О влиянии агрессивных сред на закономерности разрушения асбестоцементных труб

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

О влиянии агрессивных сред на закономерности разрушения асбестоцементных труб

Асбестоцементные трубы уже несколько десятилетий применяются в системах самотечных трубопроводов объектов отведения сточных вод. Эксплуатационная надежность и долговечность труб во многом зависит от структуры асбестоцемента. Асбестоцемент - это вид дисперсноармированного бетона. Асбест в нем выполняет функцию арматуры, равномерно рассредоточенной в материале по объему, а затвердевший цемент образует плотную матрицу, содержащую асбест, а значит как и бетон подвержен коррозии.

Механизм коррозионного разрушения конструкционных материалов в системах водоотведения рядом отечественных и зарубежных специалистов в настоящее время трактуется как результат биогенной сернокислой коррозии [1]. Срок эксплуатации труб в большинстве случаев значительно ниже нормативного. Поэтому необходимо исследовать закономерности разрушения асбестоцемента (с защитными покрытиями и без них) при длительном нагружении в режиме заданных постоянных напряжений и температур, а также влияния различных факторов на истирание материала труб.

Для определения долговечности асбестоцемента подверженного воздействию агрессивной среды применяли экспериментально подтвержденный [2] кинетический термофлуктуационный подход к разрушению твердых тел.

Длительные испытания образцов в виде балочек 1020120 мм проводили при поперечном изгибе в режиме заданных постоянных напряжений () и температур (Т) до и после выдержки (в течение 3 и 7 суток) в серной кислоте 10%-ной концентрации. Данная среда образуется из развития микроорганизмов циклосеры на поверхности коллектора и способна вызвать коррозию, скорость которой достигает более 5 мм/год [3]. В результате испытаний фиксировали время до разрушения (долговечность ) образцов и строили зависимости в координатах и . Пример показан на рис. 1.

Уравнение, описывающее связь долговечности асбестоцемента с напряжением и температурой имеет вид:

, (1)

где - время до разрушения; - напряжение; Т - температура в К; , , , а - физические константы материала: - константа, отражающая период колебания кинетических единиц; - максимальная энергия активации разрушения; - структурно-механическая константа; - предельная температура существования твёрдого тела.

Величины констант определяли графоаналитическим способом из зависимости . Константы и - как координаты полюса (точки пересечения). По равенству для каждой прямой рассчитывали значения эффективных энергий активации. Затем по полученным данным строили график в координатах . При экстраполяции на определяли максимальную энергию активации , а по тангенсу угла наклона прямой величину . Значения всех рассчитанных констант приведены в таблице 1.

Таблица 1. Значения физических и эмпирических констант при поперечном изгибе

Длительное воздействие агрессивной среды приводит к снижению долговечности и изменению физических констант. Так величина незначительно снижается; резко увеличивается , характеризующая эффективность механического поля при действии нагрузки; значительно увеличивается температура полюса . Особенно следует отметить значительное падение величины после выдержки образцов в агрессивной среде, что ранее наблюдалось для ряда конструкционных материалов.

Зная величины физических констант по формуле (1) можно рассчитать долговечность при заданном напряжении и температуре. По полученным значениям констант можно сделать вывод что эти величины уменьшаются с течением времени нахождения образцов в кислоте. Это указывает на отрицательный эффект воздействия серной кислоты на асбестоцемент, снижается его работоспособность (прочность, долговечность, термостойкость).

В связи с этой спецификой воздействия агрессивной среды на трубы, для защиты конструкций необходимы специальные эластичные покрытия, сохраняющие свою целостность в течение всего срока эксплуатации. Сохранность защитных свойств покрытия, как правило, меньше сроков службы асбестоцементных труб и поэтому требуют периодического возобновления.

В исследованиях в качестве защитных покрытий были использованы лак ВВМ-М, эпоксидная смола и пленкообразователь на основе полимера (пенополистирол марки ПСБ, растворенный смесью ацетона и бензина марки А - 76 в соотношении 1:1) [3]. После 3-х и 7-ми суточного замачивания для образцов обработанных покрытиями были получены зависимости логарифма долговечности от прочности, см. рис. 1. Как видно из рисунка характер зависимости сохраняется. Следовательно, для прогнозирования долговечности асбестоцемента после воздействия агрессивной среды при обработке покрытием можно пользоваться формулой (1). Таким образом, термофлуктуационный подход к разрушению асбестоцементных труб позволяет прогнозировать их работоспособность в широком диапазоне нагрузок, температур и времени эксплуатации.

Для изучения процесса истирания поверхности труб проводили испытания на диковой машине МИ-2 [4]. В качестве контртела использовали металлическую сетку и шлифовальную шкурку, как поверхности, моделирующие реальные условия работы труб. Образцы вырезали из стенок трубы в виде кубиков с размерами 101015 мм. Испытания проводили одновременно на двух образцах при различных давлениях прижима.

Скорость износа J рассчитывали по формуле

асбестоцемент бетон труба

J = m/t,

где m - потеря массы образца в результате истирания; t - время истирания. Наибольшее влияние на износ оказывает шлифовальная шкурка и давление 2 кг/см². Испытания проводились также и для образцов покрытых защитными пленками, указанными выше и выдержанных в растворе серной кислоты. Данные см. в табл. 2.

Таблица 2. Степень износа образцов при истирании шлифовальной шкуркой и прижимном усилии в 2 кг/см²

Защитные покрытия значительно снижают износ асбестоцемента. Они создают пленку в 2-3 мм на поверхности образцов, которая обладает хорошей адгезией к асбестоцементу, низкой усадкой при отверждении, низкой вязкостью и высокой скоростью отверждения.

После выдержки образцов в агрессивной среде структура асбестоцемента без покрытия и покрытого лаком ВВМ-М расслаивается. Защитные покрытия в виде эпоксидной смолы и пленкообразователя на основе пенополистирола оказались стойкими к воздействию кислотного раствора. Для увеличения износостойкости асбестоцементных труб необходимо избегать наличия крупных частиц в пропускаемых растворах и обрабатывать внутреннюю поверхность трубы защитными составами, стойкими к воздействию агрессивной среды стоков.

Список литературы

1. В.А. Юрченко, А.Г. Ольгинский. Особенности коррозии бетона в самотечных трубопроводах водоотведения. / Изв. вузов. Строительство. - 2002. - №1-2. - с. 23-26.

2. Кинетическая природа прочности твердых тел. Регель В.Р., Слуцкер А.И., Томашевский Э.Е., Монография. Главная редакция физико-математической литературы изд-ва «Наука», 1974, 560 с.

3. Прошин А.П., Кислицина С.Н. Реологические свойства полимерных композитов // Тезисы докладов III Международной научно-практической конференции «Вопросы планировки и застройки городов», Пенза, 1996. - с. 68.

4. Ратнер С.Б., Ярцев В.П. Термофлуктуационные закономерности истирания полимеров/ Теория трения, износа и проблема стандартизации: Сб. Приокское кн. изд-во. - Брянск, 1978. - с. 150-162.

Размещено на Allbest.ru