Вплив олії на міцність бетону фундаментів під енергетичне обладнання
Козлов А. Б., Пермякова Ст Ст, кандидати техн. наук ВАТ “ВНДІГ ім. Б. Є. Вєдєнєєва” Обстеження фундаментів під турбоагрегати [1, 2] та допоміжного обладнання, що перебувають у тривалій експлуатації, показує, що основними причинами зниження надійної роботи цих споруд, поряд з дефектами будівельного періоду, є порушення умов експлуатації обладнання, пов'язані з попаданням мастил на бетон будівельних конструкцій, перевищенням температури навколишнього середовища понад нормативне значення, підвищеними вібраціями та навантаженнями, викликаними головним чином незадовільним розширенням турбіни. Залізобетонні конструкції фундаментів турбоагрегатів, що зазнають впливу нафтопродуктів у процесі експлуатації, порівняно з аналогічними спорудами, розташованими на інших промислових об'єктах, знаходяться у менш сприятливих умовах. Це пояснюється трьома причинами: елементи фундаментів просочуються, як правило, найбільш агресивним відпрацьованим маслом протягом тривалого часу; Більшість зазначених конструкцій знаходиться в зоні підвищеної температури, значення якої іноді перевищує 100°С і при пусках-зупинках може змінюватися у великих межах; Всі елементи фундаментів при роботі турбоустановок піддаються вібраціям, що сприяють періодичному розкриттю тріщин. Зниження міцності бетону під впливом нафтопродуктів відбувається внаслідок ослаблення контактів між цементним каменем та заповнювачами. Високомолекулярні смоли, що містяться у відпрацьованих маслах, надають нафтопродуктам здатності легко проникати в найдрібніші пори і тріщини. У мікропорах і мікротріщин бетону молекули смол створюють розклинюючі напруги, що знижують міцність бетону. Таким чином, чим більша пористість бетону.і більше в ньому мікродефектів, тим швидше йде його просочення і тим більше знижується здатність елементів фундаменту, що несе. Крім цього, відпрацьована олія містить у своєму складі кислоти, які, вступаючи у взаємодію з цементним каменем, сприяють його руйнуванню. У ВНДІГ ім. Б. Є. Вєдєнєєва були проведені досліди з бетонними зразками, які після набору міцності протягом 1 року були поміщені у ванни, заповнені відпрацьованим турбінним маслом. Після закінчення 1 року перебування в маслі зразки мали непромаслене ядро світло-сірого кольору і 10 - 12-міліметровий темний, насичений олією, зовнішній шар. Через 2 роки промаслювання ядро склало близько 50% площі поперечного перерізу зразків і близько 50% - насичений маслом зовнішній шар.
Результати випробувань показали, що при дії стискаючого навантаження промаслений бетон, у порівнянні з непромасленим, має меншу деформативність у напрямі дії зусиль та великі поперечні деформації. При дії навантаження, що розтягує, поздовжні деформації у промасленого бетону більше. Протягом 3,5 років перебування зразків у маслі при дії стискаючого навантаження після 1 року насичення олією міцність знизилася на 7%, а після 3,5 років - на 20%. Таким чином, проведені експерименти показали, що міцність бетону, схильного до впливу масла, нижче, ніж у непромасленого бетону, і ця різниця збільшується зі збільшенням тривалості промаслювання. Інші дослідження [3] показали, що процес руйнування бетону прискорюється з підвищенням температури і кількість масла, що поглинається бетонними зразками при одноразовому стрибкоподібному нагріванні до температури 200°С і подальшому охолодженні, сприяє такому ж просоченню бетону, яке має місце при перебуванні бетону протягом 1 року унормальних умов. Втрата міцності в цьому випадку становить 12 - 15%, так як при стрибкоподібному підвищенні та зниженні температури відбувається додатковий підсмоктування масла. У реальних умовах залізобетонні елементи фундаментів турбоагрегатів нагріваються до температури 100°С і більше. Так, на елементах фундаменту під турбоагрегат К-300 блоку № 3 Іриклінської ГРЕС у районі циліндра високого тиску було зафіксовано температуру 98°С, а на фундаменті турбоагрегату ГТ-100 блоку № 2 Іванівської ГРЕС у районі вихлопу - 120°С. Промаслювання бетону відбувається у найбільш відповідальних зонах споруди. Насичення олією бетону, розташованого під підшипниками генераторів та турбін, призводить до порушення зчеплення бетону із заставними плитами, що позначається на вібраційних характеристиках фундаментів під машини та може призвести до аварійного стану. Таке явище мало місце на першому ригелі блоку № 3 Іриклінської ГРЕС, де було порушено зв'язок заставної плити підшипникової опори з бетоном ригеля. Насичення олією бетону в вузлових з'єднаннях фундаментів турбоагрегатів знижує жорсткість вузлів і збільшує податливість поперечних ригелів фундаментних рам, наслідком є закручування ригелів і порушення нормальної роботи турбоагрегату. Підвищені вібрації турбоустановки у поєднанні з великими статичними навантаженнями викликають збільшення розкриття тріщин у залізобетонних елементах, головним чином, у поперечних ригелях фундаментів. Величини таких тріщин часто перевищують регламентоване значення 0,3 мм. Так, наприклад, на фундаменті енергоблока № 14 Сургутської ГРЕС-1 розмахи коливань досягали 45 мкм, а кутові деформації поперечного ригеля Р2 у зоні ЦВД – 2,5 мм/м (при нормі 0,2 – 0,4 мм/м). Це призвело до утворення тріщин із шириною розкриття до 0,5мм. Погіршення вібраційного стану конструкцій монолітних фундаментів під допоміжне обладнання внаслідок розущільнення бетону під впливом нафтопродуктів також негативно позначається на роботі цих установок. Проведене ВНДІГ ім. Б. Є. Вєдєнєєва обстеження фундаментів під турбоагрегати теплових електростанцій [1, 2] показало, що майже на всіх енергоблоках залізобетонні конструкції, розташовані в зоні установки підшипників турбіни і підшипників генератора, піддаються промащуванню. При тривалому рясному промаслюванні в умовах впливу динамічних навантажень і підвищеної температури, що змінюється у великих діапазонах, залізобетонні елементи фундаментів частково або повністю виходять з ладу. У таблиці представлені результати досліджень впливу відпрацьованого масла на стан бетону фундаментів ТЕС. З таблиці видно, що на фундаменті турбоагрегату енергоблоку № 4 Кіровської ТЕЦ-5 втрата міцності бетону внаслідок попадання на нього олії вже через 8 років становила 8%. При цьому слід зауважити, що бетон цієї конструкції був добре провібрований і ставився до класу міцності на стиск В20. На енергоблоці № 6 Кіровської ТЕЦ-3, внаслідок насичення бетону олією та зниження його міцності, утворилася поздовжня тріщина в підгенераторній балці, що викликала неприпустимо високу вібрацію підшипникової опори генератора. Ремонтні роботи, виконані за рекомендаціями ВНДІГ, включали заміну балки підгенератора. За 15 років експлуатації енергоблоку № 3 Іриклінської ГРЕС міцність бетону промасленої зони ригелів у підгенераторній частині фундаменту турбоагрегату помітно знизилася і стала меншою за проектну. На Сургутській ДРЕС-1 за 18-річний період експлуатації фундаменту промаслений бетон знизив свою міцність на 19 – 36%. НаСєвєродвінській ТЕЦ-2 було обстежено фундамент турбоагрегату енергоблоку №1, а також фундаменти під живильні насоси. Промаслений бетон за 17-річний період експлуатації знизив міцність на 15 – 45%. На Костромській ГРЕС за 20 років експлуатації енергоблока № 8 сильно промаслив бетон на ригелях першої та другої поперечних рам фундаменту в зоні встановлення циліндра високого тиску. Міцність промасленого бетону на 15 - 20% була нижчою за проектну і на 30% нижчою за міцність бетону, не схильного до потрапляння на нього масла. На енергоблоці № 6 Світлогірської ТЕЦ олія просочила з усіх боків бетон ригелів поперечних рам фундаменту під турбіною. Внаслідок цього міцність бетону, насиченого олією, склала 9,5 - 20,0 МПа. За 29-річний період дії масла на бетон цих елементів фундаменту міцність бетону знизилася на 30 - 50% і він перетворився на деструговану масу, а самі ригелі рам виявилися непридатними для подальшої експлуатації. Сильне промаслювання бетону в підгенераторній зоні та під підшипниками турбіни було зареєстровано на фундаменті турбоагрегату № 4 Курської ТЕЦ-1, що перебуває в експлуатації понад 34 роки. Проникнення відпрацьованого масла в бетон елементів фундаменту значно погіршило їх стан і знизило міцність бетону, яка склала 8,0 - 15,0 МПа, що в середньому на 22% нижче за проектну і на 42% менше міцності непромаслених зон фундаменту. Дослідження проводились під час проведення на фундаменті ремонтних робіт із заміни обладнання. На конструкціях під генератором, на бічній грані по всій висоті ригеля було знято поверхневий шар бетону глибиною 120 мм і було виявлено, що олія проникла на ще більшу глибину. Для забезпечення надійного зчеплення нового бетону зі старим рекомендовано збільшити шар бетону, що видаляється. На Уукраїнсинській ГРЕС (фундамент турбоагрегату № 6) за 36-річний період експлуатації в деяких зонах бетон промаслився настільки, що міцність його стала нижчою за проектну.
| Електростанція, турбоагрегат |
Найбільш промаслені конструкції
Тривалість промащення, роки