Технология увеличения сроков службы цементобетонных дорожных покрытий

По обобщенным данным, в странах мира, обладающих наиболее развитой дорожной инфраструктурой, начало коррозионного разрушения металлических железобетонных конструкций начинается в среднем через 7-10 лет с начала эксплуатации. Данные процессы ведут к необходимости проведения трудоемких и длительных ремонтных работ, отвлечения на эти цели дополнительных финансовых средств. Потери от коррозии в промышленно развитых странах составляют 2-3% валового национального продукта.

Технология

При этом в мире существует технология, кратно, до 10 раз увеличивающая срок службы транспортных сооружений. Речь идет о технологии защиты от коррозии стальной арматуры заводскими эпоксидными покрытиями. Ее внедрили в промышленную практику в середине 70-х годов, как средство увеличения срока службы железобетонных конструкций, минимизирующее коррозию армирующей стали. В основе технологии -  порошковое эпоксидное покрытие 3M™ Scotchkote™ для антикоррозионной защиты стальной арматуры (по международной классификации ECR Epoxy Coated Rebar).

В США опыт использования стальной арматуры с антикоррозионным покрытием ECR составляет более 40 лет. К примеру, все мосты, построенные в штате Индиана за последние 10-15 лет, используют ECR в дорожном полотне. Данная технология применяется также 48 федеральными и региональными подразделениями Дорожного Департамента США, как наиболее распространенная для защиты от разрушения мостового полотна более 60 000 мостов (по информации Национальной Базы данных мостов ФДА).

Помимо США, технология ECR широко используется в Канаде, Индии, странах Ближнего Востока и Азиатско-Тихоокеанского региона, а также в других странах, где используются антигололедные реагенты либо строительные материалы имеют высокую степень загрязнения морскими солями и другими реагентами.

Международные исследования и стандарты

Механизм коррозионного разрушения арматуры в железобетонных сооружениях может быть проиллюстрирован практическим тестом, проводившемся во Флориде в течение 10 лет. В зоне морского прилива были установлены железобетонные столбики, часть из которых была изготовлена из арматуры с эпоксидным покрытием, часть – из арматуры без покрытия. Через 7 лет столбики, изготовленные из арматуры без покрытия, стали растрескиваться, демонстрируя серьезные коррозионные разрушения. Столбики, обработанные покрытием, оставались в отличном состоянии.

В 1993-1998 гг. Федеральная Администрация Автомобильных Магистралей США осуществила проект «Стойкое к коррозии армирование в бетонных компонентах». Цель проекта состояла в разработке и испытании экономичных органических, неорганических, керамических, металлических покрытий стальной арматуры, а также сплавов, которые могли бы применяться в железобетонных конструкциях с использованием бетона на основе портланд-цемента. Задача была выбрать технологию покрытия, обеспечивающую 75-100 летний срок службы железобетонных мостовых полотен без коррозионных разрушений, в коррозионно-агрессивной среде.

Программа испытаний включала испытания арматуры с эпоксидными и другими полимерными покрытиями – керамическими покрытиями, покрытиями из неорганических силикатов, гальванически оцинкованной арматуры, арматуры, плакированной нержавеющей сталью, медью, никелем, арматуры из коррозийно-стойкой стали, алюминиево-бронзовой арматуры, арматуры из нержавеющей стали, арматуры из титана. Было исследовано 12 различных типов арматуры в 141 образцах. В результате было доказано, что технология ECR является наиболее надежной, экономичной и проверенной практикой обширного применения.

В 2001 году Федеральная дородная администрация США совместно с Департаментом Транспорта штата Индиана и школы Гражданской Инженерии университета Пардью провели совместное исследование возможностей применения новых технологий и материалов для программы «Бетонные покрытия в капитальной реконструкции дорожных покрытий». Целью было сокращение затрат на реконструкцию дорог, повышение их качественных характеристик, продление срока эксплуатации. Результаты также подтвердили преимущества применения технологии ECR в реконструкции дорожного полотна.

Проекты

Одним из самых интересных проектов с использованием этой технологии стало строительство нового федерального моста через реку Миссисипи в штате Миннесота (США). Этот мост был построен взамен разрушенного в августе 2007 г., пропускная способность которого составляла более 140 000 транспортных средств в сутки, включая более 5000 большегрузных машин.

Мост соединял транспортные потоки с севера, идущие к центру Миннеаполиса и существовал с 1957 года. Задолго до случившегося было обнаружено серьезное увеличение трещин и усиливающая коррозия старого моста. Несколько проведенных инспекций обнаружили коррозию на некоторых пластинах соединений, в частности, в одном из узловых пунктов, который впоследствии стал одним из виновников обрушения моста. На пластинах, которые представляли собой стальные квадраты площадью больше 2 квадратных метров и толщиной около 1 сантиметра, образовались трещины, из-за которых восьмиполосный мост за 15 секунд превратился в груду обломков. По мнению экспертов, эти пластины моли не выдержать веса ремонтного оборудования и 100 тонн гравия, завезенного на мост в день катастрофы.

Разрушение моста вызвало жертвы 13 человек, более 145 человек были ранены, штат понес экономические потери более 400 000 долларов в сутки, включая упущенную выгоду, затраты на пассажироперевозки, увеличение нагрузки на прилегающие объекты. В сентябре 2008 года новый мост через Миссисипи был сдан в эксплуатацию. Проект строительства этого моста получил Гран При американской ассоциации Автомобилистов, Государственного Департамента Транспорта и Американской Торговой палаты в числе лучших инфраструктурных проектов 2009 года.

Новый мост обладает рядом уникальных характеристик. Среди них такие: он был завершен на три месяца раньше срока, имеет лучшую в мире антигололедную систему, 323 сенсора отражают изменения физических характеристик моста, более чем 100-летний прогнозируемый срок службы, возможность увеличения интенсивности движения по мосту, в строительстве использовано 5 028 тонн стальной арматуры со специальным покрытием 3M™ Scotchkote™.

Итак, покрытие Scotchkote™. Этот материал представляет собой однокомпонентное термоотверждаемое эпоксидное порошковое покрытие, которое наносится на предварительно нагретую сталь, нагревается и при температуре плавления образует пластичное покрытие арматуры заданной толщины. Это эпоксидное покрытие обеспечивает стойкость к таким корродирующим агентам, как антигололедные реагенты,  соли, содержащиеся в атмосфере, морской воде, кислотные дожди, карбонизация, хлористые соли и многие другие загрязняющие примеси.

Согласно сводным данным, полученным по итогам применения технологии при строительстве объектов дорожной инфраструктуры в США фактическое удорожание стоимости проекта составляет 3-5 %. При этом финансовый эффект, полученный за счет экономии средств на поддержание сооружений в несколько раз превышает затраты за счет многократного повышения срока службы конструкций.

Российский опыт

В России сегодня ведется активное транспортное строительство,  строятся и ремонтируются участки дорог, мосты, эстакады, развязки. Практика эксплуатации российской дорожной инфраструктуры показывает, что в среднем уже через 3-4 года эксплуатации, а зачастую и ранее, возникает необходимость ремонтов различной степени. Хлорид-ионы из антигололедных агентов являются основными виновниками преждевременного разрушения железобетонного мостового полотна, поскольку именно они являются причиной коррозии стальной арматуры. Объемные продукты коррозии создают внутренние напряжения в окружающем арматуру бетоне, образуются трещины и отслаивания, оголение арматуры. Процесс в результате приводит к необратимым последствиям.

Размер ущерба, наносимого коррозией инфраструктурным сооружениям, может быть очень велик. Расходы, связанные с ремонтом и восстановительными работами, а также высокие косвенные расходы, связанные с прекращением использования объекта (например, остановка движения для производства ремонтных работ), часто даже превышают первоначальные расходы на строительство.

В российской практике для защиты от коррозии применяется в основном нанесение в «полевых условиях» жидких лакокрасочных покрытий. Однако вышеописанная технология есть и в России. В 2010 году были проведены Испытания  технологии ECR в Научно-исследовательском проектно-конструкторском и технологическом институте бетона и железобетона (НИИЖБ) Минстроя России. В данных испытаниях использовались образцы отечественной арматуры от разных производителей с нанесённым покрытим Scotchkote™. В результате были получены положительные заключения и рекомендации по применению данной технологии в строительстве и ремонте автомагистралей, эстакад, мостов, туннелей, подземных переходов, подземных автостоянок и других сооружений с применением ж\б конструкций, разработан проект ТУ на производство арматуры с антикоррозионным покрытием Scotchkote™. Кроме того, получено экспертное заключение и ТЭО для определения эффективности применения технологии ECR на примере сталежелезобетонного пролётного строения Старокрестовского путепровода от Научно-исследовательского института транспортного строительства (ЦНИИС).

С 2008 года компания 3М Россия производит эпоксидные порошковые покрытия для стальной арматуры Scotchkote™ на собственном заводе, в г. Волоколамске Московской области.