Определение параметров функции износа бетона по данным его разновременных обследований в составе мостового сооружения

В практике диагностики мостовых сооружений нередки случаи дефицита исходной информации, в частности исполнительной документации, содержащей данные для построения модели деградационных процессов бетона конструкций, учет которых крайне необходим в прогнозе работоспособности сооружения. Требования совершенствования системы управления службы эксплуатации мостовых сооружений предполагают систематическую актуализацию банка данных [1], необходимых для своевременной оценки технического состояния мостовых сооружений, разработки плана модернизационных работ и соответствующих инвестиций по восстановлению работоспособности существующего парка железобетонных мостов.

Прогноз изменения прочности бетона на основе данных предшествующих и настоящих испытаний

Предлагаемые решения в своей основе используют принципиальные положения Методики [2] для случая прогноза прочности бетона эксплуатируемых мостов с учетом данных их 53

обследования, и при этом неотъемлемой является информация о прочности бетона M_T в конце периода приработки Т 0 , продолжительность которого при этом должна быть обозначена.

Проведенный в последние годы анализ состояния железобетонных мостов позвояет определить продолжительность Т 0 для сооружений прежних лет и предполагаемой (или намечаемой) продолжительности Т 0 для вновь возводимых мостов [2]. Значимость этой информации для мостового хозяйства в масштабах отрасли страны или региона вполне очевидна.

Вместе с тем в конкретном случае конкретного объекта или его элемента это не всегда является достаточным, и при непродолжительном времени эксплуатации некорректное назначение Т 0 может проявиться существенным образом в конечных результатах прогноза.

При том, что служба мониторинга во многом требует совершенствования и прежде всего систематического контроля физического состояния элементов сооружения, можно констатировать, что за последние 15-20 лет на ряде объектов проведены неоднократные обследования с оценкой состояния их железобетонных конструкций. Данные этих обследований могут составить основу для прогноза изменения прочности бетона во времени. Это тем более может быть актуальным, что не всегда имеются исполнительная документация, соответствующие паспорта на железобетонные изделия и данные о начальной прочности бетона М 0 .

В соответствии с задачами настоящей статьи рассмотрим случай, когда на момент обследования t 1 и t 2 (при отсчете с момента ввода сооружения в эксплуатацию) получены значения прочности бетона соответственно M и M (рис. 1). В свою очередь, как результат деграда- t ₁          t ₂

ционных процессов каждое из значений M_t и M _t с учетом зависимости (5.1) [2] может быть представлено в виде:

Mt1 = MT -T0),(!)

Mt2 = Mt0 ' 2 -T0).(2)

В выражениях (1), (2) остаются неизвестными M_T , T 0 и функция деградации бетона λ.

После преобразования выражений (1), (2) к виду

MT = M4 e-Л('1 -T0),(3)

MT = Mt 2 e - '2 - T0)(4)

из равенства (3) и (4)

Mt1 e /(' -T0 ) = Mt 2 e "X(t 2 -T0 ) => мч1м^ = eM4 - t2 )(5)

следует интересующее значение функции деградации бетона λ

Л = ln(M4itM,2)/(ti -12).

Тогда прогноз прочности бетона, соответствующий периоду t i , можно представить зависимостью

M, = M, - AM ,(7)

tit где ΔМ – изменение прочности бетона в интервале времени t1…ti

AM = Mt - Mt .(8)

tit

Раскрывая M , M по аналогии с выражениями (1), (2), преобразуем выражение (8) к виду t1

AM = MTe"XT0 (e^1 - e^i).(9)

Рисунок – График изменения прочности бетона во времени (фрагмент рисунка 5.1 методики [2])

Используя подстановку M_T по (3), получаем выражение для ΔМ:

AM = Mtx [1 - еЛ( ti- t1) ].

Тогда прочность бетона на конец периода t i с учетом структуры (7) приобретает конкретное значение в соответствии со следующим выражением:

Mt = Mz/( ti - t1).(11)

tit

Полученные решения (6), (11) представляют собой информацию, необходимую для характеристики процесса изменения прочности бетона с учетом значения функции деградации бетона по (6), отражающего: во-первых, конкретные свойства бетона исследуемого объекта, а во-вторых, конкретные условия эксплуатации этого объекта, что имеется в исходных данных M_{t 1} , M_{t 2} .

Для более всестороннего анализа и прогноза влияния условий эксплуатации и технического состояния конструкции могут оказаться необходимыми M_T , T 0 . В рассматриваемом случае ограниченных исходных данных величины M _T , T 0 неоднозначны. Из множества их решений могут быть подобраны такие, которые отвечали бы зависимости (11) и отражали принимаемый в нормативной литературе ≈30%-ный рост прочности M _T в конце периода приработки T 0 по сравнению с начальной прочностью бетона М 0 (рис. 1).

С другой стороны, если в частном случае продолжительность периода t i принять равной периоду приработки T 0 , то из выражения (11) при подстановке t i = T 0 можно получить значение прочности бетона в конце периода приработки

M_T = M,._{= r}= M.e^-T ⁰ - ^{t l} ) .                        (12)

0          t i 0         ^t 1

Тогда с учетом регламента СП 35.13330.2011 [3] значение начальной прочности бетона М 0 , соответствующее началу эксплуатации конструкции, ориентировочно может быть принято равным

M0 ≅ 1 MT0, (13) βb где βb – коэффициент по таблице 7.8 СП 35.13330.2011.

Обозначенные ориентиры в значениях М 0 , M _T , Т 0 будут иметь погрешность, несущественно большую в сравнении с допущениями, принятыми при построении модели деградации бетона, представленной выражением (5.1) в Методике [2].

Выводы

Полученные решения в статье, безусловно, будут способствовать формированию и актуализации банка информации, необходимого для своевременной оценки технического состояния мостовых сооружений, и выработки соответствующих мер по восстановлению их функциональных параметров и потребительских свойств.

Также следует отметить, что для наиболее объективного установления класса нагрузки для всего сооружения необходимо учитывать процессы деградации арматурных элементов возможных при карбонизации защитных слоев бетона, о чем свидетельствует тот факт, что в большей степени на долговечность мостовой железобетонной конструкции влияют толщина защитного слоя, степень агрессивности воздушной среды, интенсивность ее воздействия на элементы мостового сооружения. При оценке влияния коррозионных процессов на степень износа арматуры необходима информация о сроках карбонизации или времени, по истечении которого бетон защитных слоев утрачивает свои функции. Это происходит в результате нейтрализации окиси кальция в составе цементного камня и формирования в защитном слое бетона кислой среды, инициирующей коррозию арматуры.

Очевидно, что течение коррозионных процессов имеет место при сохранении кислой среды на контакте арматуры с бетоном. Также можно полагать, что при ограничении доступа внешней среды (в данном случае сочетания паров воды и углекислого газа) интенсивность коррозионных процессов снизится. Это может быть предметом отражения роли защитных покрытий и соответствующих мер службы эксплуатации в сохранении бетона и арматуры.