Бетони, стійкі в умовах систем каналізації

Тип работы:
Автореферат
Предмет:
Строительство


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ АВТОМОБІЛЬНО-ДОРОЖНІЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Зеленський Дмитро Юрійович

УДК 691. 327(043. 3)

Бетони, стійкі в умовах систем каналізації

05. 23. 05 — будівельні матеріали та вироби

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків 1999

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі будівельних матеріалів та виробів Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури

Науковий керівник: Лауреат Державних премій СРСР та України, Заслужений діяч науки і техніки України, доктор технічних наук, професор Бабушкін Володимир Іванович, завідувач кафедри будівельних матеріалів та виробів Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури Міністерства освіти України

Офіційні опоненти:

— доктор технічних наук, професор Чернявський Вячеслав Леонідович, завідувач кафедри фізико-хімічної механіки і технології будівельних матеріалів та виробів Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури Міністерства освіти України

— кандидат технічних наук Трикоз Людмила Вікторівна, доцент кафедри будівельних матеріалів, конструкцій та споруд Харківської державної академії залізничного транспорту Міністерства транспорту України

Провідна установа: Донбаська державна академія будівництва та архітектури Міністерства освіти України (м. Макіївка)

Захист відбудеться «16» вересня 1999 року о 16−00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 64. 059. 01 при Харківському державному автомобільно-дорожньому технічному університеті (ХАДІ).

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці університету.

Автореферат розіслано «02» серпня 1999 року.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради Космін О.В.

Загальна характеристика роботи

Актуальність роботи. Більшість систем каналізації, що транспортують промислові та господарчо-побутові стічні води, були побудовані у містах України у 1950−60-ті роки. При цьому основними матеріалами для зведення каналів колекторів, колодязів були бетон та залізобетон, нормативні строки служби яких приймали 50 і більше років. Аналіз роботи каналізаційних мереж показує, що бетонні і залізобетонні труби та інші елементи в них піддаються інтенсивній корозії і їх фактичні строки служби до виникнення відмов складають у середньому 12,5 років. Корозійні пошкодження призвели в останні роки до значних аварій систем водовідведення у ряді міст України. Дрібні аварії відбуваються щорічно з середньою частотою 1 аварія на 10 км трубопроводу.

Виходячи з викладеного, тема даної роботи спрямована на підвищення довговічності колекторів, розробку матеріалів для захисту від корозії і відновлення експлуатаційних властивостей конструкцій, пошкоджених корозією.

Роботу виконано в межах державної програми 04 «Екологічно-чиста енергетика та ресурсозберігаючі технології», а також держбюджетних тем Міністерства освіти України 0006 «Розробка закономірностей синтезу високоефективних шлаколужних в’яжучих підвищеної кислотостійкості та основ технології отримання корозійностійких бетонних труб на їх основі» та 0028 «Дослідження працездатності бетонних труб та елементів трубопроводів підвищеної корозійностійкості в умовах застосування їх у системі автономної каналізації будинків індивідуальної забудови та тваринницьких ферм».

Метою дисертаційної роботи є обгрунтування, розробка та дослідження складів в’яжучих композицій і бетонів на основі рідкого скла і кислотостійких наповнювачів з підвищеними водостійкістю, адгезійною здатністю та стійкістю в умовах каналізаційних мереж в цілому.

Наукова новизна роботи:

Термодинамічними розрахунками підтверджено, що реакції, на яких заснована життєдіяльність бактерій циклу сірки (утворення сірководню з сульфатів стоку, сірчаної кислоти з сірководню) визначають корозійне середовище у системах каналізації і що основним показником агресивності є вміст сірчаної кислоти у плівці конденсатної вологи на підсклепінних поверхнях (до 3−5%).

Термодинамічними розрахунками, інфрачервоною спектроскопією і рентгенофазовим аналізом доказано, що при введенні шлакових мінералів у систему силікат натрію — кремнійфторид натрію утворюються цеолітоподібні натрієві та кальцієві алюмосилікати та фторид кальцію.

Прямим експериментом доказано, що утворені при введенні оптимальної кількості шлаку у в’яжучій композиції на основі рідкого скла та кислотостійких наповнювачів цеолітоподібні натрієві та кальцієві алюмосилікати підвищують водостійкість та адгезійну здатність затверділого в’яжучого без суттєвого зниження кислотостійкості.

Практичне значення роботи:

Розроблено спосіб підвищення водостійкості і адгезійної здатності кислототривкої в’яжучої композиції шляхом введення добавки шлаку.

Запропоновано спосіб підвищення щільності і стійкості кислототривкого бетону за допомогою оптимізації складу призначенням оптимальних коефіцієнтів розсуву.

Розроблено склади кислототривких бетонів та замазок підвищеної водостійкості та адгезійної здатності, які рекомендовано до використання як при зведенні нових, так і при ремонті діючих систем каналізації.

Виготовлено дослідно-промислову партію бетонних труб, довгочасні випробування яких в натурних умовах колектора промислово-побутової каналізації та автономних систем каналізації житлового будинку і тваринницького комплексу показали працездатність в даних умовах складів кислототривкого бетону з добавкою меленого гранульованого доменного шлаку.

Особистий внесок автора:

Проаналізовано (у співавторстві) результати термодинамічних розрахунків утворення корозійного середовища у системах каналізації.

Проведено термодинамічні розрахунки реакцій взаємодії шлакових мінералів з рідким склом та кремнійфторидом натрію та прийнято участь в аналізі їх результатів.

Заплановано (у співавторстві) експеримент по оптимізації складу в’яжучої композиції, виготовлено та випробувано зразки, оброблено результати експериментальних даних.

Дібрано склади кислототривких бетонів, виготовлено та випробувано лабораторні зразки, прийнято участь у виготовленні та випробуванні дослідно-промислової партії труб, проаналізовано результати лабораторних досліджень.

Проведено (у співавторстві) довгочасні випробування зразків з розроблених кислототривких в’яжучих композицій підвищеної водостійкості в натурних умовах систем каналізації промислового колектора, автономних систем каналізації житлового будинку і тваринницького комплексу та проаналізовано результати цих випробувань, складено технологічний регламент на виробництво бетонних труб.

На захист виносяться:

Результати термодинамічного аналізу умов утворення корозійного середовища систем каналізації.

Результати термодинамічних розрахунків реакцій взаємодії шлакових мінералів з рідким склом та кремнійфторидом натрію.

Результати досліджень кислототривких в’яжучих композицій підвищеної водостійкості фізико-хімічними методами — інфрачервоною спектроскопією і рентгенофазовим аналізом.

Спосіб підвищення щільності і стійкості кислототривкого бетону за допомогою оптимізації складу призначенням оптимальних коефіцієнтів розсуву.

Нові склади кислотостійких в’яжучих композицій підвищеної водостійкості для систем каналізації.

Склади кислототривких бетонів підвищеної водостійкості для труб.

Результати довгочасних випробувань зразків з розроблених кислотостійких в’яжучих композицій підвищеної водостійкості в натурних умовах систем каналізації промислового колектора, автономних систем каналізації житлового будинку і тваринницького комплексу.

Апробація роботи. Основні результати роботи і головні положення дисертації були апробовані автором на 10-му Міжнародному конгресі по хімії цементу (Гетеборг, Швеція, 1997), на І і ІІ міжнародних конференціях «Розвиток технічної хімії в Україні» у Харківській державній академії залізничного транспорту (ХарДАЗТ, 1995, 1997), на 48, 49, 50, 51, 52 науково-технічних конференціях Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури (ХДТУБА).

Публікації. За результатами роботи опубліковано 9 друкованих робіт, отримано позитивне рішення на видачу патенту України на винахід № 98 010 089 від 11. 05. 99 «Кислототривка в’яжуча композиція».

Структура та обсяги дисертації. Дисертація складається з вступу, п’яти розділів, загальних висновків, переліку посилань з 165 найменувань, 9 додатків і вміщує 99 сторінок основного тексту, 32 таблиці, 17 рисунків, усього — 196 сторінок.

Зміст роботи

У вступі обгрунтовано актуальність роботи, сформульовано мету й задачі досліджень, наукову новизну, практичну цінність, положення, що виносяться на захист.

В першому розділі дисертації наведено аналіз існуючого стану щодо уявлень про корозію бетонів на мінеральних в’яжучих речовинах та шляхів підвищення їх довговічності у системах каналізації. Розглянуто види корозійних середовищ та їх агресивність відносно бетону. Літературні дані свідчать про те, що стійкість цементного каменю та бетону визначається в основному видом в’яжучого, мінеральним складом і проникністю. Найбільш перспективними матеріалами для каналізаційних колекторів є бетони на шлаколужному і кислототривкому в’яжучому. Кислототривкі бетони (роботи В.М. Москвіна, М.І. Субботкіна та ін.) мають задовільну міцність, високу стійкість у кислотах, але швидко руйнуються у слабких розчинах кислот, воді та розчинах лугів. Шлаколужні бетони (роботи В. Д. Глуховського, П. В. Кривенка, І.О. Пашкова та ін.) мають високу міцність та водостійкість. Спільним для шлаколужних та кислототривких бетонів є те, що замішувачем для них може бути рідке скло. У даній роботі за рахунок оптимізації складу в одному матеріалі поєднано високу кислотостійкість кислототривких та високу міцність та водостійкість шлаколужних бетонів.

У другому розділі викладено характеристики вихідних матеріалів та методи досліджень. При проведенні експериментів використовували: портландцемент М400; шлак доменний гранульований мелений з модулем основності Мо=1,1; рідке скло натрієве з силікатним модулем Мс=2,8; натрій кремнійфтористий технічний; діабазове та кварцове борошно; пісок кварцовий; відсів дроблення гранітного щебеню.

Імовірність утворення агресивних речовин при біохімічних процесах і мінералів при твердінні в’яжучих оцінювали термодинамічним методом за допомогою аналізу значень вільної енергії Гіббса реакцій, а також рівнянь хімічних рівноваг.

Дослідження фазового складу вихідних речовин та новоутворень виконували за допомогою комплексу фізико-хімічних методів, що включали ІЧС та РФА. ІЧ-спектри зняті на установці «Specord-75», рентгенофазовий аналіз виконували на установці ДРОН-0,5.

Дослідження фізико-механічних, гідрофізичних та корозійних властивостей в’яжучих композицій виконували на віброущільнених стандартних зразках-балочках 1644 см, бетонів — на зразках кільцевого перерізу із внутрішнім діаметром 100 мм, товщиною стінки 17,5 мм та довжиною 200 мм. Для досліджень бетону, що застосовувався для виготовлення труб, на дослідно-промисловій установці осьового пошарового пресування ОПФ-100 виготовлювали зразки кільцевого перерізу у вигляді труб. Зразки з цементного та шлаколужного бетонів піддавали пропарюванню, потім твердненню у повітряно-вологових умовах, зразки з кислототривкого бетону тверднули у повітряно-сухих умовах. Зразки випробовували через 28 діб.

Зчеплення кислототривкого в’яжучого з цементно-піщаним розчином та бетоном досліджували на зразках-вісімках, зклеюючи їх половинки досліджуваним складом, а після тверднення границю міцності при розтяганні визначали на приладі Міхаеліса.

Визначення лінійної повітряної усадки штучного каменю з в’яжучої композиції з алюмосилікатною добавкою (як контрольне бралось кислототривке в’яжуче), проводили на зразках-балочках 1644 см, грані котрих були ізольовані від стінок форми шаром в’язкого мастила, що не перешкоджало зсіданню. Лінійні переміщення фіксували індикаторами ИЧ 10.

Кислотостійкість зразків визначали на фрагментах зразків з досліджуваного складу. Її оцінювали коефіцієнтом кислотостійкості Ккс — відношенням маси зразків після кип’ятіння у розчині сірчаної кислоти концентрацією 10 г/л при температурі 1000 С впродовж 50 годин до їх вихідної маси.

Корозійну стійкість кожного виду бетону досліджували в натурних умовах. Партію зразків підвішували в газоповітряному середовищі надводної частини каналізаційного колектора. Кожні 3 місяці зразки оглядали, а щорічно — промивали, висушували до постійної маси в кімнатно-сухих умовах, зважували, одну серію зразків випробовували із визначенням границі міцності на розтягнення Rр. Корозійну стійкість оцінювали по зміні маси зразка, зміні Rр, а також за результатами огляду зразків. Після цього зразки, що залишилися, знову поміщали в колектор для подальших випробувань. Випробування зразків триває вже 4 роки й продовжується далі.

У третьому розділі наведене теоретичне обгрунтування удосконалення нових в’яжучих композицій та бетонів підвищеної стійкості до сірчанокислотної корозії. Натурні дослідження стану систем каналізації показали, що корозійному руйнуванню піддаються переважно елементи конструкцій, які розташовані вище рівня стічної води та контактують з газоповітряним середовищем. Руйнування переважно обумовлено дією біогенної сірчанокислотної корозії, що є наслідком життєдіяльності бактерій циклу сірки. Внаслідок термодинамічного аналізу встановлено, що окислювально-відновна реакція сульфатредукції, а також реакції утворення сірчаної кислоти з сірководню та вугільної кислоти з вуглекислого газу визначають корозійну небезпеку середовища систем каналізації. В результаті конденсатна волога на поверхнях каналізаційних споруд має рН 1 і менш і за СНиП 2. 03. 11−85 має сильно агресивний ступінь дії на бетон будь-якої густини з будь-якого портландцементного в’яжучого, що призводить до швидкого руйнування бетону. В таких умовах найбільш придатним в’яжучим для виготовлення бетонів уявляється кислототривкий кварцово-кремнійфтористий цемент. Цей цемент має високу стійкість у концентрованих кислотах, але є неводостійким.

На основі існуючих уявлень було висунуто гіпотезу про підвищення водостійкості і адгезійної здатності в’яжучих композицій та бетонів на основі висококремнеземистого наповнювача, кремнійфтористого натрію та рідкого скла за рахунок заміни частини наповнювача меленим доменним гранульованим шлаком, що призводить до появи окрім гелю кремнекислоти характерних для шлаколужних в’яжучих відносно кислотостійких висококремнеземистих цеолітоподібних гідратних новоутворень.

Виконано термодинамічний аналіз можливості утворення цеолітоподібних кальцієво-натрієвих гідроалюмосилікатів при введенні шлакових мінералів до системи, що включає сполуки натрію — силікати і кремнійфторид, гідроксид, фторид. Можливі реакції між шлаковими мінералами і сполуками лужних металів з утворенням лужних гідроалюмосилікатів та інших сполук наведено в узагальненому вигляді у табл.1. Аналіз значень енергій Гіббса наведених реакцій показує, що за відсутності шлакових мінералів з силікатів і кремнійфториду натрію найбільш імовірним є утворення кремнійкислоти та фториду натрію. У присутності шлакових мінералів в результаті їх взаємодії з продуктами реакції між силікатами і кремнійфторидом натрію, а також з ними самими, є вірогідним утворення лужних гідроалюмосилікатів. Активність шлакових мінералів суттєво відрізняється (див. табл. 1). З наведених мінералів активність С2S є настільки високою, що його спільна з СА і СА2 взаємодія з силікатами та кремнійфторидом натрію може стати більш імовірною, ніж їх взаємодія між собою, що для в’яжучих, що розглядаються, може бути небажаним явищем. Імовірним є утворення фториду кальцію. Фторид кальцію, що утворився, є малорозчинним у воді (0,016 г/л), може кольматувати поровий простір затверділого в’яжучого, знижуючи його проникність і перешкоджаючи обводненню контактів у гелі.

У четвертому розділі наведено результати експериментальних досліджень в’яжучих композицій та бетонів підвищеної стійкості до біогенної сірчанокислотної корозії. Продукти тверднення модифікованої кислототривкої композиції досліджували за допомогою інфрачервоної спектроскопії та рентгенофазового аналізу у порівнянні з іншими аналогічними в’яжучими (рис. 1).

корозія в’яжучий бетон стійкість

Таблиця 1 — Енергія Гіббса G, ккал/моль реакцій взаємодії шлакових мінералів зі сполуками натрію з утворенням гідроалюмосилікатів натрію

Шлакові

Основність

Лужний компонент

Основний

мінерали

C/(A+S)

C/S

NS3

NS2

NaOH

NaF

Na2SiF6

продукт реакції

CAS2

0,33

0,5

28

-11

1,2

12

578

NAS4H2

CS+CA2

0,67

2

-8,1

-23

-4

3,1

196

NAS4H2

CS+CA

1

2

153

-17

59

8,9

-34

NAS4H2

C2AS

1

2

-220

-9,6

772

16

-28

NAS4H2

C2S+CA2

1

3

-168

-338

-635

-628

-671

NAS4H2

C2S+CA

1,5

3

-163

-333

-629

-622

-664

NAS4H2

CAS2

0,33

0,5

9,2

-90

-7,1

0

-43

NAS2H2

CS+CA2

0,67

2

-24

-37

-19

-9,2

259

NAS2H2

CS+CA

1

2

0,9

-11

44

-6

-48

NAS2H2

C2AS

1

2

-231

-52

-5,6

1,5

-43

NAS2H2

C2S+CA2

1

3

-182

-353

-649

-635

-747

NAS2H2

C2S+CA

1,5

3

-326

-496

-329

-322

-364

NAS2H2

Позначення: С — СаО; S — SiO2; А- А12О3; N -Na2O; Н — Н2О

а б

Рис. 1 — ІЧ-спектри (а) та рентгенограми (б) досліджуваних матеріалів: 1 — рідке скло; 2- рідке скло з кремнійфтористим натрієм; 3- рідке скло з кремнійфтористим натрієм та шлаком; 4- рідке скло зі шлаком

Інфрачервона спектроскопія (рис. 1а) показала, що у кислототривкому в’яжучому, модифікованому шлаком, поряд з утворенням гелю кремнійкислоти є можливим утворення гідросилікатів кальцію та цеолітоподібних алюмосилікатів натрію та (або) кальцію. Аналіз рентгенограм досліджуваних матеріалів (рис. 1б) показав, що у традиційному кислототривкому в’яжучому є значний вміст фториду натрію та присутні залишки кремнійфториду натрію, у модифікованому кислототривкому в’яжучому фторид натрію повністю зв’язаний шлаком, залишків кремнійфториду натрію нема, також присутні гідроалюмосилікати кальцію та натрію, гідросилікати кальцію, фторид кальцію. При цьому гідроалюмосилікатів кальцію та натрію міститься менше, ніж у камені шлаколужного в’яжучого.

Для перевірки гіпотези про підвищення водостійкості та адгезійної здатності композицій на основі висококремнеземистого наповнювача, кремнійфтористого натрію та натрієвого рідкого скла за рахунок заміни частини наповнювача активним алюмосилікатним компонентом у вигляді меленого доменного гранульованого шлаку, дослідили властивості каменю, отриманого з цих компонентів. У відповідності до плану експерименту частину діабазового борошна заміняли тонкомеленим доменним гранульованим основним шлаком (від 0 до 100%) та змінювали вміст кремнійфтористого натрію (від 0 до 30%) від маси рідкого скла. Кількість рідкого скла приймали постійним — 25% від маси твердих компонентів. В результаті досліджень отримані залежності властивостей затверділого каменю міцності при стиску і згині у сухому і водонасиченому стані (рис. 2), середньої густини, водовбирання, кислотостійкості від вмісту шлаку в діабазово-шлаковій суміші Ш/(Д+Ш) та від вмісту кремнійфтористого натрію від маси рідкого скла КФН/РС.

Рис. 2 — Залежність міцності при стиску кислототривкої в’яжучої композиції в сухому Rст і водонасиченому Rствн стані від вмісту шлаку Ш/(Ш+Д) при різному вмісті кремнійфтористого натрію КФН/РС

Аналіз експериментальних даних показує, що кислототривкі цементи з дуже малим вмістом кремнійфтористого натрію (до 5%) є абсолютно неводостійкими. Підвищення вмісту кремнійфтористого натрію понад 5% суттєво не змінює міцносних показників композиції, але підвищує її водостійкість, доводячи її до 100% при КФН/РС=0,2−0,3. Таким чином, є доцільним призначення вмісту кремнійфтористого натрію у кислотостійких бетонах, розчинах та замазках на рівні 20% від маси рідкого скла (при силікатному модулі Мс= =2,7 та густині =1340 кг/м3).

Заміна частини кислотостійкого висококремнеземистого наповнювача доменним гранульованим шлаком призводе до суттєвого підвищення водостійкості та зчеплення з поверхнею цементного розчину (максимальне значення при заміні 50% діабазового наповнювача шлаком Ш/(Д+Ш)=0,5 та вмісті кремнійфтористого натрію КФН/РС=0,1) практично без зниження кислотостійкості (в умовах 50-годинного кип’ятіння у 10% розчині H2SO4). Характеристики складу, близького до традиційних, та складу, що має максимальну водостійкість та зчеплення з портландцементним розчином співставлені у табл. 2. Даний склад може бути рекомендованим як в’яжуче для бетонів та розчинів або безпосередньо у вигляді захисної замазки, що застосовуються при зведенні нових та ремонті діючих каналізаційних мереж.

Таблиця 2 — Порівняльні характеристики запропонованої композиції та аналогу

Вид в’яжучого

ср, кг/м3

Wm, %

Rзг, МПа

Rст, МПа

Rствн, МПа

Rзч, МПа

Квс

Ккс

Аналог

1930

11,7

3,5

12,8

10,0

0

0,78

1,01

Запропонована композиція

2140

4,0

13,3

39,8

36,2

0,5

0,91

1,02

Вимірювання усадки кислототривкої в’яжучої композиції з алюмосилікатною добавкою показало, що вона дещо перевищує усадку кислототривкого цементу без добавки, але за даними дворічного нагляду за покриттями з цих складів це не знижує якості експериментальної композиції відносно традиційної як захисної замазки та в’яжучого.

На основі запропонованої в’яжучої композиції з урахуванням оптимальних значень коефіцієнтів розсуву частинок гранвідсіву розчинною складовою опт та частинок піску каменем в’яжучої композиції опт розроблено оптимальні склади дрібнозернистого бетону. Експериментальні дослідження показали, що для ущільнення способом осьового пошарового пресування та отримання бетону максимальної щільності за своїми реологічними характеристиками найбільш прийнятними є склади бетонів, у яких зернини піску заповнюють міжзернинні порожнини між зернинами гранвідсіву, а у прошарку між зернинами піску розташовується тільки один ряд зернин в’яжучого — nп=0, nв=1 (опт=1,12; опт=1,96). Для порівняння властивостей розроблено аналогічні склади на основі портландцементу, кислототривкого в’яжучого без шлаку і шлаколужного в’яжучого. З цих складів виготовлено зразки труб та зразки-балочки. Їх експериментальні та лабораторні дослідження показали, що бетони мають такі міцносні показники при осьовому розтягу, стиску і згині, водовбирання та кислотостійкість: Rр=2,3−3,1 МПа, Rзг=6,8−7,2 МПа, Rст=42−49 МПа, Wm=4,2−5,4%, Ккс=0,95−0,98 — на портландцементі, Rр=3,4−4,6 МПа, Rзг=7,0−8,7 МПа, Rст=42 МПа, Wm=2,4−5,5%, Ккс=0,97−0,98 — на шлаколужному і Rр=5,6−7,1 МПа, Rзг=7,0−10,9 МПа, Rст=31−38 МПа, Wm=4,3−5,6%, Ккс=0,98−1,01 — на модифікованому шлаком кислототривкому в’яжучому.

У п’ятому розділі наведено дані про використання результатів досліджень і довгочасні натурні дослідження дослідно-промислових зразків. На основі кислототривкої в’яжучої композиції було виготовлено дослідно-промислову партію бетонних зразків труб. З портландцементного та шлаколужного бетонів аналогічних складів було виготовлено серії контрольних зразків. Їх натурні випробування в умовах підсводового простору міського колектора м. Харкова труби з портландцементного бетону за 1,5 роки, з шлаколужного бетону за 3 роки експозиції піддалися значній корозії та визнані незадовільно стійкими, труби з модифікованого шлаком кислототривкого бетону за 4 роки експозиції не зазнали корозійних пошкоджень, мають найбільш високу корозійну стійкість і рекомендовані для зведення нових та ремонту існуючих систем каналізації.

Загальні висновки

В результаті аналізу існуючих уявлень встановлено, що бетон у конструкціях каналізаційних мереж, що транспортують промислові та господарчо-побутові стічні води, передчасно руйнується в основному в їх надводній частині внаслідок мікробіологічної корозії. Агресивною складовою є сірчана кислота, яку виробляють мікроорганізми. За таких умов традиційно уживані бетони на портландцементі не є стійкими.

В результаті аналізу існуючих уявлень встановлено, що високу стійкість до сірчанокислотної агресії мають бетони на кислототривкому кварцово-кремнійфтористому цементі, але їхня водостійкість є недостатньою. Високу водостійкість, але недостатню кислотостійкість мають шлаколужні бетони. Для підвищення водостійкості бетону частину кислототривкого наповнювача запропоновано заміняти меленим доменним гранульованим шлаком, що призводить до появи окрім гелю кремнекислоти характерних для шлаколужних в’яжучих відносно кислотостійких висококремнеземистих цеолітоподібних гідратних новоутворень та фториду кальцію.

За допомогою термодинамічного аналізу реакцій взаємодії шлакових мінералів показана імовірність утворення фториду кальцію і цеолітоподібних гідроалюмосилікатів при введенні до системи «силікат — кремнійфторид натрію» вказаних складових шлаку.

За допомогою фізико-хімічних досліджень показано, що у традиційному кислототривкому в’яжучому значним є вміст фториду натрію та присутні залишки кремнійфториду натрію, у модифікованому шлаком кислототривкому в’яжучому фторид натрію повністю зв’язаний шлаком, залишків кремнійфториду натрію немає, присутніми є гідроалюмосилікати кальцію та натрію, гідросилікати і фторид кальцію. При цьому гідроалюмосилікатів кальцію та натрію міститься значно менше, ніж у камені шлаколужного в’яжучого.

В результаті проведених експериментальних досліджень встановлено, що максимальної водостійкості кислоторивкі цементи набувають при вмісті кремнійфтористого натрію КФН/РС=0,2−0,3. Заміна частини кислотостійкого висококремнеземистого наповнювача доменним гранульованим шлаком призводить до суттєвого підвищення водостійкості та зчеплення з поверхнею цементного розчину (максимальне значення при заміні 50% діабазового наповнювача шлаком Ш/(Ш+Д)=0,5 при вмісті кремнійфтористого натрію КФН/РС=0,1) практично без зниження кислотостійкості. З урахуванням непостійності складу шлаків при визначенні складу композиції у кожному окремому випадку необхідне експериментальне уточнення оптимального співвідношення вмісту шлаку у наповнювачі та кремнійфтористого натрію в орієнтовних межах Ш/(Ш+Д)=0−0,75 і КФН/РС=0,1−0,2.

Для отримання бетону на основі кислототривких в’яжучих з максимальною кислотостійкістю та водостійкістю запропоновано при доборі складу враховувати оптимальні значення коефіцієнтів розсуву частинок крупного заповнювача опт та дрібного заповнювача опт та призначати мінімально можливі за технологічними вимогами значення розчинно-твердого відношення в’яжучої частини композиції. Експериментальні дослідження показали, що для отримання бетону максимальної щільності для виготовлення бетонних труб способом осьового пошарового пресування з негайним розпалубленням найбільш прийнятними є склади бетонів, в яких зернини піску заповнюють міжзернинні порожнини між зернинами гранвідсіву (опт=1,12), а у прошарках між зернинами піску розташовується тільки один ряд зернин в’яжучого (опт=1,96). Для цих показників отримано бетони з границею міцності при осьовому розтягу Rр=2,3−3,1 МПа — на портландцементі, Rр=4,6 МПа — на шлаколужному і Rр=5,9 МПа — на модифікованому шлаком кислототривкому в’яжучому.

На основі виконаних досліджень методом осьового пошарового пресування було виготовлено дослідно-промислову партію бетонних труб з дрібнозернистого бетону на модифікованому кислототривкому в’яжучому та серії контрольних зразків труб з аналогічного портландцементного та шлаколужного бетонів.

Натурні випробування показали, що труби з модифікованого шлаком кислототривкого бетону за 4 роки експозиції не зазнали корозійних пошкоджень, мають найбільш високу корозійну стійкість і рекомендовані для зведення нових та ремонту існуючих систем каналізації.

Розроблено технологічний регламент на виробництво труб з модифікованого кислототривкого бетону.

Орієнтовний економічний ефект (для 400 мм) склав 20,18 гр. на 1 пог. м порівняно з керамічними трубами.

Список опублікованих праць за темою дисертації

Бабушкин В.И., Бродко О. А., Кострюков К. Б., Плугин А. А., Зеленский Д. Ю. Коррозионностойкие неармированные трубы для строительства канализационных коллекторов / Капитальное строительство Министерства обороны Украины. Бюллетень технической информации.- 1994.- № 3.- С. 23−36.

Бабушкин В.И., Плугин А. А., Жалкина С. З., Зеленский Д. Ю., Костюк Т. А., Стародуб Т. К. Применение бетонных изделий кольцевого сечения в индивидуальном строительстве / Капитальное строительство Министерства обороны Украины. Бюллетень технической информации.- 1995.- № 1.- С. 17−19.

Бабушкин В.И., Плугин А. А., Кострюков К. Б., Жалкина С. З., Зеленский Д. Ю., Костюк Т. А. Изделия кольцевого сечения для транспортного строительства / Создание новых композиционных материалов и повышение эксплуатационной надежности и сроков службы конструкций и сооружений на железнодорожном транспорте // Межвузовский сборник научных трудов.- Харьков: ХарГАЖТ, 1996.- Вып. 26.- Т.2.- С. 3−12.

Бабушкін В.І., Жалкіна С.З., Зеленський Д. Ю., Плугін А. А. Комплект бетонних виробів ефективної автономної системи каналізації для сільської місцевості / Науковий вісник будівництва.- Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ, 1997.- Вип.1.- С. 23−26.

Бабушкин В.И., Плугин А. А., Зеленский Д. Ю., Дрозд Г. Я. Биоповреждения конструкций систем городской канализации / Коммунальное хозяйство городов // Республиканский межведомственный научно-технический сборник.- Киев: Техніка, 1997.- Вып. 10.- С. 95−98.

Babushkin V.I., Plugin A.A., Zelensky D. Yu., Drozd G. Ya. Concrete of Sewage Collectors and their Protection: Corrozion Mechaisms / Performance and Durability of Cementitious Materials // Proceedings of the 10th International Congress of the Chemistry of Cement, Gothenburg, Sweden, June 2−6, 1997.- Goteborg: Inform Trycket AB, 1997.- Vol. 4.- 4iv039.- 4pp.

Плугин А.А., Зеленский Д. Ю., Бабушкин В. И. Повышение водостойкости кислотоупорных композиций на основе жидкого стекла / Сборник трудов по технической химии (II міжнародна конференція «Розвиток технічної хімії в Україні», Харків, 29−31 жовтня 1997).- Киев, Харьков: УХО, ХарГАЖТ, 1997.- С. 303−306.

Бабушкин В.И., Плугин А. А., Зеленский Д. Ю., Жалкина С. З., Салия Г. Ш. Коррозионностойкие материалы на основе минеральных вяжущих для систем городской канализации / Науковий вісник будівництва.- Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ.- 1998.- Вип.2.- С. 195−199.

Зеленский Д. Ю. Коррозионностойкие материалы на основе минеральных вяжущих для систем канализации/ Науковий вісник будівництва.- Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ.- 1998.- Вип.4.- С. 66−68.

Зеленський Д. Ю. Бетони, стійкі в умовах систем каналізації.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05. 23. 05 — будівельні матеріали та вироби.- Харківський державний автомобільно-дорожній технічний університет, Харків, 1999.

Дисертацію присвячено актуальній проблемі захисту систем каналізації від біогенної сірчанокислотної корозії. В роботі отримано такі результати: обгрунтовано створення кислотостійких в’яжучих композицій з підвищеною водостійкістю за рахунок застосування кислототривкого наповнювача, що складається з висококремнеземистого порошку та тонкомеленого гранульованого металургійного шлаку; зроблено термодинамічні розрахунки реакцій взаємодії рідкого скла з шлаковими мінералами у присутності кремнійфториду натрію, що показали найбільшу імовірність утворення лужних гідроалюмосилікатів та малорозчинного фториду кальцію; розроблено склади кислототривких розчинів бетонів та замазок підвищеної водостійкості, що можуть бути використані як при зведенні нових, так і при ремонті діючих систем каналізації. Фізико-хімічні дослідження показали, що у традиційному кислототривкому в’яжучому значним є вміст фториду натрію та присутні залишки кремнійфториду натрію, у модифікованому шлаком кислототривкому в’яжучому фторид натрію повністю зв’язаний шлаком, залишків кремнійфториду натрію немає, присутніми є гідроалюмосилікати кальцію та натрію, гідросилікати кальцію. Натурні випробування в умовах підсводового простору міського колектора показали, що зразки модифікованого шлаком кислототривкого бетону за 4 роки експозиції не зазнали корозійних пошкоджень і мають найбільш високу корозійну стійкість. Розроблено технологічний регламент на виробництво труб з модифікованого кислототривкого бетону. Орієнтовний економічний ефект (для 400 мм) склав 20,18 гр. на 1 пог. м порівняно з керамічними трубами.

Ключові слова: кислототривкий бетон, кислототривка в’яжуча композиція, сірчанокислотна корозія, каналізаційний колектор.

Зеленский Д. Ю. Бетоны, стойкие в условиях систем канализации.- Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05. 23. 05 — строительные материалы и изделия.- Харьковский государственный автомобильно-дорожный технический университет, Харьков, 1999.

Диссертация посвящена актуальной проблеме защиты систем канализации от биогенной сернокислотной коррозии. В работе получены следующие результаты: в результате анализа существующих представлений и термодинамических расчетов установлено, что бетон в конструкциях канализационных сетей, транспортирующих промышленные и хозяйственно-бытовые сточные воды, преждевременно разрушаются в основном в их надводной части вследствие микробиологической коррозии. Агрессивной составляющей является серная кислота, вырабатываемая микроорганизмами. При таких условиях традиционно применяемые бетоны на портландцементе являются нестойкими. В результате анализа существующих представлений установлено, что высокой стойкостью к сернокислотной агрессии обладают бетоны на кислотоупорном кварцево-кремнефтористом цементе, но их водостойкость недостаточна. Высокой водостойкостью, но недостаточной кислотостойкостью обладают шлакощелочные бетоны. Для повышения водостойкости бетона часть кислотоупорного наполнителя предложено заменять молотым доменным гранулированным шлаком, что приводит к появлению кроме геля кремнекислоты характерных для шлакощелочных вяжущих кислотостойких высококремнеземистых цеолитоподобных гидратных новообразований и фторида кальция. При помощи термодинамического анализа реакций взаимодействия шлаковых минералов показана вероятность образования фторида кальция и цеолитоподобных гидроалюмосиликатов при введении в систему «силикат — кремнефторид натрия» указанных составляющих шлака. При помощи физико-химических исследований показано, что в традиционном кислотоупорном вяжущем имеется значительное содержание фторида натрия и присутствуют остатки кремнефторида натрия, а в модифицированном шлаком кислотоупорном вяжущем фторид натрия полностью связан шлаком, остатков кремнефторида нет, присутствуют гидроалюмосиликаты кальция и натрия, гидросиликаты кальция. При этом гидроалюмосиликатов кальция и натрия содержится меньше, чем в камне шлакощелочного вяжущего. В результате проведенных экспериментальных исследований установлено, что максимальную стойкость кислотоупорные цементы приобретают при содержании кремнефтористого натрия КФН/ЖС=0,2−0,3. Замена части кислотостойкого высококремнеземистого наполнителя доменным гранулированным шлаком приводит к значительному повышению водостойкости и сцепления с поверхностью цементного раствора (максимальное значение при замене 50% диабазового наполнителя шлаком Ш/(Ш+Д)=0,5 при содержании кремнефтористого натрия КФН/ЖС=0,1) практически без снижения кислотостойкости. С учетом непостоянства состава шлаков при определении состава композиции в каждом отдельном случае необходимо уточнение оптимального соотношения шлака в наполнителе и кремнефтористого натрия в ориентировочных пределах Ш/(Ш+Д)=0−0,75 и КФН/ЖС =0,1−0,2. Для получения бетона на основе кислотоупорных вяжущих с максимальной кислотостойкостью и водостойкостью предложено при подборе состава учитывать оптимальные коэффициенты раздвижки частиц крупного заполнителя опт и мелкого заполнителя опт и назначать минимально возможные по технологическим требованиям значения растворо-твердого отношения вяжущей части композиции. Экспериментальные исследования показали, что для получения бетона максимальной плотности для изготовления бетонных труб методом осевого послойного прессования с немедленной распалубкой наиболее приемлемыми являются составы бетонов, в которых зерна песка заполняют межзерновые пустоты между зернами гранотсева (опт=1,12), а в прослойках между зернами песка распологается только один ряд зерен вяжущего (опт=1,96). Для этих показателей получены бетоны с пределом прочности при осевом растяжении Rр=2,3−3,1 МПа — на портландцементе, Rр=4,6 МПа — на шлакощелочном и Rр=5,9 МПа — на модифицированном шлаком кислотоупорном вяжущем. На основании выполненных исследований способом осевого послойного прессования была изготовлена опытно-промышленная партия бетонных труб из мелкозернистого бетона на модифицированном кислотоупорном вяжущем и серии контрольных образцов труб из аналогичного портландцементного и шлакощелочного бетонов. Трубы опытно-промышленной партии и контрольные образцы подвергнуты долговременным натурным испытаниям в условиях действующих систем канализации (централизованной и автономной) в подсводовом пространстве выше уреза воды. Результаты испытаний показали: а) в условиях автономных систем канализации жилого дома и животноводческого комплекса за полтора года экспозиции трубы из портландцементного, шлакощелочного и кислотоупорного бетона не подверглись коррозионным разрушениям; б) в условиях подсводового пространства городского коллектора г. Харькова трубы из портландцементного бетона за 1,5 года, из шлакощелочного бетона за 3 года экспозиции подверглись значительной коррозии и стойкость их признана неудовлетворительной, трубы из модифицированного шлаком кислотоупорного бетона за 4 года экспозиции не подверглись значительным повреждениям и обладают наиболее высокой коррозионной стойкостью и рекомендованы для возведения новых и ремонта имеющихся систем канализации. Разработан технологический регламент на производство труб из модифицированного кислотоупорного бетона. Ориентировочный економический эффект (для 400 мм) составил 20,18 гр. на 1 пог. м по сравнению с керамическими трубами.

Ключевые слова: кислотоупорный бетон, кислотоупорная вяжущая композиция, сернокислотная коррозия, канализационный коллектор.

Zelensky D.J. Concretes which are firm in conditions of systems of sewerage.

Thesis for Candidate of science degree on speciality 05. 23. 05 Buildings materials and articles. Kharkov Automobil-Road Technical Unyversity, Kharkov, 1999.

The dissertation devoted to the actual problem of systems severage protection from biological sulpacide corrosion. Some results have been obtained in this work:

The creation of corrosion-proof compositions with high waterproof which were obtained by using acid-persistent filling (it consists of high-flinty powder and powder subsieve flast furnace slag) have been considered.

The thermodinamics calculations of interaction water glass with slag materials in presence of flint-ftoride of sodium have been made.

The compositions of acid-presistent high waterproof concretes and mastics have been oftained. They can be used in the building of new systems of sewerage and reparing of acting ones.

The physical-chemical investigations have been made. They showed that the acid-persistant astridsent modified by the slag had the ftoride of sodium entirely binded with slag, the alcali hydroalumosilicates of calcium and sodium and hydrosilicates of calcium were found. The full-scale tests have been made in conditions of under arche space of city collector. The specimens of acid-persistent concrete modified by the slag after four years exposition had no corrosion demages and their corrosion proof were best.

The technological regulations for manufacture of modified acid proof concrete pipes has been developed.

It is suggested that economical effect (for 400 mm) will be 20. 18 grivnas per 1 metre of length compare with ceramics pipes.

Key words: acid-persistant concrete, acid-persistant binder composition, sulpacide corrosion, severage collector.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой