Введение к работе
Актуальность работы. Одним из новых видов конструкционных материалов, созданных в последнее время, является каучуковый бетон или, сокращенно, - каутон Каутон был разработан и исследован в Воронежском государственном архитектурно строительном университете (ВГАСУ) Его отличает набор эффективных эксплуатационных характеристик, среди которых надо выделить высокую, практически универсальную химическую стойкость, благоприятные физико-механические свойства, технологичность, малую усадоч-ность и др Применение каутонов в практике строительства - один из подходов к решению важной народно-хозяйственной задачи, включающей в себя решение проблем коррозии, отрицательного воздействия температуры, деградации материала при повышенном УФ - излучении, радиации и других неблагоприятных природных и техногенных факторов Применение каутонов в конструкциях и изделиях позволит увеличить межремонтный период, надежность и долговечность зданий и сооружений, особенно, если это касается их эксплуатации в условиях воздействия агрессивных сред различного характера
Во ВГАСУ ранее уже были проведены исследования, направленные на изучение физико-механических, теплофизических и технологических свойств каутона, установлено его поведение в условиях воздействия широкого спектра агрессивных сред, изучены вопросы долговечности и надежности этого материала, произведено опытно-промышленное внедрение каутона в качестве конструкций и изделий, работающих в химически агрессивных средах на предприятиях различных отраслей промышленности Итогом этих исследований являются положительные практические результаты и отзывы, а также интерес со стороны промышленности к этому композиту Следует отметить, что каутон по сравнению с другими коррозионно-стойкими композитами, основой которых служат полимеры, выгодно отличается и стоимостью, одним их важнейших показателей эффективности любого строительного материала
Тем не менее, остается неизученным направление, где, по нашему мнению, может эффективно и наиболее полно быть использован эксплуатационный потенциал материала класса каутонов - этим направлением является исследование поведения каутоновых композитов в условиях воздействия ионизирующих излучений различного рода и, что наиболее важно, его поведение в условиях совместного действия ионизирующих излучений и химически агрессивных сред, поскольку, как показывает существующий опыт, именно комплексное воздействие агрессивных сред различной природы — случай, наиболее часто встречающийся на практике
В настоящей работе произведен ряд исследований с целью восполнения существующего пробела Решение поставленных в диссертационной работе задач даст возможность определить долговечность каутона в условиях воздействия ионизирующих излучений и химически агрессивных сред, прогнозировать изменение его прочностных и деформационных характеристик в зависимости от длительности эксплуатации, а также проектировать составы, способ-
V )
ные гарантировать изделиям и конструкциям на основе каутона требуемые эксплуатационные характеристики
Цель и задачи исследования - разработка на основе жидких каучуков с использованием доступных ресурсов эффективных композитов, предназначенных для эксплуатации в условиях воздействия ионизирующих излучений, в том числе при совместном действии химически афессивных сред, а также изучение физико-механических и технологических свойств разработанных материалов
В соответствии с поставленной целью необходимо было решить следующие задачи
- обосновать возможность использования композитов на основе жидких
каучуков, способных эффективно работать в условиях воздействия ионизи
рующих излучений, в том числе и в условиях совместного действия химически
агрессивной среды и ионизирующего излучения,
при помощи современных методов анализа (ИК - спектроскопии, рентгенофазового анализа) изучить изменения, происходящие в структуре каучуковых композитов при воздействии на них различных ионизирующих излучений,
определить радиационную стойкость и радиационно-защитные свойства, изучаемых композитов, при различных мощностях и дозах излучений,
исследовать поведение каучуковых композитов в условиях совместного воздействия ионизирующих излучений и химически агрессивных сред,
на основе проведенных исследований обосновать, разработать и оптимизировать составы каучуковых композитов, обладающие высокими эксплуатационными характеристиками в условиях совместного воздействия ионизирующих излучений и химически афессивных сред,
определить основные эксплуатационные характеристики разработанных композитов
Научная новизна работы заключается в разработке и исследовании композитов на основе жидких каучуков, обладающих высокими радиационно-защитными свойствами, а также эффективными эксплуатационными характеристиками при работе в условиях совместного воздействия ионизирующих излучений различного вида и химически афессивных сред, что отвечает требованиям современной строительной индустрии к материалам подобного рода
Впервые изучено влияние у- и нейтронного излучения на структуру каучуковых композитов, определены радиационная стойкость и радиационно-защитные свойства каутонов, в том числе коэффициент ослабления у-излучения, мощность дозы у-излучения, прошедшего через материал при различной энергии и поглощенной дозе у-квантов Получены графоаналитические модели, адекватно описывающие влияние ионизирующего излучения на каучуковые композиты
Предложено введение в разработанный композит легирующих добавок, повышающих его эксплуатационные характеристики при работе в условиях одновременного воздействия ионизирующих излучений и химически афес-
сивных сред Получены многофакторные нелинейные модели, позволяющие количественно оценить взаимное влияние компонентов каучуковой композиции на эксплуатационные характеристики материала Определены основные эксплуатационные характеристики разработанного композита
Научная новизна работы подтверждена двумя патентами РФ на изобретения «Полимербетонная смесь» № 2261232 от 09 02 2004 г и № 2266876 от 09 08 2004 г
Практическое значение работы состоит в появлении возможности на основе ее научных результатов решать комплекс задач, связанных с получением конкурентоспособных полимерных композитов - каучуковых бетонов, которые отличает высокая радиационная и химическая стойкость, высокие ра-диационно-защитные свойства, также другие благоприятные эксплуатационные характеристики Все это позволяет рекомендовать разработанные составы для изготовления новых и защиты уже существующих строительных изделий и конструкций от агрессивного воздействия среды
Практическая значимость проведенных исследований заключается в получении научно-прикладных знаний, позволяющих на основании установленных аналитических и экспериментальных зависимостей проектировать элементы и изделия, на основе каучуковых композитов Использование доступного сырья не только снижает стоимость композита, но и повышает его конкурентоспособность
Внедрение каутонов в практику строительства позволит повысить эффективность и надежность сооружений, работающих в условиях воздействии агрессивных сред различного характера, а значит, и общую безопасность среды жизнедеятельности человека
Внедрение результатов. Результаты диссертационной работы реализованы при разработке «Технологического регламента изготовления полимербе-тонной смеси для специального применения» Теоретические разработки и результаты экспериментальных исследований использованы в учебном процессе при постановке лекционного курса, курсовом и дипломном проектировании студентами и магистрантами ГОУВПО ВГАСУ
Достоверность полученных результатов и выводов, сделанных по работе, обеспечена методически обоснованным комплексом исследований с использованием современных средств исследований и измерений, применением математических методов планирования экспериментов и статистической обработкой результатов
Публикации и апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на четырех научно-технических конференциях ВГАСУ (2003 2006 г г), III международной научно-технической конференции РААСН «Проблемы обеспечения безопасности строительного фонда России» (г Курск, 2004 г ), VIII академических чтениях РААСН «Современное состояние и перспектива развития строительного материаловедения» (г Самара, 2004 г ), первой международной научно-практической конференции «Оценка риска и безопасность строительных конструкций» (г Воронеж 2006 г) и опубликованы в 11 печатных работах
На защиту выносятся:
результаты экспериментальных исследований по определению влияния гамма- и нейтронного излучения на структуру каучукового композита,
экспериментальные данные об изменении величины значения линейного и массового коэффициента ослабления гамма излучения,
результаты эксперимента, доказывающего высокую радиационную стойкость каутона, в том числе при совместном воздействии ионизирующего излучения и химически агрессивных сред,
схему представлений об условиях и факторах, обеспечивающих высокие эксплуатационные характеристики каучуковых композитов при воздействии на них ионизирующих излучений
разработанные составы каучукового бетона, обладающие высокой радиационной и химической стойкостью и радиационно-защитными свойствами,
комплекс математических моделей, описывающих влияние состава на эксплуатационные свойства композита
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов и списка использованных источников Содержит 143 страницы машинописного текста, включая 25 рисунков, 27 таблиц Список использованных источников включает 149 наименований
Автор выражает благодарность доктору технических наук, профессору Потапову Ю Б , а также доктору технических наук, профессору Борисову Ю М за консультации по теоретическим и практическим вопросам, касающихся исследований каутона
Автор искренне признателен сотрудникам кафедры ядерной физики Воронежского государственного университета Вахтелю В М и Лукину А Н за оказанную помощь в получении данных экспериментальных исследований радиационной стойкости радиационно-защитных каутонов
Похожие диссертации на Строительные композиты на основе полибутадиеновых олигомеров для защиты от радиации
