ВЛИЯНИЕ МИНЕРАЛЬНОГО И РАСТИТЕЛЬНОГО МАСЛАНА ДЕФОРМАТИВНЫЕ СВОЙСТВА БЕТОНА

Полный текст

Введение Изучению изменения деформаций бетона и железобетона под влиянием различных факторов посвящены ряд исследований, результаты которых представлены в работах российских и зарубежных авторов. В публикациях представлены выявленные особенности усадочных деформаций бетона. Однако закономерностей формирования деформаций бетона, пропитанного маслянистыми жидкостями, выполненными ранее исследованиями не выявлено. В результате исследования влияния растительного и минерального масла, а также нефтепродуктов на физико-механические свойства бетона установлены закономерности их изменения. Влияние маслянистых жидкостей на свойства бетона в свете современных исследований Бетонные и железобетонные несущие конструкции промышленных зданий характеризуются большой надежностью, которую невозможно оценить на осно- ве анализа статистических данных об отказах, как в электронике или машиностроении. Негативное воздействие масла на бетон и железобетон приводит к снижению надежности несущих промышленных зданий соответствующего назначения. Исследованиями Даркенес А., Маиа Л., Салау М.А. и др. [8; 12; 14] установлены закономерности формирования усадочных деформаций бетона, а также деформаций ползучести. Исследованы деформации бетона в раннем возрасте и при длительных нагрузках на бетон высокой прочности и с дополнительными минеральными добавками. Исследованиями влияния на бетон таких масел и нефтепродуктов, как минеральное масло И-30, топочный мазут, дизельное топливо, осветительный керосин, бензин А-80 [1] выявлены особенности изменения его деформативных свойств, заключающихся в том, что при осевом сжатии продольные деформации уменьшаются, а поперечные увеличиваются. Однако в представленных работах влияние растительного масла на свойства бетона не отражены. Пермяковой В.В. и др. выявлены особенности влияния отработанного машинного масла на структурные изменения бетонных и железобетонных конструкций [2], а также отмечено существенное отличие характеристик бетона, пропитанного свежим и отработанным машинным маслом. Вязкость отработанных минеральных масел отличается от вязкости свежих. В связи с этим изменение физикомеханических характеристик бетона целесообразно рассматривать с учетом этой особенности [7]. Негативное влияние нефтепродуктов на бетон проявляется в том, что прочность на осевое сжатие снижается на 17% для обычного бетона, а для высокопрочного - на 11,8% [9]. Исследованиями [16; 17] также выявлено негативное воздействие минерального масла и нефтепродуктов на цементный камень. Механическое поведение бетона находится под влиянием минерального масла, находящегося в порах цементного камня. Ключевую роль в формировании сопротивления сжатию пропитанного минеральным маслом и нефтепродуктами играют пористость и проницаемость [11]. Минеральное масло, нефтепродукты и вода оказывают не одинаковое влияние на физико-механические характеристики пропитываемого бетона. Исследованием Матти М.А. [13] установлено увеличение модуля упругости бетона, пропитанного сырой нефтью, на 8-10% по сравнению с контрольными образцами, а пропитанного водой - на 10-15%. Это связано со смазывающей способностью маслянистых жидкостей. Нефтепродукты оказывают негативное влияние на конструкции бетонных и железобетонных резервуаров нефтехранилищ [10; 15]. Исследованиями влияния масла и нефтепродуктов на деформативные свойства бетона [3] установлены закономерности влияния вязкости нефтепродуктов на деформативность пропитанного ими бетона. Негативное воздействие масла и нефтепродуктов на деформативные и прочностные свойства бетона оказывают влияние на надежность несущих конструкций промышленных зданий [4]. В результате выполненного исследования предложены концептуальные основы количественной оценки технического состояния несущих бетонных и железобетонных конструкций, пропитанных нефтепродуктами. Анализ публикаций научно-технической информации показывает, что в настоящее время влияние растительного масла на бетон исследовано не в полной мере. Это сдерживает возможности решения задач оценки надежности несущих бетонных и железобетонных конструкций промышленных зданий, в которых производят или используют растительное масло. Материалы К исследованию приняты: а) контрольные образцы - 3 ед.; б) образцы, пропитанные нефтепродуктами: минеральное масло И-30 с условной вязкостью 15° Е - 5 ед.; в) образцы, пропитанные: оливковым маслом с условной вязкостью 5,92° Е - 5 ед.; кукурузным маслом с условной вязкостью 4,1° Е - 5 ед. Условная вязкость нефтепродуктов принята по справочным данным [6]. Условная вязкость растительных масел определена по таблице перевода секунд Сейболта в градусы Энглера [5]. Это позволило использовать единый методический подход к определению влияния маслянистых жидкостей на физико-механические свойства бетона в несущих конструкциях промышленных зданий. Оборудование Приготовление цементно-песчаного раствора выполнено в бетоносмесителе БЛ-10. Для уплотнения образцов использован вибростол лабораторный ВМ-6.4. Твердение и набор прочности образцов осуществлены в камере нормального твердения с поддержанием относительной влажности воздуха не ниже 80%. Исследование образцов на осевое сжатие выполнено на испытательном прессе 50 кН. Изготовление и хранение образцов В соответствии с планом эксперимента изготовлены образцы из цементнопесчаного раствора в виде кубиков размером 7×7×21 см. Кубики выдержаны в течение 28 суток в камере нормального твердения. По истечении срока нормального твердения контрольные образцы направлены на испытание. Для насыщения образцы помещены в емкости, которые заполнены растительным и минеральным маслом, соответственно. В указанных условиях образцы выдержаны в течение 7 месяцев при комнатной температуре от 16 до 24 °С. По мере поглощения масло доливали в емкости. На рисунке 1 представлен момент подготовки образцов к насыщению растительным маслом. Рис. 1. Подготовка образцов к насыщению растительным маслом Методика экспериментального исследования Исследование выполнено на основе анализа, обобщения и оценок экспериментальных данных о влиянии растительного, минерального масла и нефтепродуктов на физико-механические свойства бетона. В рамках экспериментального исследования определены продольные ε прод и ε поп деформации контрольных и пропитанных маслянистыми жидкостями образцов. Математическая обработка экспериментальных данных выполнена по известным методикам математической статистики. Это позволило получить статистически значимые результаты экспериментов с надежностью не ниже α = 0,90. На основе анализа средних значений вычислены коэффициенты поперечной деформации ν = ε поп / ε прод и дифференциальные коэффициенты поперечных деформаций Δν при уровнях напряжения σ / R пр = 0,07-0,94. Использование представленных материалов для экспериментального исследования, а также методов математической обработки и анализа полученных данных позволило уточнить причинно-следственные связи в аспекте влияния маслянистых жидкостей на физико-механические свойства пропитанного ими бетона. Исследование влияния растительного и минерального масла на физикомеханические свойства пропитанного ими бетона Маслянистые жидкости, производимые или используемые в промышленных зданиях, попадают на несущие бетонные и железобетонные конструкции и постепенно их пропитывают. Это приводит к существенному изменению физикомеханических характеристик материала и к возможному увеличению вероятности проявления деструктивных процессов. В рамках экспериментального исследования выявлены причинно-следственные связи изменения деформативных характеристик пропитанного минеральным и растительным маслом бетона. Установлено, что маслянистые жидкости с различной вязкостью не одинаково влияют на изменение деформативных свойств бетона. Индустриальные и растительные масла являются несжимаемыми жидкостями, заполняющими поры пропитываемого бетона. При осевой нагрузке масло, содержащееся в порах, служит дополнительным сопротивлением к сжатию. Этим объясняется соотношение продольных деформаций контрольных и пропитанных маслом образцов. Поперечные деформации образуются под действием распора масла содержащегося в порах бетонных образцов. В результате такого воздействия цементный камень распирается и разрушается в поперечном направлении, что приводит к образованию соответствующих деформаций. На рисунке 2 представлены изменения деформаций в относительных единицах средних значений экспериментальных данных. Анализ кривых показывает, что изменение коэффициентов поперечной деформации (ν) и дифференциальных коэффициентов поперечной деформации (ν) образцов, пропитанных индустриальным маслом И-30, оливковым и кукурузным маслом, а также контрольных образцов сопоставимы по закономерности изменения. Рис. 2. Зависимость коэффициентов поперечной деформации от уровня напряжения осевого сжатия: а - коэффициент поперечной деформации; б - дифференциальный коэффициент поперечной деформации Коэффициент поперечной деформации и дифференциальный коэффициент поперечной деформации образцов, пропитанных маслом, больше чем у контрольных образцов в среднем на 158% и на 137%, соответственно. Совокупность признаков позволяет считать, что пропитывающее бетонные образцы масло оказывает влияние на его деформативные свойства При этом значения коэффициентов поперечной деформации и дифференциальных коэффициентов поперечной деформации пропитанных маслом образцов отличаются между собой и не одинаковы для каждого вида масла. Отличие абсолютных значений составляет от 7% до 26%. Это следствие влияния масел с различной вязкостью. Таким образом, важным фактором, влияющим на физико-механические свойства бетона, служит вязкость пропитывающего его масла. Анализ результатов экспериментального исследования показывает, что маслянистые жидкости, пропитывающие бетон, оказывают на его физико-механические характеристики негативное воздействие, которое существенно зависит от их вязкости. Изменение первоначальных свойств материала может привести к снижению технической безопасности несущих конструкций, из которого они сделаны. В связи с этим изменения строительных свойств бетонных и железобетонных конструкций необходимо учитывать при проектировании несущих элементов промышленных зданий, где используются или производятся маслянистые жидкости. Это позволит предотвратить преждевременные и непредвиденные разрушения, а также возникновение чрезвычайных ситуаций. Заключение Предотвращение аварий и чрезвычайных ситуаций является одной из важнейших научно-технических задач проектирования, строительства и эксплуатации промышленных зданий, где производят или применяют в технологических процессах маслянистые жидкости: растительные масла, минеральные масла, мазут, которые попадают на фундаменты под оборудования, на несущие конструкции и постепенно пропитывают их. Это обусловливает увеличение вероятности появления деструктивных процессов в несущих бетонных и железобетонных конструкциях промышленных зданий и риск их разрушения различной степени тяжести. В результате теоретических и экспериментальных исследований установлены закономерности изменения физико-механических характеристик бетона и железобетона в зависимости от вязкости пропитывающих маслянистых жидкостей. Установлено, что влияние на деформативные свойства бетона зависит от вязкости пропитывающих маслянистых жидкостей. Полученные результаты исследования могут быть использованы в практических целях для предотвращения чрезвычайных ситуаций на промышленных зданиях, где производят растительное или минеральное масло, а также применяют нефтепродукты в технологических процессах.

Об авторах

А П Свинцов

Российский университет дружбы народов

Автор, ответственный за переписку.
Email: engjournalrudn@rudn.university
ул. Миклухо-Маклая, 6, Москва, Россия, 117198

Т СФ Гамал

Российский университет дружбы народов

Email: engjournalrudn@rudn.university
ул. Миклухо-Маклая, 6, Москва, Россия, 117198

Е Е Шумилин

Российский университет дружбы народов

Email: engjournalrudn@rudn.university
ул. Миклухо-Маклая, 6, Москва, Россия, 117198

Список литературы