Снижение прочностных характеристик стали из-за коррозионного повреждения существенно тогда, когда глубина повреждений соиз­мерима с толщиной t элемента. Для тонкостенных элементов конст­рукций (t = 6...8 мм) рекомендуется при проверочных расчетах сни­жать расчетное сопротивление сталей в слабоагрессивной и среднеаг­рессивной средах соответственно на 5 и 10 %.

Более интенсивное падение прочностных характеристик из-за кор­розии имеет место при отрицательных температурах. Понижающие коэффициенты могут быть приняты по табл. 2.9.

Таблица 2.9

Коэффициенты снижения расчетных сопротивлений из-за коррозии

 

Своевременная защита от коррозии металлических кон­струкций в процессе эксплуатации — одно из главных условий дол­говечности и надежности сооружений. Наиболее распространенным и достаточно эффективным средством для защиты металлоконструкций от коррозии являются лакокрасочные (органические) покрытия — высокомолекулярные пленки естественного и искусственного проис­хождения. Физико-химическую основу лакокрасочных материалов составляют многокомпонентные системы, содержащие пленкообра­зующие вещества, растворители, пигменты и добавки различного на­значения. Лакокрасочное покрытие должно быть сплошным, беспо- ристым, газо- и водонепроницаемым, химически стойким, эластич­ным, обладать хорошей адгезией и механической прочностью.

В зависимости от рода пленкообразующего вещества лакокра­сочные материалы подразделяются на масляные, битумные, глифта- левые, перхлорвиниловые, эпоксидные и др. В большинстве случаев материал наносится на предварительные слои грунтовки и шпатлев­ки, обычно в несколько покрывных слоев. Выбор типа ла­кокрасочного материала зависит от степени агрессивности эксплу­атационной среды и определяется нормативными документами [42].

При восстановлении защитных покрытий большое значение имеет подготовка поверхности элементов под окраску. Перед нанесением покрытия поверхность очищается механическим или химическим способом от ржавчины, старой краски, жировых и других загрязне­ний до степени 1 (ГОСТ 9.402-80*). К механическим способам отно­сятся пескоструйная и дробеструйная очистка, обработка поверхно­сти механизированным инструментом. При пескоструйной очистке применяется специальный порошок (металлический песок), расход которого примерно в 10 раз меньше по сравнению с обычным квар­цевым песком. Запыленность воздуха ниже допустимой по требова­ниям санитарных норм. Такие же преимущества имеет и дробеструй­ная очистка. Применяется гидропескоструйный способ очистки, осу­ществляемый эжектором, подающим струю воды с песком. Для пре­дотвращения коррозии металлической поверхности в воду добавляют -1,6 % замедлителя коррозии (ингибитора). Возможна очистка пнев­матическими или электрическими инструментами.

Восстановительные работы в действующих производственных цехах значительно упрощаются при применении химических мето­дов подготовки поверхности стальных конструкций. Химические ме­тоды достаточно экономичны. Несомненным преимуществом их яв­ляется образование на поверхности элемента конструкции слоя с оп­ределенными физико-механическими и защитными свойствами. Это обусловило широкое использование модификаторов ржавчины в ка­честве средства подготовки поверхности под окраску при восстанов­лении защитных покрытий. Созданы модификаторы, которые не только очищают поверхность от ржавчины, но выполняют и роль грунтовки или самого покрытия.

2.3.3.   Коррозия бетонных, железобетонных конструкций и методы их защиты

Бетонные и железобетонные конструкции зданий и сооружений железнодорожного транспорта подвержены воздействию внешней среды, в результате которого возникает коррозия материала. По ха­рактеру воздействия различают химическую, электрохимическую и механическую коррозию. Большинство конструкций промышленных предприятий эксплуатируется в агрессивной или слабоагрессивной средах, под влиянием которых в бетоне развиваются физико­химические и физико-механические деструктивные процессы.

Различают три вида физико-химической коррозии [1].

Коррозия I вида вызывается фильтрацией сквозь толщу бетона мягкой воды, вымывающей его составные части. Происходит процесс выщелачивания гидрата окиси кальция Са(ОН)₂ - гашеной извести и других содержащихся в бетоне растворимых веществ. Внешним при­знаком коррозии служит белый налет на поверхности конструкции, который является результатом выпадения их в осадок. По мере вы­щелачивания извести из бетона его прочность снижается. Результаты исследований показывают, что выщелачивание из бетона 16 % извес­ти приводит к снижению его прочности на 20 %, при 30 %-ном выще­лачивании — на 50 %. Полное исчерпание прочности бетона наступа­ет при 40...50 %-ной потере извести.

Следует учитывать, что при незначительном притоке мягкой воды и испарении ее с поверхности бетона, гидрат окиси кальция не вымывается, а остается в бетоне, уплотняя его. При этом пре­кращается дальнейшая фильтрация и происходит процесс, называ­емый самозалечиванием бетона. Коррозии I вида особенно подвер­жены бетоны на портландцементе. Стойкими оказываются бетоны на пуццолановом портландцементе и шлакопортландцементе с гид­равлическими добавками.

Коррозия II вида, или химическое разрушение, развивается в бетоне при действии на него кислот и щелочей, вступающих в обмен­ные реакции с составными частями цементного камня. В процессе взаимодействия кислот (соляной, серной и азотной) с гидратом окси­да кальция Са(ОН)₂ происходит его разрушение.

При фильтрации кислотных растворов через толщу бетона про­дукты разрушения вымываются, его структура становится пористой, и конструкция утрачивает несущую способность. Скорость коррозии зависит от концентрации кислоты и скорости фильтрации.

Влияние угольной кислоты при малой концентрации СО не­значительно, при высокой концентрации угольная кислота реагирует с карбонатом кальция (СаСОзХ превращая его в легкорастворимый бикарбонат Са(НС0₃)₂, который при фильтрации агрессивной воды вымывается из бетона, снижая его прочность.

В реальных конструкциях процесс коррозии бетона оценивается по результатам химического анализа продуктов фильтрации. Обна­ружение в фильтрате бикарбоната кальция свидетельствует о разви­тии коррозии. Безопасным для бетона считается раствор угольной ки­слоты с содержанием СО2 < 15 мг/л при скорости фильтрации менее 0,1 м/с.

Следует отметить, что при концентрации растворов кислот выше 0,0001 N практически все цементные бетоны, за исключением кис­лотоупорных, быстро разрушаются. Однако при этом более стойкими оказываются бетоны плотной структуры на портландцементе. Стой­кость бетонов в кислотной среде зависит также от вида заполнителей. Менее подвержены разрушению заполнители силикатных пород (гранит, сиенит, базальт, песчаник, кварцит).

Щелочная коррозия цементного камня происходит при высокой концентрации щелочей и положительной температуре среды. В этих условиях растворяются составляющие цементного клинкера (напри­мер, кремнезем Si02), что и вызывает разрушение бетона. Более стой­кие к щелочной коррозии бетоны на портландцементе и заполнителях карбонатных пород.

Коррозия III вида, или кристаллизационное разрушение бетона, происходит вследствие накопления солей в порах и капил­лярах кристаллов. Процесс коррозии III вида при наличии силь­ноагрессивной среды может наступить быстро -— через несколько не­дель или месяцев. Отличительная особенность коррозии III вида — образование и накопление новообразований (кристаллов) до тех пор, пока не произойдет разрушение конструкции. Как правило, этой кор­розии подвержены подземные конструкции, резервуары, элементы водоводов, теплотрассы и фундаменты, в основном из-за состава грунтовых вод, в которых часто содержатся сульфаты кальция, маг­ния и натрия. Защита строительных конструкций осуществляется изоляцией их от увлажнения грунтовыми водами или отводом этих вод. Опасность коррозии III вида определяется по результатам изме­рения прочности и деформативности выбуренных образцов бетона.

Долговечность железобетонных конструкций определяется спо­собностью бетона и арматуры в совокупности длительно противо­стоять действию агрессивной среды Коррозия арматуры может быть химической, электрохимической или вызванной блуждающими тока­ми. Она развивается в следующих случаях: мала плотность бетона; в защитном слое имеются трещины, через которые проникают кисло­род, углекислый газ, вода; по порам и капиллярам поступает агрес­сивный раствор.

При отсутствии трещин и наличии щелочной среды цементного бетона (pH = 12,5... 13,0) стальную арматуру пассивируют — защи­щают от окисления. Однако щелочность защитного слоя бетона в ре­зультате воздействия воды и содержащихся в воздухе диоксидов уг­лерода СО2 и серы SO2 постепенно снижается. При значениях pH ни­же 9,5 в арматуре начинаются окислительные процессы. Окис­лительным процессам способствуют воздействия растворов кислот, щелочей, солей, влажных газов, природных и промышленных вод, а также блуждающих токов.

В кислотах, не обладающих окислительными свойствами (соляная кислота), стальная арматура сильно корродирует в результате образо­вания растворимых в воде и кислоте продуктов коррозии, причем с увеличением концентрации соляной кислоты скорость коррозии воз­растает. В кислотах, обладающих окислительными свойствами (азот­ная, серная и др.), при высоких концентрациях скорость коррозии, наоборот, уменьшается из-за пассивации и образования окисной пленки на поверхности арматуры.

Скорость коррозии арматуры в щелочных растворах при pH > 10 резко снижается из-за образования нерастворимых гидратов заки­си железа. Растворы едких щелочей и карбонаты щелочных металлов практически не разрушают арматуру, если их концентрация не пре­вышает 40 %.

Солевая коррозия арматуры зависит от природы анионов и ка­тионов, содержащихся в водных растворах солей. В присутствии сульфатов, хлоридов и нитратов щелочных металлов, хорошо ра­створимых в воде, солевая коррозия усиливается. И, наоборот, при­сутствие карбонатов и фосфатов, образующих нерастворимые про­дукты коррозии на анодных участках, способствует затуханию кор­розии. На интенсивность солевой коррозии арматуры влияет кис­лород, который окисляет ионы двухвалентного железа и понижает перенапряжение водорода на катодных участках. С повышением кон­центрации кислорода скорость коррозии увеличивается.

Рассматривая воздействие газов, следует особо отметить агрес­сивность оксидов азота NO, N0₂, N₂0 и хлора С1, которые в при­сутствии влаги вызывают сильную коррозию арматуры.

Практика обследования железобетонных конструкций, сопри­касающихся с грунтом, указывает на частые случаи разрушения ар­матуры блуждающими токами из-за их утечек в грунт на участках электрифицированных железных дорог, работающих на постоянном токе, или от других источников. В месте входа тока в конструкцию образуется катодная зона, а в месте выхода - анодная, или зона кор­розии. Блуждающие токи могут распространяться на десятки кило­метров от источника, практически без уменьшения силы, которая может достигать сотен ампер. Расчеты с использованием закона Фа­радея показывают, что ток силою всего в 1...2 А, стекая с конструк­ции, в течение года может уносить до 10 кг железа. Обычно скорость разрушения арматуры блуждающими токами заметно превышает скорость разрушения от химической коррозии. Опасной для конст­рукции считается плотность тока утечки свыше 0,15 мА/дм².

При анализе агрессивных воздействий на железобетонные кон­струкции учитываются факторы, сопутствующие коррозии арматуры (рис. 2.2), и, кроме того, разрабатываются соответствующие защит­ные мероприятия. Коррозия арматуры обнаруживается по наличию трещин в защитном слое, ее интенсивность определяется замером се­чений образцов или взвешиванием продуктов коррозии.

Следует отметить, что многие локомотивные депо обслужива­ли паровозы, поэтому покрытия помещений пропитаны копотью,

 

содержащей СО и С0₂. При увлажнении покрытий водой (из-за по­вреждений кровли) происходило быстрое коррозионное разрушение несущих конструкций. Подобная картина наблюдается и в котельных, где присутствуют влага и остаточные продукты горения.

Физико-механическая деструкция (разрушение) бетона при пери­одическом замораживании и оттаивании характерна для многих кон­струкций, незащищенных от атмосферных воздействий (открытые эс­такады, путепроводы, опоры ЛЭП и др.). Разрушающих факторов при замораживании бетона, находящегося в водонасыщенном состоянии, несколько: кристаллизационное давление льда, гидравлическое дав­ление воды в капиллярах, возникающее вследствие отжатия ее из зо­ны замерзания; различие коэффициентов линейного расширения льда и материала и др.

Постепенное разрушение бетона при замораживании происходит вследствие накопления дефектов, образующихся во время отдельных циклов. Скорость разрушения зависит от степени водонасыщения бе­тона, пористости цементного камня, вида заполнителя. Более морозо­стойки бетоны плотной структуры с низким коэффициентом водопо­глощен ия.

Влияние производственных масел (нефтепродуктов) на прочность бетона неоднозначно. Разрушающе действуют на бетон только те нефтепродукты, которые содержат значительное количество поверх­ностно-активных смол [5]. К ним относятся все минеральные мае

 

При периодическом попадании масел на конструкцию (1—2 раза в год) прочность промасленного бетона равна R_m = 7?₀(1-0,023/). Фор­мула справедлива при воздействии масла в течение 25...30 лет. Для более поздних сроков прочность бетона следует принимать равной 1/3 от первоначальной.

Защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии осуществляется, в зависимости от характера разрушительного воз­действия, различными способами это:

-       снижение агрессивного воздействия среды;

-    лакокрасочные покрытая — при действии газообразных и твер­дых сред (аэрозоли),

-лакокрасочные толстослойные (мастичные) покрытия — при действии жидких сред;

-    оклеечные покрытия — при действии жидких сред, в грунтах, в качестве непроницаемого подслоя в облицовочных покрытиях;

-    облицовочные покрытия, в том числе из полимербетонов — при действии жидких сред, в грунтах, в качестве защиты от механических повреждений оклеечного покрытия;

-    пропитка (уплотняющая) химически стойкими материалами — при действии жидких сред, в грунтах;

-    гидрофобизация — при периодическом увлажнении водой или атмосферными осадками, образовании конденсата, в качестве об­работки поверхности до нанесения грунтовочного слоя под лако­красочные покрытия.

Защиту поверхностей надземных и подземных железобетонных конструкций назначают с учетом возможности возобновления за-

щитных покрытий. Для подземных конструкций рекомендуется при­менять материалы, обеспечивающие защиту конструкций на весь ос­таточный период эксплуатации. Защита поверхностей подземных конструкций, эксплуатирующихся в газообразных и твердых агрес­сивных средах, осуществляется, как правило, лакокрасочными мате­риалами — атмосферостойкими или для наружных работ (в том числе химически стойкими) [25]. В жидких органических средах (масла, нефтепродукты, растворители) недопустимо применение лакокрасоч­ных покрытий, рулонных, листовых материалов, а также герметиков на основе битумов.

Эффективной защитой железобетонных конструкций от ат­мосферных осадков может служить их гидрофобизация или флюати- рование. В первом случае бетон пропитывается на глубину 2... 10 мм гидрофобными (водоотталкивающими) составами на основе крем- нийорганических полимерных материалов ГКЖ-94, ГКЖ-10. Составы наносятся кистью или пульверизатором на предварительно очищен­ную сухую поверхность конструкции. Во втором случае бетон обра­батывается 3...7 %-ным раствором кремнефтористоводородной ки­слоты (флюат). При этом кремнефтористомагний MgSiF₆ реагирует с ионами кальция, образуя на стенках пор и капилляров цементного камня нерастворимый защитный слой из кристаллов фтористого ка­лия и кремнезема. Флюат наносится на поверхность бетона в 3-4 слоя, обычно с интервалом 4 ч между нанесением слоев.

Подготовка поверхности конструкции — важный этап проведения ремонтно-восстановительных работ. Осуществляют тщательную очи­стку разрушенных участков от посторонних включений и наслоений вручную и механическим способом с применением вращающихся проволочных щеток или с помощью пескоструйного аппарата.

Образование продуктов химической коррозии на арматуре увели­чивает ее объем, вследствие чего бетон защитного слоя механически разрушается. Это выражается в появлении волосяных трещин по на­правлению арматурного стержня. Со временем трещины раскрыва­ются, бетон защитного слоя отслаивается и корродированная арма­тура оголяется. Для восстановления эксплуатационных качеств необ­ходимо с помощью металлической щетки или пескоструйного аппа­рата очистить арматуру от ржавчины и оценить степень ее коррозии. Если коррозией повреждено более 50 % площади сечения арматурно­го стержня, то поврежденный участок вырезается и производится его

замена на новый, равноценный по площади стержень, привариваемый электродуговой сваркой. При площади менее 50 % поврежденный участок не вырезается, а на него наваривается дополнительный стер­жень усиления, компенсирующий разрушенное сечение.

На все оголенные участки арматуры наносится защитное покры­тие из эпоксидной смолы, обладающей хорошей адгезией к бетону и стали. Состав покрытия представлен в табл. 2.10.

Таблица 2.10

 

 

Хорошей защитой арматуры также является послойное нанесение торкретбетона, приготовленного из смеси цемента и песка, взятых в отношении 1:2 (1:3) и наносимого на поверхность с расстояния 1... 1,2 м слоями толщиной 1... 1,5 см.

Для защиты железобетонных конструкций, работающих в силь­ноагрессивных атмосферных и агрессивных жидких средах без ме­ханических воздействий в процессе эксплуатации, широко приме­няются битумные покрытия в виде шпаклевок и плотных штукатурок. Битумы используются разогретыми до 150...200 °С, смешанными с наполнителями и растворенными в маслах и углеводородах.

Для защиты покрытий и стен от разрушения парообразной агрес­сивной средой применяются лаки и эмали. Наиболее часто для этого используют битумно-смоляные эпоксидные эмали, полихлорвини- ловые (ПХВ) эмали и лаки, кремнийорганические эмали. В связи с высокой проницаемостью лакокрасочных материалов покрытия вы­полняются многослойными: от 3 до 8 слоев в зависимости от аг­рессивности средьг При устройстве защитного покрытия особое вни­мание уделяется подготовке поверхности: она должна быть чистой, ровной и сухой.

2.3.4.   Износ деревянных конструкций и методы их защиты

Причинами ухудшения состояния конструкций из древесины мо­гут быть физические и биологические воздействия.

К физическим воздействиям относятся пожар, перегруз и зама­чивание, к биологическим — поражение грибами и насекомыми.

Защита деревянных конструкций от возгорания При пожаре происходит уменьшение сечения деревянных элементов из-за обугливания или частичного выгорания древесины (рис. 2.3).

Под прямым воздействием огня или при высокотемпературном нагреве древе­сина разрушается, при этом она обугли­вается с выделением горючих газов. Про­межуток времени до воспламенения горю­чих газов зависит от многих факторов: по­ступления кислорода, влажности и плот­ности древесины, тепловой нагрузки. Под действием открытого пламени при темпе­ратуре 180 °С до воспламенения может пройти от 15 до 40 мин. Элементы с ма­лым сечением при температуре от 340 до 430 °С загораются сразу. При воздействии горячего воздуха с температурой 330 °С время до возгорания около 1 часа. Если тепло, образующееся при внутренних эк­зотермических реакциях, не отводится, то возгорание может произойти и при дли­тельном воздействии температуры -120 °С.

После воспламенения интенсивность горения вначале увеличивается из-за вы­сокой теплоты сгорания горючих газов. Необходимым условием для этого является достаточное поступление кислорода. После образова­ния слоя древесного угля, обладающего малой теплопроводностью, процесс сгорания замедляется. Глубокое разрушение древесины на­блюдается при температуре примерно 300 °С. В помещении, охва­ченном пламенем, температура достигает 500... 1100 °С, но из-за теп­лоизолирующих свойств угля она проникает вглубь массивных дере­вянных элементов медленно. Скорость проникновения обугливания вглубь сечения уменьшается при высокой влажности древесины и большой ее плотности. В направлении поперек волокон для хвойных пород она составляет ~ 0,4 мм/мин (за исключением швов и трещин), вдоль волокон быстрота выгорания почти вдвое больше.

Противопожарными нормами для строительных конструкций регламентируются показатели огнестойкости и распространения

огня. Огнестойкостью называется способность элемента конструкции выполнять свою функцию в условиях пожара. Предел огнестойкости

—     время действия огня (в часах) до разрушения конструкции или до образования сквозных отверстий в ограждениях, либо до нагрева по­верхности, противоположной действию огня, — в среднем более чем 140 °С.

Предел огнестойкости деревянного элемента зависит от тем­пературного режима пожара, влажности и плотности древесины, ше­роховатости поверхности, площади поперечного сечения элемента. Кроме того, поведение деревянного элемента в условиях пожара за­висит от его формы: чем больше поверхность при одинаковом объе­ме, тем ниже огнестойкость. Поэтому большие усушенные трещины, часто встречающиеся у элементов из цельной древесины, понижают предел огнестойкости, Огнестойкость клееных элементов в сечениях, не имеющих трещин, значительно выше и ее можно точнее опреде­лить. Значения предела огнестойкости некоторых деревянных эле­ментов цельного сечения приведены в табл. 2.11.

 

Для защиты деревянных конструкций от пожарной опасности про­водят конструктивные мероприятия и применяют химические мето­ды. Одним из конструктивных мероприятий является защита деревянных стен и перегородок мокрой штукатуркой или обшивка гипсовой сухой штукатуркой либо асбестоцементными листами. Де­ревянные перекрытия со щитами или обшивкой штукатурят мокрой штукатуркой толщиной 20 мм по драни или сетке или подшивают листами огнестойкого гипсокартона (гипсоволокна). Для ремонта конструкций из древесины желательно использовать остроганные пи­ломатериалы (с малой шероховатостью поверхности), обработанные антипиренами.

Горению способствует взаимный обогрев горящих поверхностей. Например, отдельное бревно достаточно безопасно в пожарном от­ношении, так как количество теплоты, теряемое через излучение, превышает количество теплоты, генерируемое горением. В рас­пиленном на доски бревне образуются стойкие очаги горения во внутренних полостях, сохраняющих большую часть теплоты, вы­деляемой взаимно обогревающимися горящими поверхностями до­сок. Для исключения возможности взаимного обогрева горящих по­верхностей пустоты в деревянных конструкциях заполняют не­сгораемыми материалами, устраивают противопожарные разрывы достаточной ширины. Жилые здания должны быть разбиты про­тивопожарными стенами (брандмауэрами) на отсеки площадью не более 800 м².

Особое внимание должно быть обращено на расстановку приборов отопления, электротехнических и слаботочных шкафов, а также на состояние электропроводки. При наличии печного отопления, кухон­ных плит, колонок в ванных комнатах, работающих на твердом топ­ливе, или других устройств, нагревающихся при сгорании топлива и требующих отвода продуктов сгорания высокой температуры, долж­ны выполняться противопожарные мероприятия, направленные на исключение возможности появления трещин в печах, трубах, дымо­вых каналах и теплоотводящих каналах. Необходимо обеспечивать достаточную теплоизоляцию сгораемых материалов от источников высокой температуры, в том числе с соблюдением минимальных рас­стояний между ними (табл. 2.12).

Таблица 2.12

Минимальные расстояния между источниками тепла и сгораемыми

 

 

Наряду с конструктивной защитой деревянных элементов должна проводиться противопожарная защита элементов, обеспечивающих жесткость и устойчивость основных конструкций (связей), а также соединений, выполняемых, как правило, из металла, имеющего пре­дел огнестойкости значительно более низкий, чем у древесины. Все стальные детали, используемые как затяжки или растянутые связи, должны иметь огнезащитное покрытие. Металлические детали со­единений обычно достаточно защитить толстыми деревянными на­кладками, болты и стержни утопить в древесину и закрыть толстыми пробками (рис. 2.4).

Химическая защита конструкций из древесины от огня осу­ществляется двумя способами: покрытием огнезащитными составами и пропиткой растворами антипиренов.

При защите первым способом на поверхность древесины наносит­ся состав, приготовленный из негорючих или трудно-возгораемых веществ. Такой слой защищает древесину от непосредственного со­прикосновения ее с пламенем и препятствует свободному доступу кислорода воздуха, необходимого для горения.

Для поверхностной огнезащиты наиболее эффективны отече­ственные составы: покрытие огнезащитное фосфатное ОФП-9;

69

 

покрытие вспучивающееся ВП-9. Широкое применение находит им­портный замедлитель возгорания NULLIFIRE). Этот материал пред­ставляет собой водоразбавляемую окрасочную композицию. Отсутст­вие органических растворителей делает его безопасным в работе. Со­став наносится на сухую поверхность древесины любым способом. Материал может быть прозрачным, подчеркивающим природную красоту текстуры древесины, или окрашенным в различные цвета При контакте с открытым пламенем покрытие вспучивается и пре­вращается в пористую массу.

Для защиты деревянных конструкций от возгорания используется водно-дисперсионная огнезащитная акриловая краска (AK-15I КРОЗ). Она изготовлена из компонентов на водной основе и не со­держит токсических органических растворителей, обладает высокой адгезией и легко наносится кистью или валиком. Под воздействием высоких температур образуется защитный коксовый слой, который предотвращает дальнейшее распространение пламени по древесине.

Находит применение отделочная огнезащитная краска ППЛ, которая состоит из калия углекислого (поташ) — 25 % по массе; ке­росинового контакта Петрова — 3 %; воды — 72 %. Состав гото­вится следующим образом: в воде, подогретой до 50—60 °С, при хорошем перемешивании растворяют поташ, после чего добавля­ют керосиновый контакт и отстаивают полученный раствор в те-

чение суток. Раствор наносят два раза с перерывом 12 ч. Температура раствора при пропитке 50...60 °С.

Для деревянных конструкций разработаны также огнезащитные краски, основой которых служит жидкое стекло. Древесина окра­шивается такими составами в два приема с перерывом в 12 ч. Расход красок на 1 м² поверхности составляет 500...600 г. (табл. 2,13).

 

Доступным средством огнезащиты является оштукатуривание, обмазка пастами. Обмазки предназначаются для деревянных кон­струкций, защищенных от непосредственного атмосферного воз­действия. Их наносят в два приема с интервалом не менее 12 ч. Не­дефицитна и экономична известково-глино-солевая обмазка ИГС, ко­торая приготавливается из следующих компонентов: известковое тес­то — 14 %; глина — 4 %; поваренная соль — 11%; вода — 11%. Ис­пользуют сульфитно-глиняную обмазку СГ-К, которая состоит из сульфитного щелока — 25 %; глины или каолина— 50 %; воды — 25 %, а также суперфосфатную обмазку, где отношение суперфосфата и воды составляет 70 и 30 %. Все составы рекомендуются для сухих помещений.

Вторым способом химической защиты древесины от возгора­ния является пропитка ее растворами — антипиренами. Возго­раемость древесины могут понижать такие вещества и составы, кото­рые плавятся и покрывают поверхность древесины огнеза­щитной пленкой, прекращающей доступ кислорода, или разла­гаются с выделением большого количества негорючих газов, которые оттесняют воздух от поверхности древесины. Кроме

того, установлено, что при горении антипирированной древеси­ны отнимается некоторое количество тепла, расходуемого на плавление и испарение антипиренов. Древесина, пропитанная антипиренами в автоклавах, только обугливается, независимо от времени воздействия источника огня, и неспособна к само­стоятельному горению.

В качестве антипиренов чаще всего применяют водорастворимые аммонийные соли, буру, борную кислоту и соли фосфатной кислоты. Бура представляет собой белое кристаллическое негигроскопичное вещество, вспучивающееся при нагревании и выделяющее пары во­ды. Борная кислота представляет собой бесцветные мелкие кристал­лы, которые при нагревании расплавляются и превращаются в стек­ловидную массу. Сульфат аммония — техническая соль серной ки­слоты — порошок серого цвета. Не горюч, не летуч, не гигроскопи­чен, вызывает значительную коррозию металла. При нагревании пла­вится, а в дальнейшем разлагается на инертные газы — аммиак и сер­нистый газ. Хлористый аммоний хорошо защищает древесину от го­рения, но очень гигроскопичен и легко выветривается; применяется в смесях. При нагревании выше 386 °С возгорается, образуя большое количество паров.

При поверхностной обработке древесины для удержания огне­защитных составов на поверхности как пенообразователь исполь­зуется керосиновый контакт, который представляет собой смесь сульфонафтеновых кислот. Легко растворяется в воде, не горюч, не летуч.

Для наибольшего огнезащитного эффекта применяют не отдель­ные соли₇ а их различные смеси. Растворенные в воде эти смеси обра­зуют пропиточные составы. Например, используют состав: фосфор­нокислый аммоний — 6 %, сернокислый аммоний — 14 %, фтори­стый аммоний — 1,5 %; состав: фосфорнокислый натрий — 2,5 %, сернокислый аммоний — 17,5 %, фтористый натрий — 1,5 %, вода — 78,5 %.

Степень огнезащиты возрастает с увеличением количества вве­денных в древесину солей антипирена. Обычно для пропитки приме­няют растворы 10... 15 %-ной концентрации, так как малые концен­трации необходимой огнезащиты не обеспечивают. Достаточной за­щитой является пропитка древесины антипиреном на глубину 5... 10 мм.

Последствия перегруза деревянных конструкций Перегруз может вызвать различные разрушения деревянных эле­ментов по какому-либо сечению. Например, возможны разрыв ра­стянутого элемента, разрушение от смятия в месте опирания одного элемента на другой. В результате перегруза может произойти потеря устойчивости всего элемента.

Перегруз может вызвать также в деревянном элементе деформа­ции ползучести, происходит рост деформаций без увеличения на­грузки. Ползучесть в древесине проявляется при превышении но­минальными напряжениями некоторого порога — допустимых дли­тельных напряжений (рис. 2.5). Деформации ползучести — это пла­стические деформации, т.е. необратимые.

Влияние замачивания на конструкции из древесины Замачивание приводит к увеличению влажности древесины, что повышает вероятность гниения. Кроме того, от количества влаги в древесине в значительной мере зависят ее физико-механические свойства.

Содержание влаги в древесине принято давать в процентном от­ношении к сухому весу:

 

где G_w — вес древесины при влажности W. Древесина поглощает водяные пары из окружающего воздуха стенками клеток, а свобод­ную или капиллярную влагу набирает в межклеточное простран­ство, поэтому различают две категории влажности. Гигроскопи­

 

ческая влажность — ниже точки насыщения волокон, когда влаж­ность (примерно при 28 %) древесины зависит от влажности и тем­пературы окружающего воздуха. Капиллярная влажность — выше точки насыщения волокон, когда полости клеток заполняются водой,

—     у только что срубленной древесины и у строительных элементов полностью или частично соприкасающихся с водой. При W ~ 12 % наступает равновесная влажность в сухом помещении, при W > 70% происходит так называемое полное водонасыщение, древесина не гниет, нарастает прочность (корабельный лес).

Изменение влажности древесины в пределах 12...30 % влияет на размеры деревянного элемента. Процесс увеличения или умень­шения влажности древесины в зависимости от эксплуатационной среды — процесс обратимый. Соответственно обратимы и изме­нения размеров. Снижение влажности ведет к усушке, а увеличе­ние — к разбуханию древесины. После достижения точки насы­щения волокон практически никаких изменений размеров не на­блюдается. В зависимости от ширины годичного кольца и поло­жения волокон разбухание и усушка лесоматериалов проявляют­ся по-разному (рис. 2.6). Изменение размеров происходит более

 

всего в тангенциальном направлении, вдвое меньше — в радиальном, а вдоль волокон оно совсем незначительно. Величина усушки и раз­бухания зависит от плотности древесины. Легкие породы в меньшей мере склонны к деформации под влиянием изменения влажности, чем тяжелые.

Повышение влажности древесины выше 15... 18 % вызывает уменьшение прочности, увеличение деформативности, снижение по­рога допустимых длительных напряжений. Соответственно все виды разрушений, вызываемых перегрузом, становятся возможными при меньших нагрузках, чем расчетные. Часто на практике рост прогибов в одной из балок покрытия или перекрытия объясняется именно ее замачиванием.

Для устранения вредных последствий влияния влажности дере­вянные конструкции изготавливают из сухой древесины, в тесовых кровлях и обшивках стен учитывают вероятные направления ко­робления досок. Для уменьшения ширины раскрытия трещин при­меняют узкие доски.

Биологические воздействия на древесину

Грибковая гниль, разрушающая древесину, вызывается грибами, которые отличаются большим разнообразием (от почти без­вредных плесеней до весьма агрессивных разрушителей). К слабо разрушающим грибам, окрашивающим древесину в серо-синеватый цвет, относятся плесени, которые образуют на поверхности древеси­ны пушистые налеты, указывающие на неблагоприятный для древе­сины температурно-влажностный режим. Плесени являются пред­вестниками появления опасных грибов-разрушителей, которые пора­жают не только древесину, но и изделия из ее отходов, например дре­весностружечные и древесноволокнистые плиты.

Между признаками некоторых видов плесени и деревоокраши­вающих грибов нет четкой границы. У грибной окраски цвет ко­леблется от синего до черного и от серого до коричневого. Однако коричневая окраска не всегда свидетельствует о присутствии дере­воокрашивающих грибов, а иногда вызывается окислительными процессами, происходящими при сушке вследствие реакции между кислородом воздуха и некоторыми компонентами древесины. На хвойных породах синева обычно проникает глубоко в древесину, и удаление ее возможно лишь механическим путем. Деревоокраши­вающие грибы поражают и быстро развиваются в заболоне древе­

сины во время теплой сырой погоды. Сырая древесина также пора­жается деревоокрашивающими грибами в штабеле, если не обеспе­чиваются условия для сушки материала, проветривание.

Грибы, вызывающие изменение физико-механических свойств древесины и в конце концов разрушающие ее, называются деревораз­рушающими грибами, а процесс, вызываемый жизнедеятельностью этих грибов, —- гниением. Дереворазрушающие грибы разделяются на несколько видов. Лесные грибы поражают растущие деревья, а на срубленной древесине их жизнедеятельность прекращается. Бирже­вые (складские) грибы поражают древесину, складированную в шта­белях. Наиболее опасные для деревянных конструкций — домовые грибы, являющиеся источником поражения для всей окружающей древесины. К домашним грибам относятся три основных вида: домо­вый (Мерулиус лакриманс), белый (Пориа вапарарио), пленчатый (Кониофора церебелла). Характерным внешним признаком разруше­ния древесины такими грибами в стадии их активной жизнедеятель­ности служит появление трещин вдоль и поперек волокон. Деструк­тивная гниль в конечной стадии своего развития приводит к распаду древесины на призматические кусочки, легко растираемые в порошок руками.

Процесс развития грибов в древесине происходит при влажности не ниже 18...20 % в присутствии воздуха, при температуре его от 5 до 45 °С. Температура ниже 0^е задерживает развитие гриба, но не убива­ет его. Отсутствие вентиляции, неподвижность воздуха, окру­жающего древесину, при повышенной влажности способствует раз­множению гриба. Под водой, из-за отсутствия доступа воздуха, грибы не могут существовать. Домовые грибы могут развиваться и на сухой древесине при первоначальном увлажнении поверхности древесины и незначительном воздухообмене. Дальнейшее увлажнение происходит в результате химического разложения древесины при участии гриба. Для избежания этого процесса необходим интенсивный воздухооб­мен, обеспечивающий равновесную влажность древесины с окру­жающей средой, которая практически всегда обеспечивает влажность древесины менее 18%.

При гниении древесины изменяется ее структура и окраска. В одних случаях на первом этапе гниения физико-механические свойства ее меняются незначительно, а в других происходит значи­тельное уменьшение объемного веса и понижение механической прочности. В последних стадиях гниения древесина становится тем-

76

но-бурой или темно-коричневой, почти полностью теряя свою ме­ханическую прочность.

Участки древесины, пораженные грибами, вырезаются и сжига­ются, после чего конструкция восстанавливается антисептированной древесиной или специальными протезами.

Наиболее часто поражаются грибковой гнилью увлажненные и плохо проветриваемые элементы конструкций: в подпольях на сыром грунте и необитаемых подвалах; неантисептированные концы балок в каменных стенах; накаты перекрытий при неисправных крышах; де­ревянные перегородки из сырого леса, оштукатуренные с двух сто­рон; полы, накаты, балки под санузлами и кухнями при повышенной влажности. Основным мероприятием конструктивной профилактики по борьбе с гниением элементов деревянных конструкций является защита от постоянного и систематически повторяющегося увлажне­ния, а также обеспечение хорошего проветривания.

Увлажнение древесины в строительных конструкциях может быть двух видов: непосредственное и конденсационное.

Источником непосредственного увлажнения являются, прежде всего, атмосферные и грунтовые воды, а также влага, образующаяся в эксплуатационных условиях, например, в помещениях с мокрыми технологическими процессами (в прачечных, банях, складах сырой продукции), при протечках кровли, при мытье полов, при порче сан­технического оборудования (водопровода и канализации).

Конденсационное увлажнение появляется при осаждении водяных паров, насыщающих окружающий воздух, на поверхностях с темпе­ратурой ниже точки росы. Конденсационное увлажнение может быть непрерывным в продолжении длительного периода времени (систе­матическая конденсация) и пульсирующим, действующим кратко­временно при периодическом и суточном колебаниях температур (дифференциальная конденсация). Возникновение конденсации на­блюдается на поверхностях стальных частей конструкций и в особен­ности, когда они находятся в замкнутых местах (например, на сталь­ных вкладышах, болтах и т.п.), а также в глухих стальных башмаках (например, в промежуточных и опорных узлах сквозных конструк­ций).

Защита деревянных конструкций от непосредственного увлаж­нения сводится к своевременному устранению протечек в кровле и содержанию в исправном техническом состоянии инженерного обо­рудования — систематический внешний осмотр и детальная проверка всех водостоков, карнизов и других участков, связанных с удалением атмосферных осадков с крыши, своевременный ремонт трубопрово­дов водоснабжения и канализации.

Для защиты от грунтовых вод в местах соприкосновения эле­ментов деревянных конструкций с кирпичной, бутовой или бетонной кладкой стен или фундаментов прокладывают гидроизоляционный слой из двух-трех листов рубероида или толя с обязательной про­слойкой между ними каменноугольной клебемассы. Г ид- роизоляционный слой выводится несколько выше расположенной возле здания отмостки.

В открытых конструкциях (мостах, башнях, вышках) для защиты от атмосферных осадков на горизонтальных или косых поверхностях устраивают козырьки, сливные доски или другие защитные устройст­ва.

эффективным средством защиты от дифференциальной конден­сации служит обеспечение свободного проветривания всех элементов деревянных конструкций (опорных узлов ферм, арок и рам), не до­пускается их глухая заделка в каменной или бетонной кладке.

Для защиты от конденсационного увлажнения ограждающей слоистой конструкции наружных стен, чердачных перекрытий и бес- чердачных покрытий в отапливаемых зданиях необходимо создание внутри конструкций правильного тепловлажностного (осушающего) режима. Для этого ограждающие конструкции должны обладать дос­таточной теплоустойчивостью и сопротивлением теплопередаче, со­ответствующим данной климатической зоне и назначению здания. Расположение отдельных слоев конструкций ограждения из различ­ных строительных материалов должно обеспечивать постоянное, по­степенное падение упругости водяных паров воздуха от более высо­кой температуры воздуха внутреннего помещения к более низкой температуре наружного воздуха.

Для предупреждения образования в толще конструкций ограж­дений конденсационной влаги необходимо предварительное про­ведение установленного нормами и техническими условиями по­верочного расчета [45]. В конструктивном отношении для устра­нения проникания паров теплого воздуха из ограждаемого поме­щения в толщу ограждения с его внутренней стороны помещают пароизоляционный слой, устраивают теплоизоляцию, обеспечи-

вающую температуру этого слоя не ниже точки росы па­ров внутреннего теплого воздуха при самых небла­гоприятных температурно­влажностных условиях.

В стенах слоистых конст­рукций теплоизоляционные свойства отдельных слоев непропорциональны их па­роизоляционным свойствам.

Для устранения появления в толще таких конструкций конденсационной влаги теп­лоизоляционный слой поме­щают с холодной наружной стороны, так как в этом слу­чае упругость водяных паров будет падать быстрее, чем температура (рис. 2.7, а).

В бесчердачных конструкциях покрытий для устранения кон­денсационного увлажнения применяется схема, показанная на рис. 2.7, 6, в которой под кровлей имеется воздушная прослойка, сооб­щающаяся с наружным воздухом. В целях пожарной безопасности эта прослойка по длине здания разделяется на отсеки при помощи специальных преград из шлака или других подобных отсыпок.

В чердачных кровлях для предотвращения увлажнения несущих деревянных конструкций водяными парами должна быть обеспечена разница между температурой наружного воздуха и чердака не более

2..             .4 °С (холодный чердак). Добиваются этого обеспечением сквозно­го проветривания чердака (устройство в коньке и карнизе продухов- аэраторов) и ограничением поступления тепла — достаточной тепло­защитой чердачного перекрытия; качественной теплоизоляцией тру­бопроводов отопления и горячего водоснабжения, вентиляционных каналов; устройством плотных, утепленных люков и дверей чердач­ного помещения.

Необходимую толщину утеплителя, качество утепления можно определить измерением температуры утеплителя на глубине 2 см

термометром, погруженным в утеплитель. Разность температуры уте­плителя и наружного воздуха должна бы гь не более: t °С, наружного воздуха -30         -20    -10                                                                          0

t °С, утеплителя                         -21                -12                 -3                 +2

При недостаточной теплоизоляции чердачного перекрытия вы­полняют следующие мероприятия: взрыхляют уплотнившуюся за­сыпку или добавляют новый слой; влажную засыпку удаляют, про­сушивают и восстанавливают. У наружных стен слой утеплителя должен быть больше, чем в пролете.

Скорость проникновения влаги в древесину вдоль волокон во мно­го раз больше, чем поперек волокон, поэтому особое внимание долж­но уделяться защите торцов брусчатых и клееных конструкций. При этом нужно учитывать, что через торец (вдоль волокон) влага не только поступает в древесину, но и выводится из нее при высыхании Концы деревянных балок, закладываемых в кирпичную стену, по­крываются антисептической пастой с последующей оберткой только боковой поверхности балки толем; торец балки не обертывается, ос­таваясь открытым (для просушки древесины), а только антисептиру- ется. В целях лучшей просушки древесины целесообразно оставлять в каменных стенах у торцов балок сквозные гнезда для просушки дре­весины (рис. 2.8).

Деревянные полы первых этажей имеют два конструктивных решения: одинарный пол над утепленным вентилируемым подполь­ем и утепленное перекрытие над холодным подпольем. Вентиля-

 

ция пространства под полом при утепленном перекрытии обеспе­чивается установкой в полах решеток с поднятыми бортами, а также щелевыми плинтусами, расположенными по периметру помещений. Защита непосредственно древесины от увлажнения обеспечивается лакокрасочными покрытиями, препятствующими проникновению в древесину атмосферной влаги и водяных паров.

Кроме указанных мероприятий, в целях предохранения деревян­ных конструкций от преждевременного загнивания необходимо со­блюдение следующих обязательных общих положений:

-     все элементы несущих деревянных конструкций покрытий и конструкции крыши (в особенности утепленной) должны быть по возможности доступны для осмотра, открытыми и хорошо провет­риваемыми;

-      все покрытия с применением деревянных конструкций должны иметь наружный водоотвод и быть без световых фонарей; в случае необходимости световые фонари должны иметь вертикальное остек­ление с отводом из них конденсационной воды;

-     устройство деревянных конструкций в бесчердачных покрытиях допускается только в случае обеспечения холодного продуха с воз­душной прослойкой под кровлей;

-открытые, не защищенные от атмосферных осадков конст­рукции следует выполнять преимущественно из брусьев или бре­вен с зазорами в составных элементах, способствующими провет­риванию.

Особое внимание должно уделяться возможности высыхания ув­лажненной древесины. Для этого следует не закупоривать торцы де­ревянных элементов (антисептирование проводить глиняными паста­ми); создавать интенсивный воздухообмен в чердачных помещениях (не засорять карнизные продухи, не забивать продухи в коньке и чер­дачные окна).

Необходимо помнить, что равновесная влажность древесины с ок­ружающей средой практически всегда обеспечивает влажность дре­весины менее 18 %, что делает невозможным развитие на древесине грибковой гнили.

Повреждения древесины насекомыми, называемые чер­воточными, на поверхности пиломатериалов — это круглые или овальные отверстия, бороздки или канавки, которые производят ли­чинки насекомых, питающихся древесиной. Древесину повреж­дают различные насекомые: жуки (усачи, златки, короеды, долгоно­сики, точильщики), бабочки (древоточцы, стеклянницы), термиты.

Насекомые интенсивно развиваются и разрушают древесину при температуре 18...24 °С, относительной влажности воздуха 60...80 %. В большинстве случаев насекомые, закончив цикл развития во влажной древесине, после высыхания вторично ее не заселяют, за исключени­ем трухлявой червоточины, которая вызывается группой домовых вредителей (домовые точильщики, усачи, термиты), которые способ­ны развиваться внутри сухой древесины, превращая ее в трухлявую массу, в то время как на поверхности, кроме входных и летных отвер­стий, ничего не замечается. Червоточина незначительно сказывается на физико-механических свойствах древесины.

Антисептирование древесины

Антисептирование — химическая защита деревянных конструк­ций от биоповреждения — предусматривается в тех случаях, когда увлажнения в процессе эксплуатации избежать невозможно, зак­лючается в пропитке или покрытии деревянных элементов анти­септиками.

Антисептики — это химические вещества и составы, применяемые для предохранения древесины от гниения и повреждения деревораз­рушающими грибами и насекомыми. Антисептики разделяют на ин­сектициды (токсичные для насекомых) и фунгициды (вещества, ток­сичные для дереворазрушающих грибов).

Антисептики должны удовлетворять, помимо токсичности к гри­бам и насекомым, таким требованиям, как способность проник­новения в древесину, устойчивость к вымыванию из нее, быть без­вредными для людей и др. Всему комплексу требований не удов­летворяет ни один антисептик, поэтому для каждого конкретного случая подбирают соответствующие препараты.

Все применяемые антисептики подразделяют на три основные группы: неорганические (водорастворимые), органического проис­хождения и комбинированные [17].

К неорганическим антисептикам (водорастворимые) относятся фтористый натрий, кремнефтористый аммоний, бихромат натрия, кремнефтористый натрий технический.

Фтористый натрий (NaF) — белый порошок, не имеющий запа­ха, не летуч, слабо корродирует металлы. Концентрация раствора принимается 3—4 %. Обладает высокой диффузионной способно­стью проникновения в сырую (до 40...50 % влажности) древесину. При соприкосновении с известью, цементом, алебастром, мелом фто­ристый натрий частично утрачивает антисептические свойства, обра­зуя с солями кальция нерастворимые в воде соединения. Поэтому во­да для приготовления антисептика должна быть мягкой.

Кремнефтористый аммоний (NH) SiF — белый кристаллический порошок с легким запахом аммиака. Обладает высокой раство­римостью (18...32 %). Легко проникает в древесину, но и легко вы­мывается из нее. Древесина, пропитанная этим препаратом, не из­меняет цвет. Недостаток антисептика в том, что он вызывает кор­розию металла. Концентрация раствора принимается 5...10 %. Ши­роко применяется для антисептирования деревянных конструкций, находящихся в условиях, где исключено вымывание соли в процессе эксплуатации

Бихромат натрия представляет собой кристаллы красно-оран­жевого цвета, хорошо растворимые в воде. Легко проникает в дре­весину и прочно фиксируется ее волокнами. Не летуч и является пас- си виатором коррозии металлов.

Кремнефтористый натрий технический — белый или желтоватый порошок. Имеет низкую растворимость (в холодной воде 0,65, в го­рячей — 1,8 %), является слабым антисептиком. В чистом виде для обработки древесины применяется редко. Для повышения ток­сичности кремнефтористого натрия добавляют кальцинированную соду, жидкое стекло или аммиак, при соединении с которыми в ра­створе образуется фтористый натрий.

Имеется ряд антисептиков, которые применяются весьма огра­ниченно. К ним относятся хлористый цинк₇ поваренная соль и др. Эти антисептики чаще всего используются в качестве компонента в ком­бинированных составах.

К органическим антисептикам (маслянистым) относятся оксиди- фенил, каменноугольное (креозотовое) масло.

Оксидифенил технический — продукт коксогазовой промыш­ленности, порошок грязно-белого цвета из мелких полупрозрачных кристаллов со слабым запахом фенола. Сильный антисептик, приме­няется для защиты древесины открытых сооружений в виде 3...5 % растворов в керосине, мазуте, скипидарном масле и др. Трудно вы­щелачивается водой и не вызывает коррозии металлов. Этот антисеп­тик не допускается к применению в жилых, общественных и про­мышленных зданиях.

Масло каменноугольное (креозотовое) — жидкость темно-ко- ричневого цвета с едким запахом. Является сильным, длительно дей­ствующим антисептиком. Трудно вымывается водой. Из-за резкого запаха и горючести каменноугольное масло не рекомендуется для об­работки древесины в жилых и общественных зданиях.

К комбинированным антисептикам относятся препараты, со­стоящие из двух или нескольких веществ, токсичность которых в смеси оказывается выше суммарной токсичности входящих в нее компонентов. К числу наиболее распространенных комбинированных препаратов относятся кремнефтористый натрий с фтористым натрием (соответственно 0,65 и 0,16 кг) на 100 л воды. Смесь этих солей втрое токсичнее фтористого натрия. Растворение осуществляется в горячей воде, температурой до 90 °С. Комбинированным антисептиком явля­ется хромно-медный препарат (ХМ-5), который представляет собой смесь, состоящую из равных частей медного купороса (50 %) и би­хромата натрия (50 %) с добавкой уксусной кислоты (0,05 %). При­меняется в виде 7... 10 %-ных водных растворов. Окрашивает древе­сину в зеленоватый цвет, незначительно корродирует металл. Пропи­танная этим препаратом древесина хорошо склеивается, вместе с тем наблюдается тенденция снижения прочности. Препарат ХМ-5 реко­мендуется для консервирования древесины в конструкциях, постоян­но омываемых водой (например, градирен).

Антисептические пасты — для их приготовления водораство­римый антисептик смешивают с какой-нибудь вяжущей основой, ко­торая придает пасте вязкость и удерживает слой антисептика на по­верхности древесины. В качестве вяжущей основы используют као­лин, битум, каменноугольный лак (кузбасслак). По количеству расхо­дуемого антисептика различают марки паст 100 и 200. Марка 100 со-

'У

держит сухой слой антисептика 100 г/м обрабатываемой поверхно-

'У

сти, марка 200 — не менее, чем 200 г/м . Пасты выпускаются в виде концентрата, перед началом работы разводятся водой до консистен­ции густой сметаны.

Паста антисептическая на каменноугольном лаке состоит из фто­ристого натрия — 44 %, лака каменноугольного -— 7 %, каолина— 13 %, воды — 26 %. По внешнему виду представляет густую массу чер­ного или темно-серого цвета.

Паста антисептическая на ПВА эмульсии состоит из фтористого натрия — 44 %, каолина — 13 %, ПВА — 16 %, воды — 27 %. По

внешнему виду паста представляет собой густую массу светло-серого цвета.

Глиняные пасты состоят из фтористого натрия — 30 %, глины -— 27 %, экстракта сульфитных щелоков — 3 %, воды — 40 %. Экстракт сульфитных щелоков получается из отходов целлюлозно-бумажного производства. Имеет вид твердого смолообразного вещества. В теп­лой воде растворяется без остатка.

Технология антисептирования

В практике используют такие методы химической защиты дре­весины, как консервирование и антисептирование.

Консервирование — способ, предусматривающий обработку хи­мическими средствами и рассчитанный на их глубокое проник­новение в древесину. Консервирование древесины осуществляется в основном диффузионным методом Действие этого способа основано на способности водорастворимых антисептиков постепенно прони­кать в глубину древесины по законам диффузии, растворяясь в со­держащейся в древесине влаге, а также при последующих увлажне­ниях ее в условиях эксплуатации. К диффузионным способам отно­сятся обработка пастами и сухими антисептиками элементов из сы­рой древесины или элементов, увлажнение которых в процессе экс­плуатации неизбежно (концы балок, опирающихся на каменную сте­ну, лаги и др.).

На поверхность древесины пасты наносятся в виде пленки тол­щиной 1—2 мм и защищаются от испарения. Недостаток такого ме­тода — большой расход антисептика. Скорость пропитки древесины, обработанной пастами, идет тем быстрее, чем выше ее влажность, и в среднем равна 1 мм/сутки. Таким образом, древесина, обработанная пастами, пропитывается на всю глубину заболони в течение 2—3 мес. Причем на эту пропитку не требуется специального времени, так она происходит уже в конструкциях в процессе службы древесины. По­ложительная сторона этого способа —- возможность обработки сырых лесоматериалов, тогда как другие способы требуют предварительной сушки их.

Существуют несколько способов обработки древесины антисеп­тиком. В условиях строительства и реконструкции применяют по­верхностное и сухое антисептирование.

Поверхностное антисептирование, или непосредственного дей­ствия, рекомендуется проводить водорастворимыми антисептика­ми путем многократного гидропульпирования, нанесения раствора кистями либо погружением отдельных элементов в ванны с ра­створом. Принцип этого вида обработки заключается в постоянном увлажнении поверхности, в результате чего соли проникают в древе­сину на глубину от 1 до 3 м, в зависимости от рецептуры состава и времени нанесения.

Сухое антисептирование, или последующего действия, диф­фузионное, при котором предполагается, что антисептик начнет дей­ствовать при увлажнении конструкции. Осуществляется на го­ризонтальных поверхностях порошкообразными антисептиками с влажными опилками или песком. Влажность опилок должна быть в пределах 30...40 %. Опилки используются в качестве балласта от вы­ветривания. Примерное соотношение 45...60 кг антисептика на 1 м³ опилок.

Антисептированию подлежат наружные и скрытые элементы кон­струкций — деревянные фундаменты, балки, накаты, подшивка, пе­регородки под штукатурку. Элементы, подлежащие сплошной окра­ске (окна, двери, чистые полы и перегородки), не антисептируются. В закрытых сооружениях для обработки полусухих и сырых деревян­ных элементов применяются такие средства, которые бы не препятст­вовали сушке древесины, например, пасты. В заводских условиях предпочтительнее использовать метод горяче-холодных ванн, а при наличии автоклавного оборудования вакуумную пропитку древе­сины.

Защита древесины от увлажнения может обеспечиваться также лакокрасочными покрытиями (ЛКП), препятствующими про­никновению в древесину атмосферной влаги и водяных паров. Абсо­лютно паро- и водонепроницаемых покрытий на основе лакокрасоч­ных материалов (ЛКМ), образующих пленку на поверхности древе­сины, не существует. Проникая через покрытие, влага поглощается древесиной, которая изменяет свои размеры в тангенциальном и ра­диальном направлениях, растягивая ЛКП. Постоянные циклические изменения размеров древесины в зависимости от влажности воздуха приводят к изменению механических свойств ЛКП. В результате снижения эластичности материала нарушается монолитность покры­тия, появляются трещины, что сводит водо- и паропроницаемость по­крытия к нулю. Защита ЛКМ предусмотрена на непродолжительный срок — транспортировка, хранение, монтаж, устройство кровли.

Кроме циклических нагрузок на старение ЛКП (изменение во вре­мени механических свойств покрытия) оказывают влияние солнечная радиация, температура, химически агрессивная среда.

На долговечность ЛКП оказывает влияние и толщина: чем тоньше пленка, тем она эластичней. С увеличением толщины покрытия воз­растает вероятность разрушения пленки вследствие роста внутренних напряжений при старении покрытия, которые суммируются с цикли­ческими деформациями. Толщину покрытия назначают в пределах

60..     . 120 мкм, что составляет примерный расход 200...400 г/м поверх­ности.

Для защиты торцов деревянных конструкций и наиболее увлаж­няемых участков боковых поверхностей (например, при пересече­нии стен и перегородок, отделяющих отапливаемые и неотаплива­емые помещения) применяют мастичные составы на основе эпок­сидных смол и тиоколовых мастик. Для повышения эластичности этих покрытий нанесение производится по стеклоткани или стекло- сетке.

Лакокрасочная промышленность выпускает большое количество лаков, красок, эмалей на основе полимеров. Они обладают свойством образовывать покрытия толщиной в несколько десятков микрон, ко­торые защищают древесину от влияния внешней среды.

Перхлорвиниловые эмали - это растворы перхлорвиниловой смо­лы в смеси летучих органических растворителей с добавлением плас­тификаторов и пигментов. Эмали марок ХВ-110, ХВ-124, ХВ-1100 имеют хорошую адгезию к древесине, эластичны, трещиностойки.

Пентофталевые эмали — суспензии сложных полиэфиров пента- эрита и фолиевой кислоты, модифицированные жирными кислотами растительных масел с пигментами. Эмали марок ПФ-115 и ПФ-133 нашли широкое применение при окраске клееных конструкций мас­сового применения в сельскохозяйственном строительстве как стой­кие к температурным колебаниям от минус 40 до плюс 50 °С.

Уретаново-алкидная эмаль УРФ-1128 рекомендуется для защи­ты конструкций, эксплуатируемых как под навесом, так и на от­крытом воздухе, а алкидно-карбамидная эмаль М4-181 хорошо за­щищает древесину внутри помещений с повышенной влажностью воздуха.

Перхлорвиниловый лак ХВ-784, пентофталевые лаки ПФ-170 и ПФ-171 используются для прозрачной отделки деревянных изде­лий и конструкций, эксплуатируемых внутри помещений, а уретано- вые лаки УП-293 и УР-294 атмосфероустойчивы и могут применяться как в навесах, так и на открытом воздухе.

Все более широкое применение получают органосиликатные, кремнийорганические и другие эмали, которые помимо защиты от увлажнения, снижают возгораемость древесины и являются токсич­ными по отношению к домовым грибам.

Поскольку скорость проникновения влаги в древесину вдоль во­локон во много раз больше, чем поперек волокон, т.е. через по­верхность пиломатериала, особое внимание уделяется защите торцов деревянных конструкций. Для этой цели используются мастики на основе эпоксидных смол и тиоколовые мастики, которые отличаются атмосферостойкостью, низкой влаго- и паропроницаемостью, долго­вечны, обладают хорошей адгезией к пентафтапевым и перхлорвини- ловым эмалям и не вызывают затруднений при ремонте.

Компонентами эпоксидных мастик являются смола К-153 или К- 115, полиэтиленполиамин (отвердитель), ксилол или толуол (ра­створитель при грунтовке) и наполнитель (диабазовая мука, цемент и т.п.).

Тиоколовые мастики поставляются в комплекте, состоящем из ос­новной герметизирующей пасты У-30, У-32, вулканизирующей пасты № 9 и ускорителя вулканизации дифенилгуанидина. Адгезия тиоко- ловых мастик к древесине существенно повышается при грунтовке торцов эпоксидной шпатлевкой.

Воздействие химически агрессивной среды

Защита деревянных конструкций от воздействия химических реа­гентов сводится в основном к защите металлических элементов узло­вых соединений деревянных конструкций.

Учитывая возможность коррозии металла от воздействия хи­мических реагентов, рекомендуется применять безметапьные де­ревянные конструкции, например, составные балки из брусьев и бревен на пластинчатых нагелях, брусчатые фермы на лобовых врубках и дубовых нагелях и все виды клееных конструкций. При этом стальные детали и связи, а также стяжные болты, не защи­щенные от коррозии, должны применяться только в качестве монтажных и страховочных элементов с учетом возможности их замены в процессе эксплуатации конструкции. Защита от кор­розии металлических деталей капитальных деревянных конструк­ций может быть осуществлена путем оцинковки, покрытия ла­ками и другими аналогичными средствами с учетом вида реа­гентов [42].

Защита самой древесины в необходимых случаях может осуще­ствляться окраской после шпаклевки или нанесением на поверхность синтетических защитных покрытий.