И. В. РУССУ, канд. техн. наук, доц. (Кишиневский технический университет Молдовы), Повышение долговечности бетона перерабатывающих предприятий агропромышленного комплекса
Интенсивное коррозионное разрушение бетона конструкций зданий, сооружений и оборудования предприятий по переработке фруктов, овощей и другого сельскохозяйственного сырья вызвано в основном воздействием на него растворов органических кислот, сахара и соли, различных микроорганизмов, присутствующих в пищевых продуктах, меняющегося температурно-влажностного режима. Особенно интенсивно разрушаются железобетонные резервуары,используемые для переработки (сбраживания, купажирования, настаивания) и хранения пищевых продуктов, бункера для приема сырья, приямки для сбора различных стоков, фундаменты, полы, колонны, конструкции очистных сооружений, жомовых ям сахарных заводов и др.
Наиболее интенсивному коррозионному разрушению подвергается бетон под воздействием овощных консервов (pH = 3,7..4,4), овощных маринадов (pH < 3,7) и фруктовых соков. Последние характеризуются содержанием органических кислот, в пересчете на яблочную, в пределах от 0,2 до 3,7 % по объему и содержанием сахара от 8 до 20 % по массе.
Согласно нормативным документам [1], водные растворы органических кислот концентрацией свыше 0,05 г/л относятся к сильноагрессивным по отношению к бетону, и для противокоррозионной защиты конструкций на его основе рекомендуется применение толстослойных лакокрасочных покрытий.
Применяемые в настоящее время покрытия не обладают достаточными защитными свойствами (не одинаковый с бетоном коэффициент линейного расширения, что приводит к их отслоению; низкая трещиностойкость; значительная проницаемость и др.). Как показали натурные наблюдения, разрушение этих покрытий наступает через 1 - 3 сезона эксплуатации. В процессе эксплуатации возможно также и механическое повреждение лакокрасочных покрытий, что приводит к непосредственному контакту бетона с агрессивной средой.
Выполнение ремонта поврежденных участков бетона и лакокрасочных покрытий без остановки переработки сырья недопустимо до окончания сезона из-за возможного загрязнения и ухудшения качества пищевых продуктов. Поэтому бетон должен обладать коррозионной стойкостью, достаточной для обеспечения работоспособности конструкций до окончания сезона переработки сырья и начала межсезонного ремонта.
Увеличение долговечности железобетонных конструкций перерабатывающих предприятий агропромышленного комплекса возможно при условии повышения, в первую очередь, коррозионной стойкости самого бетона и изоляции его поверхности специальными покрытиями для обеспечения дополнительной противокоррозионной защиты.
Цель настоящих исследований заключалась в разработке био- и коррозионностойкого бетона, обладающего повышенной био- и химической стойкостью, низкой проницаемостью через него пищевых сред, причем не влияющего на качество контактирующей с ним продукции. Такой бетон должен обеспечить повышение долговечности конструкций зданий, сооружений и оборудования перерабатывающих предприятий агропромышленного комплекса.
Поставленная цель достигнута решением следующих задач:
- обследованием, изучением и установлением особенностей коррозионного разрушения бетона в условиях перерабатывающих предприятий агропромышленного комплекса;
- обоснованием и выбором ингредиентов состава бетона, которые не влияют отрицательно на качество контактирующей с ними пищевой продукции;
- оптимизацией состава и структуры бетона, что позволяет значительно снизить его проницаемость, повысить его био- и химическую стойкость.
Обследование состояния бетона предприятий по переработке сельскохозяйственного сырья показало, что его коррозия имеет место как при непосредственном контакте с пищевыми продуктами, так и при его отсутствии.
Жидкие пищевые продукты пропитывают бетон, и процесс его коррозии продолжается и при отсутствии контакта. Остатки пищевых продуктов на поверхности бетона и пропитывающие его на некоторой глубине служат питательной средой для развития и жизнедеятельности различных микроорганизмов, которые выделяют продукты метаболизма, в основном органические кислоты. Последние и вызывают коррозию бетона. Полное удаление пищевых продуктов с поверхности бетона и из его пропитанного поверхностного слоя невозможно. Поэтому при наличии благоприятных условий (высокой влажности и температуры 20...40°С) микробиологические процессы бурно развиваются и вызывают интенсивную коррозию бетона.
С целью обеспечения первичной защиты бетона конструкций этих предприятий предложена комплексная добавка, вводимая в бетонную смесь с водой затворения. Ингредиенты добавки допущены (каждый в отдельности) санитарными органами для контакта с пищевыми продуктами. Эти ингредиенты не вступают в химические реакции с составляющими бетонной смеси и между собой, а следовательно не образуют новые химические соединения, которые могли бы ухудшить качество пищевых продуктов.
Для анализа влияния ингредиентов этого комплекса и мультикритериальной оптимизации соотношений между ними был реализован обширный эксперимент, охватывающий как изучение свойств бетонной смеси и бетона в ранние сроки твердения, так и в течение длительного срока эксплуатации.
Эксперимент был выполнен по 18-точечному D-оптимальному плану при нормализации факторов по нелинейным шкалам [2]. Варьировалось содержание (в массовых долях к 100 м.д. цемента, причем нижний уровень - “нет добавки”) четырех индивидуальных добавок: кольматирующей (Х1 < 3,0 - Colmatagic Ad), гидрофобизирующей (Х2 0,03 - Hydrophobic Ad), пластифицирующей (Х3 < 1,2 Plasticizer Ad) и биоцидной (Х4 < 1,0 Biocidic Ad).
Получены квадратичные модели, в которых оставлены только значимые коэффициенты. Так, для прочности при сжатии (RC)K, МПа) через 28 сут нормального твердения получена модель
В областях допустимых решений отображены изолинии третьего свойства - RM3, а также указаны максимальные уровни RC)K мах и RM3 мах. Основным ограничением области допустимых решений в поле Colmatagic - Plasticizer является требование к технологичности смеси - добавка Plasticizer не должна, как правило, превышать среднего уровня (0,9%).
Относительный размер области допустимых решений PF [2,3], изолинии которой отображены на несущем квадрате, имеет тенденцию к расширению по мере одновременного увеличения концентрации добавок Hydrophobic и Biocidic. В этой области оба предела прочности возрастают при введении Plasticizer. При этом Йсж максимальна в области средней концентрации Colmatagic. Она может несколько возрастать при средней концентрации Biocidic. В этом же направлении возрастает RM3 мах, однако она формируется при двух граничных концентрациях Colmatagic - если Biocidic ниже среднего уровня, то нужна повышенная концентрация Colmatagic; если же Biocidic выше среднего-то целесообразна пониженная концентрация Colmatagic.
Оценка коррозионной стойкости образцов с органоминеральной добавкой при их экспозиции в растворы органических кислот (2% - ный раствор лимонной кислоты; 2%-ный раствор уксусной кислоты, содержащей 2% поваренной соли; 1%-ный раствор винной кислоты), имитирующих, соответственно, соки, соления и продукты квашения, сухие вина, заключалась в определении коэффициентов коррозионной стойкости (Ккс).
Эти коэффициенты после экспозиции бетона в модельные растворы в течение двух лет практически не изменились по сравнению с первоначальными.
Бетон разработанного состава был использован при ремонте конструкций зданий,сооружений и резервуаров предприятий пищевой, фармацевтической, легкой и химической промышленности, а целесообразность его применения подтвердилась результатами производственной эксплуатации.
Бетон и железобетон, 2003 №1