CC BY
108
УДК 699.83+627.257
ЗАЩИТА БЕТОНА ТРУБОПРОВОДОВ ВОДООТВЕДЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ
В.А. Юрченко, доцент, к. б. н., Н.П. Горох, доцент,
А.В. Кухарская, инженер, ХНАДУ
Аннотация. Показана необходимость защиты бетона в сетях водоотведения для повышения его надежности и долговечности. Установлен химический состав коррозионной агрессивной среды, воздействующий на бетон в сетях водоотведения и пути ее происхождения. Установлена высокая эффективность полиэтиленовых покрытий в защите бетона от биогенной серно-кислотной агрессии.
Ключевые слова: микробиологическая коррозия бетона, противокоррозионные мероприятия, защитные покрытия, полиэтиленовая пленка, вторичный полиэтилен.
Введение
Протяженность бетонных трубопроводов водоотведения составляет 25 % всех канализационных сетей. Бетон, который использовали в качестве конструктивного материала для трубопроводов большого диаметра, специалисты считали универсальным материалом, гарантирующим надежную эксплуатацию коллекторов в течение 50 лет. Однако опыт эксплуатации самотечных бетонных трубопроводов водоотведения показал, что агрессивная среда, формирующаяся в сетях водоотведения, настолько активно разрушает бетон, что системы водоотведения выходят из строя намного раньше нормативного срока.
В настоящее время большинством отечественных и зарубежных специалистов механизм коррозии бетона/железобетона в трубопроводах водоотведения представляется как результат микробиологической сернокислотной агрессии (микробиологической коррозии) - воздействия серной кислоты, образуемой на своде тионовыми бактериями [1 - 3].
Анализ публикаций
В целом схема образования агрессивной среды в сетях водоотведения и ее воздействие на бетон/железобетон свода коллектора представляется состоящей из нескольких этапов [1 - 4]:
- образование сероводорода в транспортируемой сточной воде вследствие микробиологической сульфатредукции или других микробиологических процессов;
- выделение сероводорода из сточной жидкости в подсводовое пространство;
- растворение сероводорода в конденсатной влаге на поверхности труб и окисление его тионовы-ми бактериями до серной кислоты, разрушение материала строительных конструкций.
Самотечный канализационный коллектор можно рассматривать как техногенную экосистему, которая включает три фазы: жидкую (транспортируемые сточные воды), газообразную (атмосферу коллектора) и твердую (бетон свода), и их микробиоценозы (рис. 1). Каждая фаза имеет свои доминирующие химические элементы и характерные соединения. В стабильную, гармоничную экологическую систему эти фазы связывают последовательные реакции биогеохимических круговоротов четырех биогенных элементов - серы, углерода, азота и фосфора.
Рис. 1. Схема трансформации серосодержащих соединений в экосистеме канализационного
коллектора
Главным движетелем трансформаций соединений, окисления-восстановления элементов, их миграции из жидкой фазы в газообразную, затем в твердую и из нее (частично) - в исходную жидкую, являются микроорганизмы [1, 3].
Процессы, протекающие в канализационном коллекторе, позволяют представить его постоянно действующим биологическим «реактором», в результате работы которого происходят трансформации соединений биогенных элементов, их миграция через жидкую, газообразную и твердую фазы экосистемы коллектора и образование коррозионно-агрессивных соединений. На рис.1 представлен детальный биогеохимический цикл серы в экосистеме коллектора, включающий образование таких агрессивных соединений как H2S и H2 SO4 [2 - 4].
К настоящему времени разработан ряд мероприятий, реализуемых на этапах проектирования, строительства и эксплуатации систем водоотведения, которые повышают надежность бетонных сооружений водоотведения, находящихся в условиях биогенной сернокислотной агрессии. Одно из основных направлений этих мероприятий, реализуемых на этапе нового строительства, ремонта и восстановления - противокоррозионная защита бетона с помощью покрытий и пропиток.
Цель и постановка задачи
Целью работы является оценка возможности защиты конструкций систем водоотведения полимерными материалами.
Особенности эксплуатационной среды, воздействующей на конструктивы в коллекторе
Химический состав пленочной конденсатной влаги, формируемой в результате взаимодействия микробных метаболитов с бетоном, варьирует в зависимости от глубины поражения бетона коррозионным процессом (табл.). Как видно, значения рН пленочной конденсатной влаге делает эту среду чрезвычайно агрессивной по отношению к бетону.
При оценке агрессивности пленочной конденсатной влаги необходимо также учитывать ее солесо-держание, которое зависит от рН среды (глубины и активности коррозионного процесса). На начальных этапах, когда рН бетона > 10, солесодержание конденсатной влаги составляет 1-2 г/дм3. При дальнейшем развитии ассоциации тиобацилл и разрушении бетона концентрация солей (преимущественно сульфатов) в конденсатной влаге возрастает и при рН бетона < 2 их концентрация превышает 60 г/дм3. Согласно СНиП 2.03.11-85 среды с такими характеристиками солесодержания являются сильноагрессивными по отношению к бетону.
Таблица 1 Химические характеристики
пленочной конденсатной влаги на поверхности сводовой части коллектора
рН поверх-ностного слоя бетона рН пленочной кон-денсатной влаги Солесодержа-ние (расчетное по контролируемым ионам), г/дм3 ХПК, г/дм3
12,3 12,8 >1,0 0
8,6 7,0 >10,0 0,1
4,2 4,0 >30,0 0,9
1,5 1,4 >60,0 1,5
На предприятиях ГКП «Харьковкоммуночиствод» (ХКОВ) был проведен скрининг различных материалов для защиты конструкций систем водоотведения при их ремонте и восстановлении. Приоритет отдавался материалам, производимым на территории Украины: керамическим изделиям Харьковского плиточного завода и профилированному полиэтилену, изготовленному из отходов производства Харьковского завода «Южкабель».
Испытание защитных покрытий бетона в натурных условиях
Железобетонные сборные элементы, покрытые профилированной полиэтиленовой пленкой, успешно прошли испытания в натурных условиях на шахтном стволе канализационного коллектора ХТЗ.
Испытание в коллекторе продолжались более 16 месяцев. Концентрация сероводорода в коллекторе превышала нормативную в 6-30 раз (60 - 300 мг/м2), а рН пленочной конденсатной влаги имел значения ниже 2,0. В этих условиях полиэтиленовое покрытие не претерпело существенных изменений. На основании проведенных исследований, институт «УкркоммунНИИпрогресс» рекомендовал применение профилированной полиэтиленовой пленки для защиты от коррозии коллекторов глубокого заложения.
В настоящее время на базе ГКП ХКОВ прорабатывается возможность изготовления профилированного полиэтиленового листа с армирующими ребрами из полимерных отходов, содержание которых в составе бытовых отходов г. Харькова в виде полиэтиленовой упаковки, тары и одноразовой посуды достигает 8 % [5, 6].
Технология производства полиэтиленового листа с армированными ребрами
Технология производства таких изделий осуществляется экструзионньм методом с формированием профиля листа посредством продавливания через щелевую головку калибрующих устройств. Технология и оборудование апробированы при изготовлении аналогичных изделий с толщиной листа 1 - 4 мм и шириной до 1000 мм в условиях действующего производства. Полученный листо-
вой материал (рис. 2) в виде рулонов или листов доставляется на место изготовления железобетонных конструкций и помещается на дно опалубки армирующими выступами вверх. В опалубку укладывается бетонная смесь согласно технологии производства железобетонных изделий. С учетом вибрации и пропарки армирующие выступы вклиниваются в монолит железобетонной конструкции. В процессе схватывания и созревания изолирующий лист из вторичных полимеров внедряется в структуру бетона (рис. 2).
Рис. 2. Полиэтиленовый лист с армированными ребрами
При монтаже железобетонной панели изолированная поверхность обращается к агрессивной среде и надежно защищает изделие. Для облицовки действующих конструкций канализационных коллекторов (лотков, панелей перекрытий, сводов и т.д.) данным материалом была разработана технология сварки листов полиэтиленовой пленки на объектах без домонтажного изготовления железобетонных конструкций и ремонта стен шахтных стволов с бетонированием по месту.
Перспективным направлением защиты металлических конструкций инженерных сетей от разрушения в условиях агрессивных сред является создание покрытий с использованием порошковых полимеров [7]. Это дает возможность применять кристаллические полимеры для получения покрытий любой толщины при одноразовом нанесении. Однако отечественные порошковые полимеры невозможно использовать для нанесения покрытий в чистом виде без стабилизаторов, наполнителей и пластификаторов.
Выводы
Испытания полиэтиленовой пленки для антикоррозионной защиты бетона и железобетона в канализационных коллекторах показали высокую надежность этого материала в защите коструктивов от
биогенной сернокислотной агрессии. Для защиты конструкций в сетях водоотведения - шахт и канализационных коллекторов, предлагается использовать специальные листы из профилированного полиэтиленового листа с армирующими ребрами.
Разработана технология облицовки бетонных железобетонных конструкций этими листами.
Предложена технология получения гранул вторичного полиэтилена и изготовления полиэтиленового листа с армированными ребрами из полимерных отходов. Применение такого материала позволит повысить эксплуатационную долговечность бетонных трубопроводов водоотведения их экологическую безопасность экономичным путем при помощи ресурсосберегающей технологии.
Литература
1. Дрозд Г. Я. Повышение эксплуатационной дол-
говечности и экологической безопасности канализационных сетей // Автореф. диссертации на соискание ученой степени докт. техн. наук. - Макеевка, 1998. -36 с.
2. Защита от коррозии, старения и биоповрежде-
ний машин, оборудования и сооружений: Справочник: В 2-х т. / Под ред. А.А. Г ераси-менко. - М.: Машиностроение, 1987. -Т. 1. - 688 с.
3. Юрченко В.А., Бабушкин В.И., Коринько И.В.
Роль микробиологического фактора в эксплуатационной надежности бетонных сооружений водоотведения / Науковий вюник будiвництва. - 2002. - Вип. 19. - С. 248-253.
4. Горох Н.П., Саратов И.Е., Юрченко В.А. По-
лимерные отходы в коммунальном хозяйстве города. - Харьков: ХНАГХ, 2004. -375 с.
5. Технолопчш основи промислово! переробки
вщходав мегаполюа / За ред. Гриценка А.В., Коршька 1.В., Туренка А.М. - Харшв: ХНАДУ, 2004. - 367 с.
6. Поляков К.К., Лайма В.И. Технологии и обору-
дование для нанесения порошковых полимерных покрытий: - М: Машиностроение, 1972. - 196 с.
Рецензент: Э.Б. Хоботова, профессор, д.х.н., ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 12 сентября 2006 г.
