Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ термозащитных вспучивающихся композиций строительного назначения 10
1.1 Составы термозащитных вспучивающихся композиций 11
1.2 Выводы : 20
1.3 Цель и задачи исследований 23
2 Обоснование процессов формирования структуры термозащитных вспучивающихся композиций 26
2.1 Термодинамические расчеты и исследования энергии кристаллических решеток основных компонентов термозащитных вспучивающихся композиций 27
2.2 Особенности формирования структуры ТВК в широком интервале температур 32
2.3 Выводы 42
3 Методика экспериментальных исследований и характеристика свойств исходных материалов 43
3.1 Характеристика и основные свойства исходных материалов 43
3.2 Методика экспериментальных исследований ТВК 45
3.3 Выводы 50
4 Влияние минеральных микронаполнителей различных генетических классов на термические превращения в силикатном связующем и на его физико-механические свойства 51
4.1 Исследования свойств силиката натрия как связующего в термозащитных вспучивающихся композициях в интервале температур 20 С -900С - 51
4.2 Влияние микронаполнителей и пигмента-антипирена на термические превращения в силикатном связующем 60
4.2.1 Влияние кремнистых и кварцевых микронаполнителей на термические превращения в силикатном связующем 61
4.2.2 Влияние карбонатных микронаполнителей на термические превращения в силикатном связующем 78
4.2.3 Влияние пигмента-антипирена на термические превращения в силикатном связующем 92
4.3 Влияние минеральных микронаполнителей разных генетических классов на физико-механические свойства силиката натрия в диапазоне температур 20С-900С 96
4.3.1 Влияния микронаполнителей разных генетических классов на физико-механические свойства водного раствора силиката натрия при
температуре 20С 96
4.3.2. Влияние микронаполнителей разных генетических классов на
свойства силиката натрия при тепловом воздействии 98
4.4 Выводы 108
5 Оптимизация составов силикатных термозащитных вспучивающихся композиций строительного назначения 112
5.1 Основные требования, предъявляемые к термозащитным вспучивающимся композициям 112
5.2 Оптимизация составов силикатных термрзащитных вспучивающихся композиций и покрытий на основе карбонатосодержащих отходов производства нитроаммофоски («ОБА») и трепельного
микронаполнителей 113
5.3В ыводы 129
Заключение 130
Список использованных источников 131
Приложения
- Составы термозащитных вспучивающихся композиций
- Термодинамические расчеты и исследования энергии кристаллических решеток основных компонентов термозащитных вспучивающихся композиций
- Исследования свойств силиката натрия как связующего в термозащитных вспучивающихся композициях в интервале температур 20 С -900С
- Основные требования, предъявляемые к термозащитным вспучивающимся композициям
Введение к работе
Актуальность работы. Термозащита строительных конструкций является эффективным способом повышения долговечности зданий, сооружений при повышенных температурах. Анализ научно-технической и патентной литературы свидетельствует о перспективности использования термозащитных вспучивающихся композиций (ТВК), повышающих термостойкость материалов и конструкций на их основе за счёт теплоизолирующих свойств пенококса, получаемого при тепловом воздействии. Перспективность применения для этих целей силикатных связующих диктуется их свойствами и низкой стоимостью. Ассортимент существующих эффективных ТВК для строительных конструкций мал и представлен либо дорогостоящей импортной продукцией, либо композициями на полимерных связующих в органических растворителях, что небезопасно с экологической и технологических точек зрения.
В связи с этим исследования по разработке составов силикатных ТВК на минеральных микронаполнителях разных генетических классов является актуальной задачей строительного материаловедения.
Целью работы является разработка эффективных ТВК строительного назначения на основе силикатного связующего.
В соответствии с поставленной целью работы определены следующие задачи исследований:
Выполнить теоретические исследования по изучению возможности формирования структуры ТВК.
Исследовать различными методами физико-химические свойства водных растворов силиката натрия в диапазоне температур 20С ч- 900С.
3. Определить разными методами с использованием термогравиметрии,
рентгенодифрактометрии, электронной микроскопии влияние кремнистых, квар
цевых, карбонатных микронаполнителей разных генетических классов на терми
ческие превращения силиката натрия в диапазоне температур 20С -f- 900С.
Экспериментально исследовать влияние минеральных микронаполнителей разных генетических классов на физико-механические свойства водного раствора силиката натрия в композициях малярной консистенции.
Провести оптимизацию составов ТВК, включающих силикатное связующее, минеральные микронаполнители и дегидратирующий компонент.
Разработать рецептуру ТВК и внедрить разработанные составы в практику строительства.
Объект исследования. Термостойкие композиции, вспучивающиеся при тепловом воздействии.
Предмет исследования. Составы композиций и их влияние на свойства силикатного связующего в широком диапазоне температур.
Методологической базой исследований являются законы химии, материаловедения, математики. При проведении исследований использовались физико-химические методы оценки состава и структуры материалов: электронная микроскопия, термогравиметрия, рентгенофазовый анализ. Электронная микроскопия выполнялась на сканирующем электронном микроскопе фирмы JEOL ISM-6380LV Scanning Electron Microscope (РЭМ). Термический анализ осуществлялся на приборе Lab: METTLER-TOLEDO. Рентгенофазовый анализ (РФА) проводился на дифрактометре ДРОН-3.0 с FeKa- излучением. Методы статистической обработки результатов исследований, планирования эксперимента и оптимизации составов ТВК проводились с применением ЭВМ. Научная*новизна результатов состоит в следующем:
В процессе термических превращений водного раствора силиката натрия в диапазоне температур 20С -г 900С определена эффективность использования силиката натрия в качестве плёнкообразующего вещества в ТВК до температуры 350С. В диапазоне температур 400С -г- 900С установлена кристаллизация и раскристаллизация силиката натрия, разрушение силикатного пенококса.
Установлено, что при введении в водный раствор силиката натрия минеральных микронаполнителей разного генезиса в растворах ТВК малярной консистенции при температуре 20С образуются упорядоченные зоны самооргани-
зующихся силикатно-трепельных, силикатно-кварцевых, силикатно-карбонатных структур фрактально-кластерного типа; при температуре 200С разрушаются силикатно-кварцевые структуры, при температуре 400С разрушаются силикатно-трепельные и силикатно-карбонатные структуры.
3. Определён механизм взаимодействия кремнистых, кварцевых и карбонатных микронаполнителей с силикатом натрия в диапазоне температур 20С -н900С. Установлена связь между количеством микронаполнителей, коэффициентом вспучивания, термостойкостью ТВК, приводящая к формированию ячеистой силикатной структуры.
Достоверность полученных результатов обеспечена методически обоснованным использованием комплекса современных физико-химических методов исследования строительного материаловедения (термического, рентгенофа-зового и электронномикроскопического анализов), применением стандартных средств измерений.
Практическое значение работы заключается в следующем:
Обобщены и развиты представления о структурирующей роли микронаполнителей в силикатных ТВК в интервале температур 20С 4- 900С.
Разработаны и оптимизированы составы ТВК на основе силиката натрия, кремнистых и карбонатных микронаполнителей.
Разработаны технические условия ТУ 2313-10-42622230-2006 «Эмаль термостойкая вспучивающаяся».
4. Результаты исследований внедрены в практику строительства.
Личный вклад автора заключается в разработке идеи работы, ее цели, в
выполнении экспериментальных исследований, анализе, обобщении результатов исследований и их практической реализации.
Реализация результатов исследования
1. Результаты исследований прошли проверку в Испытательном центре «Курскпожсерт» УГПС МЧС России Курской области. Аттестат аккредитации в системе ССПБ. RU. ИН. 090 от 30.06.2004 г. Протокол № 124, 2005 г.
По разработанной рецептуре и технологическому регламенту в Воронежском ЦСМ зарегистрированы технические условия ТУ 2313-10-42622230-2006 «Эмаль термостойкая вспучивающаяся».
Разработанные составы ТВК были изготовлены опытной партией ЗАО «Монолит-М». Сравнительный анализ показал, что физико-механические характеристики композиций для термозащиты материалов соответствуют требованиям, предъявляемым к лакокрасочным материалам.
Основные положения работы и результаты исследований используются в дипломном проектировании студентами специальности 270106 «Производство строительных материалов изделий и конструкций».
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международных и Всероссийских научно-технических и научно-практических конференциях: Республиканской научно-технической конференции (Н.-Новгород 1994); Всероссийской научно-технической конференции (Самара 2003); Международной научно-технической конференции Интерстроймех-2004 (Воронеж 2004); The Fifty International Conference. Heavy Marchi nery. HM 2005. Faculty of Mechanical engineering ICraljevo University of Kragujevac Kraljevo - Serbia, 28 June - 03 juley 2005; VI Всероссийской научно-практической конференции (г. Белокуриха. - Москва: ФГУЦНЧЧХМ, 2006); Девятых Академических чтениях РААСН; Международной научно-практической конференции (Пенза-Казань, 2006); VIII Всероссийской научно-практической конференции (г. Белокуриха - Москва: ФГУЦНЧЧХМ, 2008).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ, из которых в изданиях ВАК - 2 работы, получен 1 патент на изобретение, в сборниках научных трудов и тезисов докладов на научно-технических конференциях опубликовано 12 работ.
Структура и объем диссертации. Работа содержит: введение, 5 глав, выводы, заключение. Изложена на 161 странице машинописного текста; включает
9 54 рисунка, 16 таблиц, список использованных источников из 179 наименований и 5 приложений. Автор защищает:
Результаты изучения свойств водного раствора силиката натрия как плёнкообразующего компонента ТВК в диапазоне температур 20С -т-900С.
Закономерности термических превращений силиката натрия в присутствии микронаполнителей в диапазоне температур 20С-ь900С.
Результаты исследований влияния минеральных микронаполнителей на физико-механические свойства силиката натрия и изучение возможности получения силикатных ТВК.
Обоснование возможности совместного применения аморфного кремнезёма и карбонатосодержащих отходов производства нитроаммофоски в водном растворе силиката натрия для получения максимальной термостойкости и величины коэффициента вспучивания ТВК.
Результаты оптимизации составов силикатных карбонатно-трепельных ТВК.
Рецептуру ТВП, отвечающую требованиям, предъявляемым к данному классу материалов.
Составы термозащитных вспучивающихся композиций
Анализ экспериментальных и теоретических исследований показывает, что кинетика и механизм термической деструкции природных и искусственных строительных композитов в условиях высокотемпературного воздействия практически не исследован. Это связано со сложностью быстропротекающих процессов при тепловом воздействии. При визуальном наблюдении за характером деструкции строительных материалов установлено диспергирование, проявляющееся в виде микротреков в газовой фазе. Диспергирование обусловлено измельчением и выносом в газовую фазу частиц деструктирующего поверхностного слоя материала за счет интенсивного газовыделения в нём. Значительное диспергирование ведет к резкому росту скорости исчезновения конденсированной фазы [32, 133, 137-141, 142, 144]. В литературе отсутствуют эксперимен тальные данные о свойствах диспергированных частиц и закономерностях их образования, так как химические превращения над поверхностью протекают при высоких температурах с большими скоростями. Единственным способом изменения кинетики и химического механизма термической деструкции строительных материалов является использование ТВК.
Анализ теоретических и экспериментальных исследований ТВК И.Н. Айн-хорна [42], Р.Н. Асеевой [37, 38], Р.А. Андрианова, В.А. Ушкова [36-40], А.Н. Баратова [9, 46], А.Я. Корольченко [178], Н.Л. Вандерсалла [44], СИ. Таубкина [10, 12, 13], В.В. Коршака и СВ. Виноградовой [34, 35, 41], И.И. Питтса [43], Т.Ю. Ерёминой [63], СВ. Баженова [64], А.Г. Валкера [45] и др., проведенный с целью выбора основных компонентов для создания эффективных ТВК показал, что компоненты, входящие в состав ТВК должны быть негорючими, термостойкими соединениями, обладать способностью создавать плотные, прочные композиции при естественной температуре, а при высокотемпературном воздействии образовывать прочную, мелкопористую структуру невыгорающего пенококса, защищающую поверхность подложки от теплового воздействия. Исследования показывают, что ТВК — сложные композиции.
Исследования по разработке составов ТВК в научно-технической литературе освещены мало. Проблемам разработки и систематизации исследований ТВК и лакокрасочных термозащитных вспучивающихся покрытий (ТВП) при пониженных значениях величин дымообразования, выделения газообразных горючих и токсичных веществ посвящены работы Н.Л. Вандерсалла и П.Г. Се-арса [44, 58, 84, 86], И.Г. Романенкова, Ф.А. Левитес, СИ. Таубкина и М.Н. Колгановой [11-13, 51], В. Рихарда [65], К. Тадасигэ и М. Хидзе [71], А. Суми-харо [74], СА. Майера [99], Ф.М. Бианко и A.M. Босси [100], В.В. Чеботарев-ского и В.А. Молотовой [48], В.В. Жукова[177], Т.Ю. Ереминой [63] и др.
По результатам исследований наиболее известных фирм США — Monsato Chemical Co., Armstrong Gork Co., в Японии - Sumitomo, во Франции - Lurie, в Германии - Chemische Werke Albert издаются обзорные материалы по ТВК и
ТВП [14, 15, 75]. Для анализа развития исследований в этой области были использованы патентные описания ТВК на основе водного раствора силиката натрия. Патентный поиск проводился по классам С04В; C08F36/14, 220/10, 236/14; C08Q8/28; CO8FL27/00; C09D3/64, 5/18; C09DK3/28, В24КЗ/50; В32В27/18; D06N3/06 глубиной 55 лет.
Анализ патентных описаний показывает, что первые ТВК использовались для защиты древесины и театрального реквизита от теплового (огневого) воздействия. Они состояли из мочевины, формальдегида, ортофосфатов, крахмала, декстрина, сахара, пентаэритритола, т.е. из компонентов, которые при нагревании легко дегидратировались с образованием угля в присутствии фосфорной кислоты [84-86]. Композиции данного вида имели жизнеспособность не более 12-16 часов и поэтому хранились в виде двухупаковочнои системы. Поэтому на первом этапе исследований решался вопрос повышения жизнеспособности ТВК и ТВП.
Повысить жизнеспособность готовой к употреблению краски до 4-6 недель удалось регулированием рН среды: введением в нее кислот или щелочей; эмульгированием отдельных компонентов (чаще крахмала, декстрина, казеина), введением дополнительных компонентов (аминов: солянокислого анилина, тет-раметилендиамина, гексаметилентетрамина). Получение рН=7- -8 позволило резко повысить жизнеспособность краски. [79].
На втором этапе исследований был получен одноупаковочный состав вспучивающейся композиции на основе фенольной смолы и льняного масла с добавлением буры и борной кислоты. Позднее появились одноупаковочные краски на различных пленкообразующих веществах: - бутилированном меламиноформальдегидном плёнкообразующем веществе, водном мочевино-формальдегидном плёнкообразующем веществе и его смесях с фенольным и акриловым связующими; мочевино-формальдегид-ные плёнкообразующие вещества не образуют термопластичной пленки при нагревании, только разрушаясь, они выполняют функцию вспенивания; для усиления вспенивания в них вводят поризаторы, в качестве которых используют ортофосфаты, производные цианамида (дициандиамид), а также меламин, ами-нопласты, полисахара, крахмал [80]; - эпоксидном плёнкообразующем веществе, модифицированном полибу-тилметакрилатом в ксилоле, с добавлением борной кислоты и необожженного вермикулита, как основного вспучивающего компонента [81]; - галогенированных сополимерах винилхлорида, винилацетата с акрило-нитрилом и с пластификаторами — хлорпарафином, трихлорэтилфосфатом, трикрезилфосфатом, загустителями типа альгината натрия, метилцеллюлозы, вспучивающими компонентами - ортофосфатами, дициандиамидом, бурой, борной кислотой, обугливающими веществами - пентаэритритолом, крахмалом, желатином, казеином и другими полигидратными соединениями [82-85]; - карбамидных, полихлорвиниловых, хлоркаучуковых, амидных плёнкообразующих веществах с полифосфориламидом, отличающимися высокими механическими, гидрофизическими свойствами, хорошей адгезией [54-56].
На третьем этапе исследований решался вопрос повышения эффективности защитно-декоративных функций ТВК и ТВП в широком интервале эксплуатируемых температур. При высокотемпературном (огневом) воздействии ТВК и ТВП, плавясь и вспучиваясь, ингибируют процесс деструкции материала; достигается это, в основном, регламентацией составов ТВК и ТВП. Актуален при разработке составов ТВК и ТВП вопрос использования фосфатных соединений и их отдельных разновидностей. Проблема повышения эффективности ТВК и ТВП объединила три направления исследований разработки их составов: - в первом направлении исследований наряду с плёнкообразующими веществами обязательным компонентом системы являются фосфатные соединения [72-79, 98-100]; - второе направление исследований разработки составов заключается в создании ТВП без фосфатных соединений [97, 98]; - третье направление исследований определяет подбор компонентов ТВК и ТВП на основе самовспучивающихся ингредиентов (в основном на самовспучивающихся пленкообразующих веществах) [51, 52, 63, 87-96, 122, 123].
Термодинамические расчеты и исследования энергии кристаллических решеток основных компонентов термозащитных вспучивающихся композиций
Обеспечение необходимого качества создаваемых ТВК на основе силикатного плёнкообразующего вещества, дегидратирующих (катализирующих) компонентов, микронаполнителей и др. ингредиентов возможно лишь на основе изучения сущности процессов формирования структуры ТВК в широком диапазоне температур и последующего оптимального управления этими процессами. Эффективность использования ТВК определяется многообразием взаимовлияющих эффектов, многофазности, особенностей состава и условиями эксплуатации. Вместе с тем, можно выделить основные структурные характеристики ТВК. В базальной структуре ТВК при естественной температуре дисперсионной фазой является плёнкообразующее вещество, а дисперсной - частицы микронаполнителей и др. В лакокрасочных ТВК содержание плёнкообразующих веществ, микронаполнителей и пигмента составляет примерно 60% объема смеси, а 40% объема приходится на антипирен, дегидратирующие, по-ро-коксообразующие и др. ингредиенты композиции [43, 86-96].
Смесь микронаполнителей и пигментов, применяемых для получения лако-красочных ТВК, имеют удельную поверхность 5500-8000 см /г, т.е. по дисперсности ТВК занимают промежуточное положение между коллоидными и молеку-лярно-дисперсными системами. По механизму действия при естественной температуре ТВК можно характеризовать как связанную двухфазную дисперсную систему, в которой связи на ранних стадиях: до начала процессов схватывания и высыхания (твердения), обеспечиваются межфазными и межчастичными взаимодействиями основных компонентов; в высокотемпературном режиме композиция ТВК - сложная трехфазная система, в которой дисперсионной фазой выступает матричный клей базальной структуры, дисперсной - частицы микронаполнителей, пигментов и воздушно-газовые включения, т.е. система — микрогетерогенная. Следует отметить, что свойства коллоидных, молекулярно-дисперсных и микрогетерогенных систем во многом совпадают. Межфазные взаимодействия определяются преимущественно различными типами адсорбционных и хемосорбционных связей. В межчастичном взаимодействии при тепловом воздействии в присутствии жидкой и газообразной фаз преобладающими являются силы поверхностного натяжения, пленочного расклинивающего на поверхности твердой фазы и стягивающего капиллярного (в межзерновом объеме) давления плёнкообразующего вещества [18,124]. Поэтому при рассмотрении процессов формирования структуры ТВК приходится учитывать большое число факторов, связанных с разнообразием массовых потоков, стохастичностью системы в целом.
Исследования В.В. Коршака, С. В. Виноградовой [34,35], Р.А. Андрианова, P.M. Асеевой и В.А. Ушкова [36-40] и др. показали, что термостойкость полимерной матрицы в значительной степени зависит от вида атомов, от величины энергии связи между ними и т.д. [34-41]. Теплофизические свойства систем определяются термостойкостью отдельных компонентов: чем выше энергия кристаллической решетки, чем выше энергия связи между отдельными атомами, тем выше термодинамическая устойчивость системы. Однако, экспериментальные исследования показали, что использование соединений, имеющих небольшую величину энергии кристаллической решетки, обеспечивающую разрыв связей между атомами при тепловом воздействии, имеет преимущества при создании эффективных ТВК. С целью определения энергий кристаллических решёток основных компонентов (энергии, поглощаемой при разрушении одного моля кристаллического вещества до газообразных одноатомных ионов, отведённых друг от друга на расстояние, исключающее их взаимодействие) были проведены термодинамические расчеты и исследования силикатов щелочных металлов, карбонатных, кварцевых микронаполнителей. Для расчета энергии кристаллической решетки применяют термохимический цикл, известный как цикл Борна-Габера, который позволяет, используя основные термодинамические константы неорганических веществ, произвести необходимые термодинамические вычисления [125-127].
Исследования свойств силиката натрия как связующего в термозащитных вспучивающихся композициях в интервале температур 20 С -900С
Для выбора пленкообразующего компонента разрабатываемых ТВК был исследован ряд пленкообразующих веществ по отношению к тепловому воздействию. Результаты проведенных исследований, представленные в таблице 3.1, показали, что образцы алкидных, уретановых связующих при тепловом воздействии воспламенялись, величина коксового остатка составила от 0,5% до 0,8%; мочевиноформальдегидные связующие при тепловом воздействии обугливаются с коксовым остатком 15,7%; винилиденхлоридный пленкообразова-тель горит при тепловом воздействии, выделяя хлор, коксовый остаток составляет 40%. Силикат натрия, единственный из всех пленкообразующих веществ является самовспучивающимся связующим с коксовым остатком 48,5%.
Анализ полученных результатов показывает, что силикат натрия по коэффициенту вспучивания и по величине коксового остатка обладает лучшими показателями среди испытанных пленкообразующих веществ для ТВК. Свойства силиката натрия определялись по стандартным методикам [167-174] и представлены в таблице 3.2.
Для определения механизма участия основных компонентов в процессе структурообразования ТВК необходимо изучение их состава и свойств.
В таблице 3.3 представлен состав и свойства пигмента-антипирена металлического алюминия, а в таблице 3.4 представлены характеристики и свойства микронаполнителей различных генетических классов.
Исследования ТВК проводились как по стандартным методикам, так и с привлечением физико-химических методов [167-174]. Для получения ТВК в вводный раствор силиката натрия вводились микронаполнители разных генетических классов, пигмент-антипирен, дегидратирующий (катализирующий) компонент. Смесь перетиралась вручную до однородного состояния в течение одной минуты. Исследовались следующие свойства термозащитной вспучивающейся смеси: 1. Вязкость - время в секундах истечения 100 см3 смеси [167 7. Коэффициент вспучивания - отношение конечного объема композиции к начальному объему смеси, (3.4): cn f22-, (3.4) нач где Квсл - коэффициент вспучивания; Vm4 - начальный объем, см3; Ккон - конечный объем, см3.
Определение плотности, термостойкости ТВК производилось на смесях малярной консистенции заданной укрывистости [167-169,171-174]; определение прочности производилось на металлических пластинках размером (іОх 10x0,1) см [170]. Определение коэффициента вспучивания ТВК осуществлялось в специальных металлических разъемных формах (2 х 2) см, в которые ТВК заданной малярной консистенции и укрывистости помещалась в количестве 20 г. Для исследования термостойкости, коэффициента вспучивания ТВК при тепловом воздействии была собрана лабораторная установка, представленная на рисунке 3.1, состоящая из электрической муфельной печи мощностью 3 кВт (1), хромель-алюмелиевой термопары (2), электронного потенциометра КСП-4 (3).
Для исследования влияния микронаполнителей на термические превращения в силикатном связующем и для исследования термических превращений ТВК применялись электронная микроскопия, термогравиметрия, рентгенофазо-вый анализ. Электронная микроскопия выполнялась на сканирующем электронном микроскопе фирмы JEOL ISM-6380LV Scanning Electron Microscope (РЭМ). Термический анализ осуществлялся на приборе Lab: METTLEROLEDO и на приборе DERIVATOGRAPH-103 системы «Ф. Паулик - Л. Эрдей - И. Паулик» при следующих условиях: величина навески 0,5 г, тигель платиновый массой 6,6 г, продолжительность записи - 100 минут, скорость подъема температуры 10С/мин.
Основные требования, предъявляемые к термозащитным вспучивающимся композициям
Условия эксперимента значительно влияют на количественный и качественный состав продуктов высокотемпературной деструкции ТВК строительного назначения. Актуальным является вопрос стандартизации методик, определяющих технические, эксплуатационные, специальные свойства ТВК. Разработка эффективных термозащитных вспучивающихся композиции возможна только при четкой классификации стандартных методик, оценки их качества. Предлагается ввести классификацию требований, предъявляемых к термозащитным вспучивающимся композициям и, в частности, термозащитным вспучивающимся покрытиям (ТВП) строительного назначения. Классификация требований состоит из основных, эксплуатационных и специальных требований. В таблице 5.1 представлены требования, предъявляемые к термозащитным покрытиям.
Оптимизация составов силикатных термрзащитных вспучивающихся композиций и покрытий на основе карбонатосодержащих отходов производства нитроаммофоски («ОНА») и трепельного микронаполнителей
Исследования влияния кремнистых, кварцевых и карбонатных микронаполнителей на свойства и структурные характеристики силиката натрия в широком диапазоне температур показали, что для создания эффективных термозащитных вспучивающихся структур со стабильным невыгорающим пенокок-сом, необходимо использовать комбинацию кремнистых и карбонатных микронаполнителей в водном растворе силиката натрия. Изучение физико-механических свойств силикатных термозащитных композиций показывает, что комбинация кремнистых и кальцитовых микронаполнителей обеспечивает значительную прочность композиций при максимальном коэффициенте их вспучивания. Из кремнистых микронаполнителей выбираем трепельный микронаполнитель, а из карбонатных микронаполнителей выбираем карбонатосодер-жащие отходы производства нитроаммофоски («ОНА»): их утилизация является актуальным экологическим проблемой ЦЧР.
Для исследования совместного влияния кремнистых, карбонатных микронаполнителей и дегидратирующего компонента (гидрофосфата натрия) на процессы формирования структуры ТВК (ТВП) были спланированы и осуществлены два трехфакторых эксперимента. В качестве критерия оптимальности принят Д-оптимальный план. По этому плану определялись коэффициенты уравнений регрессии. В качестве основных факторов, определяющих структуру и свойства ТВК (ТВП), принято содержание карбонатосодержащих отходов производства «ОНА», содержание трепельной горной породы, содержание гидрофосфата натрия. Уровни варьирования переменных представлены в таблице 5.2.
Коэффициент вспучивания силикатной карбонатно-трепельной термозащитной композиции является одним из основных параметров ТВК (ТВП). Исследования проводились в соответствии с методикой представленной в разделе 3.2 [167-174]. Результаты оптимизации составов при температуре 800С представлены на рисунках 5.1-5.5.
Анализ результатов исследований показывает, что введение в композицию карбонатных отходов производства «ОНА» в количестве до 18 % увеличивает коэффициент вспучивания системы до 28, дальнейшее увеличение количества «ОНА» приводит к снижению коэффициента вспучивания до 12 (рисунок 5.1).
Введение трепельного микронаполнителя в количестве до 6 % приводит к увеличению коэффициента вспучивания до величины 24 при максимальном ко личестве гидрофосфата натрия, вводимого в силикатную карбонатно-трепельную композицию (рисунок 5.2).
Исследования поверхностей отклика показывают, что оптимальное количество вводимого микронаполнителя «ОНА» составляет 14,0 % - 20,0 % (рисунок 5.3), оптимальное количество вводимого трепельной микронаполнителя составляет 5,0 % - 8 % (рисунок 5.4), при оптимальном количестве гидрофосфата натрия - до 10 % (рисунок 5.5). При таком соотношении компонентов достигается максимальная величина коэффициента вспучивания силикатной карбонатно-трепельной Таким образом, результаты оптимизации величины коэффициента вспучивания силикатной карбонатно-трепельной композиции с гидрофосфатом натрия показывают возможность получения коэффициента вспучивания композиции 30 без введения поризаторов. Совместное использование микронаполнителей кальцито-кремнистого генезиса с дегидратирующим компонентом является одним из направлений создания термостойких вспучивающихся композиций с ячеистой структурой пенококса.
