Промышленное строительство. Здания и сооружения. Защита от коррозии и экология

ПРОМЫШЛЕННОЕ 
СТРОИТЕЛЬСТВО

ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ.

ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ 

И ЭКОЛОГИЯ

Москва
ИНФРА-М

2021

МОНОГРАФИЯ

УДК 699.8(075.4)
ББК 38.72-08
 
П81

П81  
Промышленное строительство. Здания и сооружения. Защита 

от коррозии и экология : монография / А.Д. Жуков, В.М. Асташкин, 
В.С. Жолудов [и др.]. — Москва : ИНФРА-М, 2021. — 395 с. — (Научная 
мысль). — DOI 10.12737/1064907.

ISBN 978-5-16-015879-2 (print)
ISBN 978-5-16-108250-8 (online)
В монографии обобщен современный опыт защиты промышленных 

зданий и сооружений от агрессивных воздействий, рассмотрены характерные коррозионные процессы при действии жидких, твердых и газообразных сред на основные строительные материалы.

Приводится система нормирования степени агрессивности для различ
ных частей зданий и сооружений, основные положения по выбору химически стойких конструкций и материалов, методология проектирования 
раздела антикоррозионной защиты. Систематизированы конструктивные 
решения способов защиты подземных вод и грунтов от агрессивных и токсичных сред, рассмотрены методы учета затрат на антикоррозионную защиту применительно к отдельным строительным элементам.

Предназначена для широкого круга инженерно-технических работни
ков (ИТР), связанных с проектированием, строительством и эксплуатацией строительных конструкций зданий и сооружений. Может быть также 
использована в качестве учебного пособия для технических вузов, колледжей и системы повышения квалификации ИТР.

УДК 699.8(075.4)

ББК 38.72-08

Р е ц е н з е н т ы:

Гурьев В.В., доктор технических наук, профессор;
Степанова В.Ф., доктор технических наук, профессор

ISBN 978-5-16-015879-2 (print)
ISBN 978-5-16-108250-8 (online)
© Коллектив авторов, 2020

Предисловие

Монография «Промышленное строительство. Здания и сооружения. 
Защита от коррозии и экология» является работой, в которой обобщены 
знания по коррозии материалов и конструкций и по защите от коррозии, 
опубликованные в трудах ведущих ученых в данной области: Москвина В.М., Степановой В.Ф., Балалаева Г.А., Винарского В.Л., Шевченко А.А, Мощанского Н.А., Пахомова А.С., Головина В.А., Алексеева С.Н., 
Гузеева Е.А., Иванова Ф.М., Розенталя Н.К., Соколовой Ю.А. и других 
специалистов НИИЖБ им. А.А. Гвоздева, ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко, 
ЗАО ЦНИИПСК им. Н.П. Мельникова, МИХМ, Санкт-Петербургского 
государственного политехнического университета, НИЦ «Строительство», 
НИУ МГСУ, ЮУрГУ и других научных центров.
Следует также отметить значительную роль в развитии техники 
противокоррозионной защиты управляющих трестами «Монтажхимзащита» Лыгина Ю.Н. и «Востокхимзащита» Матвиенко Ю.Н. 
и Маковкина Н.А., а также в возведении дымовых труб президента 
ассоциации «Ростеплостроймонтаж» Сырых В.А.
В основу настоящей монографии положена идеология, сформированная в книге Шевякова В.П., Жолудова В.С. «Защита от коррозии промышленных зданий и сооружений». Шевяков Вячеслав Петрович долгое время был главным инженером института
«Проектхимзащита», а затем возглавлял ассоциацию «Защита 
строительных конструкций зданий и сооружений» и внес большой 
вклад в совершенствование антироррозионной защиты.
При подготовке книги авторы преследовали цель сформировать 
подачу материала как можно шире не только для использования 
ее научными работниками и практиками, но и для обеспечения методической литературой курса «Защита от коррозии», программа 
которого утверждена в НИУ МГСУ для студентов баклавриата.
В монографии учтена действующая нормативная база, отраженная в актуализированных редакциях сводов правил по основным 
направлениям строительства, и в том числе в СП 28.13330.2012 Защита строительных конструкций от коррозии. Актуализированная 
редакция СНиП 2.03.11–85 (с Изменениями № 1, 2).
В монографии дан анализ процессов, протекающих в материалах 
и конструкциях, которые становятся причинами их коррозии, и приведены рекомендации по защите материалов и конструкций от коррозии.
Над большинством разделов монографии члены авторского коллектива работали совместно. Общее редактирование осуществлено 
Жуковым А.Д. и Жолудовым В.С.
Авторы выражают благодарность бакалаврам строительства Медниковой Е.А. и Бурцевой М.А. за помощь в оформлении монографии.

Введение

При проектировании конструкций долгие годы основными были 
вопросы механической прочности, деформаций, устойчивости, без 
учета изменения этих свойств во времени. Эта точка зрения продолжает нередко господствовать и сейчас, а такие понятия, как 
«надежность», «долговечность», «отказ», «ремонтопригодность», 
«критерии предельного состояния», только начинают осваиваться 
проектировщиками.
За последние десятилетия произошли значительные изменения, 
непосредственно влияющие на сохранение пассивной части основных фондов (к ним относятся здания и сооружения).
1. Повышение прочностных свойств позволило уменьшить 
толщину стальных несущих и ограждающих элементов; во много 
раз возросли предельные допускаемые напряжения в арматурной 
стали, появились принципиально новые решения, например, здания 
из легких металлических конструкций. При этом оказалась не изученной в натурных условиях скорость коррозии.
2. Технологические процессы усложнились. Стали применяться 
неизвестные ранее агрессивные среды, последствия, воздействия 
которых на конструкции не выявлены, так как для этого требуются 
довольно длительные исследования.
3. Заметно возросла коррозионная активность атмосферы, особенно в городах и на промышленных предприятиях. Интенсификация производства привела к повышению температур, давлений, 
использованию более активных кислот и щелочей (например, 
в черной металлургии, где сернокислотное травление заменяется 
на соляно-кислотное).
4. Отмечается заметная тенденция снижения качества на всех 
этапах инвестиционного процесса: от проектирования до изготовления и монтажа строительных конструкций.
5. Увеличилось количество зданий, морально и технически устаревших, «запасы» прочности в которых значительно уменьшены 
под воздействием окружающей среды.
6. До настоящего времени отсутствуют четко функционирующие 
службы надзора на предприятиях, а у производственников нет 
стимулов, делающих их заинтересованными в длительной безремонтной эксплуатации зданий и сооружений.
Можно также добавить недостаточное внимание к проблеме 
со стороны инженерной общественности и высшей школы. В большинстве строительных вузов студентам не дают достаточных 
знаний об этой проблеме, а если читают курс коррозии и защиты, 
то только применительно к строительным материалам, без особен

ностей влияния коррозионных процессов на здание и сооружение 
в целом.
Конструкции, подверженные коррозии в зданиях и сооружениях (если они будут бесхозными), перестанут контролироваться 
и восстанавливаться, что значительно сократит срок их службы.
В предлагаемой читателям книге авторы постарались привлечь внимание специалистов, занимающихся проектированием, 
строительством и эксплуатацией, к тем первоочередным задачам, 
решение которых возможно даже при современном уровне строительной индустрии и культуры производства. Есть еще одна 
проблема — взаимосвязь защиты от коррозии с экологией. Защита 
от коррозии зданий, сооружений, технологического оборудования 
и защита окружающей среды являются частью одной проблемы — 
защиты человека.
Практически все агрессивные среды опасны не только для материалов, из которых выполнены строительные конструкции, 
но и для атмосферы, грунтов, подземных вод, так как способны нарушить экологическое равновесие.
Утечки жидких агрессивных сред из огромных подземных резервуаров, канализационных коллекторов, трубопроводов наблюдаются в первую очередь при высокой коррозионной активности 
среды, а последняя, в свою очередь, как правило, сочетается с высокой токсичностью. Поэтому следствием снижения долговечности 
элементов зданий и сооружений является нарушение их герметичности, загрязнение подземных питьевых горизонтов, деструкция 
грунтов, что непосредственно влияет на живую природу. Ликвидация утечек и восстановление поврежденных зон требуют огромных материальных затрат, а экологические последствия порой 
невозможно прогнозировать.
Многообразие рассматриваемых проблем не позволило авторам 
подробно осветить вопросы коррозионной стойкости различных 
материалов, применяемых в строительстве, так же, как и некоторые особенности выбора типов первичной и вторичной защиты 
промышленных зданий многочисленных отраслей народного хозяйства, где имеются агрессивные среды. Для этого существует достаточное количество как отечественной, так и зарубежной литературы, ссылки на которую имеются.
Задачей монографии было выявить и обратить внимание на наиболее типичные проблемы, возникающие на стадии проектирования, строительства и ремонта конструкций в агрессивных средах. 
Именно от их качественной проработки и выполнения в значительной степени зависит сохранность вновь возводимых и реконструируемых зданий и сооружений, составляющих значительную 
часть национального богатства страны.

Глава 1
СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ 
И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА

1.1. НОРМИРОВАНИЕ АГРЕССИВНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

В промышленных зданиях несущие элементы, подвергающиеся 
механическим нагрузкам (колонны, фермы, плиты и балки покрытий, перекрытия и др.), проверяются расчетами на прочность, 
деформативность, обеспечение устойчивости, предельную величину раскрытия трещин и т.д. Силовые нагрузки и их классификация приведены в СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия. 
Актуализированная редакция СНиП 2.01.07–85*» [160].
В условиях действия кислот, щелочей, высокой относительной 
влажности воздуха, периодических увлажнений с замораживанием 
и оттаиванием снижение несущей способности происходит чаще 
не от механических нагрузок, а от недооценки агрессивных сред, 
воздействия которых не регламентируются перечисленным выше 
документом. Поэтому даже тщательно выполненные расчеты и запроектированные в соответствии с ними элементы еще не гарантируют «отказ», если не учтены коррозионные воздействия. Для конструкций из железобетона и бетона не всегда обязателен контакт 
с внешней агрессивной средой: нарушение технологии изготовления, 
введение избыточного количества хлоридсодержащих добавок или 
попадание хлоридов в бетон вместе с заполнителями могут быть 
причиной коррозии и снижения несущей способности [91].

1.1.1. Классификация по уровню коррозионной опасности
Принятая в нормативных документах качественная оценка 
коррозионной опасности по степени возрастания подразделяется 
на четыре категории: неагрессивная, слабоагрессивная, среднеагрессивная и сильноагрессивная [54, 55].
Более сложно установить взаимосвязь степени агрессивности 
со снижением несущей способности конкретной конструкции. 
Для металлоконструкций существует классификация, основанная 
на скорости коррозии в мм/час. По уменьшению сечения можно 
расчетным путем оценить усилия в элементах и определить снижение несущей способности конструкций при условии, что коррозия имеет равномерный характер [184, 187].
Отдельные подходы к созданию количественной теории долговечности железобетона выполнены в нашей стране путем математи

ческого моделирования в жидких и газовых средах и исследований 
напряженного состояния в зависимости от характера коррозионных 
процессов [117].
Поэтому, по аналогии с коррозией стали, для неметаллических 
материалов можно условно принимать, что каждая последующая 
степень агрессивного воздействия в зависимости от условий протекания способна значительно ускорить развитие коррозионных 
процессов (табл. 1.1). В свою очередь, эти процессы следует рассматривать только в системе, где имеется, во-первых, объект воздействия (конструкция, состоящая нередко из 2–3 разных материалов) 
и, во-вторых, — среда, в которой эта конструкция эксплуатируется.

Таблица 1.1
Классификация сред эксплуатации

Индекс
Среда эксплуатации
Примеры конструкций
1. Среда без признаков агрессии
ХО
Для бетона без арматуры и закладных деталей: все среды, 
кроме воздействия замораживания-оттаивания, истирания 
или химической агрессии.
Для железобетона: сухая

Конструкции внутри помещений 
с сухим режимом эксплуатации

2. Коррозия арматуры вследствие карбонизации
ХС1
Сухая и постоянно влажная 
среда
Конструкции помещений 
в жилых домах, за исключением 
кухонь, ванных, прачечных.
Бетон постоянно под водой
ХС2
Влажная и кратковременно 
сухая среда
Поверхности бетона, длительно 
смачиваемые водой. Фундаменты
ХС3
Умеренно влажная среда 
(влажные помещения, влажный 
климат)

Конструкции, на которые часто 
или постоянно воздействует 
наружный воздух без увлажнения атмосферными осадками. 
Конструкции под навесом. Конструкции внутри помещений с высокой влажностью (общественные 
кухни, ванные, прачечные, крытые 
бассейны, помещения для скота)
ХС4
Переменное увлажнение и высушивание
Наружные конструкции, подвергающиеся действию дождя
3. Коррозия вследствие действия хлоридов (кроме морской воды)
В случае, когда бетон, содержащий стальную арматуру или закладные 
детали, подвергается действию хлоридов, включая соли, применяемые 
как антиобледенители, агрессивная среда классифицируется по следующим показателям:

Индекс
Среда эксплуатации
Примеры конструкций
XD1
Среда с умеренной влажностью Конструкции, подвергающиеся 
воздействию аэрозоля солей 
хлоридов
XD2
Влажный и редко сухой режим 
эксплуатации
Плавательные бассейны. Конструкции, подвергающиеся воздействию промышленных сточных 
вод, содержащих хлориды
XD3
Переменное увлажнение и высушивание
Конструкции мостов, подвергающиеся обрызгиванию растворами противогололедных 
реагентов. Покрытие дорог. Перекрытия парковок
4. Коррозия, вызванная действием морской воды
В случае, когда бетон, содержащий стальную арматуру или закладные детали, 
подвергается действию хлоридов из морской воды или аэрозолей морской 
воды, агрессивная среда классифицируется по следующим показателям:
XS1
Воздействие аэрозолей, но без прямого контакта с морской водой
Береговые сооружения

XS2
Под водой
Подводные части морских сооружений
XS3
Зона прилива и отлива, обрызгивания
Части морских сооружений 
в зоне переменного уровня воды
5. Коррозия бетона, вызванная попеременным замораживанием и оттаиванием, в присутствии или без солей противообледенителей
При действии на насыщенный водой бетон переменного замораживания и оттаивания агрессивная среда классифицируется по следующим признакам:
XF1
Умеренное водонасыщение без 
антиобледенителей
Вертикальные поверхности 
зданий и сооружений при действии дождя и мороза
XF2
Умеренное водонасыщение 
с антиобледенителями
Вертикальные поверхности зданий 
и сооружений, подвергающиеся 
обрызгиванию растворами антиобледенителей и замораживанию
XF3
Сильное водонасыщение без 
антиобледенителей
Сооружения при действии дождей и мороза
XF4
Сильное водонасыщение растворами солей антиобледенителей или морской водой

Дорожные покрытия, обрабатываемые противогололедными реагентами. Горизонтальные поверхности мостов, ступени наружных 
лестниц и др. Зона переменного 
уровня для морских сооружений 
при действии мороза

Продолжение таблицы 1.1

Индекс
Среда эксплуатации
Примеры конструкций
6. Химическая и биологическая агрессия
При действии химических агентов из почвы, подземных вод коррозионная среда классифицируется по следующим признакам:
ХА1
Незначительное содержание 
агрессивных агентов — слабая 
степень агрессивности среды

Конструкции в подземных водах

ХА2
Умеренное содержание агрессивных агентов — средняя степень агрессивности среды

Конструкции, находящиеся 
в контакте с морской водой. 
Конструкции в агрессивных 
грунтах
ХА3
Высокое содержание агрессивных агентов — сильная степень агрессивности среды

Промышленные водоочистные 
сооружения с химическими агрессивными стоками. Кормушки 
в животноводстве. Градирни 
с системами газоочистки
7. Коррозия бетона вследствие реакции щелочей с кремнеземом заполнителей
В зависимости от влажности среда классифицируется по следующим 
признакам:
WO
Бетон находится в сухой среде Конструкции внутри сухих 
помещений. Конструкции в наружном воздухе вне действия 
осадков, поверхностных вод 
и грунтовой влаги
WF
Бетон часто или длительно 
увлажняется
Наружные конструкции, не защищенные от воздействия 
осадков, поверхностных вод 
и грунтовой влаги.
Конструкции во влажных помещениях, например, бассейнах, 
прачечных и других помещениях 
с относительной влажностью 
преимущественно более 80%.
Конструкции, часто подвергающиеся действию конденсата, 
например, трубы, станции теплообменников, фильтровальные 
камеры, животноводческие помещения.
Массивные конструкции, минимальный размер которых 
превосходит 0,8 м, независимо 
от доступа влаги

Продолжение таблицы 1.1

Индекс
Среда эксплуатации
Примеры конструкций
WA
Бетон, на который помимо воздействий среды WF действуют 
часто или длительно щелочи, 
поступающие извне

Конструкции, подвергающиеся 
воздействию морской воды.
Конструкции, на которые воздействуют противогололедные 
соли без дополнительного динамического воздействия (например, зона обрызгивания).
Конструкции промышленных 
и сельскохозяйственных зданий 
(например, шламонакопители), 
подвергающиеся воздействию 
щелочных солей
WS
Бетон с высокими динамическими нагрузками и прямым 
воздействием щелочей

Конструкции, подвергающиеся 
воздействию противогололедных 
солей и дополнительно высоким 
динамическим нагрузкам (например, бетон дорожных покрытий)

Для различных конструктивных элементов здания условия работы и материал отличаются, поэтому будут и разные оценки степени агрессивного воздействия (хотя все они подвергаются воздействию одной атмосферы), что видно из табл.1.2.

Таблица 1.2
Степень агрессивного воздействия на конструкции и материалы

Наименование конструкций 
и материалов
Степень агрессивного воздействия
Неагрессивное
Слабоагрессивное
Среднеагрессивное
Сильноагрессивное
Стены
Кирпич
+
—
—
—
Цементнопесчаный 
раствор

—
+
—
—

Колонны
Железобетон
—
—
—
+
Плиты покрытия
Железобетон
—
—
—
+

Фермы покрытия
Сталь С3
—
—
+
—

Состав и содержание сред, в которых работают конструкции, 
весьма разнообразны и даже для однотипных производств, расположенных в различных климатических условиях, не бывают одина
Окончание таблицы 1.1