Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса 11
1.1 Общие сведения о защитных покрытиях на основе эпоксидных полимеров 11
1.2 Теоретические основы структурообразования и технологии полимерных композиционных материалов 19
1.3 Влияние тонкодисперсных наполнителей полимерных матриц на структуру композиционных материалов 21
1.4 Анализ взаимодействия ультрадисперсных частиц с компонентами полимерных композиционных материалов 30
1.5 Прогнозирование долговечности защитных покрытий на основе полимерных композиционных материалов 34
1.6 Выводы 45
2 Используемые материалы, оборудование и методы исследований 46
2.1 Характеристика материалов 46
2.2 Методы исследований
2.2.1 Физико-механические испытания 49
2.2.2 Определение физических характеристик 51
2.2.3 Сканирующая зондовая микроскопия
2.3 Методика математического планирования эксперимента 58
2.4 Выводы 62
3 Проектирование и разработка составов эпоксидных связующих с ультрадисперсными добавками 63
3.1 Структурообразование защитных полимерных покрытий 63
3.2 Разработка эпоксидного защитного покрытия с улучшенными характеристиками з
3.2.1. Модификация эпоксидного связующего малыми добавками углеродных нанотрубок 67
3.2.2 Определение оптимального содержания наполнителя в защитном полимерном покрытии 70
3.2.3 Влияние количества нанодобавки на рельеф поверхности пленок связующего 74
3.2.4 Компьютерный анализ влияния содержания нанотрубок в образцах на шероховатость поверхности 76
3.3 Исследование водостойкости эпоксидных композиций модифицированных ультрадисперсными частицами 83
3.4 Исследование химической стойкости модифицированных эпоксидных композиций в среде травильных растворов 85
3.5 Выводы 89
4 Прогнозирование долговечности эпоксидного связующего для защитного покрытия 90
4.1 Прогнозированию долговечности эпоксидного композиционного материала с позиций термодинамики 90
4. 2 Выводы 101
5. Практическая реализация результатов исследований ... 102
5.1 Подготовка поверхности под нанесение защитных покрытий 102
5.2 Технология нанесения полимерных покрытий 110
5.3 Устройство мастичных, шпаклевочных и наливных покрытий 116
5.4 Экономическая эффективность применения защитных эпоксидных покрытий 121
5.5 Выводы 123
Основные выводы 124
Список использованных источников
- Влияние тонкодисперсных наполнителей полимерных матриц на структуру композиционных материалов
- Сканирующая зондовая микроскопия
- Компьютерный анализ влияния содержания нанотрубок в образцах на шероховатость поверхности
- Устройство мастичных, шпаклевочных и наливных покрытий
Введение к работе
Актуальность работы. Срок службы большинства зданий и сооружений во многом зависит от интенсивности потери эксплуатационных свойств материалов строительных конструкций. В свою очередь долговечность основных конструкционных материалов таких, например, как бетон и железобетон обеспечивается применением надежных защитных антикоррозионных покрытий.
Основными требованиями, которым должны отвечать защитные покрытия, являются обеспечение надежной защиты в течение запланированного межремонтного периода и технико-экономическая целесообразность. Для этого необходимо выбирать покрытие с учетом вида защищаемого объекта (материала и конструкции) и условий его эксплуатации, определяемых характером и степенью агрессивности среды, ее влажностью и температурой, давлением, механическими нагрузками и т. п. Покрытие должно: выполняться из материалов, длительно сохраняющих свои свойства в условиях эксплуатации защищаемого объекта; обладать высокими адгезионными свойствами, газо- и водонепроницаемостью; не вызывать коррозию подложки; допускать возможность механизации и автоматизации технологических процессов, связанных с его получением и применением; показатели его физико-химических, химических и других свойств должны отвечать эксплуатационно-техническим требованиям нормативных документов.
Наиболее эффективными защитными свойствами обладают полимерные материалы.
При нанесении на элементы строительных конструкций они во много раз повышают их долговечность и улучшают некоторые свойства материала конструкции.
В антикоррозионной технике эпоксидные смолы занимают одно из первых мест среди наиболее известных полимерных материалов. Покрытия на их основе обладают высокими адгезионными свойствами (иногда их применяют без грунтовки), прочностью, водонепроницаемостью, химической стойкостью при повышенных температурах, отличными электроизоляционными свойствами и технологичностью. Высокая реакционная способность эпоксидных смол позволяет путем применения различных модифицирующих добавок получать покрытия с необходимыми свойствами.
В технологии полимерных композиционных материалов широко известен метод модификация полимеров путем наполнения их тонкодисперсными порошками, с целью улучшения физико-механических свойств. Однако объем научных публикаций в отечественной и зарубежной литературе свидетельствует о неослабевающем интересе к проблеме наполнения полимеров, в том числе эпоксидных. Важнейшими среди множества составляющих ее вопросов являются вопросы определяющие эффект усиления – природа наполнителя, механизм взаимодействия полимера с поверхностью твердого наполнителя и влияние степени дисперсности наполнителя на свойства композита. В значительно степени это относится и к защитным полимерным покрытиям.
Актуальность данной работы обусловлена необходимостью проведения экспериментально-теоретических исследований проектирования составов, изучения свойств, разработки технологии нанесения и прогнозирования долговечности эпоксидных покрытий модифицированных искусственными ультрадисперсными частицами разной природы.
Целью работы является создание полимерных композиций на основе эпоксидных смол, модифицированных ультрадисперсными добавками, способных обеспечивать изделиям и конструкциям эффективную работу при эксплуатации в агрессивных средах.
Для этого необходимо в настоящих исследованиях решить следующие задачи:
- обосновать и выбрать микроармирующие добавки и наполнители;
- изучить влияние выбранных добавок на деформационно-прочностные и технологические свойства полимерных композиций;
- разработать рациональные составы полимерных защитных мастик;
- исследовать технологию приготовления и применения разработан-ных полимерных композиций.
- провести опытно-промышленную апробацию результатов выполнен-ных исследований.
Научная новизна работы состоит в следующем:
- установлен механизм формирования упрочненной структуры эпоксидного связующего в присутствии ультрадисперсных микродобавок углеродных нанотрубок, заключающийся в том, что добавки за счет физико-химического взаимодействия функциональных полярных групп и развитой поверхности наполнителей из микрокремнезема и молотого конвертерного шлака регулируют структуру эпоксидного связующего.
- исследован термодинамический подход к прогнозированию долговечности эпоксидных связующих для защитных покрытий.
- изучена возможность применения микрокремнезема и конвертерного шлака в качестве наполнителя для производства полимерных защитных покрытий.
- установлено влияние ультрадисперсных добавок из углеродных нанотрубок на физико-химические свойства полученных композиций;
- разработаны составы наполненных композиций на основе эпоксидных смол и определены значения их физико-химических характеристик.
Практическая значимость и реализация результатов работы заключается в следующем:
- разработан технологический регламент по устройству трещиностойких (коррозионностойких) гидроизоляционных покрытий железобетонных конструкций городских транспортных сооружений на основе модифицированных фурановых смол и методические указания по прогнозированию остаточного ресурса надземных объектов металлургической промышленности.
- произведен патентный поиск по теме «Нанотехнологии и нанодобавки в промышленности строительных материалов».
- результаты исследований используются при обучении студентов специальности 270106 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций» по дисциплинам: «Технология полимерных материалов» и «Долговечность материалов и изделий» на инженерно-строительном факультете Липецкого государственного технического университета.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на Международной конференции «Эффективные конструкции, материалы и технологии в строительстве и архитектуре» в г. Липецк: в 2009 г; на четырнадцатой Международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов «Строительство – формирование среды жизнедеятельности» в г. Москва: в 2011 г.; на научной конференции студентов и аспирантов Липецкого государственного технического университета в г. Липецк: в 2011 г.; на Российской научной конференции с международным участием «Социально-экономические и технологические проблемы развития строительного комплекса региона. Наука. Практика. Образование. IV». Волгоград, Михайловка, 2011 г.
Публикации Результаты исследований, отражающие основные положения диссертационной работы, изложены в 7 научных публикациях, в том числе 1 статья в рецензируемых научных журналах и изданиях.
На защиту выносятся:
1. Результаты физико-химических исследований структур полимерных композиционных материалов на основе эпоксидных связующих.
2. Экспериментальные исследования зависимости прочности полимерных композиционных материалов от соотношения полимер-наполнитель.
3. Результаты теоретических и экспериментальных исследований эпоксидного связующего с ультрадисперсной добавкой в виде углеродных нанотрубок.
4. Прогнозирование долговечности эпоксидного связующего, модифицированного ультрадисперсными добавками.
5. Оптимальные составы полимерных композиционных материалов на эпоксидном связующем, наполненным микрокремнеземом и молотым конвертерным шлаком с ультрадисперсными добавками углеродных нанотрубок.
6. Технология производства и нанесения защитных эпоксидных композиционных покрытий.
Достоверность полученных результатов обеспечена комплексом исследований с использованием стандартных средств измерений и подтверждается применением вероятностно-статистических методов обработки результатов испытаний, имитационным моделированием процессов, экономико-математическим моделированием, а также опытными испытаниями и их положительными результатами.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 131 страницах, включающего 7 таблиц, 24 рисунка и фотографий, списка литературы из 121 наименований, 4 приложений
Влияние тонкодисперсных наполнителей полимерных матриц на структуру композиционных материалов
Полиструктурная теория, как единая система научных представлений о закономерностях структурообразования, технологии и свойств композиционных строительных материалов, получила интенсивное распространение в последние годы [55,56,57,58,59,60].
Сущность теории заключатся в выделении в единой структуре материала многих взаимосвязанных структур, прорастающих одна в другую. Микроструктура присуща связующим. Она формируется при совмещении синтетических смол и наполнителей. Свойства микроструктуры определяются явлениями, протекающими в контакте жидкой и твердой фаз, т.е. зависят от количества наполнителя, его дисперсности и физико-химической активности поверхности [61].
В практике реализуются обычно бинарные системы - системы, составленные из вяжущих и дисперсных наполнителей с включением отвердителей и модифицирующих компонентов, для которых характерна микроструктура. К ним относятся наполненные композиции, мастики, клеи, краски, герметики, замазки и подобные материалы. Значительное влияние на процесс структурообразования связующих оказывает вязкость вяжущих веществ, которая, в свою очередь, регулируется в широких пределах введением разбавителей или изменением температуры.
Установлено, что для конкретных полимерных связующих при постоянной температуре физико-технические свойства связующих определяются следующей зависимостью: R = f(Cv,S,v,k,P) (1.1) где Cv - объемное соотношение твердого и жидкого компонентов в связующем, наполнителя и вяжущего; S- дисперсность наполнителя; v-активность поверхности наполнителя; к - концентрация вяжущего вещества; р -пористость связующего [62].
Для количественной оценки влияния природы взаимодействия в контакте наполнитель - связующее необходимо располагать зависимостями свойств связующего от энергетических характеристик поверхности наполнителя. К сожалению, такие зависимости в явном виде до сих пор не получены, хотя накоплен большой опыт качественной оценки контактных сил сцепления и разработаны способы повышения адгезии путем модификации поверхности наполнителей поверхностно-активными веществами [63].
В последнее время произведена переоценка представлений об оптимальных структурах наполненных композитов как средах с равномерно распределенным дисперсным наполнителем, частицы которого покрыты тонкими ориентированными пленками. Микроструктуре присуща значительная неоднородность. Зерна наполнителей в системе, стремящейся к уменьшению поверхностной энергии, объединяются в агрегаты-кластеры различных размеров, представляющие собой качественно иные включения (псевдофазу), существующие в вяжущем наряду с неагрегированными частицами. Такое метастабильное состояние системы при максимальном насыщении кластерами обеспечивает экстремальное упрочнение наполненной структуры [57,58].
Явление кластерообразования неизбежно и обуславливает термодинамическую неоднородность структуры. Установлено, что значительное уплотнение вяжущего внутри кластеров и разуплотнение в периферийных областях оказывают существенное влияние на микромеханику трещинообразования и разрушение.
Таким образом, в практической технологии не надо стремиться к идеально равномерному распределению частиц наполнителя. Напротив, режимы должны обеспечить требуемую неоднородность системы, т.е. оптимальные условия для кластерообразования дисперсных частиц.
Влияние степени наполнения и дисперсности недостаточно рассматривать изолированно. В действительности речь идет о величине общей поверхности раздела, точнее, контакта фаз наполнитель - вяжущее в единице объема связующего. Эта поверхность характеризуется параметром, пропорциональным произведению С„ S, и обеспечивается при различных сочетаниях этих факторов [63].
Произведение Cv S дает параметр, интегрально определяющий интенсивность энергетического взаимодействия в контактной зоне в единице объема. При этом влияние гранулометрического состава наполнителей и формы их зерен, концентрации вяжущего, фактора кластерообразования и перколяции, технологических режимов может учитываться ситуационными (поправочными) коэффициентами или функциями. Разработка и конкретизация базовых функций дает возможность надежной оптимизации составов с минимальным эмпиризмом и прогноза свойств композитов [63].
Одним из широко известных методов модификации полимеров является наполнение высоко дисперсными твердыми частицами.
Усиление обеспечивается прежде всего адгезией полимера к поверхности жесткого и прочного наполнителя, большей, чем когезионная прочность матрицы. По мнению Липатова [21], хотя необходимость "определенного числа межфазных связей" установлена, однако природа, число и энергия связей "еще не фигурирует в существующих теориях усиления". Вторым фактором физико-химии наполнения, обуславливающим не только усиление, но и другие эффекты этого способа модификации, является изменение структуры и свойств полимера в граничных слоях под влиянием твердой поверхности [22-24].
Формирование этих слоев зависит от химической природы и полимера и поверхности наполнителя, соотношения их поверхностных энергий, температурно-временных условий образования композиции. При большой поверхностной энергии и дисперсности наполнителя главным результатом становится превращение полимера в граничные слои, с иными, чем в объеме, и неоднородными по толщине этих слоев структурой и свойствами.
Специфичность молекулярно-топологического строения полимеров приводит к тому, что изменения их структуры под влиянием твердой поверхности настолько значительны по величине и дальнодействию, что любой наполненный полимер может рассматриваться как трехфазная система, состоящая из наполнителя, граничного слоя полимера у его поверхности и "свободного" полимера со структурой, не измененной под влиянием поверхности раздела [23]. Благодаря дальнодействию, протяженность которого может достигать в эпоксидных полимерах 9000 А [24], введение наполнителей с высокой удельной поверхностью и большой поверхностной энергией приводит к полному превращению полимерной матрицы в состояние граничных слоев. Чаще всего эти граничные слои имеют большую, чем "объемный" полимер, прочность, жесткость, теплостойкость, что тем самым, обуславливает тот эффект синергизма, которым композиционные материалы и отличаются от однокомпонентных. Образующаяся высокодисперсная композиция может рассматриваться и как модифицированный (с целью усиления) полимер с высокой степенью молекулярной, топологической и химической гетерогенностью, в котором вклад собственных свойств наполнителя
Сканирующая зондовая микроскопия
Изучение поверхности твердых тел является одной из важнейших задач современных физико-химических исследований. Развитие нанотехнологии, как основного способа создания функциональных элементов, в том числе из отдельных атомов и молекул, в нанометровом масштабе, предполагает совершенствование методов контроля и визуализации таких элементов. В наномасштабе, именно поверхность объекта, а не его объем, играет определяющую роль при взаимодействии с другими объектами.
Исследуемая поверхность и происходящие на ней явления представляют интерес и с точки зрения фундаментальной физики и кристаллохимии, т.к. атомная структура кристалла совершенно другая чем в объеме. з
Сканирующая зондовая микроскопия (СЗМ) основана на использовании механического зонда для получения увеличенного изображения поверхности. В зависимости от типа взаимодействия между зондом и поверхностью исследуемого образца различают: сканирующую туннельную микроскопию (СТМ, детектируется туннельный ток), сканирующую силовую микроскопию (ССМ, детектируется силовое взаимодействие), ближнепольную сканирующую оптическую микроскопию (БСОМ, детектируется электромагнитное излучение). Сканирующая силовая микроскопия, в свою очередь, подразделяется на атомно-силовую микроскопию (АСМ, детектирование сил атомных связей, действующих между атомами вещества), магнитно-силовую микроскопию (МСМ), электросиловую микроскопию (ЭСМ), то есть, в зависимости от вида силового взаимодействия. Зондирование позволяет собрать уникальную информацию о свойствах поверхности, как на воздухе, газах, вакууме, так и в жидкой среде, вплоть до долей ангстрема.
Конструкция сканирующего зондового микроскопа (СЗМ) предусматривает следующие основные компоненты (рисунок 2.1): 1 - зонд; 2 -образец; 3 - пьезоэлектрические двигатели х, у, z для прецизионного перемещения зонда над поверхностью исследуемого образца; 4 - генератор развертки, подающий напряжение на пьезодрайверы х и у (обеспечивают сканирование зонда в горизонтальной плоскости); 5 - электронный сенсор, детектирующий величину локального взаимодействия между зондом и образцом; 6 - компаратор, сравнивающий текущий сигнал в цепи сенсора V(t) с изначально заданным , и, при его отклонении, вырабатывающий корректирующий сигнал V(b; 7 - электронная цепь обратной связи, управляющая положением зонда по оси z; 8 - компьютер, управляющий процессом сканирования и получения изображения 9.
Сканирующий зондовый микроскоп Solver Р47 PRO Работа пьезоэлектрических двигателей, применяемых в СЗМ Solver Р47 PRO, основана на использовании обратного пьезо-эффекта, который заключается в изменении размеров пьезоматериала под действием электрического поля. Основой большинства пьезокерамических зондов является состав Pb(ZrTi)03 (цирконат-титанат свинца, ЦТС) с различными добавками. Удлинение закрепленной с одного конца пьезопластины определяется выражением: Al = l-"-d, (2.8) h где / - длина пластины, h - толщина пластины, U- электрическое напряжение, приложенное к электродам, расположенным на гранях пьезопластины, d пьезомодуль материала.
Каждый пьезоэлектрический двигатель имеет свой уникальный пьезомодуль от 0,1 до 300 нм/В. Керамика с коэффициентом расширения 0,1 нм/В позволяет получить перемещение 0,1 А при приложении напряжения 100 mV, что достаточно для получения атомарного разрешения, а для получения больших диапазонов сканирования (до нескольких сотен микрон) используется пьезокерамика с большими значениями пьезомодуля.
Сканерами СЗМ являются конструкции из пьезокерамик, обеспечивающие перемещение по трем координатам х, у (в латеральной плоскости образца) и z (по вертикали). В процессе сканирования зонд движется вдоль линии (строки) сначала в прямом, а потом в обратном направлении (строчная развертка), затем переходит на следующую строку (кадровая развертка). Движение зонда осуществляется с помощью сканера небольшими шагами под действием пилообразных напряжений, подаваемых с генератора развертки (обычно, цифро-аналогового преобразователя). Регистрация информации о рельефе поверхности производится, как правило, на прямом проходе. К числу основных параметров, выбираемых перед началом сканирования, относятся: размер скана; число точек на линии NX и линий в скане NY, определяющие шаг сканирования А; скорость сканирования. Параметры сканирования выбираются исходя из имеющихся предварительных данных об объекте исследования (размера характерных поверхностных особенностей).
При выборе размера скана необходимо получить наиболее полную информацию о поверхности образца, то есть отобразить наиболее характерные особенности его поверхности. В случае если расположение особенностей на поверхности исследуемого объекта неоднородно, то для достоверной оценки необходимо провести сканирование в нескольких отстоящих друг от друга точках на поверхности образца. При отсутствии информации об объекте исследования сначала, как правило, проводят сканирование в области, близкой к максимально доступной для отображения, с целью получения обзорной информации о характере поверхности. Выбор размера скана при повторном сканировании осуществляют исходя из данных, полученных на обзорном скане.
Число точек сканирования (Nx, NY) выбирается таким образом, чтобы шаг сканирования А был меньше характерных ее особенностей, иначе возможна потеря части информации, заключенной между точками сканирования. С другой стороны, выбор излишнего количества точек сканирования приводит к увеличению времени получения скана.
Скорость сканирования определяет скорость движения зонда между точками, в которых производится считывание информации. Излишне большая скорость, как правило, приводит к тому, что система обратной связи не успевает отводить зонд от поверхности, что в свою очередь приводит к неправильному воспроизведению вертикальных размеров, а так же к повреждению зонда и поверхности образца. Малая скорость сканирования увеличивает время получения скана.
Компьютерный анализ влияния содержания нанотрубок в образцах на шероховатость поверхности
Введение в состав композиций дисперсного наполнителя приводит к изменению структуры полимера в контактной зоне. В непосредственной близости от поверхности частиц минеральной фазы образуется ориентированный микрослой адсорбированных молекул эпоксидного связующего, достигающий 1.5x10 м, в результате чего на границе раздела полимерная матрица - наполнитель наблюдается градиент свойств, в том числе и проницаемости.
Решающим фактором, определяющим водостойкость композиционных материалов, является характер физико-химического взаимодействия на границе раздела фаз. В эпоксидном композите на основе кварцевого наполнителя такое взаимодействие обусловлено физической адсорбцией молекул эпоксидного связующего на поверхности частиц наполнителя с образованием водородных связей. Изменение прочности композитов на указанных наполнителях после месячной экспозиции определяется диффузионными процессами, протекающими в полимерной матрице. При этом наибольшее сопротивление диффузии молекул воды оказывает зона полимера, непосредственно примыкающая к поверхности раздела фаз. При более длительной экспозиции решающее влияние на водостойкость эпоксидных композитов оказывает качество физико-химического взаимодействия между полимером матрицы и наполнителем. В этом случае, в первую очередь, рвутся слабые водородные связи, на разрушение которых необходимо затратить меньше энергии. Образовавшиеся микродефекты способствуют миграции молекул воды по поверхности наполнителя, в результате чего проницаемость композита в целом возрастает.
Под химической стойкостью понимают способность материалов и конструкций в определенных пределах времени эксплуатации воспринимать воздействие агрессивных сред без разрушения и существенного изменения геометрических размеров и формы [18].
При взаимодействии агрессивной среды с композитом происходят физико-химические процессы - проникновение жидкости в композит и химическое реагирование среды с компонентами композита.
Исследования химической стойкости композитов показывают, что их долговечность в условиях множества агрессивны сред обеспечивается в первую очередь, химической неизменяемостью связующего.
Известно [19], что количество поглощенной среды и скорость диффузии молекул среды в значительной степени определяется степенью физической активности среды, которая зависит от полярности, формы и размеров молекул среды. Исследования процессов массопереноса в композитах при экспозиции в воде и адсорбционно-активной среде сорбционным методом показали, что наличие поверхностно-активных составляющих облегчает проникновение молекул среды в объем композиции. В результате чего возрастает скорость диффузии и увеличивается количество поглощенной материалом среды, что приводит к увеличению вероятности разрушения адгезионных и когезионных связей в композите.
Полученные результаты можно объяснить следующим образом. В общем виде адсорбционный эффект снижения прочности, состоящий в значительном понижении сопротивления твердых тел деформированию и разрушению, обусловлен снижением межфазной поверхностной энергии материала в результате физической адсорбции поверхностно-активных веществ из окружающей среды. Это снижение должно приводить к уменьшению работы разрушения твердого тела, так как часть этой работы расходуется именно на образование новых поверхностей раздела.
Учитывая специфические условия эксплуатации защитных покрытий в травильных цехах, были проведены исследования по определению их стойкости к действию травильных растворов на основе серной и соляной кислот (рисунки 3.19 - 3.20). Поскольку травильные растворы относятся к полярным, то действие их приводит к незначительному адсорбционному снижению свободной поверхности энергии при разрушении. Но в тоже время полярные среды имеют малый размер молекул и ионов, что позволяет им быстро проникать в дефектные зоны.
Химическая стойкость эпоксидных композиций изучалась при нанесении их на образцы бетонов размерами 0.04x0.04x0.16м и 0.1x0.1x0.1 м. При этом проводились как лабораторные исследования, так и исследования в натурных условиях. В качестве режимов хранения образцов были приняты травильные растворы соляной серных кислот.
Бетонные образцы после изготовления хранились в течение 28 суток в нормальных условиях. Затем были просушены при температуре 60...80С в течение 8-12 часов. Перед нанесением защитного покрытия поверхность их тщательно очищали от пыли и обезжиривали ацетоном.
Для повышения адгезии покрытия к бетонной поверхности на нее наносили грунтовочный слой с помощью кисти с тщательным растиранием. Затем с помощью вентилятора с горячим воздухом просушивали в течение 15 минут. После того как поверхность грунтовочного слоя отвечала качеству «до отлипа» наносили защитную композицию в два слоя. Каждый слой покрытия наносили после высыхания предыдущего «до отлипа». Образцы с нанесенными двумя слоями покрытия помещали в сушильный шкаф и для ускорения полимеризации выдерживали при температуре 60...80С в течение 8 часов со скоростью подъема и снижения температуры равной 0.5С в минуту. Испытания на химическую стойкость проводили через 30 суток хранения обмазанных образцов в нормальных воздушно-сухих условиях. Подготовленные таким образом образцы помещались в стеклянные эксикаторы с соответствующей средой. Оценку химической стойкости защитных покрытий проводили по внешнему виду, по изменению массы образцов и по величине потери прочности на сжатие.
Устройство мастичных, шпаклевочных и наливных покрытий
Химические и электрохимические способы подготовки Поверхности металлов перед нанесением защитных покрытий имеют множество разновидностей. Терминология применяемых методов, способы оценки качества подготовленной поверхности, специальные приемы и последовательность операций при подготовке поверхности под нанесение тех или иных покрытий регламентированы ГОСТами. При выборе конкретных методов подготовки руководствоваться ГОСТ 9.301—78.
Для скрепления полимерного покрытия с поверхностью бетона и железобетона применяют следующие пять способов: 1) «мокрое» нанесение материала покрытия с последующим его отверждением и сцеплением с бетонной поверхностью за счет возникновения адгезионных, механических и других связей; 2) механическое зацепление (искусственное заанкеривание); 3) склеивание пленочно-листового материала с бетоном; 4) термоадгезионное прикрепление; 5) пропитка бетона полимерами.
Наиболее распространен первый способ скрепления полимерных покрытий с бетоном и железобетоном, при котором полимер наносится на поверхность в еще «сыром», неотвержденном состоянии. Он заключается в образовании на бетонной поверхности слоя полимера из лакокрасочных материалов, из водных эмульсий (латексов) или паст, из жидко-вязких низкомолекулярных смол и соответствующих органозолей и пластизолей [44,45].
«Мокрый» способ отличается простотой нанесения и возможностью применения механизации. При этом способе достигается высокая адгезионная прочность полимера к железобетонной конструкции. Вместе с тем он требует тщательной подготовки поверхностей и применения дорогих и токсичных синтетических смол.
Второй способ скрепления с бетонной поверхностью осуществляется за счет заанкеривания листовых и рулонных полимерных материалов в процессе бетонирования конструкций и непосредственного сцепления, возникающего в процессе бетонирования и отвердевания бетона [44, 45]. В первом случае гарантируются безопасность, надежность, технологичность и безвредность работ с использованием термопластичных полимерных материалов (полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид я т. д.). Во втором случае достигается равномерное по всей площади сцепление полимера (полиизобутилен марки ПСГ) с бетоном и железобетоном. Однако в этом случае приходится тщательно готовить поверхность самого полимера, номенклатура которого ограничена [44].
Третий способ скрепления предполагает использование в качестве покрытия полимерных материалов в виде листов или рулонов, наклеиваемых на бетонные и железобетонные поверхности. В этом случае нелегко обеспечить высокое качество работ, что ограничивает применение этого способа.
Четвертый способ скрепления— термоадгезионный — может быть получен: 1) за счет прикрепления термопластичных полимерных материалов (полиэтиленовые пленки или листы, пластифицированные и ударопрочные поливинилхлоридные изделия и т. д.) к разогретой поверхности бетона или железобетона до температуры плавления полимеров; 2) нанесением слоя из термопластичных полимерных материалов на бетон и железобетон методами вихревого напыления и спекания, а также газопламенным напылением термопластичного полимера на предварительно огрунтованную бетонную поверхность. Этот способ дает возможность быстро, равномерно и достаточно прочно прикреплять полимеры как на горячие, так и на холодные поверхности бетона, производить омоноличивание швов полимерных слоев смежных полимербетонных элементов. Однако сам выбор полимеров, пригодных для этого способа, ограничен и для его реализации нужны специальные условия [44,45].
Пятый способ скрепления покрытия с бетонной поверхностью предполагает ее обработку, состоящую из двух стадий — пропитки бетона смолой и нанесения собственно покрытия [65, 8]. При пропитке бетона его поверхностный слой должен быть сухим. Смолу же необходимо подбирать по минимальной вязкости, но без летучих компонентов. По окончании пропитки на поверхность наносят покрытие на основе той же смолы, но к последней добавляют отвердитель. Разновидностью этого способа скрепления полимера с бетоном следует считать пропитку жидким мономером под давлением с последующей его полимеризацией при помощи химических отвердителей либо у-облучения [65, 8], в результате чего можно улучшить физико-химические и механические свойства бетона и железобетона.
Лишь при втором способе к поверхности бетона не предъявляется никаких требований, так как в этом случае листы покрытия, профилированные с одной стороны, могут быть скреплены с железобетоном путем предварительной укладки их в опалубочные формы до бетонирования конструкции или втапливания их ребер в поверхностный слой свежеотформованных железобетонных изделий. Таким способом можно покрывать железобетонные панели, плиты, балки, колонны, трубы и другие конструктивные элементы зданий и сооружений.
В том случае, когда железобетонная конструкция имеет трещины и другие повреждения, работы по нанесению (покрытия проводятся в следующем порядке: сначала удаляют деструктивный бетон и обнаженную поверхность обрабатывают химическим способом, затем на поврежденные места наносят полимерные покрытия (мастику или полимербетон). Перед нанесением полимерных покрытий иногда рекомендуется нейтрализовать щелочность бетона раствором сернокислого цинка или раствором фтористого силиката.
