Величина концентрации хлора в воде и в воздухе зависит от эксплуатации зданий бассейнов, от работы систем обеспечения параметров микроклимата, что влияет на прочность несущих конструкций, зависящую от качества строительных материалов. При этом необходимы дополнительные меры по защите данных строительных конструкций от разрушения.

Автор: А. РЫМАРОВ, к.т.н., доцент, МГСУ

Микроклимат в помещении бассейна формируют системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Влажный режим такого типа помещений — благоприятная среда для активного размножения различных бактерий и микроорганизмов, концентрацию которых определяют санитарно-гигиенические условия в бассейне, которые в свою очередь сегодня редко формируются без хлорирования — процесса, обладающего бактерицидными свойствами, уничтожающего бактерии и микроорганизмы и защищающего человека от различных заболеваний. Хлор добавляется в воду, которая испаряется с поверхности бассейна и увлекает с собой в воздух хлорпроизводные элементы.

Так формируется газовый режим помещения с некоторым заданным значением концентрации хлорпроизводных составляющих и одновременно происходит формирование влажностного, теплового и воздушного режимов помещения бассейна.

Газовый режим помещения бассейна зависит от влажностного, а влажностный и газовый в свою очередь — от воздушно-теплового режима помещения бассейна, т.к. заданный воздухообмен, способ организации воздухораспределения, температура внутреннего воздуха и воды определяют относительную влажность воздуха и интенсивность испарений с открытой поверхности, а также концентрацию хлорпроизводных в воздухе помещения бассейна. Совокупность взаимодействия вышеназванных динамических режимов, формирующих микроклимат в помещении бассейна, определяет влажностный режим наружных и внутренних ограждающих конструкций. Получена технология формирования процесса испарения водяных паров с открытой поверхности воды бассейна.

Несущие части наружных и внутренних ограждающих конструкций, как правило, состоят из железобетона, который формируется из наполнителей, портландцемента, сульфатостойкого цемента (других видов цемента) и арматуры, представляющей собой стальные стержни различного диаметра. В идеальных условиях бетон должен полностью прекращать коррозию стальной арматуры, однако в реальных этого не происходит. Коррозия арматуры возникает под влиянием ряда факторов [1–3]. Первая группа факторов связана с состоянием металла, определяемым термодинамической устойчивостью и структурой металла. Другая группа факторов — технологическая, связанная с составом бетона, водоцементным отношением, толщиной защитного слоя и условиями твердения бетона. Важными являются факторы, связанные с эксплуатацией железобетонных конструкций, состоящие в характере изменения температуры, влажности, движении агрессивных сред, в характере газообмена и наличии стимуляторов коррозии во внешней среде и в самом бетоне.

Строительные материалы ограждающих конструкций обладают определенной гигроскопичностью и паропроницаемостью, что определяет их влажностный режим. В определенных условиях значительный вклад в пассивацию железа в бетоне может вносить омическое сопротивление электролита — поровой жидкости (зависит от толщины водной пленки). При относительной влажности воздуха менее 60 % омическое сопротивление поровой жидкости очень велико, это приводит к нарушению ионной проводимости внешней цепи коррозионной пары, что способно полностью остановить коррозию арматуры.

Водяные пары, поднимаясь с открытой поверхности ванны бассейна, формируют парциальное давление водяных паров в воздухе, которые проникают в наружные и внутренние ограждающие конструкции, формируя их влажностный режим. В процессе растворения в воде хлор взаимодействует с кислородом, также содержащимся в воде, образуя оксиды, поэтому в воде в растворенном состоянии присутствует как хлор, так и хлорпроизводные, которые испаряются вместе с водой, формируя в воздухе комплексы молекул воды, молекул и ионов хлора и хлорпроизводных, что позволяет рассматривать влажностно-газовый режим в помещении бассейна.

Водяные пары вместе с молекулами и ионами хлорпроизводных, проникая внутрь наружных и внутренних ограждающих конструкций, взаимодействуют с материалами элементов этих конструкций, вызывая коррозию несущих ограждений помещений здания. Коррозия охватывает цементную часть бетона и металлическую (арматурную) часть несущих ограждающих конструкций. Коррозия несущих ограждающих конструкций приводит к снижению их прочности и долговечности, что угрожает безопасности людей. Хлорпроизводные в сочетании с водой являются агрессивной средой для элементов несущих ограждений здания, что требует специального рассмотрения и изучения.

Хлор, как правило, поступает в воздух с водяными парами в качестве положительно заряженных ионов (ПДК хлора равна 1 мг/м3), следовательно, концентрация хлора в воздухе бассейна должна быть не более 0,01мг/м3, что связано с безопасностью человека и с формированием возможных сочетаний хлорпроизводных в концентрациях, меньших ПДК. Следует иметь в виду, что не только хлориды, вводимые в бетон, попадающие в него с водой затворения в качестве примесей в вяжущем или в заполнителях, увеличивают коррозию, но и хлориды, находящиеся во внешней среде и поступающие в бетон из нее при контакте строительной конструкции с воздушной или водной средой. Концентрация хлоридов, диффундирующих в бетон из окружающей среды, на порядок ниже, чем концентрация хлоридов, содержащихся в бетоне, но их коррозионное воздействие более значительно, чем последних, что объясняется их «свободным», не связанным состоянием.

Авторы сделали попытку определить снижение объема, а следовательно — прочности и долговечности элементов несущих ограждающих конструкций в зависимости от концентрации хлорпроизводных в воздухе помещения бассейна и от температуры внутреннего воздуха. В помещениях бассейнов атмосфера характеризуется повышенной температурой, влажностью, наличием хлорпроизводных, испаряющихся с поверхности бассейна, что вызывает усиление коррозии арматуры в бетоне.

Проведены расчеты влияния водопроводной воды и воды с содержанием трехпроцентной концентрации хлора на коррозию армированного портландцемента и сульфатостойкого цемента с целью определения сокращения объема и массы арматуры, что приводит к снижению прочности, несущей способности и долговечности наружных и внутренних ограждающих конструкций.

Результаты расчетов приведены на графике. Изучался вопрос, как увеличивается скорость коррозии стальной арматуры в зависимости от температуры воздуха. Температура воздуха в бассейне может быть в пределах от 25 до 35 °C и более, под перекрытием в теплый период года в жаркий день при ясной погоде температура воздуха может подниматься до 40–50 °C. На рис. 1 показаны зависимости увеличения коррозии стальной арматуры в портландцементе и портландцементе сульфатостойком, построенные по данным экспериментов при выдерживании образцов железобетона в трехпроцентном растворе хлорида натрия. Приведенные графики построены по данным Е.Н. Покровской, профессора кафедры общей химии МГСУ.

Вывод
Величина концентрации хлора в воде и в воздухе зависит от эксплуатации зданий бассейнов, от работы систем обеспечения параметров микроклимата, что влияет на прочность несущих конструкций, зависящую от качества строительных материалов; при этом возможно необходимы дополнительные меры по защите данных строительных конструкций от разрушения. Снижение влияния хлорпроизводных на коррозию арматуры несущих ограждающих конструкций возможно:

• при уменьшении концентрации растворенного хлора и его производных в воде;
• при организации вентиляции с достаточным количеством подаваемого и удаляемого воздуха для снижения концентрации хлорпроизводных в воздухе;
• при создании дополнительной гидроизоляции внутренних поверхностей несущих ограждающих конструкций, не допускающей избыточного увлажнения строительных материалов.

1. Заикин Б.Б., Москалейчик Ф.К. Коррозия металлов, эксплуатирующихся во влажном воздухе, загрязненном сернистым газом или хлором. Сб. МДНТП «Натурные и ускоренные испытания». — М., 1972.
2. Мулякаев Л.М., Дубинин Г.Н., Далисов В.Б. и др. Коррозионная стойкость диффузионно-хромированной стали в некоторых средах. Защита металлов, Т. IХ, №1/1973.
3. Никифоров В.М. Технология металлов и конструкционные материалы. Изд. 6‑е. — М.: Высшая школа, 1980.