Гидроабразивное изнашивание бетонных обделок канализационных коллекторов

Автор: Куликов Юрий Николаевич

Журнал: Горные науки и технологии @gornye-nauki-tekhnologii

Статья в выпуске: 3, 2014 года.

Бесплатный доступ

Гидроабразивный износ обделок является сложным химико- механическим явлением. В статье рассмотрены параметры, определяющие гидроабразивное изнашивание коллекторных тоннелей. Выявлены факторы, определяющие стойкость бетонов к гидроабразивному изнашиванию.

Бетонная обделка, износ, истираемость, химико-минералогический состав цемента, густота цементного теста, канализационный коллектор

Короткий адрес: https://sciup.org/140230066

IDR: 140230066

Текст научной статьи Гидроабразивное изнашивание бетонных обделок канализационных коллекторов

Согласно литературным данным способность бетонных обделок канализационных коллекторов к гидроабразивному изнашиванию оценивается на основе обработки данных, получаемых из эксперимента. При этом абсолютный износ образцов определяется по формуле:

U= P ~ P ² ■ 100%, (1)

где Р 1 – вес образца до испытания, г; Р 2 – вес образца после испытания, г; S

– площадь истирания.

Интенсивность изнашивания определяется по формуле:

A =U.

t где U – абсолютный износ; t – время изнашивания.

Факторы, влияющие на гидроабразивное изнашивание бетонных обделокможно подразделить на [6]:

активные;

определяющие стойкость бетона к истиранию.

К активным факторам относится :

насыщенность потока абразивом их форма и крупность;

влияние агрессивности среды на износ бетонов.

К факторам, определяющим стойкость бетонов к гидроабразивному изнашиванию, можно отнести:

влияние на гидроабразивный износ активности цементов;

влияние на гидроабразивное изнашивание химико- минералогического состава и тонкости помола цемента;

влияние водоцементного отношения на гидроабразивный износ бетонов;

влияние на гидроабразивный износ бетонов крупности заполнителя.

На величину гидроабразивного износа бетонных обделок коллекторных тоннелей влияет насыщенность потока абразивными частицами, а также их форма и крупность .

Согласно экспериментальным данным [4], гидроабразивный износ бетонных обделок в зависимости от насыщенности потока абразивными частицами носит линейный характер (рис. 1).

Такому же линейному характеру подчиняется зависимость истирания обделок от крупности абразива (рис. 2).

Наличие активной жидкой (агрессивной) среды , в которой находятся взвешенные частицы, приводит к многократному усилению износа бетонной обделки.

Как правило, интенсивность износа бетонной обделки в агрессивной среде в 2 раза выше, чем в нейтральной. Это в полной мере подтверждается литературными данными [1], [2], [3].

Рис. 2. Зависимость износостойкости бетонной обделки от крупности абразива

Рис. 1. Зависимость износа бетона (С, %) от концентрации абразива (К, %)

Так, из табл. 1 следует, что прочность образцов, хранившихся в агрессивной среде, на 20-30% ниже, чем у образцов обычного хранения.Износ бетона в агрессивной среде в первый час происходит гораздо интенсивнее, чем износ бетона в нормальной среде.

Это объясняется глубиной воздействия агрессивного фактора на бетон.

Таблица 1.

Прочность бетона на сжатие в нейтральной среде, МПа	Гидроабразивный износ бетонных образцов в нейтральной среде, г/см²			Гидроабразивный износ бетонных образцов в агрессивной среде, г/см²			Прочность бетона на сжатие в агрессивной среде, МПа
Прочность бетона на сжатие в нейтральной среде, МПа	1 ч	2 ч	3 ч	1 ч	2 ч	3 ч	Прочность бетона на сжатие в агрессивной среде, МПа
9	0,67	0,33	0,18	0,98	0,35	0,15	7
18	0,32	0,17	0,11	0,61	0,27	0,11	14
27	0,17	0,09	0,06	0,29	0,11	0,07	24

При постоянном действии агрессивных сред в коллекторе можно ожидать усиления истираемости во времени за счет проникания агрессивной среды в бетон.

Износостойкость лотка бетонной обделки при его механическом истирании зависит от прочности раствора, содержащегося в бетоне. Повышение В/Ц увеличивает износ бетона. Износ бетона в агрессивных средах в 2 раза выше, чем в нейтральной среде (при соответствующих условиях).

Из вышесказанного следует, чтобы уменьшить гидроабразивный износ бетонной обделки коллекторного тоннеля в агрессивных средах необходимо, прежде всего, повысить ее плотность и водопроницаемость. Плотный и водопроницаемый бетон в основном подвергается только поверхностной коррозии. Кроме того, для увеличения стойкости бетона к агрессивные средам целесообразно защищать бетон разнообразными покрытиями (эпоксидными, битумными смолами и др.).

Активность цементов оказывает существенное влияние как на прочность, так и на гидроабразивный износ бетонных обделок. С увеличением активности цемента увеличивается сопротивляемость бетонов на износ (рис. 3).

Одним из основных факторов, влияющих на гидроабразивную стойкость бетонных обделок канализационных коллекторов, является химико-минералогический состав цемента . Известно также, что тонкость помола цемента оказывает определенное влияние на это качество[5].

Исследованиями И.Н. Ахвердоваи Ю.Н. Куликова доказано, что эти параметры цемента интегрально выражаются через нормальною густоту цементного теста – К _н.г. , поэтому при исследованиях были приняты цементы, отличающиеся по К _н.г. [5] (табл. 2).

Таблица 2.

Вид цемента	Активность R 28 , МПа	К н.г.	Относительная износостойкость	Предел прочности бетона на сжатие, МПа
I	40	0,277	0,16	23
II	40	0,305	0,43	19
III	40	0,260	0,11	28

Сл

Рис. 3. Зависимость износостойкости бетонной обделки (С, %) от активности цемента R 28

^5*

^J oi jms o»z амз к_мР

Рис. 4. Зависимость износостойкости бетонной обделки от коэффициента нормальной густоты К н.г.

Как следует из табл. 2 и полученного графика (рис. 4) с уменьшением нормальной густоты цементного теста износостойкость образцов падает. Следовательно, при проектировании износостойких бетонных обделок канализационных коллекторов необходимо применять цементы с пониженными значениями нормальной густоты.

Водоцементное отношение (В/Ц) также оказывает существенное влияние на способность бетонных обделок коллекторных тоннелей к истиранию. Так, согласно исследованиям [3], [4], отраженным в табл. 3, следует, что с увеличением водоцементного отношения В/Ц растает износ образцов.

Таблица 3.

№ п/п	Коэффициент нормальной густоты К н.г •	В/Ц	Крупность заполнителя, мм	Относительная износостойкость, %
1.	К н.г	0,260	-	0,110
2.	1,2 К н.г	0,512	-	0,125
5.	1,4 К н.г	0,564	-	0,150
4.	1,6 К н.г	0,416	-	0,195
5.	1,8 К н.г	0,468	-	0,225
6.	2 К н.г	0,520	-	0,275
7.	К н.г	0,560	0,15	0,090
8.	1,4 К н.г	0,450	0,15	0,109
9.	1,6 К н.г	0,550	0,15	0,155
10.	2 К н.г	0,620	0,15	0,225
11.	К н.г	0,550	0,30	0,080
12.	1,4 К н.г	0,450	0,30	0,110
13.	1,6 К н.г	0,480	0,30	0,170
14.	2 К н.г	0,590	0,30	0,190
15.	К н.г	0,506	0,60	0,060
16.	1,4 К н.г	0,410	0,60	0,105
17.	1,6 К н.г	0,452	0,60	0,140
18.	2 К н.г	0,566	0,60	0,170
19.	К н.г	0,500	1,20	0,660
20.	1,4 К н.г	0,400	1,20	0,080
21.	1,6 К н.г	0,450	1,20	0,125
22.	2 К н.г	0,560	1,20	0,150

Применение низких водоцементных отношений порядка К _н.г , 1,2 К _н.г приводит к повышению прочности и износостойкости образцов. В то же время низкое В/Ц приводит к получению более жестких смесей, требующих интенсивной проработки. Повышение водоцементного отношения ведет к ослаблению клеющей способности цемента и повышению пористости, тем самым, облегчая отрыв зерен от массы. Следовательно, проектируя износостойкие бетонные обделки, необходимо стремиться к получении бетонов с малым В/Ц отношением.

Гидроабразивный износ бетонных обделок коллекторных тоннелей зависит от размеров заполнителя. Если в качестве мелкого заполнителя рассмотреть фракционированный песок 0,15; 0,3; 0,6; 1,2 и принять В/Ц в зависимости от коэффициента нормальной густоты цементного теста плюс вода, необходимая для смачивания зерен крупного и мелкого заполнителя, то получится следующий результат (табл. 4).

Таблица 4.

№ п/п	Фракции мелкого заполнителя	Цемент, кг	Песок, кг	Вода, мм	В/Ц	Относительная износостойкость, %
1.	0,00	1	-	305	0,305	0,475
2.	0,15	1	2	425	0,425	0,400
3.	0,30	1	2	385	0,385	0,350
4.	0,60	1	2	352	0,352	0,290
5.	1,20	1	2	346	0,346	0,230

Как следует из табл. 4, увеличение крупности мелкого заполнителя (фракции от 0,15 до 1,2 мм) ведет к повышению износостойкости бетонных обделок в 2 раза. Подобное повышение износостойкости бетонных обделок можно объяснить тем, что с увеличением размеров зерен мелкого заполнителя поверхность цементного камня уменьшается, а он, как известно, менее стоек к гидроабразивному износу [5]. Следовательно, при проектировании износостойких бетонных обделок коллекторных тоннелей необходимо применять крупнозернистые пески, обладающие повышенной твердостью.

Аналогично для крупного заполнителя (табл. 5): с увеличением крупности заполнителя увеличивается стойкость бетонных обделок канализационных коллекторов к гидроизносу.

Таблица 5.

№ п/п	Крупность заполнителя	Расход материала, кг		В/Ц	Относительная износостойкость, %
№ п/п	Крупность заполнителя	Цемент	Щебень	В/Ц	Относительная износостойкость, %
1.	3	1	2	0,34	0,21
2.	5	1	2		0,18
3.	7	1	2		0,15
4.	10	1	2		0,11

Список литературы Гидроабразивное изнашивание бетонных обделок канализационных коллекторов

Материалы международной конференции «Долговечность и защита конструкций от коррозии». -М., 1999. -652 с.
Мощанский Н.А., Путляев И.Е. Защита эпоксидными мастиками от коррозии железобетонных резервуаров для промышленных стоков. -М., 1965.
Отчет о научно-исследовательской работе «Совершенствование техники и технологии сооружения коллекторных тоннелей с целью 175 повышения скорости проходки, производительности труда и снижения стоимости работ». -М.: МГИ, 1974.
Куликов Ю.Н. Совершенствование обделок самотечных канализационных коллекторных тоннелей в части повышения их несущей способности, водонепроницаемости и износостойкости. Отчет. -М.: МГИ, 1977-1978.
Куликов Ю.Н. Материалы конструкций подземных сооружений. -Инструкция и методические указания. -М.: МГГУ, 1990.
Куликова Е.Ю.Моделирование влияния дефектов конструкций коммунальных тоннелей на химическое загрязнение окружающей среды.//Горный журнал, 2002. -№9. -С. 76-79.

Статья научная