Рис. 1. Увеличение скорости коррозии стальной арматуры с ростом температуры воздуха
Микроклимат в помещении бассейна формируют системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Влажный режим такого типа помещений — благоприятная среда для активного размножения различных бактерий и микроорганизмов, концентрацию которых определяют санитарно-гигиенические условия в бассейне, которые в свою очередь сегодня редко формируются без хлорирования — процесса, обладающего бактерицидными свойствами, уничтожающего бактерии и микроорганизмы и защищающего человека от различных заболеваний.
Хлор добавляется в воду, которая испаряется с поверхности бассейна и увлекает с собой в воздух хлорпроизводные элементы. Так формируется газовый режим помещения с некоторым заданным значением концентрации хлорпроизводных составляющих и одновременно происходит формирование влажностного, теплового и воздушного режимов помещения бассейна.
Газовый режим помещения бассейна зависит от влажностного, а влажностный и газовый в свою очередь — от воздушно-теплового режима помещения бассейна, т.к. заданный воздухообмен, способ организации воздухораспределения, температура внутреннего воздуха и воды определяют относительную влажность воздуха и интенсивность испарений с открытой поверхности, а также концентрацию хлорпроизводных в воздухе помещения бассейна.
Совокупность взаимодействия вышеназванных динамических режимов, формирующих микроклимат в помещении бассейна, определяет влажностный режим наружных и внутренних ограждающих конструкций. Получена технология формирования процесса испарения водяных паров с открытой поверхности воды бассейна. Несущие части наружных и внутренних ограждающих конструкций, как правило, состоят из железобетона, который формируется из наполнителей, портландцемента, сульфатостойкого цемента (других видов цемента) и арматуры, представляющей собой стальные стержни различного диаметра.
В идеальных условиях бетон должен полностью прекращать коррозию стальной арматуры, однако в реальных этого не происходит. Коррозия арматуры возникает под влиянием ряда факторов [1–3]. Первая группа факторов связана с состоянием металла, определяемым термодинамической устойчивостью и структурой металла. Другая группа факторов — технологическая, связанная с составом бетона, водоцементным отношением, толщиной защитного слоя и условиями твердения бетона.
Важными являются факторы, связанные с эксплуатацией железобетонных конструкций, состоящие в характере изменения температуры, влажности, движении агрессивных сред, в характере газообмена и наличии стимуляторов коррозии во внешней среде и в самом бетоне. Строительные материалы ограждающих конструкций обладают определенной гигроскопичностью и паропроницаемостью, что определяет их влажностный режим.
В определенных условиях значительный вклад в пассивацию железа в бетоне может вносить омическое сопротивление электролита — поровой жидкости (зависит от толщины водной пленки). При относительной влажности воздуха менее 60 % омическое сопротивление поровой жидкости очень велико, это приводит к нарушению ионной проводимости внешней цепи коррозионной пары, что способно полностью остановить коррозию арматуры.
Водяные пары, поднимаясь с открытой поверхности ванны бассейна, формируют парциальное давление водяных паров в воздухе, которые проникают в наружные и внутренние ограждающие конструкции, формируя их влажностный режим. В процессе растворения в воде хлор взаимодействует с кислородом, также содержащимся в воде, образуя оксиды, поэтому в воде в растворенном состоянии присутствует как хлор, так и хлорпроизводные, которые испаряются вместе с водой, формируя в воздухе комплексы молекул воды, молекул и ионов хлора и хлорпроизводных, что позволяет рассматривать влажностно-газовый режим в помещении бассейна.
Водяные пары вместе с молекулами и ионами хлорпроизводных, проникая внутрь наружных и внутренних ограждающих конструкций, взаимодействуют с материалами элементов этих конструкций, вызывая коррозию несущих ограждений помещений здания. Коррозия охватывает цементную часть бетона и металлическую (арматурную) часть несущих ограждающих конструкций. Коррозия несущих ограждающих конструкций приводит к снижению их прочности и долговечности, что угрожает безопасности людей.
Хлорпроизводные в сочетании с водой являются агрессивной средой для элементов несущих ограждений здания, что требует специального рассмотрения и изучения. Хлор, как правило, поступает в воздух с водяными парами в качестве положительно заряженных ионов (ПДК хлора равна 1 мг/м3), следовательно, концентрация хлора в воздухе бассейна должна быть не более 0,01мг/м3, что связано с безопасностью человека и с формированием возможных сочетаний хлорпроизводных в концентрациях, меньших ПДК.
Следует иметь в виду, что не только хлориды, вводимые в бетон, попадающие в него с водой затворения в качестве примесей в вяжущем или в заполнителях, увеличивают коррозию, но и хлориды, находящиеся во внешней среде и поступающие в бетон из нее при контакте строительной конструкции с воздушной или водной средой. Концентрация хлоридов, диффундирующих в бетон из окружающей среды, на порядок ниже, чем концентрация хлоридов, содержащихся в бетоне, но их коррозионное воздействие более значительно, чем последних, что объясняется их «свободным», не связанным состоянием.
Авторы сделали попытку определить снижение объема, а следовательно — прочности и долговечности элементов несущих ограждающих конструкций в зависимости от концентрации хлорпроизводных в воздухе помещения бассейна и от температуры внутреннего воздуха. В помещениях бассейнов атмосфера характеризуется повышенной температурой, влажностью, наличием хлорпроизводных, испаряющихся с поверхности бассейна, что вызывает усиление коррозии арматуры в бетоне.
Проведены расчеты влияния водопроводной воды и воды с содержанием трехпроцентной концентрации хлора на коррозию армированного портландцемента и сульфатостойкого цемента с целью определения сокращения объема и массы арматуры, что приводит к снижению прочности, несущей способности и долговечности наружных и внутренних ограждающих конструкций. Результаты расчетов приведены на графиках.
На первом графике (рис. 1) показано, как увеличивается скорость коррозии стальной арматуры в зависимости от температуры воздуха. Температура воздуха в бассейне может быть в пределах от 25 до 35 °C и более, под перекрытием в теплый период года в жаркий день при ясной погоде температура воздуха может подниматься до 40–50 °C.
На рис. 2 показаны графики увеличения коррозии стальной арматуры в портландцементе и портландцементе сульфатостойком, построенные по данным экспериментов при выдерживании образцов железобетона в трехпроцентном растворе хлорида натрия. Данные графики построены по данным Е.Н. Покровской, профессора кафедры общей химии МГСУ.
Вывод
Величина концентрации хлора в воде и в воздухе зависит от эксплуатации зданий бассейнов, от работы систем обеспечения параметров микроклимата, что влияет на прочность несущих конструкций, зависящую от качества строительных материалов; при этом возможно необходимы дополнительные меры по защите данных строительных конструкций от разрушения. Снижение влияния хлорпроизводных на коррозию арматуры несущих ограждающих конструкций возможно:
- при уменьшении концентрации растворенного хлора и его производных в воде;
- при организации вентиляции с достаточным количеством подаваемого и удаляемого воздуха для снижения концентрации хлорпроизводных в воздухе;
- при создании дополнительной гидроизоляции внутренних поверхностей несущих ограждающих конструкций, не допускающей избыточного увлажнения строительных материалов.
