Перспективы применения стальной арматуры с защитными покрытиями в железобетонных конструкциях

Введение. Коррозия стальной арматуры является одним из главных факторов разрушения железобетонных конструкций, подвергающихся воздействию агрессивных сред. Применение стальной арматуры с защитными покрытиями, наносимыми на ее поверхность в заводских условиях, является одним из важных направлений в создании долговечных железобетонных конструкций.

Цель. Показать возможные перспективы применения в России различных защитных покрытий арматуры для увеличения долговечности железобетонных конструкций в условиях воздействия агрессивных сред. Разработать предложения о необходимости выполнения научно-исследовательских работ для создания нормативной базы и внедрения в практику строительства арматуры с защитным покрытием.

Материалы и методы. Определение перспектив применения защитных покрытий арматуры в железобетонных конструкциях выполнено с помощью анализа научно-технической литературы, статей, нормативно-технических документов и информации из открытых источников по изучаемой проблеме.

Результаты. Приведен опыт применения стальной арматуры с защитными покрытиями в России и за рубежом. Выделены наиболее применяемые технологии нанесения защитных покрытий на арматуру в заводских условиях. На примере исследований показаны основные достоинства и недостатки арматуры с защитным покрытием как в части долговечности самого покрытия, так и в части совместной работы с бетоном. Состояние отечественной и зарубежной нормативных баз значительно отличается друг от друга. В отличие от России, за рубежом создана обширная нормативная база, позволяющая выполнять проектирование железобетонных конструкций с арматурой с защитными покрытиями. На примере зарубежного опыта выявлены наиболее экономически целесообразные виды защитных покрытий. При некотором удорожании стоимости арматуры с защитными покрытиями по сравнению с обычной арматурой экономическая эффективность в целом достигается за счет увеличения межремонтного срока службы железобетонной конструкции.

Выводы. Современная практика проектирования и строительства показывает, что для целого ряда железобетонных конструкций, эксплуатирующихся в условиях воздействия агрессивных сред, является необходимым применение арматуры с защитными покрытиями. Существуют большие перспективы применения арматуры с защитными покрытиями в России, однако в этом направлении необходимо развивать нормативно-техническую базу. По итогам анализа вопроса даны предложения о необходимости выполнения научно-исследовательских работ и перечень необходимых нормативно-технических документов для внедрения в практику строительства  арматуры с защитным покрытием.

1. СП 63.13330.2018. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Москва: Росстандарт; 2019.

2. ГОСТ 31384-2017. Защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии. Общие технические требования. Москва: Росстандарт; 2018.

3. СП 28.13330.2017. Защита строительных конструкций от коррозии. Актуализированная редакция СНиП 2.03.11-85. Москва: Росстандарт; 2017.

4. СП 72.13330.2016. Защита строительных конструкций и сооружений от коррозии. Москва: Росстандарт; 2017.

5. Отчет по поисковой теме: 13-3.1.5-92 «Провести исследования и разработать предложения по оптимизации составов и способов нанесения антикоррозионных покрытий на термомеханически упрочненную стержневую арматуру в условиях металлургического завода. Москва: НИИЖБ; 1992. 53 с.

6. Заключение по свойствам эпоксидного покрытия «Scotchkote-215» производства фирмы «3М» для арматуры железобетонных конструкций по предлагаемым областям его применения. Москва: НИИЖБ; 1996. 14 с.

7. Кравченко Т.Г., Алексеев С.Н. Железобетонные конструкции с оцинкованной арматурой // <i>Бетон и железобетон.</i> 1981. № 6. С. 25.

8. Стругова Ю.Н. Исследование коррозионного поведения оцинкованной арматуры в условиях контактирования с бетоном. Дисс… канд. техн. наук. Москва; 1970. 143 с.

9. Заренин С.В. Полимерные защитные покрытия стальных связей и арматуры железобетонных конструкций. Дисс… канд. техн. наук. Москва; 1985. 159 с.

10. Баланчук В.Д. Порошковая технология полимерных покрытий для защиты от коррозии арматуры железобетона. Международная конференция «Долговечность и защита конструкций от коррозии. Строительство, реконструкция». Москва; 1999. С. 559–566.

11. Yeomans S.R. Galvanized Reinforcement in Bridge and Coastal Construction. Proc. IABSE 2019 Congress. New York, September 4–6, 2019.

12. Sturgeon W. Joseph, O’Reilly Matthew, Darwin David, Ann Jo. Browning Rapid macrocell tests of ASTM A775, A615, and A1035 reinforcing bars. <i>Structural Engineering and Engineering Materials.</i> SL Report 10-4. The University of Kansas Center for Research. 2010.

13. Ogunsanya Ibrahim. Evaluation of the Corrosion Behaviour of Continuously Galvanized Rebar. A thesis presented to the University of Waterloo in fulfilment of the thesis requirement for the degree of Master of Applied Science in Mechanical Engineering. Waterloo, Ontario, Canada, 2016. 161 p.

14. Clear Kenneth C. Time-to-Corrosion of Reinforcing Steel in Concrete Slabs, vol. 4: Galvanized Reinforcing Steel. Interim report. 1981, p. 42.

15. Miller Gerald G., Kepler Jennifer L., Darwin David. Effect of Epoxy Coating Thickness on Bond Strength of Reinforcing Bars. <i>ACI Structural Journal.</i> May, 2003, pp. 314–320.

16. Molina L., Javier F., Ruiz F., Alejandro M., et. al. Bond strength of galvanized steel: experimental and numerical study based on pull-out tests. Third International Conference on Mechanical Models in Structural Engineering University of Seville. June 24–26, 2015, pp. 143–158.

17. Treece R.A., Jirsa J.O. Bond Strength of Epoxy-Coated Reinforcing Bars. <i>ACI Materials Journal.</i> March-April, 1989, vol. 86, no. 2.

18. Hamad Bilal S., Jirsa James O., D’ Abreu d Paolo Natalie I. Effect of epoxy coating on bond and anchorage of reinforcement in concrete structures. Research Report. Center for Transportation Research The University of Texas at Austin. December, 1990. 264 p.

19. Grundhoffer T., French C., Leon R., Bond behavior of uncoated and epoxy-coated reinforcement in concrete. Final Report. University of Minnesota Center of Transportation Studies and National Science Foundation. May, 1992. 233 p.

20. Choi O.C., Hadje-Ghaffari H., Darwin D., McCabe S.L. Bond of epoxy-coated reinforcement: bar parameters. <i>ACI Materials Journal</i>. 88 (Compendex), pp. 207–217.

21. Cairns J., Abdullah R.B. Influence of rib geometry on strength of epoxy-coated reinforcement. <i>ACI Structural Journal.</i> 1995, vol. 92, iss. 7, pp. 23–27.

22. Cairns J., Abdullah R. Fundamental tests on the effect of an epoxy coating on bond strength. <i>ACI Materials Journal.</i> 1994, vol. 91, iss. 4, pp. 331–338.

23. Kayali O., Yeomans S.R. Bond of ribbed galvanized reinforcing steel in concrete. <i>Cement and Concrete Composites.</i> 2000, vol. 22, iss. 6, pp. 459–467. https://doi.org/10.1016/S0958-9465(00)00049-4

24. Sistonen E., Tukiainen P., Huovinen S. Bonding of Hot Dip Galvanised Reinforcement in Concrete, Nordic Concrete Research; Publication no. 34, 2/2005, The Nordic Concrete Federation, Oslo, Norway, 2005, pp. 1–14.

25. Kobayashi K., Takewaka K. Experimental Studies of Epoxy-Coated Reinforcing Steel for Corrosion Protection. <i>The International Journal of Cement Composites and Lightweight Concrete.</i> 1984, vol. 6, no. 2, pp. 99–116. https://doi.org/10.1016/0262-5075(84)90039-3

26. Yeomans S.R. Galvanized Steel Reinforcement in Concrete. Elsevier Ltd, Oxford. 2004, p. 316.

27. Yeomans S.R. Performance of Black, Galvanized, and Epoxy-Coated Reinforcing Steels in Chloride-Contaminated Concrete. <i>Corrosion.</i> 1994, vol. 50, iss. 1, pp. 72–81. https://doi.org/10.5006/1.3293496

28. ASTM A775/A775M-22. Standard Specification for Epoxy-Coated Steel Reinforcing Bars.

29. ASTM A767/A767M-19. Standard Specification for Zinc-Coated (Galvanized) Steel Bars for Concrete Reinforcement.

30. ASTM A1094/A1094M-20. Standard Specification for Continuous Hot-Dip Galvanized Steel Bars for Concrete Reinforcement.

31. ASTM A1055/A1055M-16. Standard Specification for Zinc and Epoxy Dual-Coated Steel Reinforcing Bars.

32. ISO 14654:1999. Epoxy-coated steel for the reinforcement of concrete.

33. ISO 14657:2005. Zinc-coated steel for the reinforcement of concrete.

34. ГОСТ Р 58386-2019. Канаты защищенные в оболочке для предварительно напряженных конструкций. Технические условия. Москва: Стандартинформ; 2019.

35. ASTM A955/A995M-20c. Deformed and Plain Stainless Steel Bars for Concrete Reinforcement.

36. А1035/А1035M-20. Standard Specification for Deformed and Plain, Low-Carbon, Chromium, Steel Bars for Concrete Reinforcement.

37. ACI 318-19. Building Code Requirements for Structural Concrete. American Concrete Institute, Farmington Hills, MI, 2019.

38. AASHTO. Standard Specifications for Highway Bridges. American Association of State Highway and Transportation Officials. Washington, D.C., 2002.

39. <i>fib</i> Model Code for Concrete Structures 2010. International Federation for Structural Concrete (fib), Lausanne, Switzerland, 2013.

40. EN 1992-1-1. 2004. Eurocode 2: Design of concrete structures – Part 1-1: General rules and rules for buildings. CEN, Brussels, 2004.