Полимерсиликатные композиции для защиты от коррозии конструкций и инженерных систем сельскохозяйственных зданий

Актуальность. В настоящее время в Российской Федерации функционируют более 1600 крупных и более 500 тысяч мелких животноводческих предприятий, птицефабрик с подстилочным и бесподстилочным содержанием животных и птицы. Ежегодно объемы производства жидкого, полужидкого навоза, помёта, навозных и помётных стоков в хозяйствах страны превышает 165 млн. тонн. При этом около половины навоза не используется, загрязняя территории. Развитие агропромышленного комплекса в большинстве случаев сопровождается наличием отходов производства, многие из которых представляют собой значительные вредности не только для окружающей среды, но и для самих зданий и сооружений сельскохозяйственного назначения. Особенно остро этот вопрос стоит в зоне эксплуатации животноводческих объектов. Так, известно, что средняя ферма на 1500−2000 коров ежегодно выделяет не менее 50−70 тысяч тонн отходов. При этом навоз чаще всего складируется вблизи фермы или на её территории рядом со зданиями.

Ещё более печальная картина вырисовывается при строительстве и эксплуатации новых крупных животноводческих комплексов, возводимых по инициативе бизнесменов и руководителей, не являющихся специалистами и далёких от сельскохозяйственного производства. Так, возведенный во Владимирской области, свинокомплекс на 100 тыс. голов (1-ая очередь) ввиду отсутствия полей утилизации для сброса навоза, не продолжил своё расширение — возведение второй очереди на 200 тыс. голов свиней. Кроме того, за время эксплуатации первой очереди при неправильном подходе к организации технологического обеспечения были приведены в негодность инженерные объекты и транспортные коммуникации. Такие же негативные примеры проявляются повсеместно: выходят из строя лотки и каналы навозоудаления, полы в проходах и в стойлах, напорные трубопроводы, отстойники, навозожижеприемники и очистные сооружения.

Всё это приводит к значительным экономическим потерям, к снижению эффективности производства, к ухудшению экологической обстановки вокруг производственных сельскохозяйственных зон.

Учитывая высокую степень агрессивности навоза, который, находясь в массе, позволяет сохраняться в течение длительного времени патогенным микроорганизмам, следует отметить его опасность для окружающей среды. Так, бактерии туберкулеза в навозе сохраняют свою активность в течение 25 лет, бациллы сибирской язвы -60 лет, сальмонеллы брюшного тифа — 3 года, вирус ящура, сальмонеллы паратифов, яйца аскарид и др. не менее двух лет. Используя навоз в избыточном количестве, в почву поступает большой объем тяжелых металлов, среди которых свинец, цинк, медь, кадмий, никель, хром и др. Кроме навоза и навозных стоков свой вклад в агрессивность среды животноводческих помещений вносят продукты гниения кормов и различные дезинфицирующие средства. Всё это отрицательно воздействует на микроклимат вокруг сельскохозяйственных предприятий, на здоровье людей и животных, на качество сельскохозяйственной продукции. Учитывая тот факт, что большинство животноводческих объектов, в том числе полы, лотки, каналы, отстойники, очистные сооружения и навозохранилища возведены из бетона и железобетона, который наиболее интенсивно разрушается под воздействием агрессивных сред животноводческих помещений, основной упор в наших исследованиях был сделан на защиту бетонных и железобетонных элементов и частей зданий.

Диссертационное исследование выполнялось по программе «Комплексное использование минерального сырья», в рамках общероссийской программы 01.87.0.001.003 Минсельхоза Российской Федерации: тема ХГУ «Разработать методы повышения долговечности и эффективности работы строительных конструкций сельскохозяйственных зданий и сооружений» и по программе 5.02 «Экология, охрана окружающей среды Сибири» в период 1995 — 2009 г. г. и в соответствии с научно-технической программой Новосибирского государственного аграрного университета «Создание и опытно-промышленное освоение новых энергосберегающих технологий и техники модульного исполнения для производства строительных материалов из местного сырья и промышленных отходов». Исследования проведены в научных лабораториях СО РАН, Новосибирского государственного аграрного университета, НПО «СибГЕО», испытательного центра СибНИИстроя и др.

Цель работы: создание научных основ формирования, разработка составов и технологии устройства защитных полимерсиликатных композиций комплексного спектра действия и применения для антикоррозионной защиты бетонных и железобетонных конструкций и повышения их эксплуатационных характеристик в зданиях и сооружениях сельскохозяйственного назначения.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие основные задачи:

1. Произвести анализ причин коррозионного разрушения строительных конструкций и инженерных систем сельскохозяйственных зданий и сооружений. Дать оценку прочностных свойств и коррозионной стойкости традиционных материаловконструкций, используемых в сельском строительстве.

2. Определить основные закономерности формирования структуры малопроницаемых композиционных материалов с различными минеральными наполнителями для использования в защитных пропитках и облицовках каналов навозоудаления и других частей животноводческих зданий.

3. Осуществить комплекс лабораторных исследованийобразцов, стендовые и полигонные испытания экспериментальных защитных покрытий для определения зависимости прочностных, де-формативных свойств и коррозионной стойкости разработанных полимерсиликатных композиционных материалов от структурообразующих и технологических факторов при воздействии эксплуатационных нагрузок.

4. Произвести оценку предлагаемых методов защиты разрушаемых мест в бетонных и железобетонных конструкциях сельскохозяйственных объектов на контактных поверхностях «полимерсиликат-ная защита — бетон» и разработать способы повышения адгезии.

5. Выработать методические принципы расчета оптимальной степени наполнения полимерсиликатных композиций для применения в различных условиях эксплуатации и при различной степени разрушения защищаемых элементов с заранее заданными свойствами, а также разработать выработать методы прогнозирования долговечности поверхностного предлагаемых защитных покрытий.

6. Разработать технологию нанесения коррозионностойких защит-' ных покрытий для элементов строительных конструкций и частей зданий сельскохозяйственного назначения. По разработанной технологии организовать опытное производство защитных композиций на предприятиях.

7. Произвести оценку технической и экономической эффективностей применения коррозионностойких к агрессивным средам животноводческих помещений покрытиям.

Научная новизна.

1. Из числа монои бинарных защитных композиций (латекс, поливинилацетат, ПВА, латекс + жидкое стекло, ПВА + жидкое стекло и др.) наиболее высокие свойства имеют составы, включающие дисперсию ПВА (40−60%), жидкое натриевое стекло (25−35%) и воду (до 15%).

2. Для снижения усадки и напряженного состояния полимерсиликатных защитных покрытий целесообразно введение в их состав минеральных наполнителей, наиболее эффективными из которых являются портландцемент, отходы асбестоцементного производства и минеральный технический продукт «дегидрол».

Суммарное оптимальное количество минеральной добавки составляет 30%.

3. Совместное введение в качестве добавки отходов асбестоце-ментного производства (8−12%) и дегидрола (6−10%) обеспечивает хорошее проникновение защитного покрытия вглубь конструкции, его высокую адгезию к основанию и хорошую эксплуатационную стойкость защитного покрытия.

4. Использование полимерсиликатной композиции, содержащей % масс.: 70−72 дисперсии ПВА с жидким стеклом, 15−17 отходов асбестоцементного производства и 12−14% дегидрола позволяет получать защитные покрытия, имеющие усадку — 0,5−0,7%, водопоглощение — 0−4-0,6%, морозостойкость — более 300 цикловадгезию к бетонному основанию 2,5−4,8 МПа и высокую химическую стойкость.

Практическое значение.

1. Предложены составы" полимерсиликатных покрытий, обеспечивающих надежную защиту от коррозии бетонных, железобетонных и каменных частей и конструкций зданий и сооружений сельскохозяйственного назначения.

2. Предложена технология нанесения полимерсиликатных защитных покрытийразработаны и утверждены рекомендации технические условия ВТУ 279−3306 «Антикоррозионные защитные покрытия для сооружений и коллекторов на сельскохозяйственных и производственных объектах».

3. Разработаны и внедрены прогрессивные методы реконструкции и ремонта зданий и сооружений с использованием полимерсиликатных наполненных и ненаполненных композиций, что обеспечивает значительное уменьшение межремонтных периодов, сокращение трудовых, материальных и энергетических затрат, сохранение строительных конструкций.

4. Осуществлено опытно-производственное внедрение результатов исследования на сельскохозяйственных и производственных объектах, животноводческих комплексах Новосибирского района Новосибирской области.

Достоверность основных положений и выводов диссертации, определяется большим объемом экспериментальных данных с использованием современных методов научного исследования на аттестованном оборудовании. Вработе использованы такие методы анализа материалов, как рентгенофазовый, дериватографический, порометрический, фотоэлектроколориметрический, микроструктурный и другие, а также математическое планирование эксперимента. На защиту выносятся:

— экспериментальное обоснование по формированию защитных по-лимерсиликатных композиций с добавкаминаправленного? действия, обеспечивающими высокую проницаемостьи антикоррозионные качества защищаемым конструкциям в условиях воздействия агрессивных сред сельскохозяйственного производства;

— установленные возможности регулирования усадочных и внутренних напряжений путем введения минеральных дисперсно-армирующих добавок, что обеспечивает высокую проницаемость и адгезию между бетонным основанием и защитным покрытием;

— взаимосвязь между технологическими особенностями процесса защиты строительных конструкций и частей сельскохозяйственных зданий и сооружений с рецептурными и другими параметрами прииспользовании в качестве, специальных добавок дегидрола и отходов асбестоце-ментного производства, позволяющими регулировать свойства, как самих составов, так и защищаемых бетонов и каменных материалов;

— результаты исследования основных свойств контактных слоев, в системе «защищаемая конструкция. — полимерсиликатная композиция» в широком диапазоне составов и защищаемых материалов;

— результаты опробования и внедрения разработанных составов в производственных условиях, а также технико-экономическую оценку разработанной технологии защиты бетонных и каменных материалов от коррозионного разрушения.

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертационной работы докладывались на ежегодных научно-технических Международных, общероссийских, региональных и межвузовских конференциях и семинарах в Г. Г. Новосибирске, (НГАУ, НГАСУ, «СтройСибе» на Сибирской Ярмарке), Томске, Казани, Одессе на Международных научных семинарах и конференциях по новым строительным материалам и Моделированию в строительном материаловедении в 2006 — 2011 г. г. Основные результаты научных исследований опубликованы в монографии и 8 статьях, в том числе — 1 в изданиях, рекомендуемых ВАКпо результатам проведенной работы оформлена заявка на патент.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Опытно-производственное внедрение результатов исследований осуществлялось на сельскохозяйственных и производственных объектах, животноводческих фермах Новосибирского района Новосибирской области в подразделениях и производственных участках «Компании НЭП». С этой целью были выработаны данные рекомендации по устройству антикоррозионного защитного покрытия для сооружений и коллекторов на сельскохозяйственных и производственныхобъектах, а также Временные Технические Условия ВТУ 279−3306 «Антикор-розионные защитные' покрытия для сооружений и коллекторов на сельскохозяйственных и производственных объектах», согласованные технологической службой предприятия и утвержденные генеральным директором ЗАО «Компания НЭП». В результате обследования после эксплуатации, в течение трех лет нарушений целостности, отслоения и следов коррозиине обнаружено, что отмечено в актах обследования специалистов аграрного университета совместно с работниками ЗАО «Компания НЭП». Отбор проб показал, что защитные, полимерсиликатные покрытия имеют низкую пористость, практическую непроницаемость, высокую прочность и хорошую адгезию к бетонному основанию.