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
