Требования к полимерной футеровке бетонных обделок канализационных тоннелей

В настоящее время в распоряжении строителей имеется целый ряд плотных бетонов, однако изучение вопроса показывает, что применение бетонов повышенной плотности не всегда обеспечивает достаточную антикорозийную и гидроабразивную стойкость обделки.

Учитывая это обстоятельство, наиболее целесообразным представляется конструктивное решение вопроса за счет применения покрытий стойких как к агрессивным средам, так и к гидроабразивному изнашиванию.

Особенно стойкими к действию агрессивных сред проявляют термореактивные смолы и полиэтилен, которые находят все большее применение при производстве антикоррозийных работ в промышленном строительстве.

Долговечность покрытий, применяемых при строительстве канализационных коллекторных тоннелей, во многом зависит от ее способности сопротивляться гидроабразивному износу, поэтому изучение износостойкости полиэтилена и покрытий на основе эпоксидных смол является актуальным и требует проведения специальных лабораторных испытаний.

Для исследований были выбраны наиболее применяемые смолы, обладающие небольшой вязкостью и большим количеством эпоксидных групп (18-23%): смолы марок ЭД-20, ЭКС-1; с содержанием летучих не более 1,5% и полиэтилен марки ВП. Из отвердителей для холодного отверждения смол использовался полиэтиленполиамин (ПЭПА), как наиболее реакционноспособный и более дешевый.

Для исследования стойкости покрытий на гидроабразивное изнашивание применялись следующие составы эпоксидных композиций:

• •    эпоксидная смола ЭД-5 отверждаласьполиэтиленполиамином (ПЭПА) (10 весовых частей на 100 весовые части);

• •    эпоксидно-каменноугольная смола отверждалась также полиэтиленполиамином (100 весовых частей на 100 весовых частей).

В качестве наполнителя применяется песок, рассеянный по фракциям 0,15; 0,6; 1,2. Покрытия наносятся слоями на бетонные образцы размером D =41 мм; L =98 мм.

Длительность испытания – 3 часа. В качестве абразива используется речной крупнозернистый песок.

Одновременно с испытанием эпоксидных композиций на гидроабразивное изнашивание проводились испытания на коррозийную стойкость и адгезию покрытия к бетону.

При исследовании стойкости покрытия к различным агрессивным средам применяется весовой метод , который заключается в следующем.

Образцы взвешиваются до погружения в растворы. Через определенные промежутки времени химическая стойкость покрытий определяется по изменению веса образцов в процентах.

Хет = ^{C 1} ~ ^С "100%, (1)

ст где С1 – вес образца после нахождения в агрессивной среде, г; С – вес исходного образца, г.

Адгезия покрытия к бетонной поверхности определяется по методу решетчатого надреза . Метод предназначен для качественной оценки адгезии защитных покрытий к сухому или увлажненному бетону во времени.

Данные испытания полимерных композиций на гидроабразивное изнашивание представлены в табл. 1 [2], [4]. Адгезия полимеров до испытания оценивается в 1 балл.

Таблица 1.

№ п/п	Полимерные композиции на основе	Наполнители фракций, мм	Относительная износостойкость, %	Изменение адгезии песчанополимеров в баллах по часам
				0,5	1	2	3
1.	ЭД-20	-	0,30	1	1	3	-
2.		0,15	0,15	1	1	2	3
3.		0,60	0,08	1	1	2	2
4.		1,20	0,06	1	1	1	1
5.	ЭКС-1	-	0,60	3	-	-	-
6.		0,15	0,30	2	3	-	-
7.		0,60	0,14	1	2	-	-
8.		1,20	0,06	1	1	1	2
9.	Полиэтилен ВП	-	0,01	-	-	-	-

Качественные испытания полимерных композиций на адгезию решетчатым методом показывают их хорошую адгезию к бетонной поверхности. Покрытие совершенно не отслаивается от бетона даже через день после их нанесения. Результаты исследования полимерных композиций на отрыв от бетонной поверхности в первые секунды их нанесения представлены на рис. 1.

Очевидно, что в первые 2 секунды нанесения покрытия на поверхность, когда еще эпоксидная смола представляет собой линейный полимер, взаимодействие композиции с поверхностью обусловлено слабыми адгезионными силами составляющих непрореагировавших между собой компонентов.Затем при сшивке полимера в последующие секунды происходит некоторое затухание в процессе адгезии, т.к. активные центры полимера, функциональные группы, блокируются воздействием отвердителя.

Рис. 1. Зависимость нагрузки отрыва (Р) полимерной композиции от бетонной поверхности обделки во времени:

_____ - обычные условия; _ _ _ - загрязненная поверхность;

х _ х _ х _ - влажная поверхность; . __ . __ - температура поверхности t =+30 °C

Как следует из рис. 1 на процесс адгезии оказывает отрицательное влияние загрязненность и влажность поверхности. Повышение температуры бетонной поверхности до 30 ° С также отрицательно влияет на силы адгезии полимерных составов.

Результаты испытаний эпоксидных покрытий, нанесенных на бетонную поверхность, свидетельствуют об адгезионной связи покрытия с бетоном (табл. 2 [1], [5]).

Как следует из табл. 2, прочность шва, замоноличенного густовязкими мастиками, несколько выше, чем прочность шва при применении низковязких мастик.

При испытании стойкости покрытий к агрессивным средам образцы выдерживаются в 10 %-ом растворе HCl, NaOH и в реальных фекальных массах в течение одного месяца. Результаты испытаний приводятся в табл. 3 [3] и на рис. 2.

Из результатов табл. 2 следует, что наиболее износостойким является полиэтилен (ВП), износостойкость которого в 80 раз выше, чем у обычного бетона. Износостойкость эпоксидных смол в 1,5-2 раза превосходит износостойкость бетонов. Кроме того, смола ЭД-20 более стойка к износу, чем смола ЭКС.

Применение в качестве заполнителя крупнозернистого песка (фракция 1,2) повышает износостойкость композиций, а также адгезию к бетону. Составы эпоксидных смол имеют в данном случае достаточную стойкость к воздействию различных агрессивных сред.

Таблица 2.

№ п/п	Состав полимерного покрытия в весовых частях	Прочность шва, МПа
1.	Эпоксидная смола ЭИС-1+ ПЭПА + карбамидная смола МФС-0,1 + портландцемент класса В 60 (100:10:40:200)	6,1
2.	Эпоксидная смола ЭИС-1 + ПЭПА + карбамидная смола МФС-0,1 + кварцевый песок (100:10:40:200)	3,9
3.	Эпоксидная смола ЭД-5 + ПЭПА + карбамидная смола МФС-0,1 + кварцевый песок (100:15:13:100)	4,4
4.	Эпоксидная смола ЭД-5 + ПЭПА + портландцемент класса В 60 (100:10:100)	5,9
5.	Эпоксидная смола ЭД-5 + ПЭПА + ацетон + портландцемент класса В 60 (100:10:66:100)	2,9
6.	Эпоксидная смола ЭД-5 + ПЭПА + ацетон + горячая вода + портландцемент класса В 60 + бентонит (100:10:25:25:50:12,5)	2,0
7.	Эпоксидная смола ЭД-5 + ПЭПА + ацетон + горячая вода + алебастр (100:10:25:10:75)	5,7
8.	Эпоксидная смола ЭД-5 + ПЭПА + ацетон + горячая вода + портландцемент класса В 60 + бентонит + алебастр (100:10:50:25:75:25:25)	4,2

Таблица 3.

Полимерные композиции	Наполнители: фракции песка, мм	Изменение веса образцов в % через 1 месяц выдержки в агрессивных средах
		Н 2 О	10 %-й раствор NaOH	10 %-й раствор HCl	Фекальные массы
ЭД-20	-	0,43	0,02	0,05	0,09
	0,15	0,51	0,28	0,01	0,07
	0,60	0,49	0,19	0,02	0,10
	1,20	0,50	0,17	0,01	0,10
ЭКС-1	-	0,52	0,03	0,06	0,06
	0,15	0,48	0,34	0,03	0,03
	0,60	0,54	0,26	0,04	0,05
	1,20	0,51	0,19	0,02	0,01

ол

Рис. 2. Износостойкость полимерных покрытий

Поаиатилем Si?

--------1

12 трАмм)

Таким образом, можно сделать следующие выводы:

• 1.    С целью защиты обделки от агрессивного воздействия сред, протекающих по тоннелям необходимо возводить полимерные экраны из термореактивных смол в комплексе с крупным наполнителем (песком), который повышает стойкость к истиранию покрытия в 2-5 раза.

• 2. Одним из вариантов повышения сроков службы обделки коллекторного тоннеля, является возведение полиэтиленового экрана в лотковой части, стойкость которого к истиранию в 80 раз выше, чем у обычного бетона.

• 3.    Покрытие бетонных и железобетонных обделок коллекторных тоннелей футеровкой на основе эпоксидной смолы позволяет многократно снизить их истираемость и водопроницаемость. При этом густовязкие мастики должны быть эффективны для повышения долговечности лотковой части тоннелей и для заделки технологических швов.