Защита обделки канализационных коллекторов от газовой коррозии

Обделка канализационных коллекторов при недостаточном проветривании подвергается специфическим проявлениям коррозии:

— химическая коррозия, вызываемая непосредственным действием сточных вод с низким уровнем рН;

— сероводородная биохимическая коррозия, поражающая надводную часть бетона конструкций;

— сероводородная химическая коррозия, поражающая металл и, в частности, арматуру железобетонной конструкции.

Кроме указанных видов коррозии, происходит чисто механическое истирание лотковой части обделки под воздействием твердых частиц, присутствующих в сточных водах.

Наиболее опасна для конструкций железобетона сероводородная биохимическая коррозия. Ее сущность заключается в том, что сероводород, выходя в надводную зону коллектора и достигая сырых поверхностей обделки, преобразуется действием бактерий (тиобациловыми микробами) в серную кислоту, что в сочетании со снижением значений рН настенной слизи до 1-3 вызывает экстенсивное разрушение бетона до состояния несвязного эттрингита.

Согласно СНиП 2.03.11-85 (табл. 2 и прилож. 1), газовая среда канализационного коллектора (при типичных концентрациях наиболее агрессивного газа — сероводорода до 35 мг/м³) в условиях повышенной влажности по степени агрессивного воздействия на конструкцию из железобетона является сильноагрессивной.

Нормируемая (табл. 13 и прилож. 3 СНиПа) группа покрытий — IV. Минимальная толщина защитного слоя составляет 0,2-0,25 мм. К этой группе покрытий относятся материалы на основе эпоксидных смол и их модификаций, а также хлорсульфированный полиэтилен.

Обделка коллектора в пределах смоченного периметра находится в непосредственном контакте со сточными водами.

Согласно СНиП 2.03.11-85 (табл. 5 и 6), жидкая среда (при типичных значениях водородного показателя сточных вод рН 4-7 и содержания ионов

> 1500 мг/л) по степени агрессивного воздействия на бетон является среднеагрессивной. Нормируемая (табл. 13 и прилож. 3) группа покрытий — III. Минимальная толщина слоя — 1,5-2,5 мм. К этой группе покрытий относятся материалы IV группы, а также хлорсодержащие и полиуретановые составы.

Регламентированные нормами материалы для защитных покрытий должны иметь высокую изолирующую способность (коэффициент паропроницаемости l = 10.000-100.000; для сравнения: коэффициент паропроницаемости бетона l = 50-100). Однако покрытия, если их нанести на поверхность бетона, имеющую высокую влажность или пропускающую поровую воду и пары воды, могут быть оторваны и разрушены, что приведет к потере их защитных свойств. Поэтому следует принимать соответствующие меры защиты от негативного воздействия грунтовой влаги на обделку коллектора. При сложившейся технологии проходки и ремонта канализационных тоннелей такая ситуация является неизбежной, так как влага, проникшая в конструкцию из грунта в виде паров, не имея свободного выхода внутрь коллектора, приводит к повышению порового давления и отслоению защитного покрытия.

С учетом вышеизложенного можно сделать вывод, что защита бетона обделки канализационного коллектора должна быть выполнена по всему периметру, и основополагающим в этом случае является созданиепромежуточной паронепроницаемой мембраны между первичной (железобетонные блоки) и вторичной (монолитная железобетонная рубашка) обделками(патент № 2114995 от 10 июля 1998 г.).

Паронепроницаемая мембрана может быть выполнена по первичной обделке путем монтажа рулонных или пропиткой безрулонными материалами, соответствующими по своей парогазопроницаемости требованиям СНиП. При выборе вида промежуточной мембраны (оклеечной или обмазочной) учитывают гидрогеологические условия заложения коллектора. Если влажность бетона не превышает 5%, и поступление паров воды не более 2,5 г/м²/ч, то возможно применение обмазочных материалов, при бó льших значениях целесообразны рулонные. То есть при расположении коллектора в относительно сухих грунтах возможно применение обмазочных материалов, в обводненных — оклеечных.

Все работы по устройству паронепроницаемой мембраны и защите конструкций от коррозии должны производиться только после тампонажа заобделочного пространства и выполнения работ по исключению водопроявлений.

Для создания защиты внутренней поверхности железобетонной рубашки поверхность бетона должна обрабатываться специальными составами, соответствующими нормируемой группе покрытий. Конструкция антикоррозионной защиты канализационного коллектора приведена на рис. 1.

Для выбора системы химически стойкого защитного покрытия, обеспечивающего требования СНиП 2.03.11-85, были проведены натурные испытания различных типов покрытий на контрольных образцах в канализационной камере. В работе использовались следующие материалы:

— EPISOL KEVS — эпоксидно-каменноугольный состав с плотностью 0,97 кг/л;

— EPISOL KT EUT — эпоксидно-каменноугольно-уретановый состав с плотностью 1,6кг/л;

— ХСП — хлорсульфированный полиэтилен с плотностью 1,0 кг/л;

— кварцевый песок — в качестве инертного наполнителя.

Испытываемые типы многослойных защитных покрытий, согласно СНиП 2.03.11-85, следует отнести к группам III и IV и классифицировать как:

— лакокрасочное неармированное тонкослойное с толщиной менее 0,5 мм;

— лакокрасочное неармированное толстослойное с толщиной более 0,5 мм, но менее 1,0 мм;

— лакокрасочное неармированное толстослойное с покровным слоем, включающим инертный наполнитель общей толщиной более 1,0 мм, но менее 5,0 мм.

Испытания проводились при следующих условиях:

— температура среды — max +30^°С;

— относительная влажность воздуха — 90–100%;

— содержание Н₂S в газовой фазе — от 40 до 250 и более мг/м³;

— уровень рН в жидкой среде и на поверхности конструкции — от 3,5 до 8;

— содержание

в жидкой среде и на поверхности конструкции — от 480 до 2500 мг/л.

Анализируя результаты испытаний, следует отметить, что все испытанные материалы обладают необходимой химической стойкостью в среде, где концентрации агрессивных агентов превышали уровни, регламентированные СНиП.

Наблюдаемые повреждения и дефекты приурочены к граням и ребрам образцов, а также капиллярам на плоских поверхностях. В этих местах за счет микронеровностей, пористости бетона и малой толщины (<0,5 мм) защитного покрытия (исследования показали, что толщина покрытия на ребрах и гранях в 2-3 меньше, чем на плоскости), изначально присутствуют микродефекты в виде сквозных микропор, невидимых невооруженным глазом. Такие дефекты неизбежно возникают при нанесении покрытия — неотвердевший материал в наносимом слое стремится к форме, имеющей минимальную поверхностную энергию и как результат — сползает с углов и ребер образцов. Аналогичные эффекты возникают и по периметру крупных пор и капилляров, которые усиливаются за счет явления капиллярного всасывания.

Применение материалов с более высокой вязкостью уменьшает образование подобных дефектов, поскольку с увеличением вязкости возрастает толщина защитного покрытия (>0,5мм) и укрывистость, т.к. замедляется кинетика образования таких дефектов, и материал успевает отвердеть.

Введение в состав наносимого защитного покрытия мелкого инертного заполнителя еще больше увеличивает вязкость исходного материала, соответственно толщину покрытия (>1,0 мм) и укрывистость, поэтому указанных выше дефектов и повреждений в таких образцах вообще не наблюдалось.

Таким образом, для эффективной защиты железобетона от газовой коррозии в условиях канализационных коллекторов можно использовать материалы нормируемых групп покрытий. При этом толщина защитного покрытия должна быть не менее 1 мм при обязательном усилении покрытия в ребрах, углах и выступах конструкции.

Основной защитный слой покрытия следует выполнять материалом с низкой вязкостью, что обеспечивает создание сплошной трехмерной пленки. При этом для контроля сплошности наносимого покрытия и выявления возможных дефектов можно использовать составы с различными цветами, например, темное по светлому. В качестве конструктивного решения можно рекомендовать многослойную систему (как минимум трехслойную) защитного покрытия:

— пропиточно-праймерный слой — низковязкий эпоксидно-каменноугольный состав (EPISOL KEVS);

— основной защитный слой — эпоксидно-каменноугольно-уретановый состав с введением инертного заполнителя — кварцевого песка (EPISOL KT EUT + песок);

— покровный слой — аналогично основному слою, только без инертного заполнителя (EPISOL KT EUT).

Андрей ШИЛИН, ген. директор ЗАО “Триада-Холдинг”, Москва, д.т.н.,
Михаил ЗАЙЦЕВ, главный технолог, к.т.н.,
Игорь ЗОЛОТАРЕВ, главный специалист