Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Научно-технические предпосылки повышения геоэкологической устойчивости прилегающего подземного пространства канализационноых коллекторов за счет использования железобетонных блоков с базальтопластиковой футеровкой 10
1.1 Негативное влияние сточных вод на окружающую среду и анализ условий эксплуатации канализационных коллекторов 10
1.2 Обзор и анализ влияния на геоэкологическую устойчивость прилегающего подземного пространства существующих материалов и технологий изготовления канализационных коллекторов 25
1.3 Научно-технические предпосылки повышения геоэкологической устойчивости прилегающего подземного пространства канализационного коллектора за счет использования железобетонных блоков с базальтопластиковой футеровкой 30
1.4 Выводы по главе 1 34
Глава 2. Разработка и оптимизация состава базальтопластиковой футеровки для повышения геоэкологической устойчивости прилегающего подземного пространства канализационных коллекторов 35
2.1 Выбор экологически безопасных компонентов для изготовления базальтопластиковой футеровки 35
2.2 Разработка конструкции базальтопластиковой футеровки 41
2.3 Выводы по главе 2 51
Глава 3. Методика, результаты исследований базальтопластиковой футеровки 52
3.1 Используемое научно-исследовательское оборудование 52
3.2 Определение физико-механических свойств базальтопластиковой футеровки 56
3.3 Экологическая оценка материала по составу и свойствам. 77
3.4 Выводы по главе 3 81
Глава 4. Технико-экономическая эффективность и рекомендации по применению базальтопластиковой футеровки для железобетонных блоков 83
4.1 Технико-геоэкологическая оценка 83
4.2 Экономический эффект 88
4.3 Внедрение железобетонных блоков с базальтопалстиковой футеровкой 89
4.4 Выводы по главе 4 90
Заключение 91
Список литературы 93
Приложение А 105
- Негативное влияние сточных вод на окружающую среду и анализ условий эксплуатации канализационных коллекторов
- Разработка конструкции базальтопластиковой футеровки
- Определение физико-механических свойств базальтопластиковой футеровки
- Технико-геоэкологическая оценка
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Освоение подземного пространства городов со снижением антропогенной нагрузки на окружающую среду является одним из приоритетных направлений развития современной строительной отрасли. В связи с этим особенно актуальной является проблема повышения геоэкологической устойчивости и долговечности подземных сооружений, в том числе канализационных коллекторов. Геоэкологическая устойчивость – это способность экологической системы сохранять свою структуру и функции в процессе воздействия внутренних и внешних факторов.
Сточные воды в случае нарушения целостности элементов канализационных коллекторов загрязняют прилегающее подземное пространство (горные породы, зоны аэрации и полного водонасыщения), при поступлении на поверхность загрязняют почву, а при испарении загрязняют атмосферный воздух. Это создает напряженную геоэкологическую обстановку в городе и не способствует обеспечению сани-тарно-гигиенической безопасности населения.
Изучению проблем геоэкологической устойчивости подземного пространства посвящены труды: Косухина М. М., Потапова А. Д., Сле-сарева М. Ю., Теличенко В. И., Чернышева С. Н., Орешкина Д. В., Го-лубева Г. Н., Тупицыной О. В. и др. Однако ни в одной из работ данных авторов не затронута тема снижения негативного влияния канализационных коллекторов на геоэкологическую устойчивость подземного пространства за счет применения футеровок из термопластов и ре-актопластов, наносимых на конструкции коллекторов непосредственно на заводе-изготовителе.
В этой связи разработка теоретических и практических основ геоэкологической устойчивости прилегающего подземного пространства канализационного коллектора является актуальной научно-технической задачей.
Решение проблемы низкой геоэкологической устойчивости подземного пространства, прилегающего к канализационным системам, является частью выполнения программы Российской Федерации «Охрана окружающей среды» на 2012-2020 годы и включает разработку эффективных материалов, предназначенных для футеровки коллекторов, способных противостоять воздействию агрессивных грунтовых вод, биологической и газовой коррозии, а также технологию устройства надежной гидроизоляции подземных коллекторов. Такая защита может быть обеспечена футеровкой из термопластов и реактопластов, наносимой на блоки непосредственно на заводе-изготовителе.
Тема диссертации соответствует специальности 25.00.36 Геоэкология (строительство и ЖКХ), пункт 5.15 «Обеспечение геоэкологической устойчивости конструкций, зданий и сооружений, технологий строительства и режимов эксплуатации объектов и систем в области градостроительства, энергетического, гидротехнического, промышленного, транспортного и других видов строительства, ЖКХ, природопользования и охраны окружающей среды».
Объект исследования: методы исследования влияния агрессивных сточных вод на окружающую среду.
Предмет исследования: влияние базальтопластиковой футеровки на геоэкологическую устойчивость прилегающего подземного пространства канализационного коллектора.
Степень разработанности избранной темы. В ходе работы над диссертацией был выполнен анализ научных трудов по геоэкологии, экологии, строительному материаловедению выдающихся в данных областях ученых. Рассмотрены работы: Косухина М. М. «Решение проблемы грунтовых загрязнений городской застройки путем повышения коррозионной стойкости и герметичности железобетонных водо-отводящих систем»; Потапова А. Д. «Основание экологически безопасной технологии реконструкции магистральных трубопроводов»; Слесарева М. Ю. «Научные основы и инновационные методы формирования систем экологической безопасности строительства»; Теличен-
ко В. И. «Экологическая безопасность, использование и охрана водных объектов на урбанизированных территориях», «Параметры оценки экологической безопасности при реконструкции сложившихся городских территорий»; Чернышева С. Н. «Геоэкология подземного пространства в ряду экологических наук»; Орешкина Д. В. «Геоэкологическая безопасность строительных конструкций заглубленных и подземных сооружений»; Голубева Г. Н. «Геоэкология»; Тупицыной О. В. «Экологический мониторинг токсического загрязнения почвы нефтепродуктами с использованием методов биотестирования» и др.
Научная гипотеза:
Существующие традиционные материалы для защиты канализационных коллекторов имеют ряд недостатков, что приводит к низкой эксплуатационной надежности канализационных коллекторов и нарушения их герметичности. Это приводит к проникновению в почву сточных вод и продуктов коррозии конструкций канализационных коллекторов. Можно предположить, что использование базальтопла-стиковой футеровки железобетонных конструкций канализационных коллекторов окажет положительное влияние на геоэкологическую устойчивость прилегающего подземного пространства канализационных коллекторов.
Цель диссертационной работы – исследование влияния ба-зальтопластиковой футеровки канализационных коллекторов на геоэкологическую устойчивость прилегающего подземного пространства.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
-
Исследование влияния сточных вод на базальтопластиковую футеровку в зависимости от её состава, разработка путей повышения геоэкологической устойчивости прилегающего подземного пространства канализационного коллектора.
-
Исследование влияния сточных вод, проникающих сквозь базальтопластиковую футеровку канализационных коллекторов на
геоэкологическую устойчивость прилегающего подземного пространства.
Научная новизна:
-
Определено влияние сточных вод на базальтопластиковую футеровку в зависимости от её состава (коррозионная стойкость ба-зальтопластиковой футеровки к сточным водам в соответствии с ГОСТ 12020-2018 оценивается как «хорошая») с целью защиты прилегающего подземного пространства канализационного коллектора от проникновения загрязняющих веществ и снижения геоэкологической устойчивости.
-
Установлено повышение геоэкологической устойчивости прилегающего подземного пространства, связанного с установленным фактом снижения показателей основных геоэкологических индикаторов: эвтрофикации (концентрации N – с 6,63 на 2,01 т/год, концентрации P – с 0,61 на 0,18 т/год, величины БПК 5 – с 38,2 на 11,6 мг/л), на примере г. Москвы.
Теоретическая значимость работы:
-
Установлено влияние сточных вод на базальтопластиковую футеровку в зависимости от её состава.
-
Установлено повышение геоэкологической устойчивости прилегающего подземного пространства канализационных коллекторов при применении базальтопластиковой футеровки.
Практическая значимость работы:
-
Разработан состав базальтопластиковой футеровки: связующие «УНИПЭК» (ТУ 2257-179-05786904-2004) - 70%; ровинг из базальтовой нити (ТУ 5769-001-80104765-2008) – 15%; ткань базальтовая (ТУ5952-031-00204949-95) – 15%.
-
Разработана конструкция базальтопластиковой футеровки: гелькоут – слой толщиной 0,5 – 0,7 мм; конструкционные слои – толщиной 4,0 мм; промежуточный слой – толщиной 0,5 – 0,7 мм; армирующие элементы.
3. Разработана технология производства базальтопластиковой футеровкой для железобетонных блоков обделки канализационных коллекторов.
Методология и методы диссертационного исследования.
Методология исследования включает теоретический и эмпирический научные методы. Использованы стандартные методы исследований физико-механических и химических характеристик базальтопла-стиковой футеровки: сопротивления отрыву от бетонной поверхности; водонепроницаемости; коррозионной стойкости; проведен неразруша-ющий контроль качества сборных железобетонных блоков с базальто-пластиковой футеровкой с использованием ультразвукового метода низкочастотной дефектоскопии; проведены испытания по определению прочности и трещиностойкости сборных железобетонных блоков с базальтопластиковой футеровкой для канализационных коллекторов при действии эксплуатационных нагрузок; произведена экологическая оценка базальтопластика по составу и свойствам; использован метод математического планирования эксперимента
Положения, выносимые на защиту:
-
Результаты исследования влияния сточных вод на базальто-пластиковую футеровку в зависимости от её состава (коррозионная стойкость базальтопластиковой футеровки к сточным водам в соответствии с ГОСТ 12020-2018 оценивается как «хорошая») с целью защиты прилегающего подземного пространства канализационного коллектора от проникновения загрязняющих веществ и снижения геоэкологической устойчивости.
-
Новые данные о повышении геоэкологической устойчивости прилегающего подземного пространства связанного с установленным фактом снижения показателей основных геоэкологических индикаторов: эвтрофикации (концентрации N – с 6,63 на 2,01 т/год, концентрации P – с 0,61 на 0,18 т/год, величины БПК 5 – с 38,2 на 11,6 мг/л), на примере г. Москвы.
Личный вклад автора состоит в постановке цели и задач диссертации, поиске объектов и обосновании методик исследования, непосредственном участии в проведении лабораторных экспериментов, обобщении и верификации полученных результатов, формулировки основных научных положений, выносимых на защиту, их опубликовании и апробации. Автор лично исследовал влияние сточных вод на базальтопластиковую футеровку в зависимости от её состава с целью защиты прилегающего подземного пространства канализационного коллектора от проникновения загрязняющих веществ и снижения геоэкологической устойчивости. Автор лично получил данные о снижение показателей основных геоэкологических индикаторов: эвтрофика-ции (концентрации N – с 6,63 на 2,01 т/год, концентрация P – с 0,61 на 0,18 т/год, величины БПК 5 – с 38,2 на 11,6 мг/л) на примере г. Москвы.
Степень достоверности.
Достоверность результатов исследования обоснована применением адекватного научной практике исследовательского и аналитического аппарата, использованием высококачественных сертифицированных материалов для проведения экспериментального исследования, а также апробацией полученных результатов при опытном внедрении. Исследования по изучению влияния базальтопластиковой футеровки конструкций канализационных коллекторов на геоэкологическую устойчивость прилегающего подземного пространства выполнены в аккредитованных лабораториях с использованием поверенного лабораторного оборудования. При получении новых данных и испытаниях использовалось поверенное оборудование с получением результатов с погрешностью не более 5% при доверительной вероятности 0,95.
Апробация результатов.
Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на 5-ой международной научной конференции «Integration, Partnership and Innovation in Construction Science and Education» (MATEC Web Conf., 28 ноября 2016 г.), на 26-ой международной науч-
ной конференции «RSP 2017 – XXVI R-S-P Seminar 2017 Theoretical Foundation of Civil Engineering» (MATEC Web Conf., 21-25 августа 2017 г.), на XX Международной межвузовской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Строительство-формирование среды жизнедеятельности» (Москва, МГСУ, 26-28 апреля 2017 г.), награжден дипломом 2 степени за высокую результативность работы над научным проектом, на XXI международной научной конференции «Сonstruction the formation of living environment» (Москва, МГСУ, 25-27 апреля 2018 г.).
Публикации. Научные результаты достаточно полно изложены в 8 научных публикациях, из которых 3 работы опубликованы в журналах, включенных в Перечень рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук (Перечень рецензируемых научных изданий), и 4 работы опубликовано в журналах, индексируемых в международных реферативных базах Scopus, Web of Science и других.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 125 наименования и 1 приложения. Работа изложена на 106 страницах текста, содержит 23 рисунка, 29 таблиц.
Негативное влияние сточных вод на окружающую среду и анализ условий эксплуатации канализационных коллекторов
В городах и других населенных пунктах образуются загрязнения различного характера, связанные с повседневной деятельностью человека. К таким загрязнениям относятся физиологические отбросы человека и животных, а также загрязненные воды из бань, прачечных, ванн, душевых, от мытья продуктов питания, посуды, помещений, улиц и др. В большом количестве образуются загрязнения и на промышленных предприятиях. Это – получающиеся в результате технологических процессов отбросы и отходы, разбавленные в той или иной степени водой [1]. Данные отходы попадают в сеть канализационных коллекторов.
Для оценки неблагоприятного влияния на окружающую среду разнообразных негативных факторов разработаны геоэкологические индикаторы.
Идея разработки концепции геоэкологических индикаторов появилась в 1980-х годах у специалистов Канады и Нидерландов при поддержке правительств этих стран. На основании результатов проведенной работы в 1989 г. на ежегодной конференции глав семи наиболее развитых капиталистических стран было принято обращение к Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) о разработке геоэкологических индикаторов. (В настоящее время эта организация объединяет 36 государств – членов ЕС) [2].
Геоэкологические индикаторы и индексы (их целью является оценка состояния стран и изменения в результате антропогенной деятельности) были признаны Конференцией ООН по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро в 1992 г. В результате была разработана концепция, организующая геоэкологическую информацию в три взаимосвязанные группы индикаторов, характеризующих:
1) состояние окружающей среды,
2) нагрузку на среду,
3) реакцию среды на изменения ее состояния.
Геоэкологические индикаторы первой группы позволяют определить, что происходит с окружающей средой и природными ресурсами, второй группы - почему это происходит, третьей - каким образом общество реагирует на изменения среды [4, 8, 10]. В таблице 1.1 приводятся возможные геоэкологические индикаторы, предложенные Конференцией ООН.
Сточные воды разделяют на три основные группы в зависимости от происхождения, вида и характеристик примесей [3, 118]:
1. Бытовые сточные воды.
К бытoвым oтнocятcя вoды oт кухoнь, туaлeтных кoмнaт, душeвых, бань, прaчeчных, cтoлoвых, бoльниц, a тaкжe хoзяйcтвeнныe вoды, oбрaзующиecя при мытье пoмeщeний. Oни пocтупaют кaк oт жилых и oбщecтвeнных здaний, так и oт бытoвых пoмeщeний прoмышлeнных прeдприятий. Пo прирoдe зaгрязнeний они мoгут быть фeкaльныe, зaгрязнeнныe в ocнoвнoм физиoлoгичecкими oтбрocaми, и хозяйственные, зaгрязнeнныe вcякoгo рoдa хoзяйcтвeнными oтхoдaми [3]. Состав бытовых сточных вод характеризуется содержанием, в основном, органических загрязнений в нерастворенном, коллоидном и растворенном состояниях. Oргa-ничecкиe зaгрязнeния бывaют рacтитeльнoгo прoиcхoждeния (ocтaтки плoдoв, oвoщeй, рacтeний, бумага и пр.) и живoтнoгo прoиcхoждeния (физиoлoгичecкиe выдeлeния людeй и животных, oргaничecкиe киcлoты, ocтaтки ткaнeй живых oргaнизмoв, рaзличныe бaктeрии, в том чиcлe и бoлeзнeтвoрныe, дрoжжeвыe и плecнeвыe грибки – тaк называемые бaктeриaльныe и биoлoгичecкиe зaгрязнe-ния). B бытoвых cтoчных вoдaх coдeржитcя около 60% oргaничecких и 40% минe-рaльных зaгрязнeний.
2. Производственные (промышленные) сточные воды.
К прoизвoдcтвeнным cтoчным вoдaм oтнocятcя вoды, иcпoльзoвaнныe в тeхнoлoгичecкoм процессе, нe oтвeчaющиe бoлee трeбoвaниям, кoтoрыe прeдъ-являютcя к их кaчecтву, и пoдлeжaщиe удaлeнию c тeрритoрии прeдприятий. Сюдa oтнocятcя тaкжe вoды, откачиваемые нa пoвeрхнocть зeмли при дoбычe пoлeзных иcкoпaeмых (угля, нeфти, руды и др.). Сocтaв и кoнцeнтрaция прoизвo-дcтвeнных cтoчных вoд вecьмa разнообразны, т.к. oни зaвиcят oт хaрaктeрa прo-извoдcтвa, выпуcкaeмoй прoдукции и особенностей тeхнoлoгичecкoгo прoцecca.
Производственные сточные воды делят на 2 основные категории: загрязненные и незагрязненные (условно чистые).
Загрязненные производственные сточные воды содержат различные примеси и подразделяются на 3 группы [3]: - загрязненные преимущественно минеральными примесями (предприятия металлургической, машиностроительной, рудо- и угледобывающей промышленности; заводы по производству минеральных удобрений, кислот, строительных изделий и материалов и др.);
- загрязненные преимущественно органическими примесями (предприятия мясной, рыбной, молочной пищевой, целлюлозно-бумажной, химической, микробиологической промышленности; заводы по производству пластмасс, каучука и др.);
- загрязненные минеральными и органическими примесями (предприятия нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, нефтехимической, текстильной, легкой, фармацевтической промышленности; заводы по производству консервов, сахара, продуктов органического синтеза, бумаги, витаминов и др.).
3. Атмосферные сточные воды.
Их подразделяют на дождевые и талые, получающиеся от таяния льда и снега. Отличительной особенностью дождевого стока являются его эпизодичность и резкая неравномерность. Атмосферные сточные воды содержат преимущественно минеральные загрязнения и в меньшем количестве органические загрязнения.
По данным АО «Мосводоканал» [4, 5] усредненные характеристики качества сточных вод представлены в таблице 1.2.
Основными агрессивными факторами, действующими на внутреннюю поверхность канализационных коллекторов, являются:
- тяжелые металлы;
- нефтепродукты;
- хлориды и сульфаты;
- сероводород;
- влажная атмосфера в тоннеле;
- электрохимическая коррозия;
- газовая коррозия обделки (происходящая под действием кислорода, сероводорода, углекислого газа, метана, аммиака).
Каждый из этих факторов в отдельности или вместе приводит обделку канализационных коллекторов в аварийное состояние или выводит ее из строя [6]. Железобетонные конструкции канализационных коллекторов подвергаются сильному сильно воздействию агрессивных сточных и грунтовых вод, газов. Разрушение бетона при воздействии агрессивных вод объясняется следующими причинами: прямым растворением (выщелачиванием) свободной извести водой; растворением солей, образующихся в результате воздействия кислот на гидрат окиси кальция (гашеную известь) [92]. Коррозионные процессы, проходящие в бетоне, вызывают его разрушение, образование свищей, трещин, выпадение кусков бетона из сводной части, разрушение стыков между блоками, что приводит к случаям аварийной разгерметизации.
Основную опасность для геоэкологической среды несут случаи аварийной разгерметизации канализационных коллекторов. Опасность аварийной разгерметизации заключается в невозможности своевременно обнаружить и устранить её.
Разработка конструкции базальтопластиковой футеровки
Трещиностойкость является одним из важнейших показателей надежности полимерной футеровки, т.к. образование трещин приводит к значительно более быстрому разрушению конструкций канализационных коллекторов а, следовательно, к аварийной разгерметизации. Таким образом, определение процентного соотношения армирующего материала и связующего было определено из условий трещиностойкости при воздействии эксплуатационных нагрузок [70, 76-78].
Количественная оценка стадий процессов разрушения композиционных материалов должна проходить с учетом комплекса эксплуатационных факторов [94]. Коэффициент интенсивности напряжений является главной характеристикой композитов [101]. Оценку напряженно-деформированного состояния в зоне наиболее опасного места композитного материала можно провести при помощи коэффициента интенсивности напряжений, это даёт возможность оценить его несущую способность. Учитывая коэффициент интенсивности напряжений можно установить взаимосвязь эксплуатационных факторов (нагрузка, температура, и т.п.) и его трещиностойкость [66, 67].
В основу определения критического коэффициента интенсивности напряжений (KQ) для случая обобщенного плоского напряженного состояния, определяемого в момент страгивания трещины-надреза, была положена методика, изложенная в работе [68, 69]. Выбор данной методики предопределен формой испытываемого образца – клиновидного типа двойной консольной балки, позволяющей длительно экспонировать его в условиях одновременного воздействия различных агрессивных сред, нагрузок и температур (рисунок 2.1).
Клиновидный образец растягивался на разрывной машине при скорости движения активного захвата 1 – 0,5 мм/мин. Погрешность определения силы не превышала 10% от измеряемой величины.
Для определения момента страгивания трещины-надреза было предложено одновременно с записью кривой "усилие – смещение" проводить запись в реальном масштабе времени дифференциальных и интегральных параметров акустической эмиссии (рисунок 2.2).
По данным [69] минимальная амплитуда импульса акустической эмиссии, связанного с началом микроразрушения исследуемых композитов, составляет 50 мкВ. Импульсы с амплитудой 10 мкВ относятся к флуктуационным шумам. Сигналы акустической эмиссии с амплитудой менее 100 мкВ отражают кинетику накопления субмикротрещин в окрестности вершины трещины-надреза и подготовку последней к старту [71,72].
За страгивание фронта трещины-надреза принимался момент появления характерного "скачка" на диаграмме "усилие – смещение". При отсутствии характерного указанного "скачка" за страгивание принимался момент появления сигна ла акустической эмиссии, превышающего уровень 150 мкВ
Введение в полиэфирную смолу наполнителей и создание гетерогенной структуры материала приводит к повышению коэффициента KQ. Для создания высокопрочных материалов с повышенными значениями трещиностойкости для канализационных коллекторов следует использовать слоистую структуру, состоящую слоя базальтовой ткани, базальтового волокна и полимерного связующего.
Таким образом, компонентами оптимального состава базальтопластиковой футеровки выбраны:
- связующее «УНИПЭК» (ТУ 2257-179-05786904-2004) - 70%;
- ровинг из базальтовой нити (ТУ 5769-001-80104765-2008) – 15%;
- ткань базальтовая (ТУ5952-031-00204949-95) – 15%.
Определение физико-механических свойств базальтопластиковой футеровки
Лабораторные исследования сопротивления отрыву базальтопластиковой футеровки от железобетонного основания были выполнены в соответствии с ГОСТ 28574-2014 [41].
Области разрушения образцов с базальтопластиковой футеровкой (рисунок 3.8) в основном находились в бетоне. При этом сцепление базальтопластиковой футеровки с бетоном не было нарушено. В целях увеличения адгезии базальтопластика с бетонной поверхность блока использовали песок различной крупности, которой наносили на завершающий слой базальтопластика. При использовании песка крупной фракции площадь разрушения составила 100, средней фракции – 70, мелкой фракции – 40%. При испытании на отрыв прикладывалась нагрузка 3,04; 3,06; 3,67 МПа соответственно (минимально допустимая нагрузка – 1 МПа) [124].
Проведение лабораторных испытаний элементов футеровки из базальтопластика на коррозионную стойкость проводилось в соответствии с нормативными документами [62, 106, 107, 120].
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.
Для проведения испытаний применялись образцы, вырезанные из отформованных элементов базальтопластиковой футеровки (Рисунок 3.9).
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 +200С. Отклонение температуры агрессивной среды от средней не превышало ±20С. 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 характеристики:
- внешний вид образцов;
- масса образцов;
- твердость образцов на внутренней поверхности, твердость образцов на внешней поверхности; изменение прочности при статическом изгибе в осевом направлении;
- изменение прочности при растяжении в осевом направлении:
Результаты испытаний приведены в таблице 3.1.
В соответствии с ГОСТ 12020 [37] (таблица 3.2) стойкость образцов, вырезанных из элементов базальтопластиковой футеровки, к воздействию выбранных химических сред является хорошей. Стойкость к действию химических сред ба-зальтопластиковой футеровки выше, чем у материалов, применяемых для вторичной защиты железобетонных конструкций и стеклопластиковой футеровки (удовлетворительная), что доказывает возможность повышения геоэкологической устойчивости прилегающего подземного пространства канализационных коллекторов путем применения железобетонных блоков с базальтопластиковой футеровкой при их возведении.
Технико-геоэкологическая оценка
Оптимизированный состав базальтопластика включает в себя связующие «УНИПЭК», ровинг и маты из базальта.
Для изготовления базальтопластиковой футеровки для железобетонных конструкций подземных сооружений должны использоваться следующие материалы [57,115].
Процесс изготовления полимерной футеровки из базальтопластика должен проходить по технологической схеме, представленной на рисунке 4.1.
1. Подготовка поверхности форм.
Рабочую поверхность формы очистить от загрязнений деревянным скребком, обезжирить бензином или ацетоном с помощью валика и из марлевого тампона. В случае необходимости загрязнения можно зачистить водостойкой шкуркой с водой.
На сухую поверхность формы нанести два слоя антиадгезионного покрытия «Пента 107» с помощью кисти, марлевого тампона или распылителя. Расход – 150 г/м2 за один слой.
Первый слой смазки нанести тонким равномерным слоем без подтеков и выдержать на воздухе в течение 40-50 мин. Второй слой нанести до получения равномерного гладкого покрытия. При необходимости раствор антиадгезионного покрытия следует разбавить бензином. После нанесения покрытия выдержать при комнатной температуре в течение 30-40 мин.
При незначительных местных повреждениях антиадгезионного покрытия следует восстановить его путем дополнительного нанесения «Пента 107» на поврежденный участок с помощью кисти или марлевого тампона с последующей сушкой в течение 40 – 50 мин при комнатной температуре.
Аналогично производится подготовка форм для изготовления анкерных элементов.
2. Приготовление связующего.
Связующее на основе материала «УНИПЭК» готовится на участке приготовления связующего. Смоляная часть и отвердитель дозируются в соответствии с «Инструкцией по приготовлению связующего» строго для изготовления одного изделия (полимерной футеровки) и перемешиваются в емкости с помощью пнев-модрели с латунным миксером.
3. Приготовление армирующих материалов.
В качестве армирующего материала применяется ровинг и ткань из базальтовых волокон. Раскрой рулона ткани производится на рабочем столе по эталону, изготовленному для каждой марки полимерной футеровки. Допуски при раскрое не должны превышать + 1,5 мм на каждую сторону.
4. Нанесение наружного слоя с высоким содержанием связующего (гелько ут).
На подготовленную поверхность формы наносится слой с высоким содержанием связующего «УНИПЭК» (гелькоут) на основе модифицированной полиэфирной смолы. Толщина слоя составляет от 0,5 до 0,7 мм. Слой наносится вручную (кистью, валиком, шпателем) или с помощью пневмораспылителя.
5. Уклада конструкционного слоя.
На слой гелькоута укладываются слои рубленого ровинга и ткани из базальтовых волокон, пропитанные связующим. Каждый слой пропитывают связующим непосредственно в форме с помощью кистей, валиков, стремясь обеспечить хороший контакт между слоями и максимальное удаление воздуха. Соотношение «полимерное связующее - армирующий материал» составляет 70: 30 масс. %, то есть массовая доля армирующего наполнителя в конструкционном базальтопла-стике составляет 0,3. Общее количество слоев рубленного ровинга и ткани составляет 6 -7 слоев. Толщина конструкционного слоя 4 мм. Одновременно идет формование анкерных элементов.
6. Установка анкерных элементов.
Анкерные элементы приформовываются к последнему слою базальтопластика, пропитанного связующим до процесса его полимеризации. Приформовка армирующих элементов производится в соответствии со схемой укладки, индивидуальной для каждой марки панели полимерной футеровки.
7. Нанесение крупнозернистого наполнителя.
Перед процессом полимеризации на наружную поверхность панели полимерной футеровки наносится крупнозернистый наполнитель (щебень) с крупностью 10 - 15 мм. Наполнитель наносится равномерно по всей наружной поверхности панели полимерной футеровки. На этом процесс формования изделия (панели полимерной футеровки) оканчивается.
8. Отверждение полимерного связующего. После формования изделия поступают в термокамеру, где происходит его отверждение (полимеризация связующего). Полное отверждение и съем изделия с форм происходит:
- при комнатной температуре через 24 часа;
- при температуре + 600С через 3 часа.
9. Съем изделия с формы.
Съем изделия с формы производится с помощью деревянных клиньев. Клинья устанавливаются в зазоры между формой и изделием и аккуратно извлекается изделие из формы.
10. Механическая обработка изделия.
Обрезка технологических припусков изделия производится алмазным режущим инструментом.
Для проведения доводочных работ (обработки поверхностей после обрезки технологических припусков, заделки вмятин, следов от ударов, забоин, царапин) применяются:
- для зашкуривания – наждачную шкурку № 4,6, стальные цикли;
- для разделки дефектов – напильники, ножницы, ножи;
- для шпаклевки – полиэфирные или эпоксидные шпаклевки.
Доводочные работы проводятся путем разделки на глубину дефекта, зашку-ривания с последующей шпаклевкой, зачистки зашпаклеванных мест. Все следы шпаклевания зашкуриваются до гладкой поверхности.
Отверждение полимерного связующего, применяемого для выполнения доводочных работ, проводятся в течение 24 ч при комнатной температуре.
11. Маркировка, контроль и сдача.
Изделия, прошедшие производственный контроль с положительными результатами испытаний, должны быть предъявлены для контроля службе качества ОТК. Изделия считаются принятыми ОТК и годными, если они соответствуют требованиям нормативной документации. Результаты выборочного контроля распространяются на всю партию изделий, оформленных одним заказом. В случае замечаний со стороны ОТК следует выполнить работы по устранению выявленных отклонений, после чего повторно предъявить изделия ОТК.
Для технико-геоэкологической оценки базальтопластика и сравнения его с другими материалами были рассморены этапы жизненного цикла процесс их производства и монтажа. Все технико-геоэкологические свойства были сведены в таблицу 4.2.