Scanning electron microscopy and X-ray microanalysis of the condition of concrete structures of a chemical enterprise with long-term corrosion in a sulfate environment

Long-term operation of premises in aggressive environments of chemical enterprises affects the surfaces of concrete structures and leads to the formation of destructive processes. The aim of the study was to determine changes in the structure and mineral composition of concrete during long-term operation in an aggressive sulfate environment at a chemical plant for the production of titanium dioxide using the sulfate method to predict the service life of concrete structures. It has been established that during the production of TiO2 pigment by the sulfate method, the ore is decomposed by sulfate acid at high temperature, accompanied by the release of H2SO4 vapor, sulfur dioxide SO2, hydrogen sulfide H2S and elemental sulfur. Studies have established that sulfate corrosion leads to the formation of sulfur and iron oxides on the concrete surface. Studies have revealed vast areas of the surface covered with crystals of elemental sulfur, the contents of which are confirmed by the results of X-ray microanalysis. The sizes of sulfur crystals in the image range from 12 to 180 µm, the shape corresponds to the rhombic allotropic modification S8. The penetration depth of iron sulfates into the thickness of concrete is about 50 microns. The microstructure of the surface is loose, with signs of corrosion. Exposure to a high concentration of sulphate acid vapors in the workshop of the enterprise led to the destruction of calcium carbonate and the formation of gypsum crystals in concrete. The formation of gypsum crystalline hydrates provokes sulfate corrosion of concrete, resulting in the formation of pores and microcracks in concrete with the formation of calcium hydrosulfoaluminate. The studies carried out using scanning electron microscopy and X-ray microanalysis make it possible to investigate the structural changes and mineral composition of concrete under the influence of long-term sulfate corrosion

Очищення стічних і поверхневих вод від іонів амонію та феруму глинистими мінералами Сумської області

Екологічно безпечне водокористування передбачає збалансований вплив господарської діяльності людини на стан водних ресурсів з метою мінімізації втручання в природні процеси розвитку водних екосистем. Проблеми, пов’язані із впровадженням нових технологій з метою раціонального використання водних ресурсів та очищення стічних вод, є без сумніву надзвичайно актуальними. При цитуванні документа, використовуйте посилання http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/2770

Peculiar Features of Formation of the Phase Composition of Black Clinker Ceramics

This paper examines the peculiarities of the phase composition of black clinker bricks based on the ceramic masses of Kerameya enterprise (Sumy, Ukraine). The principles of charge choice are given considering the ratio of coloring oxides Fe2O3, CoO, MnO2, Mn3O4 and CuO. We found that the phase composition of black clinker bricks after firing at 1100 °С is mainly represented by quartz, microcline, mullite, residues of biotite, as well as hematite and hausmannite as the coloring phases, and also small amounts of cuprite. To produce black ceramic bricks on the basis of clay composition, we need to take 13.5 wt% elements with the ratio of Mn: Fe: Ti: Cu equal to 4.2: 7.7: 0.5: 1.1. Such ceramic mass is already used to produce ceramic clinker bricks with water absorption of 5%, mechanical compressive strength of more than 35 MPa and frost resistance of more than 150 freezing and thawing cycles

Detection of the synergetic influence of chemical and microbiological factors on the properties of concrete constructions at chemical plants during the long-term service

Long-term operation of reinforced concrete structures in the conditions of chemical enterprises has a powerful negative impact on the physical and chemical properties of concrete, which leads to its destruction. The aim of this research is to determine the effect of biological and chemical corrosion on concrete structures in the workshop for the production of titanium dioxide by the sulphate method and the storage of finished products. In particular, chemical production for the synthesis of titanium dioxide by the sulfate method causes the rapid course of chemical (acid and sulfate) and microbiological (thionic bacteria and microscopic fungi) corrosion processes. These corrosion processes reinforce each other according to a synergistic principle. As a result, temperature-programmed desorption mass spectrometry (TPD MS) and scanning electron microscopy have experimentally proven the presence and spatial localization of colonies of thionic bacteria and microscopic fungi in concrete structures. Correlations between the intensity of biochemical corrosion and the depth of damage to the microstructures of concrete structures have been established. Moreover, a change in the chemical composition of concrete in the workshop for the production of titanium dioxide (increased SO2 content and reduced CO2) and the formation of gypsum crystals (CaSO4 2H2O) as a result of the dissimilation of microorganisms was established. Also, in the storage room for finished products, calcium citrate crystals and a violation of the formation of calcium carbonate are formed in the surface layers of concrete. In addition, the results of the study can be used to develop antimicrobial and anticorrosive protective agents to stop the biochemical corrosion of concrete in a chemical plan

Визначення закономірностей впливу взаємопов’язаної біохімічної корозії на бетонні будівельні конструкції в умовах хімічного підприємства

The effect of microbial and chemical corrosion on concrete structures operated in the conditions of chemical enterprises has been established that makes it possible to reliably predict the timing of their decommissioning in order to prevent industrial disasters. Even though the construction complies with all building codes, concrete structures eventually undergo chemical and biological corrosion. The innovation proposed in this study implies investigating the depth and degree of damage to concrete at the microscopic level by the method of raster electron microscopy. In addition, the TPD-MS method has been suggested for determining the quantitative and qualitative state of the carbonate components of concrete and sulfur compounds. This study has found that in concrete samples from the titanium dioxide production plant, the amount of carbon dioxide release is twice less than in control samples at t=600 °C while the level of sulfur dioxide, on the contrary, increases. This is due to the ability of thionic bacteria to accumulate sulfate acid that destroys the cementing component in concrete. The reported results confirm the impact of products of the activity of Acidithiobacillus thiooxidans microorganisms on corrosion processes in concrete. In addition, when using the TPD-MS method, it was established in the storage room of the finished product that heating the control sample of concrete leads to a release of the significant amount of СО2 at t=580–600 °C. However, the experimental samples of concrete are almost lacking carbon compounds because the acid metabolites of microfungi interfere with its formation. Microscopic and REM studies revealed the localization of Acidithiobacillus thiooxidans and Aspergillus fumigatus in concrete. This study has established patterns related to the mechanism that forms chemical compounds in concrete and the metabolism of microorganismsУстановлено влияние микробной и химической коррозии на бетонные сооружения, которые эксплуатируются в условиях химических предприятий с целью надежного прогнозирования сроков вывода последних из функционирования для предупреждения производственных катастроф. Несмотря на то, что строительство велось с учетом всех строительных норм, бетонные конструкции со временем подвергаются химической и биологической коррозии. Предложено как новацию исследования глубины и степени повреждения бетона на микроскопическом уровне метод растровой электронной микроскопии. Кроме того, для определения количественного и качественного состояния карбонатных составляющих бетона и соединений серы предложен метод TPD-MS. Исследованиями установлено, что в образцах бетона в цехе по производству диоксида титана количество выделения двуокиси углерода в два раза меньше чем в контрольных образцах при t = 600 ° С, а уровень двуокиси серы наоборот соответственно возрастает. Это связано со способностью тионовых бактерий накапливать сульфатную кислоту, которая разрушает цементирующей составляющей в бетоне. Полученные результаты подтверждают влияние продуктов жизнедеятельности микроорганизмов Acidithiobacillus thiooxidans на коррозионные процессы в бетоне. Кроме того, методом TPD-MS в помещении хранения готовой продукции установлено, что при нагревании контрольного образца бетона выделяется значительное количество СО2 при t 580-600 ° С. Однако в опытных образцах бетона соединения карбона практически отсутствуют из-за того, что кислотные метаболиты микрогрибов препятствуют его формированию. Микроскопическими и РЭС исследованиями выявлено локализацию в бетоне Acidithiobacillus thiooxidans и Aspergillus fumigatus. Исследованиями установлены закономерности между механизмом образования химических соединений в бетоне и метаболизмом микроорганизмовВстановлено влив мікробної та хімічної корозії на бетонні споруди, що експлуатуються в умовах хімічних підприємств з метою надійного прогнозування термінів виведення останніх із функціонування для попередження виробничих катастроф. Незважаючи на те, що будівництво велось із урахуванням всіх будівельних норм, бетонні конструкції з часом піддаються хімічній та біологічній корозії. Запропоновано як новацію дослідження глибини та ступеню пошкодження бетону на мікроскопічному рівні метод растрової електронної мікроскопії. Крім того, для визначення кількісного та якісного стану карбонатних складових бетону та сполук сірки запропоновано метод TPD-MS. Дослідженнями встановлено, що в зразках бетону в цеху з виробництва діоксиду титану кількість виділення двоокису вуглецю в два рази менше, ніж у контрольних зразках при t=600 °С, а рівень двоокису сірки навпаки відповідно зростає. Це пов’язано із здатністю тіонових бактерій накопичувати сульфатну кислоту, яка руйнує цементуючу складову у бетоні. Отримані результати підтверджують вплив продуктів життєдіяльність мікроорганізмів Acidithiobacillus thiooxidans на корозійні процеси у бетоні. Крім того, методом TPD-MS у приміщені зберігання готової продукції встановлено, що при нагріванні контрольного зразка бетону виділяється значна кількість СО2 при t 580–600 °С. Однак у дослідних зразках бетону сполуки карбону практично відсутні через те, що кислотні метаболіти мікрогрибів перешкоджають його формуванню. Мікроскопічними та РЕМ дослідженнями виявлено локалізацію в бетоні Acidithiobacillus thiooxidans та Aspergillus fumigatus. Дослідженнями встановлені закономірності між механізмом утворення хімічних сполук в бетоні та метаболізмом мікроорганізмі

Комплексна розробка методів підвищення ефективності оброблення важкооброблювальних матеріалів за рахунок удосконалення різальних інструментів та умов їх застосування

У ході виконання науково-дослідної роботи розроблена скінчено-елементна модель важкооброблюваних та багатокомпонентних (композиційних) матеріалів. Запропоновано і впроваджено експериментальні методики визначення фізикомеханічних, трибологічних властивостей і моделей багатокомпонентних матеріалів. Розроблені алгоритми та програмні модулі, що враховують рівень вібрацій та вплив контактних навантажень, що супроводжують процес оброблення різанням важкооброблюваних матеріалів. Теоретичні положення доведені до рівня конкретних методик і практичних рекомендацій, які створюють умови для впровадження у виробництво

Основи прийняття рішень при управлінні процесами життєвого циклу складних виробів та об’єктів військової техніки

Об’єкт дослідження – інтегровані інформаційні системи підтримки прийняття рішень при управлінні процесами на стадіях життєвого циклу складних виробів у машинобудуванні та оборонній галузях. Предмет дослідження – теоретичні, методологічні та нормативно-методичні основи формування та ефективного використання техніко-економічної інформації на стадіях життєвого циклу складних виробів та об’єктів військової техніки з урахуванням самоузгодженої взаємодії процесів як відкритої системи, самоорганізація якої впливає на досягнуті результати щодо задоволення вимог замовника

Фундаментальні аспекти прийняття рішень в системі інструментального забезпечення машинобудівних виробництв

На основі проведених досліджень процесу формування контактної зони інструмент – оброблювальна поверхня в умовах адгезії встановлено залежності якості лез різального інструменту від адгезійної складової сили тертя. Встановлено, що комплекс трибологічних властивостей матеріалів, які знаходяться в процесі різання в контактній взаємодії, складається з рівнянь, які пов'язують температуру і нормальні напруження на контактній поверхні з дотичними напруженнями. У загальному випадку моделювання процесу різання на рівні деталізації «Лезо» мають бути визначені 5 констант τ_0,β_0,k_b,T_k,μ_d які відображають трибологічні властивості контактуючої пари. Для визначення констант τ0, β0, які характеризують адгезійну взаємодію інструментального та оброблюваного матеріалів, в роботі розроблені спеціальні методики і алгоритм експериментальних досліджень ковзання в умовах високих тисків за допомогою адгезіометра оригінальної конструкції, що дозволяє визначити силу опору ковзанню за жорсткою схемою навантаження індентора в півпростір при його безперервному обертанні. В роботі удосконалено форсований метод оцінювання стійкості різального інструменту, що купується на основі запропонованого алгоритму проведення неруйнівного експрес методу оцінювання якості лез різального інструменту, що базується на теорії фрикційної взаємодії поверхонь різального леза з поверхнями на оброблюваній заготовці та стружкою. На основі теоретичних досліджень можливостей використання скінчено-елементного аналізу для прогнозування ресурсу лезового металорізального інструменту запропоновано теоретичні основи вибору лезового металорізального інструменту що купується з урахуванням техніко-економічних показників виробництв підприємств та виконання вимог конкретного виробничого завдання

Комплексна розробка методів підвищення ефективності оброблення важкооброблювальних матеріалів за рахунок удосконалення різальних інструментів та умов їх застосування

У ході виконання науково-дослідної роботи розроблена скінчено-елементна модель важкооброблюваних та багатокомпонентних (композиційних) матеріалів. Запропоновано і впроваджено експериментальні методики визначення фізикомеханічних, трибологічних властивостей і моделей багатокомпонентних матеріалів. Розроблені алгоритми та програмні модулі, що враховують рівень вібрацій та вплив контактних навантажень, що супроводжують процес оброблення різанням важкооброблюваних матеріалів. Теоретичні положення доведені до рівня конкретних методик і практичних рекомендацій, які створюють умови для впровадження у виробництво

Комплексна розробка методів підвищення ефективності оброблення важкооброблювальних матеріалів за рахунок удосконалення різальних інструментів та умов їх застосування

Розроблена скінчено-елементна модель важкооброблюваних та композиційних матеріалів. Запропоновано і впроваджено експериментальні методики визначення фізико-механічних, трибологічних властивостей і моделей багатокомпонентних матеріалів. Розроблені алгоритми та програмні модулі, що враховують рівень вібрацій та вплив контактних навантажень. На основі даних літературного огляду розглянуто питання підвищення продуктивності обробки деталей малих діаметрів. Створено стенд, та розроблено методики, які дозволяють досліджувати поведінку технологічної системи в процесі різання при високій частоті обертання заготовки і шпинделя. Розроблено методику дослідження вібрацій у процесі обробки різанням із модуляцією частоти обертання шпинделя та паралельним наочним оцінюванням якості обробки поверхні по зразкам шорсткості, проведено натурні експерименти, які доводять правильність та працездатність гіпотез. Розроблено програмно–апаратний комплекс та методику його використання, які дозволяють діагностувати та контролювати стан елементів металообробної технологічної системи у режимі реального часу. Створено скінчено-елементну модель процесу різання у програмному середовищі Deform