Вплив корозії бетону від взаємодії лугів цементу з реакційноздатними заповнювачами на пошкодження залізобетонних шпал у колії

Abstract

UA: У статті наведено аналіз причин утворення тріщин та інших пошкоджень у залізобетонних шпалах, встановлено вплив корозії на пошкодження бетону, обумовленої взаємодією лугів цементу з реакційноздатними заповнювачами, виявлено вагомості кожної з причин. Корозія бетону шпал, обумовлена реакцію між лугами та кремнієвою кислотою – лужно-кремнеземистою реакцією, в Україні спричинена безсистемною зміною постачальників заповнювачів і цементу та модернізацією виробництва цементних заводів, яка призвела до підвищення вмісту лугів понад 0,6 %. З усіх конструкцій з бетону корозія від лужно-кремнеземистої реакції найшвидше протікає саме у підрейкових основах залізниць – її ознаки з’являються в середньому через 2,8 року експлуатації, та фундаментах опор контактної мережі – через 3 роки. Це обумовлено особливостями конструкції та умов експлуатації шпал, у т. ч., можливо, додатковим до обводненості впливом струмів витоку. Внаслідок лужно-кремнеземистої реакції в бетоні виникають розтягувальні напруження, які призводять до утворення просторової сітки мікротріщин і зниження міцності бетону на розтяг.

EN: The article analyses the causes of cracks and other damage in reinforced concrete sleepers. The effect of concrete corrosion, which is caused by the interaction of cement alkalis with reactive aggregates, on damage to sleepers has been established. The significance of each of the reasons has been established. Corrosion of concrete sleepers, which is caused by the reaction between alkalis and silicic acid - Alkali-Silica Reaction (ASR), in Ukraine was initially caused by a haphazard change in suppliers of aggregates and cement. Also it influenced by the modernization of the production of cement plants, which led to an increase in the content of alkalis in cement by more than 0.6%. Of all concrete structures, corrosion from ASR proceeds faster precisely in the railway track structures - its signs appear on average after 2.8 years of operation, and the foundations of overhead catenaries - after 3 years. For other structures, these signs appear later - for bridge structures after 3.7 years, for road surfaces - after 6.9 years. This is due to the peculiarities of the design and operating conditions of the sleepers, including, possibly, the effect of leakage currents additional to the water cut. The corrosion rate from ASR in structures in Ukraine is much higher (signs of corrosion appear on average after 2.2 years) than in the countries of North America, Central and Northern Europe (6.1 and 6.4 years, respectively). This is due to the wider use of additives in concrete, a better regulatory framework and a culture of compliance in these countries. ASR directly causes 15.5 % of defects, contributes to the formation and development of 32.8% of defects to the greatest extent, does not affect 30.9 % of defects at all, and to a limited extent contributes to the emergence and development of other 20.8 % of defects. The effect of corrosion of concrete from ASR on the occurrence of damage (defects) in sleepers is explained by the fact that as a result of ASR tensile stresses arise in concrete, which lead to the formation of a spatial network of microcracks and a decrease in the tensile strength of concrete. Since the prestressing of the reinforcement has created tensile stresses in the transverse direction, predominantly longitudinal cracks occur in the sleepers. Prestressed reinforced concrete structures are more vulnerable to damage caused by ASR concrete corrosion than conventional reinforced concrete or concrete structures.