Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Состояние вопроса 12
1.1. Строительные материалы, используемые для ремонта и восстановления бетонных и железобетонных конструкций 13
1.2. Современные материалы и конструкции полимерных монолитных покрытий, используемых для защиты от коррозии строительных конструкций 22
1.3. Свойства и области применения эпоксидных олигомеров в строительстве 29
1.4. Методы повышения эксплуатационных показателей эпоксидных полимеррастворов 32
1.5. Методы снижения пожарной опасности эпоксидных полимеррастворов 39
1.6. Использование низкотемпературной плазмы для повышения эксплуатационных показателей строительных материалов 50
1.7. Цели и задачи исследований 54
Глава II. Сырье и методики исследования 56
2.1. Выбор и исследование эпоксидных связующих для получения слабогорючих химически стойких полимеррастворов 56
2.2. Выбор и исследование минеральных наполнителей и галогенсодержащих антипиренов, использованных для получения слабогорючих эпоксидных полимеррастворов 60
2.3. Технология получения высоконаполненных эпоксидных полимеррастворов 65
2.4. Методики определения технологических и эксплуатационных свойств эпоксидных полимеррастворов
3 2.5. Методики определения термических свойств и показателей пожарной опасности высоконаполненных эпоксидных полимер растворов 68
Выводы в главе II 69
Глава III. Разработка слабогорючих эпоксидных полимеррастворов, используемых для восстановления, ремонта и защиты от коррозии строительных конструкций 71
3.1. Исследование влияния аминных отвердителей на горючесть и дымообразующую способность полимеррастворов 71
3.2. Исследование влияния пластификаторов на горючесть и дымообразующую способность эпоксидных полимеррастворов 74
3.3. Исследование влияния содержания и природы минеральных наполнителей на термостойкость и пожарную опасность эпоксидных полимеррастворов 81
3.4. Исследование влияния химической природы и содержания ароматических галогенсодержащих антипиренов на термостойкость и пожарную опасность эпоксидных полимеррастворов 92
Вывод к главе III 104
Глава IV. Исследование эксплуатационных показателей и химической стойкости слабогорючих эпоксидных полимеррастворов 106
4.1. Исследование физико-механических показателей слабогорючих эпоксидных полимеррастворов 106
4.2. Исследование влияния плазмохимической обработки минеральных наполнителей и смешанного железооксидного пигмента на физико-механические свойства слабогорючих эпоксидных полимеррастворов 112
4.3. Исследование химической стойкости слабогорючих эпоксидных полимеррастворов 117
Вывод к главе IV 126
Глава V. Внедрение и технико-экономические показатели разработанных слабогорючих химически стойких эпоксидных полимеррастворов 127
5.1. Промышленное внедрение разработанных слабогорючих химически стойких эпоксидных полимеррастворов 127
5.2. Технико-экономические показатели слабогорючих химически стойких эпоксидных полимеррастворов 132
Выводы к главе V 134
Общие выводы 136
Список использованных источников 138
- Современные материалы и конструкции полимерных монолитных покрытий, используемых для защиты от коррозии строительных конструкций
- Выбор и исследование минеральных наполнителей и галогенсодержащих антипиренов, использованных для получения слабогорючих эпоксидных полимеррастворов
- Исследование влияния пластификаторов на горючесть и дымообразующую способность эпоксидных полимеррастворов
- Исследование химической стойкости слабогорючих эпоксидных полимеррастворов
Введение к работе
Актуальность работы.
Реконструкция и ремонт промышленных зданий и сооружений вплотную связана с проблемой омоноличивания строительных конструкций. Для ремонта зданий и сооружений первого класса ответственности, подверженных коррозионным воздействиям,особенно эффективно применение эпоксидных полимеррастворов.Однако эпоксидные полимеррастворы относятся к горючим материалам с высокой дымообразующей способностью. Решение задачи снижения горючести эпоксидных полимеррастворов можно достичь подбором эффективных галогенсодержащих антипиренов, а повышение прочности –улучшением адгезии полимерной матрицы к минеральным наполнителям за счет их обработки низкотемпературной неравновесной плазмой.
Работа выполнена в соответствие с НИР ФГБОУ ВПО МГСУ, Федеральной целевой программой «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы» (мероприятие 1.2.2), Федеральной целевой программой «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2007-2013 годы» (мероприятие 5.2).
Цель и задачи исследований.
Целью диссертационной работы является разработка эффективных слабогорючих химически стойких полимеррастворов, предназначенных для ремонта и реконструкции строительных конструкций.
Для решения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
- обосновать возможность получения слабогорючих химически стойких эпоксидных полимеррастворов, обладающих высокими эксплуатационными свойствами;
- исследовать влияние содержанияминеральных наполнителей на термические и пожароопасные свойства эпоксидных полимеррастворов;
- исследовать влияние содержания и химической природы промышленных и синтезированных бромхлорсодержащих антипиренов на термические, пожароопасные и физико-механические свойства эпоксидных полимеррастворов;
- установить влияние плазмохимической обработки тонкодисперсных минеральных наполнителей на пожароопасные и физико-механические свойства эпоксидных полимеррастворов;
- выбрать наиболее эффективные компоненты иоптимизировать состав эпоксидных полимеррастворов, предназначенных для ремонта и реконструкции строительных конструкций;
- провести комплексное изучение эксплуатационных свойств и химической стойкости разработанных эпоксидных полимеррастворов оптимального состава;
- установить зависимости эксплуатационных свойств и химической стойкости слабогорючих полимеррастворов от продолжительности воздействие агрессивных сред;
- разработать технологии приготовления и применения высоконаполненных слабогорючих эпоксидных полимеррастворов, используемых для ремонта и реконструкции строительных конструкций;
- провести опытно-промышленную и промышленную апробацию слабогорючих химически стойких полимеррастворов, определить технико-экономические показатели разработанных материалов.
Научная новизна работы:
- обоснована возможность снижения горючести иповышения эксплуатационных показателей слабогорючих химически стойких эпоксидных полимеррастворов, используемых для ремонта и реконструкции строительных конструкций, за счет применения эффективных галогенсодержащих антипиренов и плазмохимической обработки тонкодисперсных минеральных наполнителей;
- установлены зависимости термических и прочностных показателей, горючести и дымообразующей способности эпоксидных полимеррастворов от содержания и химической природы промышленных и синтезированных галогенсодержащих антипиренов;
- методами ТГА, ДТА и ДСК установлено, что галогенсодержащие антипирены, которые наиболее полно соответствующие характеру разложения эпоксидного полимера ЭД-20, обладают и более высокой эффективностью пламягасящего действия;
- получены двухфакторные математические зависимости прочностных характеристик и показателей пожарной опасности эпоксидных полимеррастворов от содержания минеральных наполнителей и галогенсодержащих антипиренов;
- установлено влияние условий плазмохимической обработки тонкодисперсных минеральных наполнителей и смешанного железооксидного пигмента на прочность эпоксидных полимеррастворов.
Практическая значимость работы заключается в том, что:
- установлено, что оптимальным содержанием галогенсодержащих антипиренов различной химической природы при получении слабогорючих химически стойких эпоксидных полимеррастворов является 8-10 масс.%;
- показана возможностьполучения слабогорючих (Г1) с умеренной дымообразующей способностью (Д2) и высокими физико-механическими свойствами эпоксидных полимеррастворов путем использования синтезированных галогенсодержащих антипиренов в 40-50%-ном растворе N,N – диметил – 2,4,6 – триброманилина;
- установлено, что плазмохимическая обработка тонкодисперсных минеральных наполнителей повышает прочность слабогорючих химически стойких эпоксидных полимеррастворов на 20-25%;
- разработаны составы слабогорючих химически стойких эпоксидных полимеррастворов, используемых для ремонта строительных конструкций, с прочностью при растяжении, изгибе и сжатии более 35, 69 и 157 МПа соответственно;
- разработаны технологии получения и применения слабогорючих химически стойких эпоксидных полимеррастворов, содержащих минеральные наполнители, обработанные в плазмохимическом реакторе.
Внедрение результатов исследования.
Опытно-промышленная и промышленная апробация разработанных слабогорючих химически стойких эпоксидных полимеррастворов осуществлена предприятием ООО «Пилот» при защите от коррозии бетонного основания производственно-торгового и складского комплекса на площади 3840 м2. Экономических эффект от внедрения разработанных эпоксидных полимеррастворов составил 224640 руб.
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы докладывались на Международной конференции «Биосферно-совместимые технологии в развитии регионов» (г. Курск, 2011г.) и 15-й Международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов «Строительство-формирование среды жизнедеятельности» (г. Москва, МГСУ, 2012г.).
На защиту выносятся:
- обоснование возможности получения эффективных слабогорючих химически стойких эпоксидных полимеррастворов для ремонта и реконструкции строительных конструкций;
- зависимости термических свойств и показателей пожарной опасности эпоксидных полимеррастворов от химической природы и содержания тонкодисперсных минеральныхнаполнителей и галогенсодержащих антипиренов;
- влияние плазмохимической обработки тонкодисперсных минеральных наполнителей и железооксидных пигментов на физико-механические свойства эпоксидных полимеррастворов;
- зависимости эксплуатационных свойств и химической стойкости разработанных эпоксидных полимеррастворов от содержания тонкодисперсных минеральных наполнителей и хлорбромсодержащих антипиренов;
- технологииполучения и применения слабогорючих химически стойких эпоксидных полимеррастворов с повышенными эксплуатационными характеристиками;
- результаты опытно-промышленного и промышленного внедрения, технико-экономические показатели разработанных эпоксидных полимеррастворов.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка использованной литературы, включающего 175 наименований и 3 приложений. Работа изложена на 155 страницах печатного текста и включает 43 рисунка, 24 таблицы.
Современные материалы и конструкции полимерных монолитных покрытий, используемых для защиты от коррозии строительных конструкций
Долгие годы использование бетона не сопровождалось защитой бетонной поверхности и строительных конструкций от внешних воздействий агрессивной среды, усиленной погодными и климатическими условиями. Со временем это привело к разрушению бетона, ухудшению его состояния, а также к деформации и ослаблению бетонных и железобетонных конструкций.
Промышленные здания и сооружения, построенные несколько десятилетий назад (гидротехнические сооружения, дымовые трубы, бетонные резервуары, сушильные и силосные башни, железобетонные опоры, находящиеся в морской и пресной воде, и другие наружные поверхности, которые ничем не защищались и не усиливались, требуют качественного ремонта с использованием современных высокотехнологичных материалов. Вывод из эксплуатации, реконструкция и ремонт сооружений на предприятиях черной и цветной металлургии, нефтехимии и цементной промышленности, пролетных строений и покрытий мостов и т.д. невозможен без остановки производства, что влечет за собой значительные экономические убытки и неудобства /10,14,89,107,147/.
Анализ технологического состояния поверхностей бетонных и железобетонных конструкций зданий и сооружений показал /89/: - глубина разрушения бетона составляет 5-30 мм; - толщина защитного слоя бетона над арматурой уменьшилась на 20%; - коррозия арматуры, находящейся в теле бетона, заметна на глубине до 5 см, а снижение ее прочности происходит как минимум на 5%; - увеличена пористость и, следовательно, водопоглащение бетонных поверхностей на площади до 50%.
Реконструкция зданий связана с восстановлением эксплуатационных показателей и усилением несущих конструкций остова /170/. Технические задачи реконструкции предприятий предусматривают повышение технического уровня, увеличения объема производства или изменение производственного профиля предприятия. Строительная часть такой реконструкции предусматривает более широкое применение эффективных современных материалов для несущих и ограждающих конструкций /10/.
Капитальный ремонт - это комплекс технических мероприятий, направленных на восстановление первоначальных эксплуатационных качеств как зданий и сооружений в целом, так и отдельных строительных конструкций. Капитальный ремонт может быть выборочным и комплексным и относится к ремонтно-восстановительным работам, проведение которых позволяет восстановить работоспособность здания в целом /14,15,147/.
Общие принципы реконструкции зданий и сооружений, методики оценки физического и морального износа зданий и строительных конструкций, способы диагностики технического состояния и обследования конструктивных элементов, дефекты строительных конструкций и методы их усиления детально рассмотрены в работах /10,14,15,32,147,170/.
Основным направлением повышения долговечности бетонных и железобетонных конструкций является максимальное использование потенциальных возможностей самого бетона, его способности предохранять стальную арматуру от коррозии. Указанное направление реализуется за счет применения бетонов большой плотности (водонепроницаемости), морозо- и коррозионной стойкости. Создание таких бетонов достигается путем использования супер- и гиперпластификаторов, полимерных и других целевых добавок, направленно воздействующих на технологические свойства бетонной смеси, кинетику твердения цементного вяжущего и улучшение эксплуатационных показателей бетонов/13,16,30,87,105,118,131,155/. Другим направление повышения долговечности железобетонных конструкций является введение в состав бетонной смеси ингибиторов коррозии стальной арматуры, стойкой против коррозионного растрескивания или использование полимерной арматуры для бетонов с пониженными защитными свойствами /71/. Для повышения функциональных свойств строительных материалов и изделий широко применяются в последнее время нанодисперсные частицы и порошки/121/.
Для железобетонных конструкций разработано множество технических решений по их усилению: наращивание сечений или изменение расчетной схемы конструкций с целью перераспределения нагрузок. И только в тех случаях, когда указанными выше методами не удается обеспечить требуемую долговечность железобетонных конструкций, применяют способы их вторичной защиты с помощью различных полимерных покрытий /47,60,69,70,82,107,109,128,137/.
Наиболее распространенным и эффективным методом защиты от коррозии бетонных, железобетонных и металлических конструкций является использование различных лакокрасочных покрытий /9,20,49,69,70,87,107, 109/. В работе /58/ рассмотрены свойства нового поколения экологичных воднодисперсионных полимерфосфатных красок «Полифан» марок ВД-АК-1Ф и ВД-КЧ-1Ф, позволяющих эксплуатировать строительные конструкции в условиях атмосферных воздействий, воздействий слабо- и средне агрессивных сред.
Большая часть финансовых средств, выделенных на ремонтно-восстановительные работы, расходуется на устранение дефектов, ремонт и усиление строительных конструкций, полное восстановление отдельных конструкций вследствие потери ими несущей способности, а также на уход за свежеотформованным ремонтным бетоном для обеспечения требуемых температурно-влажностных условий твердения /15/.
Выбор и исследование минеральных наполнителей и галогенсодержащих антипиренов, использованных для получения слабогорючих эпоксидных полимеррастворов
Плазмотрон - это установка, превращающая воздух или газ в струю плазмы. Он может представлять собой цилиндрическую разрядную камеру с двумя электродами, один из которых имеет вид кольца. Когда на электроды подается напряжение в несколько тысяч вольт, между ними вспыхивает мощный дуговой разряд: воздух становится плазмой, т.е. превращается в совокупность положительных и отрицательных частиц. Стенки плазмотрона непрерывно охлаждаются проточной водой, что предохраняет установку от перегрева и заставляет плазму концентрироваться в осевой части прибора. Температура плазмы достигает нескольких тысяч градусов /93,117/.
Интерес к плазменной технологии обусловлен, во-первых, тем, что при очень высоких температурах можно осуществлять процессы, не протекающие в обычных условиях. Это позволяет создавать материалы с принципиально новыми физическими и химическими свойствами. Во-вторых, в низкотемпературной плазме скорость химических реакций ускоряется в сотни и тысячи раз, что создает предпосылки замены громоздких металлургических и химических установок миниатюрными, с небывало высокой производительностью. В-третьих, становится реальным осуществление прямого восстановления металлов и руд, получение ультрадисперсных порошков чистых металлов, карбидов, нитридов, азотной кислоты из воздуха и т.д. Кроме того, использование низкотемпературной плазмы позволит создать одностадийные, как правило, замкнутые технологические циклы производства материалов /93/. Это открывает широкие перспективы для полной автоматизации производства и плазменной обработки материалов /31/, для решения глобальной проблемы - снижения загрязненности воздушной и водной среды. При реальном освоении процессов и аппаратов плазменной технологии можно рассчитывать на коренное техническое перевооружение различных отраслей промышленности /98/.
Возможность получения высоких температур с использованием плазменного нагрева позволила осуществить высокоскоростной процесс получения клинкера. Увеличение температуры обжига портландцементных смесей до 1873-1973К сокращает время, необходимое для синтеза клинкерных материалов с 20 - 30 мин до нескольких минут в зависимости от состава сырья и режима термообработки. Применение низкотемпературной плазмы при обжиге золосодержащих сырьевых смесей также интенсифицирует процесс обжига, а использование активных плазменных зон в производстве клинкера сокращает расход природного топлива, повышает активность и увеличивает выпуск цемента.
Результаты исследований по разработке технологии термического упрочнения гранулированных грунтов с использованием плазмы показали, что необходимые темпы дорожного строительства при дефиците каменных материалов, можно получить применением гранулированного керамического материала - керамита, получаемого путем термического упрочнения. Керамит можно эффективно применять в качестве засыпок и минерального заполнителя при строительстве оснований дорожных одежд автомобильных дорог, в промышленном и гражданском строительстве /44/.
Плазменные технологии нашли применение при создании защитных и декоративных покрытий на строительных материалах различного назначения. Воздействие плазмы на полимерный материал в определенных условиях не приводит к его деструкции, что позволяет в течение короткого времени получать полимерные покрытия с высокими физико-механическими и защитными свойствами. При этом адгезия и влагоустойчивость покрытий для большинства материалов выше, чем при других способах нанесения покрытия вследствие активации плазмой как частиц порошка, так и напыляемой поверхности. С помощью низкотемпературной плазмы проводят оплавление керамических, силикатных и бетонных изделий для повышения их водо- и морозостойкости, улучшения внешнего вида /146,157/. В качестве источника для температурного оплавления поверхности строительных материалов используют серийно выпускаемую плазменную установку марки УПУ-ЗМ с горелкой типа ГН-5 или разработанный Институтом физики НАН Беларуси плазменно-дуговой генератор ПС-1, работающий от источника питания ОПР-6 /88/. При этом равномерное декоративное покрытие получено при величине зазора между поверхностью изделия и головой плазмотрона ровной 6-8 мм/146/.
Высококонцентрированный поток плазмы используют и в экспресс-методе контроля теплопроводности строительных композиционных материалов /72,169/. В работе /125/ рассмотрена плазменная установка для получения минеральных волокон из тугоплавких силикатсодержащих материалов. Низкотемпературную плазму широко используют для модификации поверхности полимерных материалов /117/. Плазмохимическая обработка полимеров приводит к увеличению поверхностной энергии полимеров и, как следствие, к улучшению их гидрофильности и адгезии к защищаемой поверхности.
Всевозможные типы плазменного воздействия на полимеры можно свести к: - травлению- удалению полимерного слоя заданной толщины; - выращивание или осаждение на поверхности материала слоя с заданными свойствами (плазменная полимеризация или металлизация); - изменение состава функциональных групп и структуры поверхности для придания им требуемых свойств.
При воздействии плазмы одновременно происходят все три типа изменений и не всегда существует взаимосвязь между наблюдаемыми физико -54 химическими изменениями в материале и прикладными эффектами. Обработки в низкотемпературной плазме текстильных материалов различной химической природы и структуры значительно повышает их адгезию к цементному камню при получении фибробетона /146/.
Таким образом, для модификации строительных материалов с целью повышения их эксплуатационных показателей широкие перспективы открываются при использовании неравновесной низкотемпературной плазмы. Однако исследования по использованию низкотемпературной неравновесной плазмы в строительной индустрии крайне ограничены. Поэтому применение низкотемпературной неравновесной плазмы для модификации полимеррастворов, используемых для ремонта и восстановления строительных конструкций, является весьма перспективным направлением.
Исследование влияния пластификаторов на горючесть и дымообразующую способность эпоксидных полимеррастворов
Минимальные тонкодисперсные наполнители не только повышают физико-механические свойства полимеров и снижают пожарную опасность полимеррастворов, но и влияют на их термостойкость (табл.15). Влияние минеральных наполнителей на термостойкость эпоксидных полимеррастворов не однозначно /139/. Так, например, маршаллит незначительно повышает, а гетит и лимонит снижают термостойкость полимеррастворов (табл.15). Это обусловлено, по-видимому, как различной устойчивостью наполнителей к действию повышенных температур, так и различной концентрацией гидроксильных групп на их поверхности. При этом потеря массы полимеррастворов при 700С линейно снижается с ростом степени наполнения полимера.
Исследование влияния нияической прйроды и содержания ароматических галогенсодержащих антипиренов на термостойкость и пожарную опасность эпоксидных полимеррастворов Одним из наиболее распространенных и эффективных методов снижения горючести эпоксидных полимеррастворов является использование аддитивных броморганических антипиренов /7,103,140,145,148,149,154/. Это обусловлено, прежде всего, широким ассортиментом и относительно невысокой ттоимостью промышленных марок бромсодержащих антипиренов. КИ промышленных марок броморганических антипиренов, как правило, превышает 90%, а теплота сгорания составляет 9,4... 10,8 кДж/кг. Основные физико-химические свойства промышленных марок бромсодержащих антипиренов приведены в табл.16., ТГ-кривые - на рис.21.
В результате проведенных исследований установлено, что бромсодержащие антипирены снижают воспламеняемость эпоксидных полимеррастворов, наполненных кварцевым песком (41 мас.%): КИ и Спр возрастают с 21,6 и 29,4% до27,2...28,9 и 36,1...39,6% соответственно, а V, -93 при концентрации кислорода в окислителе, равной 45%, уменьшается с 0,41 до 0,23 мм/с. Тв, как правило, снижается с 290-300 до 270...280С, а Тсв практически не зависит от химического строения антипирена и составляет 460...480С. Дщ эпоксидных полимеррастворов в режиме пиролиза незначительно возрастает с 410 до 440...490 м /кг, а в режиме пламенного горения увеличивается с 570 до 890-990 м /кг т.е. более чем в 1,5 раза при содержании 5,7 мас.% броморганических антипиренов (табл.17). Причем Дт в режиме горения превышает коэффициент дымообразования в режиме пиролиза более чем в 2 раза. Полученные данные согласуются с результатом работы/140/.
Химическое строение ароматических броморганических антипиренов аддитивного типа практически не влияет на горючесть эпоксидных полимеррастворов. По-видимому, основным фактором, определяющим их эффективность, является близость температур интенсивного разложения полимера ЭД-20 и бромсодержащего соединения. Механизм действия указанных антипиренов обусловлен как ингибированием радикальных цепных процессов, так и флегматизацией пламени продуктами разложения бромсодержащих антипиренов /102,153,154/.
ТГ- кривые промышленных марок ароматических бромсодержащих антипиренов: 1 - N(2,4,6-тpибромфeнил) малеинимид; 2 - полимер ЭД-20; 3 - декабромдифенилоксид; 4 - хлоргидриновый эфир пентабромфенола; 5 -тетробромдифенилолпропана; 6 - калиевая соль тетрабромдифенилол-пропана; 7- калиевая соль пентабромфенола.
С ростом содержания броморганических антипиренов в связующем закономерно уменьшается воспламеняемость эпоксидных композиций. Так, например, с увеличением содержания тетрабромдиана до 9,8 мас.% Тв полимеррастворов снижается с 300 до 280С, Тсв повышается с 460...470 до 480...490С, а КИ увеличивается с 21,6 до 29,2% (рис.22). Дт в режиме пиролиза практически не зависит от содержания антипиренов и составляет 420.. .440 м /кг, а в режиме пламенного горения возрастает с 750 до 990 м /кг. реакционноспособные соединения. Так, например, для получения полимеррастворов с КИ равным 27% концентрация брома в композиции при использовании пентабромфенола составляет 8,3%, а при применении бромсодержащего олигомера марки УП-631 - 20% (рис.23). Следует отметить, что для аддитивных и реакционноспособных антипиренов наблюдается линейная зависимость КИ полимеррастворов от концентрации брома в композиции (рис.24). Применение промышленных марок броморганических антипиренов позволяет получать умеренногорючие полимеррастворы с КИ равным 30...33%. Выбор антипиренов целесообразно проводить с учетом требуемых эксплуатационных показателей разрабатываемых материалов. При этом максимальная прочность эпоксидных полимеррастворов, содержащих аддитивные бромсодержащие антиперены реализуется на 40 сутки после изготовления образцов (рис.25). Это связано с завершением процесса отверждения эпоксидного полимера ЭД-20. Оптимальным содержанием антипиренов является 8... 10 мас.%. При таком содержании броморганических соединений практически не снижаются прочностные показатели эпоксидных полимеррастворов /139,141/.
Среди новых марок синтезированных бромхлорорганических антипиренов наибольшей термической стабильностью обладает Редант 1 - 2, а минимальной скоростью разложения - Редант 1 /139/. Причем ТГ-кривые разложения антипирена Редант 1 наиболее полно соответствует характеру разложения эпоксидного полимера ЭД-20 (рис.26,27). Этим и объясняется его более высокая эффективность пламягасящего действия по сравнению с другими бромсодержащими антипиренами. В тоже время полимеррастворы, модифицированные антипиреном Редант 1, имеют более высокую теплотворную способность (удельная теплота сгорания композиции, содержащей 8,6 мас.% Редант 1 равна 31570 кДЖ/кг) по сравнению с 29030 и 29900 кДж/кг для полимеррастворов, модифицированных Редант 2 и Редант 1-2 (табл.18). Причем наблюдается линейная зависимость КИ эпоксидных полимеррастворов от концентрации брома в материале. Оптимальной концентрацией синтезированных бромхлорсодержащих антипиренов в эпоксидных полимеррастворах, как и в случае с промышленными ароматическими бромсодержащими антипиренами, является 8-Ю мас.%. Следует отметить, что Редант 1 обеспечивает получение эпоксидных полимеррастворов с более высокими физико-механическими свойствами (табл.18).
Исследование химической стойкости слабогорючих эпоксидных полимеррастворов
Износостойкость разработанных слабогорючих эпоксидных покрытий после воздействия на них воды и дезактивирующего раствора во времени показана на рис.42. Проведенными исследованиями установлено, что наиболее стойкими к истиранию являются эпоксидные композиции, содержащие в качестве антипирена 40%-ный раствор Редант 1 в И,К-диметил-2,4,6-триброманилине. Стойкость к истиранию эпоксидных покрытий после обработки их дезактивирующими растворами повышается более чем в 10 раз (истираемость на приборе Шопера снижается с 730 до 70 мгм).
В первые 6 месяцев экспозиции исследованных образцов эпоксидных покрытий электросопротивление изменяется незначительно и в дальнейшем практически остается постоянным. При этом агрессивные жидкости не достигали основания бетонного образца в течение года экспозиции. Проникновение серной и соляной кислот происходит гораздо медленнее. С увеличением концентрации соляной кислоты скорость ее проникновения возрастает, так как скорость проникновения электролитов прямо пропорциональна давлению их паров над раствором.
Проведенные исследования диффузионной проницаемости и химической стойкости эпоксидной композиции показали, что агрессивные среды практически не оказывают активного химического воздействия, а снижение прочности от воздействия кислот становится ограниченным и затухающим во времени (рис.43). Можно допустить, что решающим фактором долговечности от воздействия агрессивных сред является проницаемость (массоперенос) и на основании эксперементальных данных по диффузионной проницаемости эпоксидной композиции, адгезионно-связанной с бетонным основанием, можно более точно рассчитать срок службы покрытия по уравнению:
Проведенный расчет показывает, что срок службы покрытия на основе эпоксидной композиции зависит от толщины покрытия, вида и концентрации агрессивной среды. Так для покрытия толщиной 3 мм срок службы в условиях постоянного воздействия агрессивных сред составил: для 25% H2S04, 50% NaOH и 10% НС1 - более 20 лет; 10% HN03, СН3СООН и 30% НС1 - 18 лет; 30% СН3СООН и 15% НЖ)3- 15 лет, воды - 14 лет.
Среди разработанных составов слабогорючих монолитных эпоксидных покрытий, наиболее полно отвечающих требованиям к покрытиям полов помещений АЭС, являются полимеррастворы на основе 40%-ного раствора Редант 1 в ад-димeтил-2,4,6-тpибромaнилинe. Поэтому в диссертационной работе была исследована стойкость разработанных слабогорючих покрытий к дезактивирующим растворам.
В результате проведенных исследований установлено, что дезактивируемость слабогорючих эпоксидных полимеррастворов зависит от состава исходных композиций и закономерно уменьшается с увеличением числа циклов загрязнение-дезактивация (табл.22). Максимальное содержание радиоактивных загрязнений на поверхности образца покрытия пола наблюдается у эпоксидных компаундов, содержащих растворитель Р-4 (Кду 1). Это свидетельствует о том, что остаточная радиоактивность на исследованных образцах полимерраствора после их обработки дезактивирующими растворами превышает величину предельно-допустимого уровня загрязнений, установленных нормами радиационной безопасности ЕРБ-86 (2000 бета частиц/мин см2) для обслуживаемых помещений АЭС. Отрицательное влияние растворителя Р-4 на дезактивируемость монолитных покрытий пола связано, с испарением его из полимерраствора в процессе отверждения эпоксидного связующего. Испарение растворителя из полимерного покрытия снижает сплошность поверхности образца, что облегчает диффузию радиоактивных загрязнений и повышает долю прочнозафиксированного загрязнения, не удаляющегося в процессе проведения дезактивации. Это указывает на то, что применение растворителей для снижения вязкости эпоксидных полимеррастворов, используемых для устройства покрытий пола в АЭС, нецелесообразно. Неразлагающиеся минеральные наполнители практически не изменяют дезактивируемость покрытий, выполненных из слабогорючих эпоксидных полимеррастворов. Применение разлагающихся наполнителей (гидроксид магния) приводит к снижению дезактивируемости покрытий (табл.23). Полимеррастворы, содержащие в качестве модификатора ТХДФ и антипирен Редант 1, обладают высокой дезактивирующей способностью (Кду не превышает 0,3). Таким образом, слабогорючие эпоксидные полимеррастворы, не содержащие А1(ОН)3 и Mg(OH)2 могут быть рекомендованы для устройства покрытий полов в помещениях АЭС.