В статье приведены результаты обследования грануляционной башни с целью определения причин возникновения дефектов и повреждений бетона железобетонных несущих конструкций. Грануляционная башня предназначена для получения карбамида, который получается путем разбрызгивания в верхней части ствола башни, расплавленного карбамида при температуре 130 0С.
Характер обнаруженных дефектов бетона конструкций позволяет предположить наличие коррозии третьего вида, при которой происходят процессы накопления и последующей кристаллизации продуктов реакции с увеличением твердой фазы в порах бетона.
Анализ причин возникновения дефектов и повреждений бетона железобетонных конструкций гранулированной башни позволил разработать методику восстановления несущей способности обследуемых конструкций.
Сотрудниками Испытательного Центра «Самарастройиспытания» было проведено обследование строительных конструкций грануляционной башни. Целью работы являлось определение технического состояния железобетонных конструкций грануляционной башни, и разработка проекта для восстановления их несущей способности.
Грануляционная башня № 2 представляет собой комплекс сооружений, в который входят: железобетонный цилиндрический ствол башни, перекрытия на отметках +6,95 м, +60,04 м, +66,4 м, покрытие на отметке +75,1 м, вентиляционная камера, лестничная клетка с грузовым лифтом, наружные металлические лестницы.
Грануляционная башня предназначена для получения карбамида, который в дальнейшем используется в качестве удобрения при производстве сельскохозяйственной продукции. Гранулированный карбамид получается путем разбрызгивания в верхней части ствола башни, расплавленного карбамида при температуре 130 С .
Разбрызгивание производится путем использования вращающегося полого конуса с отверстиями. После разбрызгивания, мелкие капли горячего карбамида опускаются в низ, охлаждаются встречным потоком воздуха и превращаются в мелкие гранулы, которые скапливаются на нижнем перекрытии.
Из ствола башни гранулированный карбамид удаляется тремя ленточными транспортерами и перемещается на главный транспортер, который по галереи перемещает карбамид в специальные ёмкости.
Ствол башни представляет собой железобетонный цилиндр с наружным диаметром 22,6 м и толщиной стенки 500 мм.
Проектом предусмотрен бетон класса В 25. Стенка армирована арматурой класса АIII в продольном направлении по всей высоте диаметром 16 мм, а в поперечном направлении диаметром 14 мм.
Перекрытие первого этажа на отметке +6,95 выполнено из сварных и прокатных металлических профилей.
Перекрытие в плане имеет круглую форму диаметром, равным внутреннему диаметру ствола башни 21,6 м.
Перекрытие опирается на железобетонные колонны первого этажа.
Перекрытие на отметках +60,04 м и +66,4 м представляет пространственную конструкцию, выполненную из круглого диска на отметке +60,04 м и круглого диска на отметке +66,4 м, соединенных между собой и со стенами ствола башни сталежелезобетонными балками.
В балках находится жесткий каркас из стальных уголков. Круглый диск перекрытия на отметке +60,04 м выполнен из кольцевых и радиальных сталежелезобетонных балок, жестко соединенных между собой. По балкам диска выполнена монолитная железобетонная плита.
В центре перекрытия имеется отверстие, в которое установлен полый вращающийся конус. Данный конус служит для разбрызгивания горячего карбамида (плава). При сдаче башни в эксплуатацию, вся внутренняя поверхность башни была покрыта гидроизоляционным составом.
При обследовании внутренней поверхности ствола башни и перекрытий было отмечено следующее: отслоение защитного покрытия бетона на значительной площади поверхности конструкций, разрушение защитного слоя бетона с обнажением арматуры, коррозия бетона и арматуры. Глубина коррозионного повреждения бетона достигает в стволе башни 15-50 мм (рисунок 1), в перекрытии – до 100 мм (рисунок 2).
Рис. 1 Коррозия бетона в стволе грануляционной башни
Рис. 2. Коррозия бетона в перекрытии грануляционной башни
Для определения категории технического состояния ствола башни необходимо было определить фактическую прочность бетона. В связи с тем, что поверхностный слой конструкции разрушен, оценить прочностные характеристики методами неразрушающего контроля не предоставлялось возможным.
Принято решение провести испытание кернов, отобранных из тела ствола в нескольких участках по его высоте. Предел прочности бетона средней части кернов составил 640 кг/см2, при проектной прочности 300 кг/см2.
Часть образцов замачивали в воде на 48 часов, затем, после полного высыхания, подвергали испытанию на сжатие. Предел прочности бетона образцов после замачивания составил 250 кг/см2.
Для разработки методики восстановления несущей способности железобетонных конструкций необходимо правильно определить причину появления дефектов и повреждений.
Характер разрушения бетона конструкций позволяет предположить наличие коррозии третьего вида, при которой происходят процессы накопления и последующей кристаллизации продуктов реакции с увеличением твердой фазы в порах бетона. Технология изготовления карбамида в виде распыления его расплава, способствует проникновению паров карбамида и сопутствующих летучих веществ в толщу бетона.
На начальном этапе возникновение твердых веществ в порах цементного камня повышает прочность бетона на сжатие. Дальнейший рост твердых включений, под воздействием высокой температуры, приводит к возникновению внутренних напряжений в бетоне и повреждению его структуры.
Результаты испытаний образцов бетона с целью определения предела прочности на сжатие, подтверждают вышесказанное.
Постепенное проникновение продуктов расплава карбамида в толщу бетона железобетонных конструкций повышает его прочность на сжатие, а поверхностный слой, где происходит процесс роста твердых включений в порах, разрушается. Уменьшение предела прочности бетона образцов, после их замачивания, указывает на то, что твердые включения в порах растворимы в воде.
Если рассмотреть технологию изготовления гранулированного карбамида, то можно предположить, что при распылении расплава мочевины, его пары проникают в поры бетона, где, при температуре выше 130 градусов происходит термическая диссоциация с образованием биурета и выделением аммиака. Биурет является твердым веществом, хорошо растворимым в воде.
Следовательно, для качественного ремонта железобетонных конструкций гранбашни, первоначально, следует предусмотреть мероприятия по удалению частиц биурета из пор бетона или предотвращения дальнейшего увеличения объема указанных частиц.
Анализ причин возникновения дефектов и повреждений бетона железобетонных конструкций гранулированной башни позволил разработать методику восстановления несущей способности обследуемых конструкций.
