CC BY
20К примеру, при исследовании коррозионной стойкости цементного ремонтного состава для защиты железобетонных конструкций сооружений водоочистки получено изображение структуры после одного года воздействия сточных вод коллектора, на котором явно визуализируются кристаллогидраты эттрингита, что свидетельствует об активно развивающейся в эксплуатируемом материале сульфатной коррозии (рис. 2).
За 2011—2016 гг. было проведено множество исследований, а также выполнены научные работы аспирантов, магистрантов и бакалавров кафедр «Строительные конструкции», «Бурение нефтяных и газовых скважин», «Технологические машины и оборудование», «Технология нефтяного аппаратостроения», а также Стерлитамакского филиала УГНТУ. Среди них можно выделить работы:
— исследование долговечности и разработка рекомендаций по защите железобетона в системе водоочистки и водоотведения (рук. В.М. Латыпов) [3];
— разработка строительных материалов на основе доломита (рук. Л.Н. Ломакина) [4, 5];
— подбор состава дорожно-строительного композиционного материала с применением бурового шлама (рук. Л.Н. Ломакина);
— исследование процессов коррозии цементного камня под действием кислых компонентов пластовых флюидов (рук. Ф.А. Агзамов) [6];
— исследование долговечности футеровки железобетонных промышленных дымовых труб (рук. Л.Н. Ломакина) [7];
— исследование процессов структурообразования бетона в условиях зимнего бетонирования (рук. Ф.А. Агзамов, Л.Н. Ломакина) [8];
— разработка специальных расширяющихся тампо-нажных материалов (рук. Ф.А. Агзамов) [9];
— разработка защитных покрытий конструктива наружных стен этажей для обеспечения их долговечности (рук. В.В. Бабков) [10];
— разработка и внедрение составов и технологии применения высокопрочных бетонов для объектов и сооружений повышенной этажности и высотности (рук. В.В. Бабков, В.М. Латыпов) [11];
— научно-техническое сопровождение внедрения в Республике Башкортостан запатентованного немецкого материала «жидкий грунт RSS» (рук. В.М. Латыпов) [12].
Рис. 2. Структура цементного камня ремонтного раствора: а - «здорового», : го года воздействия сточных вод коллектора, Х22000
5000; б - после одно-
Существенное влияние на результаты исследований оказывает подготовка проб к испытаниям. В центре функционирует специальное оборудование, обеспечивающее необходимую подготовку проб к испытаниям с целью получения максимально достоверных результатов. В лаборатории имеется следующее оборудование, применяющееся для подготовки проб к исследованиям:
— планетарная шаровая мельница Retsch РМ 100 — для измельчения пробы для исследований на рентгеновском дифрактометре и приборе термического анализа;
— высокоточный отрезной станок Мтйот — для получения срезов бетонных образцов для исследований на РЭМ;
— станок Labopol-5 с автоматическим устройством — для шлифовки и полировки металлических образцов для исследований на РЭМ;
— вакуумная напылительная установка JFC-1600, предназначенная для напыления на поверхность исследуемых материалов-диэлектриков токопроводящей пленки из платины для снятия электростатического заряда с исследуемой поверхности и обеспечения возможности проведения исследования структуры таких материалов в электронном микроскопе.
В настоящие время работу оборудования центра обеспечивают 12 аттестованных преподавателей, сотрудников и аспирантов кафедры, прошедших за период 2010—2016 гг. необходимое обучение и подготовку.
Применение высокоточного аналитического комплекса позволяет существенно повысить эффективность исследовательских работ, расширить их тематику, а также обеспечить подготовку специалистов строительного профиля на современном уровне [13].
Список литературы
1. Ломакина Л.Н., Латыпов В.М., Агзамов Ф.А., Бабков В.В. Развитие лабораторной базы УГНТУ для исследований вяжущих в области тампонажа и строительства // Международный научный семинар «Развитие инновационной инфраструктуры университета». Уфа, УГНТУ. 2012.
2. Ломакина Л.Н., Латыпов В.М., Агзамов Ф.А., Баб-ков В.В. Лаборатория нанотехнологий цементных систем им. проф. А.Ф. Полака и Н.Х. Каримова — перспективные направления исследований вяжущих для тампонажа и строительства // Международный научный семинар «Развитие инновационной инфраструктуры университета». Уфа, УГНТУ. 2011.
3. Латыпов В.М., Ломакина Л.Н., Луцык Е.В., Ахмадуллин Р.Р., Федоров П.А., Анваров А.Р., Авренюк А.Н. Исследования преподавателей и со-
References
1. Lomakina L.N., Latypov V.M., Agzamov F.A., Babkov V.V. The development of laboratory base USPTU for binding research in the field of grouting and construction. International scientific seminar "Development the innovation infrastructure of the University". Ufa. USPTU. 2012. (In Russian).
2. Lomakina L.N., Latypov V.M., Agzamov F.A., Babkov V.V.. Laboratory of nanotechnology cement systems professors A.F. Polak and N.H. Karimov — perspective directions of research binders for grouting and construction. International scientific seminar "Development the innovation infrastructure of the University". Ufa. USPTU. 2011. (In Russian).
3. Latypov V.M., Lomakina L.N., Lutsyk E.V., Akhmadul-lin R.R., Fedorov P.A., Anwarov A.R., Avrenyuk A.N. Research lecturers and staffs of the department "Building
научно-технический и производственный журнал f ptyj f ^дjjijJJljlrf
октябрь 2016 ni ®
трудников кафедры «Строительные конструкции» УГНТУ по направлению «Повышение долговечности бетона и железобетона» // «Строительство. От науки к инновациям»: Материалы Всероссийской научно-практической конференции. Уфа, 2013. С. 21—30.
4. Ломакина Л.Н., Гараньков И.Н., Хабабутдинова Н.Б., Никитин И.С. Исследование возможности получения сухой строительной смеси для шпаклевочных работ с применением доломита. III Международная научно-практическая конференция «Вопросы современных технических наук: свежий взгляд и новые решения». Секция №10. Строительство и архитектура. Екатеринбург, 2016. С. 73—75.
5. Ломакина Л.Н., Хабабутдинова Н.Б., Батырши-на Д.С., Кинзибаева Э.А. Физико-химические исследования термического разложения доломита // Материалы XX Международной научно-технической конференции «Проблемы строительного комплекса России». Тезисы докладов. Уфа, 2016.
6. Агзамов Ф.А., Ломакина Л.Н., Хабабутдинова Н.Б., Давлетшин Р.Ф., Крига А.К., Токунов Т.В. Процессы коррозии цементного камня под действием кислых компонентов пластовых флюидов. Нефтегазовое дело. 2015. № 4. С. 10-28.
7. Ломакина Л.Н., Галиакбаров Р.Р., Козин А.В., Гнедов С.М., Ветров Н.И. Исследование долговечности футеровки железобетонных промышленных дымовых труб // Промышленность и безопасность. 2015. № 9. С. 34-36.
8. Агзамов Ф.А., Ломакина Л.Н., Гафурова Э.А., Бикмеева (Хабабутдинова) Н.Б. Исследование процессов структурообразования бетона в условиях зимнего бетонирования // Электронный научный журнал Нефтегазовое дело. 2013. № 6. С. 384-400. (http://www.ogbus.ru/authors/Agzamov/Agzamov_2. pdf дата доступа 23.05.2016).
9. Ломакина Л.Н., Бикмеева (Хабабутдинова) Н.Б., Ахмадиева Л.Р. О роли физико-химических методов при исследовании механизма и кинетики структуро-образования расширяющихся и фиброармирован-ных тампонажных цементов // Материалы XVII Международной научно-технической конференции: Архитектура. Строительство. Коммунальное хозяйство: Тезисы докладов. Уфа, 2013.
10. Бабков В.В., Гафурова Э.А., Резвов О.А., Ломакина Л.Н., Асянова В.С. Состав продуктов высолообразо-вания из наружных стен на основе вибропрессованных бетонных изделий // Строительные материалы. 2013. № 11. С. 74-77.
11. Бедов А.И., Бабков В.В., Габитов Г.И., Сахибгаре-ев Р.Р., Салов А.С. Монолитное строительство в Республике Башкортостан: от теории к практике // Вестник МГСУ. 2013. № 10. С. 110-121.
12. Латыпов В.М., Тимеряев Д.В., Корнилов Д.К., Ивлев М.А. Лабораторные испытания жидкого грунта RSS // Материалы XVI Международной научно-практической конференции «Проблемы строительного комплекса России»: Тезисы докладов. Уфа, 2012. С. 46-48.
13. Ломакина Л.Н. Новые возможности лабораторной базы УГНТУ // Материалы XX Международной научно-практической конференции «Проблемы строительного комплекса России»: Тезисы докладов. Уфа, 2016.
construction" USPTU towards "Improving the durability of concrete and reinforced concrete". Construction. From science to innovation. Materials of Russian scientific-practical conference. Ufa. 2013, pp. 21—30. (In Russian).
4. Lomakina L.N., Garankov I.N., Khababutdinova N.B., Nikitin I.S. Research the possibility of obtaining a dry mortar for plastering work with dolomite. III International scientific-practical conference "Problems of modern engineering science: a fresh look and new solutions." Section №10. Construction and architecture. Ekaterinburg. 2016, pp.73—75. (In Russian).
5. Lomakina L.N., Khababutdinova N.B., Batyrshina D.S., Kinzibaeva E.A. Physico-chemical research of the thermal decomposition of dolomite. Materials XX International Scientific and Technical conference "Problems of the building complex of Russia" Abstracts. Ufa. 2016. (In Russian).
6. Agzamov F.A., Lomakina L.N., Khababutdinova N.B., Davletshin R.F., Kriga A.K., Tokunov T.V. Processes cement stone corrosion by the acidic components of formation fluids. Neftegazovoe delo. 2015. No. 4, pp. 10—28. (In Russian).
7. Lomakina L.N., Galiakbarov R.R., Kozin A.V., Gnedov S.M., Vetrov N.I. Research of durability of lining concrete industrial chimneys. Promyshlennost' i bezo-pasnost'. 2015. No. 9, pp. 34—36. (In Russian).
8. Agzamov F.A., Lomakina L.N., Gafurova E.A., Bikmeeva (Khababutdinova) N.B. Investigation of concrete structure formation in the conditions of winter concreting. The electronic scientific magazine Neftegazovoe delo. 2013. No. 6, pp. 384-400. URL: http://www.ogbus.ru/au-thors/Agzamov/Agzamov_2.pdf. (In Russian).
9. Lomakina L.N., Bikmeeva (Khababutdinova) N.B., Ahmadieva L.R. About the role of physico-chemical methods for the study of the mechanism and kinetics of structure and fiber reinforced expanding oil-well cements. Materials XVII International Scientific and Technical conference "Problems of the building complex of Russia: Architecture. Building. Communal services". Abstracts. Ufa. 2013. (In Russian).
10. Babkov V.V., Gafurova E.A., Rezvov O.A., Lomaki-na L.N., Asyanova V.S. The composition of the products salt stains of exterior walls on the basis of vibro-pressed concrete products. Stroitel'nye Materialy [Consrtuction Materials]. 2013. No. 11. pp. 74-77. (In Russian).
11. Bedov A.I., Babkov V.V., Gabitov G.I., Sakhibgare-ev R.R., Salov A.S. Precast concrete construction in the Republic of Bashkortostan: from theory to practice. Vestnik MGSU. 2013. No 10, pp. 110-121. (In Russian).
12. Latypov V.M., Timeryaev D.V., Kornilov D.K., Ivlev M.A. Laboratory tests of liquid soil RSS. Materials XVIInternational scientific-practical conference "Problems of the building complex of Russia." Abstracts. Ufa. 2012. (In Russian).
13. Lomakina L.N. New possibilities laboratory base USPTU. Materials XX International scientific-practical conference "Problems of the building complex of Russia." Abstracts. Ufa. 2016. (In Russian).
■ ■■■','J'.-: i ^ ■ i Г;-' научно-технический и производственный журнал ® октябрь 2016
УДК 691:620.169.1
П.А. ФЕДОРОВ, канд. техн. наук (stexpert@mail.ru), Т.З. ГИЛЬМУТДИНОВ, магистр (gilmutdinov_tz@mail.ru), А.А. АСТАФУРОВ, магистр, В.М. ЛАТЫПОВ, д-р техн. наук
Уфимский государственный нефтяной технический университет (450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1)
Совершенствование лабораторных методов исследований долговечности бетона в агрессивных газовых и жидких средах*
Бетонные и железобетонные конструкции, как правило, подвержены в течение эксплуатации процессам физико-химических видоизменений с ухудшением их эксплуатационных свойств, т.е. подвержены процессам коррозии. Поэтому изучение этих процессов для последующего прогноза долговечности и разработка мер первичной и вторичной защиты является актуальной задачей. Приведен ретроспективный обзор методов исследования коррозионных процессов, протекающих в бетоне и железобетоне в жидких и газообразных средах. Приведены конструкции разработанных авторами установок, позволяющих повысить точность моделирования процессов воздействия агрессивных сред и снизить трудоемкость лабораторных исследований.
Ключевые слова: долговечность, бетон, железобетон, агрессивная среда, установка, ускоренные испытания.
P.A. FEDOROV, Candidate of Sciences (Engineering) (stexpert@mail.ru), T.Z. GIL'MUTDINOV, Master (gilmutdinov_tz@mail.ru), A.A. ASTAFUROV, Master, V.M. LATYPOV, Doctor of Sciences (Engineering)
Ufa State Petroleum Technological University (1, Kosmonavtov Street, Republic of Bashkortostan, Ufa, 450062, Russian Federation)
Improving Laboratory Methods for Research in Durability of Concrete in Aggressive Gas and Liquid Environments
Concrete and reinforced concrete structures, as a rule, are subjected, during their operation, to processes of physical-chemical transformation with deterioration of their operational properties; this means that they are subjected to corrosion processes. This is because over time, concrete loses its protective properties due to the impact of aggressive environments. That's why the study of these processes for the subsequent forecast and development of measures for the primary and secondary protection is a very actual task. The retrospective review of methods for studying corrosion processes occurring in concrete and reinforced concrete in liquid and gaseous environments is presented. Recommendations on designs of units which make it possible to significantly improve the accuracy of simulation of the impact of aggressive environments without distortion of real temperature-humidity conditions are made.
Keywords: durability, concrete, reinforced concrete, aggressive environment, unit, accelerated testing.
В действующих нормах СП 28.13330.2012 «Защита строительных конструкций от коррозии» отсутствует методика расчета долговечности; фактически классы агрессивности среды сведены к европейским стандартам с утратой отечественного опыта в данной области, нет данных по проектированию конструкций с применением бетонов последнего поколения. Поэтому в настоящее время исследование процесса коррозии бетона и железобетона остается актуальной задачей.
В работе В.М. Москвина [1] была сформулирована в качестве одной из основных задач обеспечения долговечности строительных конструкций задача по разработке надежных методов расчета и конструирования железобетонных изделий, работающих в агрессивных средах, различных по свойствам и степени агрессивности.
Данной проблемой успешно занимался профессор А.Ф. Полак [2]. Результатом его многочисленных исследований в области прогноза долговечности бетона или железобетона [2, 3] является вывод расчетных зависимостей глубины коррозионного поражения от времени эксплуатации конструкции в жидких и газообразных средах (уравнения 1 и 2). Эти зависимости были получены в 70-80-е гг. XX в. путем решения классического уравнения (3) с учетом ряда принятых допущений:
Ь = а-Р, (1)
I = >/а"7, (2)
где а — показатель агрессивности среды;
где D*— эффективный коэффициент диффузии; Сi — концентрация ;'-го вещества; R, — функция, характеризующая скорость убыли компонента из единицы объема среды в результате реакции; Kt — константа скорости растворения твердой фазы; St — удельная внутренняя поверхность цементного камня; Д — пористость бетона.
Оценкой долговечности или коррозионной стойкости цементного бетона строители вынуждены были начать заниматься уже вскоре после его создания, т. е. с середины XIX в. Известна статья профессора Г.К. Дементьева «Коррозия бетона Баку-Шолларского водовода», (по тем временам — поистине уникального сооружения) — обрушившегося уже через несколько лет после начала эксплуатации [4]. Далее последовала целая серия работ классиков Л.А. Ле-Шателье, В.В. Кинда, Л. Михаэлиса, А.А. Байкова и многих других выдающихся ученых, исследования которых связаны с вопросами долговечности бетона. Пожалуй, наиболее точно потенциальная способность бетона как искусственного конгломерата сопротивляться внешним воздействиям, постепенно разрушаясь, сформулирована в статье академика А.А. Байкова [5]: «Все бетонные сооружения из портландцемента неизбежно должны разрушаться. Это разрушение вытекает из самой природы портландцемента. Все бетонные соору-
* Работа выполнена при финансовой поддержке со стороны Минобрнауки России в рамках базовой части государственного задания №2014/241. № НИР 2093.
научно-технический и производственный журнал f -л-jj, f ^дjjijJJljlrf
октябрь 2016 Vj! ®
Рис. 1. Установка, разработанная проф. А.Ф. Полаком (1968 г.) [8]: 1 - стакан; 2 - крышка; 3 - емкость для агрессивного раствора; 4 - кран для поступления агрессивного раствора; 5 - кран для выпуска воздуха; 6 - бетонный образец; 7 - стеклянные подставки; 8 - кран для истечения отработанного раствора; 9 - сборник для отработанного раствора
4--. . .-Ч-:
зг
10
Вода
Рис. 3. Установка, разработанная в НИИЖБ (1975 г.) [10]: 1 - расходная емкость с агрессивным раствором; 2 - рабочая емкость с исследуемым образцом; 3 - емкость для слива отработанного раствора; 4, 6 - краны; 5 - шланг; 7, 9 - хлор-кальциевые трубки; 8 - образец
жения находятся в стадии разрушения и окончательное их разрушение наступает по истечении довольно значительного времени лишь вследствие того, что в естественных условиях
всегда имеют место некоторые обстоятельства, которые чрезвычайно замедляют процесс выщелачивания извести».
Таким образом, ответ на вопрос с какой скоростью происходит разрушение бетона? (увы, неизбежное), может дать лишь хорошо продуманный тест, т. е. испытание этого бетона. Но оно должо быть малозатратным, простым, максимально информативным.
Можно только восхищаться гениальными по простоте и эффективности методами испытания свойств
б
Рис. 2. Установка Института НИИПромстрой (1973 г.) [9]: 1 - сосуд с агрессивным раствором; 2, 3, 11 - краны; 4 - термометр; 5 - резиновая пробка; 6 - крышка; 7 - парафин; 8 - реакционный сосуд; 9 - наружный стакан; 10 - трубка для подвода и отвода воды; 12 - сборник для отработанного раствора; 13 - испытуемый образец
бетона, предложенными более ста лет назад (метод Суттарда, игла Вика [6] и др.).
Эти методы работали и работают до настоящего времени (может быть, с небольшой модификацией при оценке свойств самоуплотняющихся бетонов). Кажущийся по сравнению с ними «монстром» (на фоне первых двух «изящных вещиц») прибор Михаэлиса («ведерко с дробью») трансформирован в отечественные модификации полуавтоматов МИИ-100 и последующие более автоматизированные устройства.
Таким образом, при создании метода лабораторного испытания коррозионной стойкости бетона целесообразно исходить из его простоты. И соответственно возможности реализации промышленностью лабораторных устройств. Этого, к сожалению, не удалось добиться «с первого раза» при разработке методов оценки коррозионной стойкости бетона в агрессивных газовых и жидких средах.
В 1980-1985 гг. В.М. Латыпову и В.А. Рязановой удалось собрать в лаборатории кафедры «Строительные конструкции» УГНТУ и обеспечить одновременное обслуживание 150 «установок А.Ф. Полака» при исследо-
Рис. 4. Рабочие сосуды для исследования: цилиндрических образцов из цементного камня и цементно-песчаного раствора (а), прямоугольных призм (б) и цилиндрических образцов (в) [7]: 1 - образцы; 2 - пористая мембрана (фильтр Шота); 3 - засыпка из стеклянного песка; 4 - пористый коррозионно-стойкий вкладыш; 5 - крышка; 6 - уровень раствора в сосуде; 7 - решетка для крепления образцов в вертикальном положении; 8 - хлоркальциевая трубка
Рис. 5. Установка, разработанная в Лаборатории химической кинетики Московского государственного университета и Технохимической лаборатории Центрального института сооружений (1937 г.) [13]: 1 - газометр; 2 - склянка Тищенко; 3 - эксикатор
6
2
5
9
7
3
а
■ ■■■','J'.-: i Л ■ : Г;-' научно-технический и производственный журнал
® октябрь 2016 43
