Освоение подземного пространства городов с сохранением окружающей среды является одним из приоритетных направлений развития современной строительной отрасли. В связи с этим особенно актуальной является проблема повышения геоэкологической безопасности и долговечности подземных сооружений, в том числе тоннелей и инженерных коммуникаций. Одним из направлений повышения указанных показателей является защита железобетонных конструкций от поверхностных, грунтовых и техногенных вод, насыщенных в условиях городской среды агрессивными соединениями. Применяемые в настоящее время гидроизоляционные материалы для вторичной защиты бетона (на основе битумов, цемента и др.), стеклопластиковая футеровка недостаточно предохраняют конструкции от разрушающего воздействия агрессивных вод. Кроме того, большинство из них негативно воздействуют на окружающую среду. Для решения указанной проблемы предлагается выполнять обделку тоннелей готовыми сборными блоками с базальтопластиковой футеровкой. Рассмотрена методика проведения испытаний на стойкость к действию химических сред базальтопластиковой футеровки для инженерных коллекторов, позволяющая оценить влияние агрессивной химической среды. Приведены результаты лабораторных испытаний элементов футеровки из базальтопластика на коррозионную стойкость.
геоэкологическая безопасность, базальтопластик, футеровка, химическая стойкость, химически агрессивные среды
Введение. В настоящее время для вторичной защиты железобетонных подземных сооружений (коллекторов, тоннелей и т.п.) применяются рулонные и мастичные материалы на битумной основе, обмазочные цементные составы, металлические листы, стеклопластиковая футеровка. Основным недостатком таких покрытий является низкая коррозионную стойкость при действии агрессивных сред, что приводит к разрушению тоннелей, снижению пропускной способности коллекторов, загрязнению подземных и поверхностных вод, почвы и атмосферы [1–4].
Одним из наиболее перспективных методов повышения геоэкологической безопасности окружающей среды является применение обделки тоннелей готовыми сборными блоками с базальтопластиковой футеровкой. Подобный метод позволяет отказаться от трудоемких работ по вторичной защите бетона и повысить химическую стойкость подземных сооружений к агрессивному воздействию среды [5].
Базальтопластиковая футеровка представляет собой специальную многослойную обделку, состоящую из наномодифицированных термореактивных смол, рубленых базальтовых волокон, металлических армирующих элементов для сцепления футеровки с бетоном, предназначенную для обеспечения защиты внутренних поверхностей железобетонных блоков от возможных механических, термических, физических и химических повреждений. Элементы базальтопластиковой футеровки изготавливаются в заводских условиях на прессформе, затем последовательно укладываются слои волокон и ткани из базальтовых волокон и пропитываются термореактивным связующим. После формования изделия поступают в термокамеру, где происходит его отверждение (полимеризация связующего). Отформованные элементы базальтопластиковой футеровки укладываются в формы для производства железобетонных блоков для инженерных коллекторов с последующей установкой арматурного каркаса, укладкой бетонной смеси и тепловлажностоной обработкой.
В настоящей работе приведены результаты испытаний полимерной футеровки из базальтопластика на коррозионную стойкость.
Методология. Проведение лабораторных испытаний элементов футеровки из базальтопластика на коррозионную стойкость проводилось в соответствии с нормативными документами [6-11] .
Оценка химической стойкости материала осуществлялась по изменению внешнего вида, массы, линейных размеров, прочности образцов материала после выдержки в течение определенного периода времени в растворах агрессивных сред.
Основная часть.
Для проведения испытаний применялись образцы, вырезанные из отформованных элементов базальтопластиковой футеровки (рис. 1).
В качестве агрессивных сред были выбраны:
- водный раствор H2SO4 (концентрация 5%) один раз в неделю на 6 час с последующей выдержкой в очищенной сточной воде КОС или ЛОС*);
- водный раствор NaOH (рН=12) 1 раз в неделю на 6 час с последующей выдержкой в очищенной сточной воде КОС или ЛОС;
- водный раствор смеси растворителей: бензол – 0,21 мг/л, толуол - 8,4 мг/л, 1,1,2,2 – тетрахлорэтан - 0,1 мг/л; 1,1,2,2 – тетрахлоэтен – 8 мг/л один раз в неделю на 6 час с последующей выдержкой в очищенной сточной воде КОС или ЛОС;
- водный раствор ацетона (концентрация 10 мг/л) 1 раз в неделю на 6 час с последующей выдержкой в очищенной сточной воде КОС или ЛОС.
Приняты условные обозначения:
*) КОС – Курьяновские очистные сооружения; ЛОС – Люберецкие очистные сооружения.
Средняя температура агрессивного раствора составляла +20 ºС. Отклонение температуры агрессивной среды от средней не превышало
±2 ºС. Экспонирование образцов производилось в плотно закрытой стеклянной посуде. Емкости с экспонированными образцами размещались при комнатной температуре под вытяжными шкафами. Перед экспонированием в агрессивных средах торцы образцов тщательно защищались от контакта с агрессивной средой. Продолжительность испытаний составила 28 суток (до достижения сорбционного равновесия).
В качестве контролируемых показателей были приняты следующие свойства:
- внешний вид образцов;
- изменение массы образцов;
- изменение твердости по Барколу на внутренней и внешней поверхности образцов;
- изменение прочности при статическом изгибе в осевом направлении;
- изменение прочности при растяжении в осевом направлении:
Результаты испытаний приведены в таблице 1.
Выводы. В соответствии с ГОСТ 12020-72 «Пластмассы. Методы определения стойкости к действию химических сред» (таблица 2) стойкость образцов, вырезанных из элементов базальтопластиковой футеровки, к воздействию выбранных химических сред является хорошей. Стойкость к действию химических сред базальтопластиковой футеровки выше, чем у материалов, применяемых для вторичной защиты железобетонных конструкций и стеклопластиковой футеровки (удовлетворительная) [12–15], что доказывает возможность повышения геоэкологической безопасности инженерных коллекторов путем применения железобетонных блоков с базальтопластиковой футеровкой при их возведении.
Таблица 1
Результаты испытаний контролируемых показателей
|
№ |
Среда |
Водный раствор H2SO4 (концентрация 5%) один раз в неделю на 6 часов с последующей выдержкой в очищенной сточной воде |
Водный раствор смеси растворителей: бензол – 0,21 мг/л, толуол – 8,4 мг/л, 1,1,2,2 – тетрахлорэтан – 0,1 мг/л; 1,1,2,2 – тетрахлоэтен – 8 мг/л один раз в неделю на 6 часов с последующей выдержкой в очищенной сточной воде |
Водный раствор NaOH (pH = 12) один раз в неделю на 6 часов с последующей выдержкой в очищенной сточной воде |
Водный раствор ацетона (концентрация 10 мг/л) один раз в неделю на 6 часов с последующей выдержкой в очищенной сточной воде |
|
Внешний вид вырезанных из элемента базальтопластиковой футеровки в осевом направление, после экспозиции в агрессивных средах в течении 28 суток (ГОСТ 12020-72. «Пластмассы. Методы определения стойкости к действию химических сред»). |
|||||
|
1 |
Сколов и трещин на внутренней поверхности футеровки не обнаружены; Сколов и расслоений на торцах футеровки не обнаружено. |
||||
|
Изменение массы образцов связующего после экспозиции в агрессивных средах (ГОСТ 12020-72. «Пластмассы. Методы определения стойкости к действию химических сред»). |
|||||
|
2 |
Исходная масса образца (средняя), г |
25,5358 |
25,7721 |
25,9145 |
25,8973 |
|
3 |
Масса образца после экспозиции, г |
25,5818 |
25,8108 |
25,8549 |
25,9976 |
|
4 |
Изменение массы образца, % |
0,18 |
0,15 |
-0,23 |
0,31 |
|
Измерение твердости связующего по Барколу (ASTM C-581-83 «Tentative Method of Test for Chemical Resistance of Thermosetting Resins Used in Glass Reinforced Structures»). |
|||||
|
5 |
Исходное значение, ед |
57,87 |
|||
|
6 |
После экспозиции в средах, ед. |
52,21 |
49,50 |
49,62 |
49,32 |
|
7 |
Изменение твердости по Барколу, % |
-9,78 |
-14,46 |
-14,26 |
-14,77 |
|
Изменение прочности при изгибе образцов, вырезанных из элемента базальтопластиковой футеровки в осевом направление, после экспозиции в агрессивных средах в течении 28 суток (ГОСТ 4648-2014 «Пластмассы. Метод испытания на статический изгиб») |
|||||
|
8 |
Прочность при изгибе исходная, МПа (среднее значение из 5-ти образцов) |
100,8 |
|||
|
9 |
Прочность при изгибе после экспозиции, МПа (среднее значение из 5-ти образцов) |
98,99 |
100,57 |
99,02 |
98,79 |
|
10 |
Изменение прочности при изгибе, % (среднее значение из 5-ти образцов) |
-1,8 |
-0,23 |
-1,77 |
-1,99 |
|
Изменение прочности при растяжении образцов, вырезанных из элемента базальтопластиковой футеровки в осевом направление, после экспозиции в агрессивных средах в течении 28 суток (ГОСТ 11262-80 «Пластмассы. Метод испытания на растяжение») |
|||||
|
11 |
Прочность при растяжении исходная, Мпа (среднее значение из 5-ти образцов) |
40,8 |
|||
|
12 |
Прочность при растяжении после экспозиции, Мпа (среднее значение из 5-ти образцов) |
41,21 |
40,03 |
40,2 |
39,63 |
|
13 |
Изменение прочности при растяжении, % (среднее значение из 5-ти образцов) |
1,0 |
-0,77 |
-1,47 |
-1,17 |
Таблица 2
Оценка стойкости пластмасс к действию химического реагента по изменению механических показателей пластмассы
|
Тип материала |
Оценка стойкости |
Изменение показателя, % |
|
Реактопласты |
Хорошая |
От 0 до 15 |
|
Удовлетворительная |
Свыше 15 до 25 |
|
|
Плохая |
Свыше 25 |
1. Шерстнев А.К., Ляпидевская О.Б., Безуглова Е.А., Каддо М.Б. Использование железобетонных блоков с базальтопластиковой футеровкой для инженерных коллекторов // Научное обозрение. 2015. № 10-1. С. 50-54.
2. Lyapidevskaya O.B, Sherstnev A.K. The new method of cohesion quality assessment of basalt plastic lining of reinforced concrete blocks for engineering collectors // Procedia Engineering. 2016. Vol. 153. Pp. 434-438.
3. Ткач Е.В. Технологические аспекты со-здания высокоэффективных модифицированных бетонов заданных свойств// Технологии бетонов. 2011. № 7-8. С. 44-47.
4. Алексашин С.В., Булгаков Б.И. Мелко-зернистый бетон для гидротехнического строительства, модифицированный комплексной органо-минеральной добавкой // Вестник МГСУ. № 8. 2013. С. 97-103.
5. Булгаков Б.И., Танг Ван Лам. Применение метода проницаемости ионов хлора для исследования плотности структуры высококачественных мелкозернистых бетонов // Промышленное и гражданское строительство. № 8. 2016. С. 45-48.
6. ГОСТ 12020-72 Пластмассы. Методы определения стойкости к действию химических сред
7. ASTM C-581-83. Tentative Method of Test for Chemical Resistance of Thermosetting Resins Used in Glass Reinforced Structures
8. ASTM D2583-67/ Standart Method of Test for Indentation Hardness of Plastics by Veans of a Barcol Impressor
9. ГОСТ 14359-69. Пластмассы. Методы механических испытаний. Общие требования
10. ГОСТ 4648-2014 Пластмассы. Метод испытания на статический изгиб
11. ГОСТ 11262-80. Пластмассы. Метод испытания на растяжение
12. Konish H.I., Swerdlow I.L., Cruse T.A. Experimental investigation of fracture in an advanced fibre composite // J. Composite Mater. 1972. Vol. 6. P. 114-124.
13. Poe C.C., Jr. A unifying strain criterion for fracture of fibrous composite laminates // Eng. Fract. Mech. 1983. Vol. 17. № 2. P. 153 - 171.
14. Макаров В.Г., Натрусов В.И., Аркджовский В.Н. Химстойкость стеклопластиковой футеровки на основе смолы ПН-16 // Пластмассы. 1979. №6. С. 24-26.
15. Сорина Т.Г. Исследование физико-механических свойств модифицированной эпоксивинилэфирной смолы и стеклопластика на ее основе // Пластические массы. №5. 2005. С. 28-31.
