Development of underground space of cities and at the same time with conservation of surroundings is the priority evolution directions in modern construction field. In this connection the most actual is the problem of increasing geological and ecological safety and endurance limit of underground constructions including tunnels and pipelines. One of the directions of increasing these aspects is the protection of reinforced structures from surface, ground and anthropogenic waters that saturated aggressive compounds in the city condition. Waterproofing materials for secondary concrete protection (on the base of bitumen, cement and others), fiberglass lining that are using now insufficiently keep away structures from the damaging effects of aggressive waters. Beside that the most of its have the negative influence on the environment. For the decision of this problem it is suggested to fulfill the tunnel finishing with prefabricated blocks having basalt plastic lining. It is considered the test procedure for resistance to impact of chemical medium basalt plastic lining for engineering collectors that will assess the influence of aggressive chemical medium. The results of laboratory test of basalt plastic lining elements to corrosion resistance also are shown.
geological safety, basalt plastic, lining, chemical resistance, aggressive chemical medium
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. Sherstnev A.K., Lyapidevskaya O.B., Bezuglova E.A., Kaddo M.B. Ispol´zovanie zhelezobetonnykh blokov s bazal´toplastikovoy futerovkoy dlya inzhenernykh kollektorov. Nauchnoe obozrenie. 2015. № 10-1. S. 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. Tkach E.V. Tekhnologicheskie aspekty so-zdaniya vysokoeffektivnykh modifitsirovannykh betonov zadannykh svoystv// Tekhnologii betonov. 2011. № 7-8. S. 44-47.
4. Aleksashin S.V., Bulgakov B.I. Melko-zernistyy beton dlya gidrotekhnicheskogo stroitel´stva, modifitsirovannyy kompleksnoy organo-mineral´noy dobavkoy. Vestnik MGSU. № 8. 2013. S. 97-103.
5. Bulgakov B.I., Tang Van Lam. Primenenie metoda pronitsaemosti ionov khlora dlya issledovaniya plotnosti struktury vysokokachestvennykh melkozernistykh betonov. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel´stvo. № 8. 2016. S. 45-48.
6. GOST 12020-72 Plastmassy. Metody opredeleniya stoykosti k deystviyu khimicheskikh sred
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. GOST 14359-69. Plastmassy. Metody mekhanicheskikh ispytaniy. Obshchie trebovaniya
10. GOST 4648-2014 Plastmassy. Metod ispytaniya na staticheskiy izgib
11. GOST 11262-80. Plastmassy. Metod ispytaniya na rastyazhenie
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. Makarov V.G., Natrusov V.I., Arkdzhovskiy V.N. Khimstoykost´ stekloplastikovoy futerovki na osnove smoly PN-16. Plastmassy. 1979. №6. S. 24-26.
15. Sorina T.G. Issledovanie fiziko-mekhanicheskikh svoystv modifitsirovannoy epoksivinilefirnoy smoly i stekloplastika na ee osnove. Plasticheskie massy. №5. 2005. S. 28-31.
