Попеременное замораживание и оттаивание бетона

Попеременное замораживание и оттаивание бетона является наиболее опасным видом физической агрессии. Бетон градирен подвергается воздействию мороза в весьма неблагоприятных условиях; он насыщается водой (чему помимо постоянного контакта с водой способствует миграция воды в бетоне под влиянием разности величин упругости пара внутри и снаружи градирни) и испытывает на себе агрессивное воздействие потока оборотной воды (выщелачивание и т.д.). В этих условиях начавшееся разрушение бетона развивается чрезвычайно быстро.

В особенно неблагоприятных условиях находятся железобетонные элементы в зоне входных окон, где поступающий в градирни холодный воздух соприкасается с относительно небольшими объемами охлаждаемой воды. При обследовании вентиляторных градирен рассматриваемого типа обнаружено, что разрушение бетона происходило именно в этой зоне. Тяжелые условия работы железобетонных элементов в зоне входных окон усугубляются и тем, что при эксплуатации градирен для предотвращения обмерзания входных окон вентиляторы периодически включают на обратное вращение. Создается обратный ток теплого воздуха, под действием которого оттаивают наледи на входных окнах, колоннах и балках. Вследствие этого бетон в зоне входных окон в течение одной зимы может подвергнуться очень большому числу смен замораживания и оттаивания. В этих зонах градирен должна быть обеспечена необходимая морозостойкость железобетонных конструкций. Для остальных же элементов градирен, соприкасающихся с уже нагретым воздухом, воздействие замораживания-оттаивания является менее характерным.

Как показало обследование, быстрое разрушение железобетонных конструкций в зоне входных окон вентиляторных градирен вызвано применением шлакопортландцемента, магнезиального портландцемента, заполнителей низкого качества, изготовлением железобетонных элементов с использованием пластичных бетонных смесей, а также жестким режимом эксплуатации градирен (повышенные гидравлические нагрузки и скорости движения воздуха, частое оттаивание входных окон потоком воздуха, создаваемым при реверсивном вращении вентиляторов) .

Указанное в равной степени относится и к бетону башенных градирен.

Оболочка башни градирни во время эксплуатации находится в тяжелых условиях. По внутренней ее поверхности стекает конденсат паров, образующийся при испарении охлаждаемой циркуляционной воды. Наружная поверхность оболочки подвергается периодическому воздействию конденсата и атмосферных осадков. Стекающий конденсат легко растворяет известь, выделяющуюся при твердении бетона.

В наиболее неблагоприятных условиях находится бетон верхней части оболочки башни. Вследствие малой толщины (порядка 100 мм) он замерзает при отрицательных температурах наружного воздуха в водонасыщенном состоянии. Колебания температуры воздуха вызывают соответствующие колебания фронта замораживания внутри бетона. Водонасыщенность бетона усиливается в связи со значительными температурными градиентами, обусловливающими в холодное время года миграцию воды изнутри градирни к ее наружной поверхности.

Бетон нижней части башни и зоны входных отверстий в силу значительно большей толщины оболочки оказывается гораздо менее водонасыщенным. При этом замораживанию подвергается наименее водонасыщенный, наружный слой бетона, который естественно в меньшей степени повреждается морозом.

Этот слой предохраняет наиболее водонасыщенные внутренние слои бетона от замораживания. Небольшие скорости движения холодного воздуха в зоне входных окон и отсутствие реверсивного его движения также способствуют созданию в нижней части башенных градирен относительно более благоприятных условий службы бетона, чем в верхней.

Так, верхняя часть башенной железобетонной градирни, построенной в 1956 г. из монолитного бетона на магнезиальном портландцементе (с применением пластичной бетонной смеси, характеризующейся осадкой конуса 8-10 см), уже через три года сильно разрушилась. В 1959 г. градирню отремонтировали, причем все имевшиеся в оболочке башни «окна» заделали бетоном. При повторном обследовании градирни вновь были обнаружены серьезные повреждения.

Железобетонные градирни рассматривались проектировщиками, строителями и эксплуатационниками как обычные промышленные сооружения. В настоящее время стало совершенно очевидно, что градирни следует рассматривать не только как обычные сооружения промышленного назначения, но и как сооружения технологического назначения, работающие в сложных температурно-влажностных условиях с высокой агрессивностью среды. Поэтому при проектировании градирен следует одновременно с разработкой их конструкций излагать подробные технические условия, регламентирующие требования к качеству бетона и железобетонных элементов. Эти технические условия должны передаваться на заводы сборного железобетона, поставляющие железобетонные элементы и товарный бетон для строительства градирен.