ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦОВ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА БИОСТОЙКОСТЬ В МОДЕЛЬНЫХ СРЕДАХ

Полезная модель относится к области испытаний строительных материалов, в частности к установкам для испытания образцов стандартных размеров на биостойкость.
Известно устройство для испытания строительных материалов на биостойкость в модельных агрессивных средах (патент РФ №2471188, Б. №36, 27.12.12), представляющее собой емкость, сделанную из материала, стойкого к воздействию микроорганизмов, на дно которой укладывались образцы строительных материалов, при условии исключения контакта образцов друг с другом. В устройство заливалась слабоагрессивная среда так, чтобы верхняя кромка среды была выше верхней грани образцов. Затем емкость герметично закрывалась и образцы выдерживались при комнатной температуре в течение 28 суток. Модельная среда представляла собой смесь ряда одно-, двух- и трехосновных карбоновых кислот, являющихся продуктами метаболизма микроорганизмов. По окончании экспозиции образцы высушивались до постоянной массы и взвешивались. Биостойкость материалов определялась по коэффициенту их химической стойкости, характеризующему изменение прочности образцов на сжатие и изгиб до и после экспозиции в модельной среде.
Однако это устройство имеет ряд недостатков:
- отсутствие возможности определения кинетических параметров процессов биоповреждения строительных материалов;
- невозможность фиксирования температуры и pH модельной среды на постоянном уровне;
- отсутствие возможности автоматической регистрации и записи параметров модельной среды (температуры и pH);
- отсутствие возможности ускорения процессов биоповреждения строительных материалов за счет подогрева модельной среды и ее перемешивания.
В качестве прототипа была выбрана установка (патент РФ №151772, Б. №11, 20.04.2015), представляющая собой испытательную емкость, выполненную из материала стойкого к воздействию микроорганизмов с установленными в донной части образцами, залитыми модельной средой. Испытательная емкость снабжена кассетой, установленной в ее нижней части и выполненной в виде емкости с двойным дном, верхнее из которых имеет отверстия, верхнее и нижнее дно кассеты соединены полосками с образованием спиралевидного канала. В одном углу кассеты установлен поточный электронагреватель модельной среды, имеющий патрубок для поступления модельной среды и отверстия, сообщающиеся с каналом кассеты для подвода в него нагретой модельной среды, в верхней части кассеты закреплена полимерная сетка для фиксации образцов, установка снабжена насосом, всасывающий патрубок которого соединен с патрубком испытательной емкости, нагнетательный патрубок соединен с патрубком электронагревателя, в испытательной емкости установлены датчик температуры и pH-электрод, погруженные в модельную среду и в нижней части испытательной емкости расположен патрубок, соединенный со сливной емкостью, установка снабжена также подпиточной емкостью с электромагнитным клапаном для подачи модельной среды в испытательную емкость, установка снабжена электронным блоком управления, связанным с датчиком температуры, pH-электродом и электронагревателем модельной среды, осуществляющим запись и регулирование основных параметров среды.
Однако это устройство имеет ряд следующих недостатков:
- неравномерность концентраций во всем объеме модельной среды из-за недостаточного перемешивания среды вследствие принудительного движения потока жидкости снизу вверх;
- возможность засорения кассеты-подставки песком и нерастворимыми в воде солями кислот (при испытании бетонных образцов), приводящее к ухудшению процесса перемешивания модельной среды, а при продолжительной работе (более 3-4 суток) - к прекращению процесса перемешивания среды;
- необходимость частой градуировки pH-электрода для обеспечения высокой точности измерений, обусловленное его непрерывной работой и поддержания заданных значений pH.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание устройства для проведения исследований процессов биоповреждения строительных материалов, которое позволяет с высокой точностью измерять и поддерживать pH модельной среды на заданном уровне и позволяет обеспечивать постоянство концентраций компонентов модельной среды за счет постоянного перемешивания, регистрировать количество расходуемой модельной среды, автоматически градуировать pH-электрод и обеспечивать автономную работу установки во весь период проведения испытаний, а также проводить кинетические исследования процессов биоповреждения образцов строительных материалов.
Техническим результатом является повышение точности измерения pH модельной среды и поддержания pH на заданном уровне, определение количества расходуемой модельной среды, надежность и автономность работы установки, обусловленная отсутствием необходимости контроля ее работы и периодической градуировки pH-электрода.
Результат достигается тем, что лабораторная установка для испытания образцов строительных материалов на биостойкость в модельных средах, включающая в себя испытательную емкость, выполненную из материала стойкого к воздействию микроорганизмов с установленными образцами, залитыми модельной средой, при условии исключения их контакта друг с другом, в испытательной емкости установлены электронагреватель модельной среды, датчик pH; подпиточная емкость, сливная емкость, электронный блок управления установки, связанный с датчиком температуры, pH-электродом и электронагревателем модельной среды, осуществляющим запись и регулирование основных параметров среды, согласно полезной модели выполнена с двойным дном для установки на нем испытуемых образцов, представляющим из себя перфорированный лист; в испытательной емкости над испытуемыми образцами установлен распределитель потока модельной среды, выполненный в виде гребенки из трубок, имеющих отверстия в нижней части для истечения модельной среды, и патрубок в верхней части для подачи потока модельной среды, в нижней части испытательной емкости установлен тонкослойный отстойник, состоящий из пластин листового материала, расположенных под углом ко дну испытательной емкости, для контроля pH модельной среды и градуировки pH-электрода установка снабжена измерительной емкостью с установленными в ней датчиком температуры и pH-электродом и двумя емкостями для растворов фиксаналов, связанных с измерительной емкостью посредством насосов.
На фиг. 1 схематично представлена предлагаемая лабораторная установка для испытания образцов строительных материалов на биостойкость.
Установка для испытания строительных материалов на биостойкость состоит из испытательной емкости 1 прямоугольного сечения из листового материала, например, из нержавеющей стали, имеющей двойное дно 2, представляющее из себя перфорированный лист, например, из нержавеющей стали. На него при условии исключения контакта с друг другом устанавливают испытуемые образцы строительных материалов 3 при условии исключения контакта между ними. На дне испытательной емкости 1 под углом установлены пластины 4, например, из нержавеющей стали, образующие тонкослойный отстойник. Пластины 4 прикреплены ко дну 2 и двумя ребрами к стенкам емкости 1. В верхней части испытательной емкости 1 расположен распределитель потока модельной среды 5, представляющий из себя гребенку из трубок, например, из полипропилена, которая имеет в верхней части патрубок 6 для подачи в него модельной среды и отверстия в нижней части трубок для истечения модельной среды. Испытательная емкость 1 также имеет патрубок 7, установленный в отверстии тонкостенного отстойника для всасывания модельной среды в насос 8. Добавление подпиточного раствора (модельной среды с заданным значением pH) в испытательную емкость 1 производят насосом 9 из емкости с подпиточным раствором 10. В углу испытательной емкости 1 вертикально установлен электронагреватель модельной среды 11. Также в испытательной емкости 1 установлен датчик температуры 12, погруженный в модельную среду на глубину 30 мм.
Установка снабжена измерительной емкостью 13 для замера pH модельной среды, изготовленной из листового материала, например из нержавеющей стали. В измерительной емкости 13 установлены датчик температуры 14 и pH-электрод 15. Для перекачивания модельной среды из испытательной емкости 1 используют насос 16, который перекачивает фиксированное количество модельной среды в измерительную емкость 13 для последующего измерения pH и температуры модельной среды. После измерения pH, модельную среду перекачивают насосом 17 в сливную емкость 18, изготовленную из листового материала, например из нержавеющей стали.
Градуировку pH-электрода производят последовательным перекачиванием раствора фиксанала с pH, например, 1.65 насосом 19 из емкости 20, и раствора фиксанала с pH, например, 9.18 насосом 21 из емкости 22, в измерительную емкость 13.
Установка также имеет электронный блок управления 23, выполняющий функции замера pH и температуры модельной среды, поддержания их на заданном уровне, записи их изменений, а также регистрации количества расходуемой модельной среды в течение времени.
Принцип работы установки заключается в следующем. На перфорированное дно 2 емкости 1 устанавливают образцы 3. В испытательную емкость 1 заливают модельную среду так, чтобы верхняя кромка среды была выше верхней грани образцов на 10-15 см. Поток модельной среды поступает из подпиточной емкости 10 в емкость 1, проходит через отверстия перфорированного дна 2 и попадает в тонкослойный отстойник 4, в случае присутствия в потоке модельной среды нерастворимых частиц они оседают на пластинах 4 тонкослойного отстойника. Далее поток модельной среды поступает во всасывающий патрубок 7 насоса 8 и выходит через подающий патрубок 6 распределителя потока 5. Подачу подпиточного раствора (модельной среды) из подпиточной емкости 10 осуществляют при помощи насоса 9. Замер температуры модельной среды осуществляется при помощи датчика температуры 12, установленного внутри емкости 1 и погруженного в модельную среду. Контроль показателя pH модельной среды осуществляют pH-электродом 15, установленным в измерительной емкости 13, в которую модельную среду из испытательной емкости 1 перекачивают насосом 16. После замера pH модельной среды ее перекачивают из измерительной емкости 13 в сливную емкость 18 насосом 17. При несовпадении заданного значения pH с текущим значением производят порционную подачу модельной среды из подпиточной емкости 10 в испытательную 1 насосом 9. После подачи подпиточной жидкости производят повторный замер показателя pH модельной среды. Процесс подпитки повторяют до достижения заданного значения pH модельной среды.
Установка снабжена электронным блоком управления, регистрирующим и поддерживающим постоянство значений pH и температуры среды и регистрирующим время работы дозирующего насоса, перекачивающего подпиточную среду, для определения расхода подпиточной среды.
Градуировку pH-метра производят через каждые 2-3 суток. В измерительную емкость 13 из емкости 20 с раствором фикасанала с pH 1.65, насосом 19 перекачивают фиксированную порцию раствора фиксанала. Далее производят замер показателя pH раствора фиксанала и полученные данные автоматически записываются в память блока управления 23. Далее использованный раствор фиксанала перекачивают насосом 17 в сливную емкость 18. Аналогично производят градуировку pH-электрода другим раствором фиксанала с pH 9.18, перекачиваемым насосом 21 из емкости 22.
После замера pH раствора фиксанала использованный раствор также перекачивается насосом 17 в сливную емкость 18. Полученные данные сохраняются в блоке управления 23.
С целью автоматического регулирования температуры модельной среды и поддержания ее на постоянном уровне 25-40°C испытательная емкость 1 снабжена электронагревателем 11 модельной среды и датчиком температуры 12. При снижении температуры модельной среды ниже установленного значения модельная среда нагревается электронагревателем 11 до достижения заданного значения температуры.
Биостойкость материалов определяется по коэффициенту их химической стойкости, характеризующему изменение прочности образцов на сжатие и изгиб до и после экспозиции в модельной среде.
Использование данной полезной модели позволяет проводить испытания образцов строительных материалов в модельных средах при условии высокой точности измерения pH среды, а также ее температуры и поддержания их на заданном уровне в течение длительного времени, определять количество расходуемой модельной среды в течение времени, что даст возможность построить кинетическую модель процессов биоповреждения строительных материалов.