Конструкционные и эксплуатационные недостатки железобетонных резервуаров

В России и странах СНГ наибольшее распространение для хранения воды хозяйственно-питьевого назначения получили железобетонные резервуары. Этому немало способствовала нормативная база и рекомендации по использованию железобетона в сооружениях. В настоящее время по прежнему привлекательной остается относительно низкая цена сооружения железобетонных резервуаров.

Тем не менее необходимо знать, что при начально меньшей стоимости железобетонных резервуаров при их эксплуатации требуются значительные расходы на проведение осмотра, ремонт, ликвидацию утечек, сопоставимых со стоимостью резервуара, а иногда многократно превышающих их стоимость.

Несовершенство нормативной базы, недостатки проектирования, дефекты изготовления способствуют раннему повреждению конструкций.

Конструкционные недостатки железобетонных резервуаров.

Наиболее часто встречающимися недостатками проектных решений, приводящими к образованию утечек, являются:

  • Основной конструктивный недостаток всех железобетонных резервуаров — наличие их обваловки, препятствующей выявлению состояния стенок резервуара и стыков между стеновыми панелями, а также стоимость производства ремонта при появлении дефектов;
  • Принятая конструкция сопряжения стеновых панелей сборных железобетонных резервуаров с монолитным днищем из-за сложности укладки стеновых панелей в паз днища с тщательной подгонкой и заделкой для обеспечения в производственных условиях требуемой герметичности;
  • Замоноличивание стыков сборных элементов, предусмотренное проектом, с применением обыкновенного портландцемента вместо расширяющегося, обладающего эффектом распора при твердении бетона;
  • Способы уплотнения вертикальных швов сборных железобетонных панелей навивкой кольцевой арматуры с помощью навивочных машин, частая неисправность которых не обеспечивает значение проектного усилия в навитой арматуре. Изучив опыт возведения железобетонных резервуаров, стало понятно, что предусмотренная некоторыми типовыми проектами гладкая высокопрочная проволока диаметром 5 мм не дает требуемого натяжения кольцевой арматуры;
  • Несоблюдение последовательности работ по навивке цилиндрических резервуаров и нарушение технологии производства работ.

Эксплуатационные недостатки железобетонных резервуаров.

Изучение опыта эксплуатации железобетонных резервуаров выявило, что многие из них имеют дефекты, способствующие утечке хранимого продукта. Железобетонные резервуары для хранения питьевой воды представляют собой сооружения из монолитного бетона глубиной около 5 м. Перекрытие плоское, безбалочное, опирается на сборные железобетонные колонны. Резервуары разделены на секции железобетонными перегородками. Как правило, железобетонные резервуары частично или полностью заглублены в землю. Сверху резервуары защищены от размораживания слоем фунта толщиной около 1 м.

Наиболее часто обследуемыми сооружениями водопроводных станций являются отстойники и резервуары для питьевой воды. По санитарным нормам не допускается попадание в резервуары фунтовых вод. Утечка из резервуара воды в грунт способна повредить основание сооружения.

Некачественное и несвоевременное выполнение осмотров и плановых освидетельствований железобетонных резервуаров способствует развитию образовавшихся недостатков, особенно в скрытых местах, недоступных для обозрения. Из-за недостаточной компетенции либо невнимания персонала, выполняющего осмотры и обследования, данные участки выпадают из поля зрения и появляются только тогда, когда размеры повреждения увеличиваются, а объемы утечки продукта отрицательно сказываются на технологическом процессе и экологических требованиях.

Железобетонные конструкции резервуаров в основной период эксплуатации подвергаются воздействию чистой воды, а в периоды профилактической очистки действию хлора, гипохлорита натрия и других химических веществ. В зоне выше уровня воды конструкции постоянно подвергаются воздействию углекислого газа из воздуха.

По содержанию сульфатов, хлоридов и величине рН степень воздействия воды на бетонные и железобетонные конструкции отстойников и резервуаров для питьевой воды оценивается как неагрессивная.

Но при этом действие питьевой воды на железобетонные конструкции проявляется в виде следующих процессов:

− выщелачивание водой гидроксида кальция из состава цементного камня, вызывающее разуплотнение бетона в поверхностных слоях;

− взаимодействие растворенной в воде углекислоты с гидроксидом кальция из состава цементного камня с образованием растворимого бикарбоната кальция;

− взаимодействие хлора со щелочными компонентами цементного камня (гидроксидом, гидросиликатами и гидроалюминатами кальция) с образованием в качестве конечного продукта хлорида кальция, что приводит к растворению цементного камня в поверхностном слое бетона, а при содержании хлоридов более 0,5 % от массы цемента в бетоне вызывает коррозию стальной арматуры;

− карбонизация бетона углекислым газом воздуха вызывает образование карбоната кальция. В определенных условиях образующийся карбонат может заполнять трещины и поры бетона, разрывая их изнутри. Как было установлено обследованиями отстойников, глубина карбонизации бетона велика. За 20-30 лет эксплуатации она не только достигает поверхности арматуры, но и распространяется на всю толщину бетона.

В большинстве случаев внутренние поверхности резервуаров, построенные более 20 лет назад, должны иметь защитный слой, выполненный из торкретбетона. Обследования показывают, что за период эксплуатации торкретбетон разрушается основательно. За разрушенным слоем торкретбетона находится размягченный слой бетона. При нормальной толщине защитного слоя (15-20 мм) стальная арматура не должна иметь следов коррозии и коррозирует, если толщина защитного слоя уменьшена против проектной на 5 мм. В этом случае требуется удаление оставшихся следов торкретбетона и выполнение гидроизоляции несущей части сооружения.

Наибольшее деструктивное действие на железобетонные конструкции отстойников и резервуаров для питьевой воды оказывает сквозная фильтрация воды в трещинах днища, стен и покрытия. Причиной образования трещин являются как температурные деформации отдельных железобетонных элементов, так и деформации всего сооружения, вызванные неравномерной осадкой грунта. Подвод растворенного кислорода, нейтрализация стенок трещин в бетоне (снижение рН) создают условия для образования гальванической пары на поверхности арматуры с анодом в трещине. В этих условиях в трещине сталь растворяется, в то время как в прилежащем к трещине бетоне сталь остается пассивной. В результате интенсивной коррозии наблюдается обрыв арматуры на трещинах.

Ремонтно-восстановительные работы в отстойниках и резервуарах питьевой воды включают операции по восстановлению сечения стальной арматуры, заделке трещин с применением современных шовных гидроизоляционных материалов, восстановлению защитного слоя бетона путем использования ремонтных составов для защиты железобетонных конструкций от выщелачивающего воздействия воды.

Таким образом, при более низкой стоимости устройства железобетонного резервуара, итоговая стоимость его устройства и эксплуатации значительно превышает стоимость монтажа и эксплуатации наземных сборных резервуаров из нержавеющей стали.

Выдержки из актов обследования бетонных резервуаров.

— «Основной причиной начала проведения серии обследований железобетонных резервуаров явилась аварийная ситуация на баке № 2 емкостью 20000 м3 ТЭЦ*. В процессе всего периода эксплуатации резервуара обслуживающим персоналом наблюдались „запотевания“ стенки бака с внешней его стороны, в камере глубокого заложения. Постепенно „запотевания“ переросли в незначительные протечки до 15-20 л/сутки, затем увеличившиеся до 2500 л/сутки. После детального изучения технической документации и обследования было выявлено, что течи происходят через трещины в стыках стеновых панелей. Ширина раскрытия трещин составляла от 0,1 до 1,5 мм. Протяженность трещин — по всей высоте стенки бака.

Основной причиной, вызвавшей образование трещин, явилось нарушение технологии навивки кольцевой арматуры и укладки бетона в стыках между стеновыми панелями».

— «Обследование резервуара прямоугольной формы № 2 емкостью 5000 м3 ГРЭС* в 1997 г. показало, что бетон в стыках между стеновыми панелями имеет неплотную насыщенную структуру в двадцати стыках из сорока пяти».

— «Обследование монолитного резервуара ТЭЦ* в 2000 г. выявило наличие горизонтальных кольцевых трещин в стенке. Одной из причин появления трещин являются нерасчетные температурные напряжения в стенке, появление которых обусловлено тем, что конструкция резервуара не рассчитана на хранение жидкости с температурой +70oС + 95oС.

Коррозионные разрушения бетона плит покрытия имеют развитие на глубину до 50-70 мм, при этом во многих местах защитный слой арматуры полностью разрушен, а несущая арматура оголена».

Основные причины разрушений железобетонных резервуаров хранения жидкостей:

  • Многослойные кровельные покрытия с использованием рубероида или битума не обеспечивают необходимую гидроизоляцию плит покрытия и не предотвращают попадание атмосферной влаги на плиты и во внутрь резервуаров.
  • Коррозия бетона, коррозия арматуры и ее оголение на плитах покрытия протекают от воздействия паров жидкости и соединений атмосферной влаги с различными веществами, приводящим к набуханию.
  • Некачественная навивка кольцевой арматуры, коррозия навивочной арматуры и нарушение технологии укладки бетона в стыках между стеновыми панелями, что способствует образованию трещин в стыках, течей жидкости через них и фильтрации жидкости через некачественно уплотненный бетон стыков.

— «Интенсивная сульфатная коррозия бетона и арматуры плит способствовали потере несущей способности и их обрушению на кровле бака № 16 емкостью 20000 м3 ГРЭС*. Большинство плит оказались неремонтопригодными, а скрытые под рубероидным ковром разрушения наружной поверхности плит являются опасными для обслуживающего и ремонтного персонала, и могут стать причиной несчастного случая. Авария кровли на данном резервуаре явилась следствием отсутствия контроля за состоянием сооружения и своевременных ремонтно-восстановительных работ».

На многих резервуарах в камерах глубокого заложения наблюдаются повсеместные течи атмосферной влаги с выщелачиванием и структурным разрушением бетона плит покрытия, стеновых панелей и блоков.

* Места расположения резервуаров не распространяются по морально-этическим причинам

Проникновение атмосферной влаги вызывает:

  • Затопление камер и каналов глубокого заложения.
  • Ускоренную коррозию металлических конструкций (технологические трубопроводы, трубы разводки электрических проводов).

И несколько слов о сборных резервуарах из нержавеющей стали:

− Безсварная технология позволяет осуществлять монтаж на взрыво-пожароопасных производствах практически без излишней предосторожности.

Монтаж резервуаров в закрытых помещениях с ограниченным доступом.

− Эстетический вид резервуара фактически не изменяется на протяжении десятков лет без дополнительного дорогостоящего подкрашивания и ухода.

− Экология материала (нержавеющая сталь) зарекомендовала себя на протяжении столетия.

− Наши стальные резервуары работают уже более 12-ти лет без каких-либо дополнительных капиталовложений.

− Скрытые дефекты отсутствуют.

Литература:

РД 153-34.0-21.529-98. «Методика обследования железобетонных резервуаров для хранения жидкого топлива».

Материалы компании «Аспект», г. Ижевск.

Также в статье использованы открытые материалы обследования резервуаров НПО «Ирвик».

Ссылки нормативов на инструкцию РД 03-420-01. «Инструкция по техническому обследованию ж/б резервуаров для нефти и нефтепродуктов».

Вернуться к списку статей