Необрастающие бетоны - бетоны с биоцидными добавками, обеспечивающие на длительный срок необрастание бетонной поверхности

Кислогубская приливная электростанция расположена на побережье Баренцева моря в пос. Ура-губа в 90 км от г Мурманска. С 1968 г. входит в состав АО "Колэнерго" административно входит в состав каскада Туломских ГЭС. Использует энергию морского прилива. На электростанции, установлен один обратимый капсульный агрегат установленной мощностью 400 кВт французской фирмы "Нейрпик".

Российская модель использования приливной энергии, апробированная в течение 30 лет на Кислогубской ПЭС, позволяет эффективно объединить прерывистые, но гарантированные потоки энергии приливов с энергией электростанций других видов.

Стоимость энергии на ПЭС - меньше, чем на ГЭС, ТЭС и АЭС (доказано за 30 лет эксплуатации первой промышленной ПЭС Ране во Франции).

Срок окупаемости капитальных вложений - 7,5 лет. Это исследовано и доказано научными методами. Электростанция предоставлена для исследований институтам НИИЭС и Гидропроект. На территории ПЭС размещены также научная база Полярного института океанологии и рыбного хозяйства (ПИНРО) и гидрометеостанция Мурманского Управления гидрометеослужбы.

Наших читателей, несомненно, заинтересуют некоторые результаты, полученные учеными при исследовании специальных способов защиты материалов, из которых сооружены здание и агрегаты ПЭС. Итак, напомним, что природные условия в Заполярье, это:

- морская вода океанической солёности и температурой от - 2,8 ° С до +10,5 °С;

- температура воздуха в зимний период (9 месяцев)до - 43°С,

- влажность воздуха не ниже 80 %;

- количество циклов (в году): замачивания - осушки - до 690, замораживания-оттаивания до 480;

- обрастание конструкций в морской воде биомассой - до 230 кг/м²(слои толщиной до 20 см);

- электрохимическая коррозия металлов до 1 мм в год;

- экологическое состояние района – без загрязнений, морская вода - без нефтепродуктов.

Здание Кислогубской ПЭС возведено наплавным (без возведения перемычек) способом впервые в практике гидроэнергетического строительства. Толщина элементов конструкции всего 15-30 см, слой защиты арматуры 2 см. При строительстве было заложено 608 приборов контрольно-измерительной аппаратуры для контроля напряженного, температурного и фильтрационного состояния конструкции и основания.

Применен специально разработанный бетон особо высокой морозостойкости (F1000), долговечный в Арктике уже более 35 лет. Арматура и оборудование защищены от электрохимической и биологической коррозии.

За десятилетия службы на Арктическом побережье при 400-500 наблюдаемых циклах замораживания-оттаивания в зоне прилива и при чрезвычайной агрессивности океанской воды (соленость 35 %) конструкция здания ПЭС не имеет никаких повреждений, напряженное состояние арматуры в пределах нормы, прочность бетона достигла 80 МПа (при проектной 40 МПа) исключительная плотность бетона (В>14) обеспечивает практически полную водонепроницаемость стен внутренних помещений на нижних отметках толщиной 15 см при знакопеременных напорах - 8-12 м искусственное основание здания ПЭС обладает: фильтрационной устойчивостью, суффозия грунта отсутствует, осадки здания равномерны по основанию и полностью стабилизировались уже к третьему году работы, арматура и оборудование не имеют следов коррозии, опытно-промышленная установка обеспечила полную защиту турбинного водовода от биообрастания (в соседнем данном водоводе биообрастание достигало 230 кг/м²) 30 % заложенных в конструкции приборов КИА и через 32 года службы дают достоверную информацию (нормативный срок их работы в пресной воде 8 лет).

Исследованиями выявлена долговечность бетонов, полимеров и металлов в условиях Арктики, полное отсутствие коррозии оборудования, полная защита конструкций от обрастания.

Надежность и сохранность энергетических сооружений в чрезвычайно суровых коррозийных условиях северных морей (скорость коррозии до 1 мм/год, биомасса обрастания до 5 кг/м²/год) доказаны исследованиями, проводимыми в течение 20-летней эксплуатации в Баренцевом море Кислогубской ПЭС.

Примененные здесь строительные материалы и способы защиты тонкостенных железобетонных конструкций и оборудования от коррозии и обрастания признаны надежными.

Борьба с коррозией путем выбора стойких материалов, путем покрытия их поверхности лакокрасочной окраской не эффективна. Окраску необходимо возобновлять (обычно через 2-3 года), что сопряжено с большими затратами, а в условиях высокой влажности морской атмосферы и на труднодоступных участках вообще невозможно.

В последнее время наиболее эффективными зарекомендовали себя электрохимические методы защиты от коррозии, т.к. они могут обеспечить сохранность сооружения в течение всего срока эксплуатации. Сущность электрохимических методов защиты металлов заключается в их катодной поляризации с помощью электрического тока. Катодную защиту целесообразно использовать в совокупности с применением лакокрасочных покрытий, так как при этом расходы электроэнергии и потребление "жертвенных" анодов значительно сокращаются.

Катодная защита морских энергетических объектов (металлический шпунт в земляной плотине, арматура в конструкции, оборудование) впервые была применена на Кислогубской ПЭС. Там для защиты арматуры в тонкостенной (15 см) железобетонной конструкции здания ПЭС и металлического шпунта в каменно-набросной плотине используются внешние " жертвенные" аноды из металлической массы, заменяемые через 12-15 лет.

Для предотвращения возможности возникновения блуждающих токов между наружными и внутренними армосетками все элементы арматуры в процессе строительства были сварены в единую электрическую цепь.

Для исключения снижения адгезии арматуры с бетонным камнем величина потенциала защиты строго ограничивается от -0,85 до -1,2 В по хлор-серебряному электроду сравнения. Для защиты гидросилового оборудования были использованы накладные аноды с платиновым покрытием.

Защита с 1968 года полностью обеспечивает сохранность сооружений и оборудования в чрезвычайно суровых природных условиях (скорость коррозии в естественных условиях до 1 мм в год).

Электролизная защита используется для предотвращения полного биологического обрастания на бетонных поверхностях и на оборудовании турбинных водоводов на весь срок эксплуатации. Защита осуществляется с помощью специальной электрохимической установки для электролиза морской воды.

Состав установки: электролизер (серийное производство), насос, источник электропитания (выпрямитель), трубопроводы. Принцип работы установки: морская вода прокачивается насосом через электролизер, и выработанный в нем токсин (соединения хлора) подается в турбинный водовод для препятствования оседания на поверхности водовода личинокобрастателей.

Опытно-промышленная установка для защиты от обрастания турбинного водовода Кислогубской ПЭС с входным сечением 6,9*6,9 м и капсульного гидроагрегата с диаметром рабочего колеса 3,3 м полностью (на 100 %) исключила обрастание с 1979 г. и ее работа рассчитана на весь срок эксплуатации электростанции.

Расчетные защитные дозы токсина экологически безопасны, на выходе из водовода количество токсина не превышает нормируемое количество.

Экологическая чистота электролизного способа защиты от обрастания подтверждается многолетними натурными исследованиями специалистов.

Эксплуатация установки экономически эффективна, т.к. сырьем для нее является морская вода.

Необрастающие бетоны - бетоны с биоцидными добавками, обеспечивающие на длительный срок необрастание бетонной поверхности в любой среде, в том числе в морской воде океанической солености.

По итогам натурных испытаний на морских стендах Кислогубской ПЭС ряд составов необрастающих бетонов не подвергаются биологическому обрастанию (и при этом не снижают своей прочности) в течение 8-10 лет. В то же время при традиционном способе защиты бетона и металла необрастающими красками их поверхность не обрастает всего 1-2 года.

Длительность сохранения биоцидного эффекта находится в прямой зависимости от толщины конструкции. На данном этапе разработок толщина конструкции рекомендуется не менее 0,15 м.

В качестве добавок в необрастающие бетоны вносят водорастворимые препараты биоцидов, обладающих антибактериальными свойствами.

Наиболее эффективно показали себя добавки оловоорганических соединений. Биоцидные добавки вместе с другими традиционными добавками вносятся в дозированном количестве в состав бетона вместе с водой при приготовлении бетонной смеси.

Стоимость достижения противообрастающего эффекта с помощью введения в бетон биоцидных добавок в 10-30 раз меньше стоимости достижения подобного эффекта необрастания с помощью необрастающих красок (по данным исследований Гидропроекта и НИИЭС на научной морской базе в Баренцевом море).

Применение необрастающих бетонов позволяет в период строительства гидроузла обеспечить необрастание водоводов вплоть до пуска в эксплуатацию постоянной электролизной системы защиты от обрастаний (обычно за 2-3 года толщина обрастателей может достичь 15-20 см при биомассе до 250 кг/м².

Подготовила Валентина Егорова

Журнал "СЕВЕР строительный" № 3 2005 г.