WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


На правах рукописи

ЕГУНОВА ЕЛЕНА АЛЕКСАНДРОВНА

ПОВЫШЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОЛИУРЕТАНОВЫХ ПОКРЫТИЙ ДЕЙСТВИЮ УФ-ОБЛУЧЕНИЯ ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ ТОНКОДИСПЕРСНЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ НАПОЛНИТЕЛЕЙ

Специальность 05.23.05 – Строительные материалы и изделия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Пенза 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева»

Научный консультант: Академик РААСН, доктор технических наук, профессор Селяев Владимир Павлович

Официальные оппоненты: Логанина Валентина Ивановна, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», зав. кафедрой «Стандартизация, сертификация и аудит качества» Корнеев Александр Дмитриевич, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Липецкий государственный технический университет», зав. кафедрой «Строительные материалы»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет»

Защита состоится 18 мая 2012 г. в 1300 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.184.01 при Пензенском государственном университете архитектуры и строительства по адресу: 440028, г. Пенза, ул. Германа Титова, 28, 1 корпус, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пензенского государственного университета архитектуры и строительства.

Автореферат разослан 16 апреля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Бакушев Сергей Васильевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Бетонные и железобетонные элементы строительных конструкций находятся под постоянным влиянием многочисленных негативных факторов: агрессивных сред, ультрафиолетового излучения, значительных механических нагрузок, знакопеременных температур и т.д. Комплексное и длительное влияние этих факторов приводит к деградации, ухудшению свойств и, в итоге, к разрушению конструкций. Для предотвращения данного процесса и надежной защиты зданий и сооружений используются защитно-декоративные покрытия на основе полимерных связующих.

Наибольшее распространение на сегодняшний день получили защитные покрытия на основе эпоксидных связующих, обладающие высокими прочностными и адгезионными показателями, стойкостью к действию агрессивных сред, но имеющими недостаточную эластичность, ударную прочность, стойкость к истиранию и атмосферостойкость.

Из всего многообразия существующих полимерных покрытий целесообразно выделить класс полиуретанов, обладающий прекрасным внешним видом, эластичностью, высокой адгезией к различным основаниям, износостойкостью и устойчивостью к абразивному истиранию. На сегодняшний день существует множество работ, посвященных изучению свойств полиуретановых (ПУ) композитов, однако по вопросам их стойкости к атмосферному воздействию сведения крайне скудны по сравнению с другими классами полимеров.

Учитывая перспективность разработки ПУ покрытий, для получения которых в настоящее время, как правило, используется дорогостоящее импортное сырье, целесообразно изучить возможность замены дорого импортного оксида алюминия тонкодисперсными минеральными наполнителями, широко распространенными на территории Российской Федерации и Республики Мордовия (мел, доломит, диатомит и цеолитсодержащая порода).

Цель диссертационной работы заключается в разработке защитнодекоративных покрытий, отличающихся повышенным сопротивлением к воздействию УФ-облучения, на основе ПУ связующих, наполненных тонкодисперсными минеральными порошками на основе местного минерального сырья.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Изучить закономерности изменения свойств ПУ композиций от вида и количественного соотношения дисперсных минеральных наполнителей.

2. Разработать экспериментально-статистическую модель для оценки изменения свойств покрытий c учетом рецептурных параметров. На основе полученной модели оптимизировать составы ПУ композиций по следующим показателям качества: упруго-прочностные характеристики, огнестойкость, истираемость, адгезионная прочность, несущая способность и стабильность декоративных параметров при эксплуатации под действием УФ-облучения.

3. Изучить особенности совместной работы ПУ покрытий с бетонным основанием. Установить влияние характеристик поровой структуры бетонного основания на показатели качества полиуретанового покрытия.

4. Исследовать кинетику изменения эксплуатационных характеристик ПУ покрытий под действием УФ-облучения.

Научная новизна работы.

Выявлены закономерности изменения свойств полиуретановых композитов от вида и количественного соотношения тонкодисперсных минеральных наполнителей под действием УФ-облучения, на основании которых разработаны составы ПУ покрытий, отличающиеся высокими эксплуатационными показателями качества, повышенной долговечностью в условиях действия агрессивных факторов.

Разработана экспериментально-статистическая модель, позволяющая оптимизировать составы ПУ композиций по прочностным и декоративным показателям и обеспечить высокий уровень эксплуатационных показателей качества за счет применения комплексной добавки из тонкодисперсных минеральных наполнителей – доломита, диатомита, мела и цеолитсодержащей породы.

Установлены особенности совместной работы ПУ покрытий с бетонным основанием. Выявлено влияние водоцементного соотношения и параметров поровой структуры бетонного основания на показатели качества ПУ покрытий.

Выявлено влияние УФ-облучения на упруго-прочностные и декоративные характеристики пигментированных ПУ композитов. Разработаны составы, обладающие наибольшей стойкостью к УФ-облучению.

Практическая значимость работы.

В результате проведенных исследований разработаны эффективные защитные полиуретановые покрытия, обладающие высокими эксплуатационными характеристиками и повышенной стойкостью к УФ-облучению, не уступающими, а по некоторым показателям и превосходящими промышленно-выпускаемый состав «Соверол-05».

На основе многокритериальной оптимизации результатов экспериментальных исследований установлена возможность замены до 60% дорогого импортного наполнителя оксида алюминия местными минеральными наполнителями без потери эксплуатационных параметров.

Внедрение результатов исследований.

Разработанные защитно-декоративные покрытия внедрены при устройстве защитных покрытий в ООО «Волговятстрой» (р. Мордовия).

Теоретические положения диссертационной работы, а также результаты экспериментальных исследований используются в учебном вопросе при подготовке бакалавров и магистров по направлению 270800 «Строительство» по профилям «Промышленное и гражданское строительство» и «Городское строительство и хозяйство».

Апробация работы.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических семинарах кафедры «Строительные конструкции» МГУ имени Н.П.Огарева (г. Саранск), международных научнотехнических конференциях: «Актуальные вопросы строительства» (г. Саранск, 2008 – 2011 гг.), «Строительство, архитектура, дизайн» (2009 – 2010 гг.), «Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии» (г. Тула, 2009 г.), «Полимеры в строительстве» (г. Казань, 2009 г.), «Достижения и проблемы материаловедения и модернизации строительной индустрии» (г. Казань, 2010 г.), «Строительная наука 2010» (г. Владимир, 2010 г.), «Актуальные проблемы бетона и железобетона. Материалы и конструкции, расчет и проектирование» (г. Ростовна-Дону, 2010 г.), «Разработка современных технологий и материалов для обеспечения энергосбережения, надежности и безопасности объектов архитектурностроительного и дорожного комплекса» (г. Саратов, 2010 г.), «Науковий вiсник будiвництва» (Харьков, 2010 г.), «Фундаментальные и прикладные проблемы науки» (г. Москва, 2011 г.), «Строительство-2011» (г. Ростов-на-Дону, 2011 г.).

Статьи были опубликованы в журналах: «Кровельные и изоляционные материалы» (2011 г.), «Вестник Волжского регионального отделения РААСН» (Нижний Новгород, 2010 г.), «Известия ТулГУ» (г. Тула, 2011 г.), «Региональная архитектура и строительство» (г. Пенза, 2012 г.), «Вестник МГСУ» (г. Москва, 2012 г.).

Достоверность результатов работы подтверждена сходимостью большого числа экспериментальных данных, полученных с применением комплекса стандартных и высокоинформативных методов исследования, их непротиворечивостью известным закономерностям. Выводы и рекомендации работы получили положительную апробацию и внедрение в строительной практике.

На защиту выносятся:

- методика расчета полимерных покрытий по трещиностойкости, отслоению и скорости насыщения покрытия при действии агрессивных сред;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований ПУ композитов с использованием тонкодисперсных минеральных наполнителей (мела, доломита, диатомита и цеолитсодержащей породы) для защиты бетонных оснований;

- экспериментально-статистические модели изменения эксплуатационных характеристик ПУ покрытий от рецептурных параметров (степень наполнения, соотношение масло касторовое : Совермол 815, доля наполнителей – оксида алюминия, мела, доломита, диатомита и цеолитсодержащей породы);

- результаты экспериментальных исследований совместной работы ПУ покрытий с бетонными основаниями различной пористости;

- методика комплексной оценки изменения декоративных характеристик пигментированных ПУ покрытий под действием УФ-облучения;

- результаты исследования изменения упруго-прочностных прочностных и декоративных характеристик ПУ покрытий под действием УФ-облучения.

Личный вклад автора состоит в анализе результатов экспериментальных исследований, их обобщении, анализе и формулировке выводов работы.

Публикации. По теме диссертации: опубликована 21 статья, в том числе статьи в журналах, входящих в перечень ВАК; подана заявка на патент рег. № 2011118247/05 (027029) с приоритетом от 05.05.2011.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов, списка использованных источников и приложения. Работа изложена на 180 страницах машинописного текста, содержит 91 рисунок, 15 таблиц, 1 приложение и список использованных источников из 163 наименований.

Автор выражает глубокую признательность за научные консультации советнику РААСН, доктору технических наук, профессору Т. А. Низиной.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранного направления исследований, сформулированы цели и задачи работы, показана ее научная новизна и практическая значимость.

В первой главе дан обзор по существующим видам полимерных композитов и защитно-декоративным покрытиям на их основе; приведены основные сведения об их компонентах и принципах формирования структуры. Подробно рассмотрена история развития, свойства и способы модификации полимерных покрытий на основе полиуретановых вяжущих; приведены области применения ПУ композитов. Сформулирована возможность и целесообразность использования тонкодисперсных минеральных порошков на основе доломита, диатомита, мела и цеолитсодержащей породы в качестве наполнителя для ПУ композитов. Описаны методы прогнозирования долговечности полимерных покрытий.

Во второй главе приведены основные характеристики исходных материалов и методы исследования связей «состав–технология–свойство» полиуретановых композитов и покрытий на их основе.

В качестве связующих при изготовлении ПУ составов использовали комбинацию компонентов – Масло касторовое рафинированное FSG и сложный полиэфир Совермол 815, представляющий собой комбинацию на основе углеводородов с добавлением полиэфиров. В состав также входили: наполнители (оксид алюминия, мел, доломит, диатомит и цеолитсодержащая порода), пигмент (оксид титана), пеногасящая добавка BYK-066 (1-% раствор силиконового масла в диизолбутилкетоне), тиксотропная добавка (аэросил), адсорбент воды FINMA-SORB 430, добавка BYK-410 (мочевина в органическом растворителе N– метилпирролидоне). Отверждение осуществлялось изоцианатом SUPRASEK 50(4, 4' – дифенилметандиизоцианат).

Исследование свойств составов ПУ покрытий проводилось с использованием стандартных методов и авторских методик, созданных на кафедре строительных конструкций МГУ имени Н.П.Огарева.

В третьей главе представлены методы расчета трещиностойкости и прогнозирования долговечности полимерных покрытий. Рассмотрены возможные механизмы разрушения и предельные состояния полимерных покрытий, работающих в условиях действия агрессивных сред. Показано, что под действием агрессивных факторов и механических нагрузок в полимерных покрытиях развиваются процессы усадки, набухания, силового деформирования, которые приводят к их разрыву и отслоению.

Сформулированы основные предельные состояния, которые рассматриваются при расчете конструкций с защитными покрытиями: по трещиностойкости; по отслоению покрытия; по длительности переноса агрессивной среды через покрытие к бетонному основанию.

Многолетними исследованиями процессов взаимодействия композиционных материалов с агрессивными средами, проведенными в Мордовском государственном университете под руководством В. П. Селяева, установлено, что теоретическое описание процессов деформирования и разрушения, оценку сопротивления композитов действию агрессивных факторов можно производить на основе единой модели деградации, параметры которой определяются экспериментально.

Показано, что функции деградации могут быть получены через базовую модель, определение параметров которой наиболее доступно и достоверно. Основными показателями деградации являются: a – координата фронта деструкции, характеризующая скорость продвижения границы деградированной области в объем материала (глубинный показатель); – параметр, оценивающий скорость количественного изменения механических свойств материала (коэффициент стойкости); – показатель нелинейности модели.

Метод деградационных функций позволяет учесть влияние свойств материала, формы и размеров поперечного сечения, механизма взаимодействия материала с агрессивными факторами на изменение несущей способности, жесткости, трещиностойкости, долговечности элементов конструкций, эксплуатируемых в различных условиях.

В четвертой главе разработана экспериментально-статистическая модель и проведена оптимизация свойств ПУ композитов, наполненных тонкодисперсными минеральными наполнителями, по рецептурным параметрам.

На основе теоретического анализа механизмов разрушения полимерных покрытий, работающих в условиях воздействия агрессивных факторов, установлено, что разрабатываемые составы, предназначенные для устройства и ремонта наливных бесшовных износостойких покрытий полов, должны обладать высокой прочностью, эластичностью, трещиностойкостью, высоким сопротивлением абразивному износу и действию агрессивных факторов.

С целью снижения затрат при производстве ПУ композиций и удешевления готовой продукции была проанализирована возможность замены дорогих импортных наполнителей на отечественные материалы в виде порошков мела, доломита, диатомита и цеолитсодержащих пород. Экспериментальные исследования выполнялись методом последовательного симплекс-планирования в 4 этапа.

На первом (оценочном) этапе были проведены предварительные исследования, позволившие установить исследуемые факторы и уровни их варьирования. В ходе эксперимента варьировалось семь факторов: соотношение масло касторовое : Совермол 815 x1=2.3±0.3; степень наполнения x2 =30±5%; доля мела v3 =0.25±0.25;

доломита v4=0.25±0.25; диатомита v5 =0.1±0.1; цеолитсодержащей породы v6 =0.1±0.1 в смеси наполнителей. Доля оксида алюминия v7 определялась по формуле: v7 1 (v3 v4 v5 v6 ).

За эталон при проведении исследований показателей качества ПУ композитов был выбран промышленно-выпускаемый ООО ПСК «СтройПолиХим» состав «Соверол-05». В процессе эксперимента исследовались: плотность, предел прочности, относительное удлинение и модуль упругости при растяжении ПУ композитов, а также твердость и модуль деформаций, определяемые на основе метода внедрения конусообразного индентора.

Анализ полиномиальных уравнений и построенных по ним графических зависимостей позволил выявить эффективность введения вида и количества тонкодисперсных минеральных наполнителей, определить допустимые уровни варьирования для получения ПУ композитов, обладающих высокими показателями качества. Из анализа графического материала (гистограммы, изолинии, диаграммы Розенбома-Гиббса) выявлено, что с повышением соотношения масло касторовое :

Совермол 815 от 2 до 2.6 происходит повышение предела прочности (рис. 1), относительного удлинения и модуля упругости при растяжении. Увеличение степени наполнения от 25 до 35% приводит к значительному (до 9 раз) повышению прочностных показателей и снижению относительного удлинения при растяжении.

XVVV6.8.5..0 8.6.7.9.6.8.9.VVVV7 VVV3 VV2.5 5,4.3.0 5.4.3.5 6.5.4.6.5.V7 VV4 V7 VVV3 VV1.2.25 1.0.3.2.1.3.2.1.5 4.VV7 V4 VV2,2,2,0 XСоотношение масло касторовое : Совермол 815, отн.ед.

Рис. 1. Треугольные диаграммы изменения предела прочности при растяжении ПУК от рецептурных параметров (этап 2):

v3 v4 vнаполнители – мел ( ), доломит ( ), оксид алюминия ( ) В ходе экспериментального исследования установлено, что тонкодисперсные порошки на основе минерального сырья оказывают значительное влияние на показатели качества ПУ композитов. Разработаны составы ПУ покрытий, обладающих высокими прочностными характеристиками (рис. 2) с сохранением высокой эластичности полимерных составов. Оптимизация составов позволила получить наилучшие показатели качества для композиций, в которых произведена замена оксида алюминия: доломитом (до 50%); диатомитом (до 20%) или комбинаций диатомит (до 20%) + цеолитсодержащая порода (до 20%).

Введение минеральных наполнителей при степени наполнения 35% и соотношении масло касторовое : Совермол 815 = 2 позволило значительно повысить твердость и модуль деформаций ПУ покрытий, что свидетельствует об упрочнении структуры полимера. Наибольший эффект зафиксирован при введении в состав наполнителей взамен оксида алюминия 25 50% мела или 20% диатомита.

Одной из важнейших эксплуатационных характеристик строительных материалов, кроме прочностных, является воспламеняемость и стойкость к горению при воздействии открытого огня. Исследованием воспламеняемости ПУ композитов (ГОСТ 21207-81) установлено, что введение в состав композиции диатомита или цеолитсодержащей породы (20%) улучшает противопожарные характеристики ПУ композитов. Повышение степени наполнения с 25 до 35% приводит к сниСтепень наполнения, % жению длины обуглившейся части ПУ композитов, а увеличение соотношения масло касторовое : Совермол 815, напротив, к росту данного параметра для всех исследуемых составов. Применение в качестве наполнителя мела привело к повышению длины обуглившейся части полиуров, что свидетельствует о горючести данного органического наполнителя и невозможности его применения в составе разрабатываемых защитно-декоративных покрытий.

25% 20% 50% 50% 50% 50% мела+ диатомита+ мела+ мела+ доломита+ доломита+ 25% 50% 25% 50% 50% 25% 20% 20% 20% 20% 20% 20% 20% мела+ мела+ доломита+ доломита+ мела+ доломита+ диатомита+ цеолита цеолита+ диатомита+ цеолит+ диатомита+ цеолит+ оксид 75% 50% 75% 50% 50% 50% 80% 80% 60% 30% 30% 30% 30% Соверол алюминия оксида оксида оксида оксида доломита оксида оксида оксида оксида оксида оксида оксида оксида алюминия алюминия алюминия алюминия алюминия алюминия алюминия алюминия алюминия алюминия алюминия алюминия Соотношение масло касторовое : Совермол 815, отн. ед. = 2 2,3 2,Рис. 2. Гистограммы изменения предела прочности при растяжении ПУ композитов от вида наполнителя и соотношения масло касторовое : Совермол 8(степень наполнения 35%) Для анализа многомерных связей между упруго-прочностными характеристиками, огнестойкостью и варьируемыми параметрами ПУ композитов было применено экспериментально-статистическое моделирование, основанное на концепции полей свойств материалов.

Для разработки ПУ композитов, обладающих высокими прочностными и эксплуатационными характеристиками, были установлены три основных критерия качества. Первые два по упруго-прочностным показателям – предел прочности (МПа) и относительное удлинение при растяжении (%); третий – по р р пожарной безопасности (длина обуглившейся части L, мм).

Одним из обобщающих показателей полей свойств материалов является объем допустимой области (0 100%), показывающий, какая часть составов удовлетворяет условию Y Yтреб.:

n 100%, (1) N n N где – количество значений, удовлетворяющих заданному условию; – общее количество составов.

Для подсчета объема допустимой области на модельно-детерминированных полях генерировалось более 22 тыс. равномерно-распределенных точек (составов) x1 x2 в диапазоне -1,, v3, v4, v5, v6, v7 +1 и определялись значения критериев оптимизации. Затем полученные составы последовательно сортировались по едиПредел прочности при растяжении, МПа.

ничным показателям; при этом для дальнейшего анализа оставлялась та их часть, которая имеет характеристики не ниже, чем базовый состав «Соверол-05» ( 4.09 МПа; 34.8 %; 25 мм).

L р р Установлено (рис. 3), что объем допустимой области при движении в симплекс-пространстве (этапы 2 4) возрастает для предела прочности при растяжении с 54.6 до 73.7%; незначительно увеличивается для длины обуглившейся части (с 79.9 до 83.1%) и снижается для относительного удлинения при растяжении с до 91.2%. В случае предъявления к разрабатываемым составам комплекса вышеуказанных требований область допустимых решений для 2, 3 и 4 этапов, соответственно, составляет 45.8%, 62.7 и 56.3% (рис. 3).

а) б) в) р р р 94.0% L L 93.4% L 91.2% 82.6% 83.1% р р 79.9% 72.5% 73.7% р р + р р+ р 54.6% 68.2% 67.8% р+ р 100 100 150.2% 90 р + р +L р+ р +L 80 62.7% 56.3% р + р +L 70 ` 45.8% 60 60 50 50 40 30 20 10 0 0 Рис. 3. Изменение объема допустимых решений при движении в симплекс-пространстве (а – этап 2; б – этап 3; в – этап 4) Для установления оптимального содержания местных минеральных наполнителей, введение которых позволяет существенно (до 2 и более раз) снизить расход импортного оксида алюминия без потери эксплуатационных параметров использовался метод скаляризации. Максимум целевой функции для комплекса предъявляемых требований определялся по формуле:

R р R р RL.треб. . (2) q(x1, x2,v3,v4,v5,v6,v7) min,, R ртреб. R ртреб. RL По выбранным критериям качества было изучено изменение целевых функций от содержания варьируемых параметров (рис. 4). Установлено, что максимальных значений целевая функция достигает при соотношении масло касторовое : Совермол 815 =2.6 (рис. 4, а) и степени наполнения 28% (рис. 4, б). Использование в качестве наполнителя доломита (до 50%) позволяет повысить комплекс характеристик (предел прочности и относительное удлинение при растяжении, длина обуглившейся части) в 1.3 раза. При использовании мела, диатомита и цеолитсодержащих пород столь значительное увеличение целевой функции возможно лишь при замене до 20% оксида алюминия. Анализ введения традиционного для ПУ композитов наполнителя оксида алюминия показал, что для получения компромиссных составов с повышенным в 1.3 раз комплексом свойств, оптимальным является его содержание не менее 30% (рис. 4, ж).

а) б) в) 2,35 2,33 2,31 2,29 2,27 2,2 25 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,Целевая функция Целевая функция Целевая функция г) д) е) 50 10 0 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,Целевая функция Целевая функция Целевая функция Рис. 4. Изменение целевой функции полиуретановых композитов при оптимизации по 3-м параметрам (предел прочности при растяжении; длина обуглившейся части;

относительное удлинение при растяжении) На основании приведенного исследования установлено, что местные минеральные порошки на основе мела, диатомита оказались наименее пригодными в качестве наполнителей ПУ композитов, так как их использование не позволило улучшить упруго-прочностные характеристики и огнестойкость композитов.

Дальнейшая разработка составов ПУ композитов была продолжена с использованием в качестве наполнителей доломита и цеолитсодержащих пород.

В ходе экспериментального исследования варьировались следующие фактоxры: степень наполнения полиуретановых составов =40%±5; доля оксида алюv1 v2 vминия =0.7±0.3; доломита =0.3±0.3 и цеолитсодержащей породы =0.1±0.в смеси наполнителей. Проведенный анализ показал, что практически все разработанные составы обладают более высокими прочностными показателями, чем промышленно-выпускаемый состав «Соверол-05», причем для ряда композитов данная характеристика превышает эталонный состав более чем в 2 раза (рис. 5).

Экспериментально установлено, что все разработанные составы соответствуют требованиям по пожарной безопасности, предъявляемым к подобным материалам (рис. 5); увеличение степени наполнения с 35 до 45% приводит к снижению длиДоля мела в смеси Совермол 815, отн.ед.

Степень наполнения, %.

наполнителей (от 100%).

Соотношение масло касторовое :.

Доля доломита в смеси наполнителей (от 100%) наполнителей (от 100%).

наполнителей (от 100%).

Доля оксида алюминия в смеси.

Доля цеолитсодержащих пород в смеси.

ны обуглившейся части полиуров. Для ряда составов (1, 9, 11 – 13, 15, 17, 18) разработанные композиции превосходят по пожарной безопасности «Соверол-05», что говорит о правильно выбранном направлении движения при оптимизации рецептуры ПУ композитов.

14 0 Номер состава Предел прочности при растяжении Длина обуглившейся части, мм Рис. 5. Гистограммы изменения предела прочности при растяжении и длины обуглившейся части ПУ композитов Графическая модель в виде трехмерной призмы, представленная на рис. 6, дает наиболее полное представление о влиянии степени наполнения и вида наполнителей на предел прочности при растяжении ПУ композитов. По результатам исследования установлено, что при замене до 60% оксида алюминия местными наполнителями (5060% доломита + до 10% цеолитсодержащих пород) и степени наполнения 45% получены композиты, не уступающие по пределу прочности Al2Oпри растяжении составам с традиционно-используемым.

На всех этапах проведенного экспериментального исследования с помощью конического пластометра изучалось изменение пластической прочности в процессе отверждения ПУ композитов, наполненных тонкодисперсными минеральными порошками. Для анализа полученных кривых использовалась функция, позволяющая адекватно описать прирост пластической прочности в процессе отверждения:

T Tk Pm Pm0 v1 T A exp( ), (3) Tгде Pm0 – начальная пластическая прочность; v1 – скорость на первоначальном этапе твердения; T – текущее время твердения; A, Tk, T3 – параметры уравнения, характеризующие скорость набора пластической прочности на втором этапе твердения В результате проведенной обработки были получены зависимости влияния исследуемых факторов на изменение кинетики набора пластической прочности от длительности отверждения (рис. 7). Установлено, что увеличение степени наполнения с 25 до 35% позволяет значительно снизить длительность отверждения ПУ Предел прочности при растяжении, МПа.

Длина обуглившейся части, мм.

Соверол композиций, а использование в составе комбинации наполнителей диатомит (20%) + цеолитсодержащие породы (20%) + оксид алюминия (60%) и доломит (50%) + оксид алюминия (50%) – увеличить скорость набора пластической прочности в 2 и более раза (по сравнению с оксидом алюминия).

Рис. 6. Изменение предела прочности при растяжении (МПа) ПУ композитов от структурных параметров: v1 – доля оксида алюминия; v2 – доля доломита;

v3 – доля цеолитсодержащих пород Проведенные исследования позволили выявить оптимальное содержание местных минеральных наполнителей в составе ПУ композитов. Экспериментально доказана возможность замены до 60% дорогого импортного наполнителя (оксида алюминия) местными для республики Мордовия минеральными порошками (доломит и цеолитсодержащая порода) без потери эксплуатационных характеристик по сравнению с промышленно-выпускаемым покрытием «Соверол-05».

а) б) 140 1120 1100 180 60 40 20 0 0 1 2 3 4 0 1 2 3 Время, час. Время, час.

оксид алюминия оксид алюминия 50% мела + 50% оксида алюминия 50% мела + 50% оксида алюминия 50% доломита + 50% оксида алюминия 50% доломита + 50% оксида алюминия 50% мела + 50% доломита 50% мела + 50% доломита 20% диатомита + 80% оксида алюминия 20% диатомита + 80% оксида алюминия 20% цеолита + 80% оксида алюминия 20% цеолита + 80% оксида алюминия 20% диатомита + 20% цеолита + 60% оксида алюминия 20% диатомита + 20% цеолита + 60% оксида алюминия Рис. 7. Кривые изменения пластической прочности ПУ композитов в процессе отверждения (соотношение масло касторовое : Совермол 815 = 2.6;

степень наполнения: а – 25%; б – 35%) кПа кПа Пластическая прочность,.

Пластическая прочность,.

В пятой главе приведены результаты исследования влияния характеристик бетонных оснований на эффективность наносимых ПУ покрытий. Практика повышения несущей способности и долговечности бетонных и железобетонных элементов конструкций с помощью полимерных покрытий показала, что работоспособность защитных покрытий зависит не только от свойств полимерного композита, но так же тесно связана с характеристиками бетонного основания, на которое оно наносится.

Цель исследования заключалась в разработке оптимальных составов ПУ покрытий пола с учетом исходных характеристик мелкозернистого бетонного основания. Помимо исследования влияния вида наполнителей (оксида алюминия, доломита и цеолитсодержащих пород) была проведена работа по изучению влияния водоцементного отношения (В/Ц=0.55, 0.65, 0.75) мелкозернистых бетонов на разрушающую нагрузку при изгибе образцов с ПУ покрытиями и адгезионную прочность наносимых покрытий.

Полимерные покрытия наносились на растянутую грань бетонных образцовбалочек 4040160 мм. Песчано-цементное отношение в мелкозернистом бетонном основании принималось постоянным (П/Ц=3). Предварительная подготовка образцов заключалась в высушивании, очищении от пыли и нанесении грунтовки ПОЛУРОЛ-01. Длительность отверждения грунтовки была сокращена за счет введения аминного катализатора с 8 до 4 часов. Затем на подготовленное покрытие наносили ПУ композиции толщиной около 2 мм.

Полиномиальная модель при исследовании влияния рецептурных параметров xПУ составов и В/Ц отношения ( ) бетонных оснований на адгезионные и прочностные характеристики имеет вид:

y b1 v1 fb1(x2 ) b2 v2 fb2 (x2 ) b3 v3 fb3(x2 ) b12 v1 v2 fb12(x2 ) b13 v1 v3 fb13(x2 ) b23 v2 v3 fb23(x2 ) c11 v1 х1 fc11(x2 ) c21 v2 х1 fc21(x2 ) c31 v3 х1 fc31(x2 ) c121 v1 v2 х1 fc121(x2 ) , (4) c131 v1 v3 х1 fc131(x2 ) c231 v2 v3 х1 fc231(x2 ) d11 v1 х1 fd11(x2 ) 2 2 d21 v2 х1 fd 21(x2 ) d31 v3 х1 fd31(x2 ) d121 v1 v2 х1 fd121(x2 ) 2 d131 v1 v3 х1 fd131(x2 ) d23 v2 v3 х1 fd 231(x2 ) v1 v2 vгде – доля оксида алюминия; – доля доломита; – доля цеолитсодержаx1 xщих пород в смеси наполнителей; – степень наполнения; – В/Ц отношение бетонных оснований; fi (x2 ) aoi a1i x2 a2i x2 – функция, описывающая влияxние параметра.

Установлено, что увеличение В/Ц отношения бетонного основания приводит к снижению разрушающей нагрузки при изгибе (рис. 8). Однако прирост разрушающей нагрузки по сравнению с бетонными образцами без покрытия с увеличением В/Ц отношения повышается. Для ряда разработанных составов (1, 3, 7 и 13) предел прочности при изгибе бетонных элементов с покрытиями превышает контрольный состав для всех исследуемых уровней В/Ц отношения основания.

5040302010Номер состава В/Ц=0,55 В/Ц=0,65 В/Ц=0,Рис. 8. Гистограммы изменения разрушающей нагрузки при изгибе ПЦК с полиуретановыми покрытиями Как показали результаты проведенных исследований, характер изменения абсолютной, относительной разрушающей нагрузки при изгибе, адгезионной прочности существенно зависит от вида применяемого наполнителя. Установлено, что наиболее высокие прочностные характеристики зафиксированы для составов, наполненных комбинацией – оксид алюминия (40%) + доломит (60%). Увеличение в составе ПУ композитов доли доломита приводит к значительному повышению абсолютной (до 4800 Н) и относительной (рис. 9) разрушающей нагрузки при изгибе (до 4 раз). Наибольшая адгезионная прочность также зафиксироваvна при использовании вышеуказанной комбинации наполнителей (40% + 60% v) для составов со степенью наполнения 45% и В/Ц=0.75 (рис. 10). Введение в состав наполнителей цеолитсодержащей породы (до 20%) не приводит к росту исследуемых характеристик.

0,75 0,2.2 3.0,71 0,3.3.3.2.0,67 0,2.0,63 0,2.2.8 0,2.2.2.0,59 0,2.6 2.2.2.0 0,2.1.8 2.4 2.0 1.0,55 0,0,35 37 39 41 43 45 V,% 35 37 39 41 43 45 V,% 2.0,2.0,2.0,35 37 39 41 43 45 V,% 0,75 0,75 0,2.3.0,71 0,71 0,3.2.4 2.3.2 3.0,67 0,67 0,3.3.0,63 0,63 0,3.2.2.2.6 3.0,59 0,59 0,2.4 2.3.2.1.2.6 2.2.0,55 0,55 0,35 37 39 41 43 45 V,% 35 37 39 41 43 45 V,% 35 37 39 41 43 45 V,% Рис. 9. Изменение относительной разрушающей нагрузки при изгибе ПЦК v1 vс ПУ покрытиями от структурных параметров ( – оксид алюминия; – доломит; v3 – цеолитсодержащая порода; V – степень наполнения) и В/Ц отношения Разрушающая нагрузка при изгибе, Н.

Соверол В/ Ц В/ Ц В/ Ц В/ Ц В/ Ц В/ Ц 0,75 0,1.1.1.0 0.0,71 0,1.0 1.1.0,67 0,1.0,63 0,1.0,0.8 0.1.1.0,59 1.0 0,2.0,2.2 1.1.61.1.0,55 0,0,35 37 39 41 43 45 V,% 35 37 39 41 43 45 V,% 1.0,1.4 1.0,1.0,35 37 39 41 43 45 V,% 0,75 0,75 0,1.3 2.1.0,71 0,71 0,2.2.1.00,67 0,67 0,1.8 2.1.1.1 1.2 1.0,63 0,63 0,1.8 1.3 1.4 1.1.4 2.0,59 0,59 0,2.2 1.1.1.1.5 1.0 2.2.62.4 2.0 2.0,55 0,55 0,35 37 39 41 43 45 V,% 35 37 39 41 43 45 V,% 35 37 39 41 43 45 V,% Рис. 10. Изменение адгезионной прочности ПУ покрытий от структурных параметров (v1 – оксид алюминия; v2 – доломит; v3 – цеолитсодержащая порода;

V – степень наполнения) и В/Ц отношения бетонных оснований Для дальнейшего анализа и выявления оптимальных составов, отвечающих пяти предъявляемым требованиям (повышение предела прочности при растяжении, адгезионной прочности, абсолютной и относительной разрушающей нагрузки при изгибе бетонных элементов с покрытием, снижение длины обуглившейся части), использовался метод скаляризации. Максимум целевой функции определялся по формуле:

Rp Rадг. Rизг. Rизг. Rl.треб. . (5) q(x1, x2, x3, x4, x5) min,,,, Rp.треб. Rадг.треб. Rизг.треб. Rизг.треб. Rl Максимальных значений целевая функция достигает при степени наполнения 45% и соотношении наполнителей оксид алюминия : доломит : цеолит = (0,4 0,45) : (0,5 0,59) : (0,01 0,07). Разработанные составы, обладающие высокой адгезионной прочностью, позволили повысить несущую способность бетонных оснований в 1.5 – 4 раза. Проведенные исследования свидетельствуют о возможности замены до 60% дорогого импортного наполнителя оксида алюминия местными для Республики Мордовия материалами (доломит), обеспечив снижение стоимости готовой продукции без потери эксплуатационных характеристик.

Работоспособность бетонных конструкций с полимерными покрытиями неразрывно связана с качеством бетонного основания. Незначительное увеличение пористости бетонов приводит к существенному изменению их свойств, а, следовательно, влияет и на совместную работу с полимерным покрытием. Как показали экспериментальные исследования, показатели качества, обеспечивающие надежность нанесенного полимерного покрытия, существенно зависят от пористости основания. В связи с этим возникает необходимость практического исследования влияния характеристик бетонного основания на условия совместной работы с защитным полимерным покрытием.

Для выявления характеристик порового пространства использовался ГОСТ 12730-78. Анализ экспериментальных данных показал, что с увеличением водоцементного отношения наблюдается повышение общего объема, а также доли открытых капиллярных пор (табл. 1). Наибольшие значения коэффициента микроВ/ Ц В/ Ц В/ Ц В/ Ц В/ Ц В/ Ц пористости и показателя однородности открытых капиллярных пор наблюдаются в интервале В/Ц=0.6 0.7. Уменьшение или повышение В/Ц отношения относительно указанного интервала приводит к снижению вышеуказанных характеристик поровой структуры.

Таблица Показатели поровой структуры ЦПК В/Ц отношение Исследуемая характеристика 0.55 0.6 0.65 0.7 0.По ГОСТ 12730-Полный объем пор, % 13.06 15.86 16.45 17.67 17.Объем открытых капиллярных пор, % 12.38 13.88 15.54 16.05 16.Коэффициент микропористости 0.442 0.512 0.514 0.498 0.4Показатель однородности открытых 0.479 0.556 0.542 0.531 0.5капиллярных пор С помощью ПК «Идентификация и анализ пористости строительных материалов» Суммарная поверхностная пористость, % 4.00 4.13 4.34 3.17 2.Учитывая, что при нанесении полимерных покрытий на поверхность мелкозернистого бетона глубина пропитки в основном зависит от пористости поверхностных слоев, для оценки эффективности полимерных покрытий различной вязкости и степени наполнения целесообразно использовать результаты, полученные методом прямого сканирования. Для определения интегральной и дифференциальной поверхностной пористости цементных композитов использовался программный комплекс «Идентификация и анализ пористости строительных материалов».

Использование программного комплекса при обработке растрового изображения бетонного основания (9600 dpi) позволило установить зависимость поверхностной пористости от водоцементного отношения бетонного основания (табл. 1), а также распределение пор по эквивалентным радиусам в виде гистограмм и кривых плотности распределения (рис. 11).

а) б) 0 менее 10 10-50 50-100 100-200 более 200 0 100 200 300 400 500 600 7Эквивалентный радиус пор, мкм Эквивалентный радиус пор, мкм Водоцементное отношение: Водоцементное отношение:

0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.55 0.6 0.65 0.7 0.Рис. 11. Гистограммы изменения относительной суммарной пористости (а) и плотность кривых распределения эквивалентных радиусов пор (б) ПЦК в зависимости от В/Ц отношения f(x), % Относительная суммарная пористость, % Установлено, что суммарная поверхностная пористость (табл. 1) значительно снижается при увеличении водоцементного отношения в интервале 0.65 0.75. С увеличением размера пор повышается доля относительной суммарной пористости (рис. 11, а). Для составов с В/Ц отношением 0.55 0.6 отн. ед. максимальный вклад в поровую структур вносят средние поры (с размером от 50 до 200 мкм).

Повышение В/Ц отношения приводит к сдвигу доли относительной суммарной пористости в сторону средних пор (от 100 до 200 мкм) и макропор (более 2мкм). Наиболее часто встречающийся размер пор для всех видом исследуемых составов составляет от 80 до 120 мкм (рис. 11, б).

Анализ изменения пористости, определенной различными способами показал существенное расхождение в результатах, полученных по ГОСТ 12730-78 и методом прямого сканирования. В первом случае экспериментально определяется объем полных пор по методике Ле-Шателье и открытая капиллярная пористость по кинетике водопоглощения; во втором – поверхностная пористость. С учетом полученных данных для интегральной оценки пористости бетонного основания введем показатели пористости основания в виде коэффициентов К и КО. (рис. 12), П.

выражающих отношение полной ( ПП. ) и открытой капиллярной ( ПО.) пористости, к пористости, полученной методом прямого сканирования ( ППС ):

ПП. ПО.

К ; КО. . (5) П.

ППС П ПС Изолинии изменения абсолютной и относительной разрушающей нагрузки при изгибе ПЦК с ПУ покрытиями в зависимости от степени наполнения, коэффициента К и вида наполнителей приведены на рис. 13. Для более наглядного П.

восприятия области с наибольшими характеристиками ( Ризг. 3000 Н и Ризг. 2.отн. ед.) заштрихованы. Из полученных результатов видно, что составы, наполненные оксидом алюминия и доломитом при соотношении 40 : 60 (рис. 13, а, в), позволяют получать эффективные покрытия как по абсолютным, так и по относительным показателям разрушающей нагрузки при изгибе на всем исКп. = 82.006*В/Ц2 - 89.522*В/Ц + 27.7следуемом диапазоне.

R2 = 0.95Необходимо отметить, что замена 60% оксида 4 алюминия доломитом позволяет повысить относиКо. = 101.02*В/Ц2 - 114.44*В/Ц + 35.5тельную несущую споR2 = 0.98собность от 10 до 40% (рис. 13, а), а введение 0.55 0.6 0.65 0.7 0.20% цеолита взамен окВодоцементное отношение Коэффициенты:

Кп. Ко. сида алюминия (рис. 13, в) приводит к уменьшеРис. 12. Изменение коэффициентов К и КО. ПЦК П.

нию данного показателя в зависимости от В/Ц отношения на 311% (рис. 13, г).

Коэффициенты а) б) в) г) 7 7 7 3000 2500 253750 302750 276 6 3250 6 324000 303500 355 5 5 423250 3750 37454 4 4 3250 3500 4000 4037473000 353 3 3 35 37.5 40 42.5 45 35 37.5 40 42.5 45 35 37.5 40 42.5 45 35 37.5 40 42.5 X1 - Степень наполнения, % X1 - Степень наполнения, % X1 - Степень наполнения, % X1 - Степень наполнения, % д) е) ж) з) 7 7 7 3.6 3.0 6 3.75 3.3.0 3.25 3.0 3.5 5 5 2.75 3.2.75 2.3.5 2.5 3.0 2.4 4 4 2.3.25 2.25 2.75 2.3.0 2.0 2.5 2.2.75 1.75 2.3 3 3 2.0 2.0 2.35 37.5 40 42.5 45 35 37.5 40 42.5 45 35 37.5 40 42.5 45 35 37.5 40 42.5 X1 - Степень наполнения, % X1 - Степень наполнения, % X1 - Степень наполнения, % X1 - Степень наполнения, % Рис. 13. Изолинии изменения разрушающей нагрузки при изгибе ПЦК с полиуретановыми покрытиями в зависимости от степени наполнения, коэффициента К и вида наполнителей: а, д – оксид алюминия : доломит = 40 : 60;

П.

б, е – оксид алюминия : доломит : цеолит = 40 : 40 : 20; в, ж – оксид алюминия = 100; г, з – оксид алюминия : цеолит = 80 : Коэффициент Кп., Коэффициент Кп., Коэффициент Кп., Коэффициент Кп., Коэффициент Кп., Коэффициент Кп., Коэффициент Кп., Коэффициент Кп., Учитывая, что вид кривых изменения предлагаемых для учета поровой структуры мелкозернистых бетонов коэффициентов от В/Ц отношения подобен, выводы, полученные для могут быть перенесены и на коэффициент КО.. ОпК П.

тимизация составов с учетом коэффициентов К и КО. позволяет учесть совоП.

купность параметров как поровой структуры бетонного элемента, оказывающей влияние на несущую способность основания, так и поверхностную пористость, характер распределения которой существенно влияет на адгезионную прочность и эффективность наносимых покрытий.

В шестой главе рассмотрено изменение эксплуатационных характеристик пигментированных ПУ композитов в результате воздействия УФ-облучения.

Процессы деструкции, происходящие в полимерных материалах под действием УФ-облучения, оказывают негативное влияние не только на физикомеханические свойства, но и на их внешний вид. Для улучшения декоративных характеристик ПУ композитов используют разнообразные пигменты, вид и массовая доля которых оказывают значительное влияние не только на цвет готового покрытия, но и на его укрывистость, устойчивость к действию атмосферных факторов, высоких температур и других эксплуатационных характеристик.

В качестве пигмента была применена колеровочная паста Элакор–ПУ (ООО «ТэоХим») на основе касторового масла пяти цветов: черная, желтая, зеленая, синяя и красная; содержание пигментов варьировалось на уровнях – 1, 3 и 5% от массы связующего. В качестве базового состава для колеровки была использована разработанная на предыдущих этапах исследования рецептура на основе доломита и цеолитсодержащей породы.

Экспериментальные исследования показали, что упруго-прочностные характеристики ПУК зависят от вида и количества применяемого пигмента. В целом, введение пигментов приводит к снижению предела прочности (табл. 2) и модуля упругости при растяжении, что свидетельствует о необходимости оптимизации содержания пигментов не только по декоративным параметрам, но и с учетом требуемого уровня упруго-прочностных характеристик. Повышение прочностных показателей по сравнению с контрольным составом наблюдается при использовании 5% синего, 1 % черного и красного пигментов. Наибольшее снижение относительного удлинения при растяжении зафиксировано при введении 1% черного и красного, а также 3% синего и зеленого пигментов (табл. 2).

Таблица Результаты исследования изменения предела прочности при растяжении ПУ композитов в зависимости от вида и содержания пигментов до и после 1000 часов воздействия УФ-облучения Предел прочности при растяжении до и после 1000 часов пигмента воздействия УФ-облучения (МПа) при содержании пигмента, %:

0 1 3 черный 5.93 / 5.48 2.93 / 3.06 3.28 / 4.желтый 3.03 / 3.79 4.19 / 4.94 2.48 / 2.зеленый 4.96 / 8.86 3.28 / 3.64 4.43 / 5.14 3.84 / 3.синий 2.28 / 2.25 3.51 / 2.55 6.03 / 5.красный 6.17 / 6.91 1.92 /1.66 3.39 / 4.Одной из важнейших научно-производственных задач является защита «рабочих» поверхностей от всевозможных внешних воздействий и повышение их долговечности. Огромную проблему представляет преждевременный износ поверхностей под действием абразивных сред или механических воздействий. Поэтому при разработке полимерных составов необходимо уделять особое внимание истираемости, характеризующей стойкость покрытий при абразивных воздействиях. Экспериментально установлено, что для разработанных пигментированных составов полиуретановых покрытий данный показатель не превышает 0.013 г/см2, что меньше предельно установленного для помещений с классом беспыльности 1000 (менее 0.06 г/см2 согласно Руководству «Полы. Раздел I. Технические требования, предъявляемые к полам» СНиП 2.01.13-88) почти в 5 раз.

Одним из основных факторов, влияющих на старение полимеров в процессе эксплуатации является УФ-составляющая солнечной радиации. Энергия ультрафиолетового света достаточна для разрушения многих, даже очень прочных связей в молекулах полимеров. В связи с этим для исследования влияния стойкости разработанных пигментированных ПУ покрытий были проведены комплексные исследования по изменению упруго-прочностных характеристик под действием ультрафиолетового облучения. Интенсивность УФ-облучения составляла 60 Вт/мв диапазоне длин волн 250 400 нм.

Для большинства пигментированных композитов наблюдается незначительное изменение предела прочности при растяжении (табл. 2). Исключение составляет базовый состав и композит, содержащий 3% синего пигмента. Воздействие УФ-облучения в течение 1000 часов приводит к снижению относительного удлинения практически для всех исследуемых составов, что свидетельствует об охрупчивании полиуретановых композитов.

Использование защитно-декоративных покрытий в условиях действия УФоблучения приводит к изменению цветовой окраски. При этом с увеличением сроков экспонирования меняется не только цвет покрытия, но и однородность окраски. Комплексная оценка изменения декоративных характеристик полиуретановых композитов под действием УФ-облучения проводилась с применением программного комплекса «Статистический анализ цветовых составляющих лакокрасочных покрытий». Для выявления изменения цветовой окраски в ходе экспериментального исследования фиксировалось изменение цветовых составляющих и яркости полиуретановых покрытий через 100, 300, 500, 700 и 1000 часов УФоблучения. По полученным после использования программного комплекса результатам определялись: цветовые различия по насыщенности соответственно для голубой, пурпурной, желтой, черной составляющих и яркости и цветовая насыщенность покрытия в целом.

Как показали проведенные исследования (рис. 14), насыщенность цвета для контрольных составов наиболее интенсивно возрастает при увеличении содержания до 3% для желтого и черного, а также до 1% для синего, зеленого и красного пигментов. Дальнейшее увеличение доли пигмента (до 5%) не приводит к существенному изменению данных характеристик.

Анализ изменения насыщенности цвета под действием УФ-облучения для полиуретановых покрытий, содержащих различное количество пигмента, показал, что наиболее выраженные процессы характерны для красного и черного (рис. 15, а) пигментов при степени 1.наполнении 5%. Наиболее устойчивыми к УФ1.облучению оказались жел1.тый, зеленый и синий пигменты (рис. 15, б). Даже 1.после длительного воздействия облучения составы с этими пигментами практи0.чески не поменяли своих декоративных характери0.стик. Для контрольного со0 1 2 3 4 5 6 Содержание пигмента, % става насыщенность цвета Вид пигмента:

черный желтый зеленый синий красный лавинообразно повышается Рис. 14. Изменение кривых распределения насыщенно- до 300 часов УФ-старения, сти цвета (с учетом яркости) полиуретановых покрытий стабилизируясь на послев зависимости от вида и содержания пигментов дующем этапе.

а) б) 1,6 1,1,1,1,4 1,1,2 3 1,Содержание Содержание 0,2 черного синего 0,0,пигмента, % пигмента, % 0,0,7 0 0,7 0 200 400 600 800 1000 0 200 400 600 800 10Время воздействия Время воздействия УФ-облучения, час. УФ-облучения, час.

Рис. 15. Изменение насыщенности цвета под действием УФ-облучения для полиуретановых покрытий, содержащих черный (а) и синий (б) пигменты Итогом проведенных исследований стала разработка составов полиуретановых покрытий, обладающих повышенным комплексом упруго-прочностных характеристик и стабильностью свойств под действием УФ-облучения. Введение в состав разработанных покрытий тонкодисперсных минеральных наполнителей позволяет существенно (до 60%) снизить расход дорого импортного оксида алюминия с одновременным обеспечением высоких технологических и эксплуатационных характеристик.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 1. Выявлены предельные состояния полимерных защитно-декоративных покрытий железобетонных конструкций, работающих в условиях действия агрессивных факторов. Показано, что полимерные покрытия под действием: внешних нагрузок, ультрафиолетового облучения, агрессивных сред и других негативных факторов могут переставать выполнять свои защитные функции из-за образова(с учетом яркости) Насыщенность цвета.

.

.

(с яркостью) (с яркостью) Насыщенность цвета Насыщенность цвета ния трещин и отслоения от подложки, а также потери непроницаемости вследствие диффузии материала покрытия агрессивной средой. Предложены методы расчета полимерных покрытий по трещиностойкости, отслоению и скорости насыщения покрытия при действии агрессивных сред.

2. Экспериментально доказана возможность замены дорогого импортного наполнителя для полиуретановых покрытий (оксида алюминия) местными для республики Мордовия минеральными порошками (доломит и цеолитсодержащая порода) без потери эксплуатационных характеристик по сравнению с промышленно-выпускаемым покрытием «Соверол-05». Разработаны пигментированные защитно-декоративные покрытия, обладающие повышенным сопротивлением к воздействию УФ-облучения, на основе полиуретановых связующих, наполненных тонкодисперсными минеральными порошками на основе местного минерального сырья.

3. Установлено влияние рецептурных параметров (степень наполнения, соотношение масло касторовое : Совермол 815, доля наполнителей – оксида алюминия, мела, доломита, диатомита и цеолитсодержащей породы) на упругопрочностные характеристики и огнестойкость покрытий, а также кинетику отверждения полиуретановых композитов.

4. На основе анализа экспериментально-статистических моделей и целевых функций по методу скаляризации выявлены интервалы варьирования рецептурных факторов, позволяющих получать эффективные полиуретановые составы на основе местных минеральных наполнителей. Использование минеральных порошков (50 60% доломита + до 10% цеолитсодержащих пород от общего объема наполнителей) позволило получить покрытия, обладающие высокими эксплуатационными характеристиками, не уступающие, а по некоторым показателям и превосходящие промышленно-выпускаемый состав «Соверол-05». Истираемость разработанных составов не превышает 0.013 г/см2, что значительно меньше требуемого (0.06 г/см2) и позволяет наносить данные полиуретановые покрытия в помещениях с классом беспыльности 1000.

5. Установлены зависимости изменения адгезионной прочности и несущей способности полиуретановых покрытий, нанесенных на бетонное основание, от вида наполнителя, степени наполнения полимерных композитов и водоцементного отношения бетонных оснований. На основе полученных результатов и многокритериальной оптимизации разработаны составы полиуретановых покрытий на основе местных минеральных наполнителей, обладающие высокой адгезионной прочностью, позволяющие повысить прочность бетонных оснований в 1.5 4 раза.

6. Для одновременного учета влияния полной (или открытой капиллярной) и поверхностной пористости на эффективность наносимых покрытий предложены показатели в виде коэффициентов относительной пористости К и КО. ВыполП.

нена оптимизация составов полиуретановых покрытий с учетом степени наполнения, вида наполнителей и коэффициентов К и КО..

П.

7. Изучено влияние УФ-облучения на упруго-прочностные характеристики пигментированных полиуретановых композитов. Выявлены составы, обладающие наибольшей стойкостью к УФ-облучению по прочностным и декоративным характеристикам. Наиболее устойчивыми к УФ-облучению оказались составы с желтым, зеленым и синим пигментами на основе колеровочных паст Элакор–ПУ (ООО «ТэоХим»).

Основные положения и результаты диссертационной работы изложены в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ:

1. Селяев В.П. Анализ изменения эксплуатационных характеристик пигментированных полиуретановых композитов, подвергающихся воздействию УФ-облучения / В.П. Селяев, Т.А. Низина, Е.А. Егунова // Известия ТулГУ. Технические науки.

Вып. 5: в 3 ч. – Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. – С. 103 – 110.

2. Селяев В.П. Метод компьютерного экспресс-анализа декоративных характеристик защитных покрытий / В.П. Селяев, Т.А. Низина, Е.А. Егунова // Вестник МГСУ, 2012. – №1. – С. 153 – 158.

3. Селяев В.П. Сопротивление полиуретановых композитов действию УФ-облучения / В.П. Селяев, Т.А. Низина, Е.А. Егунова // Региональная архитектура и строительство. – Пенза: Издательство ПГУАС, 2012. – №1. – С. 4 – 9.

Публикации в других изданиях:

4. Селяев В.П. Влияние местных наполнителей на упруго-прочностные характеристики полиуретановые покрытий / В. П. Селяев, Т. А. Низина, Е.А. Егунова // Актуальные вопросы строительства: материалы Междунар. науч.-техн. конф. – Саранск:

Изд-во Мордов. ун-та, 2008. – С. 159 – 164.

5. Селяев В.П. Экспериментально-статистическое моделирование полиуретановых композитов / В. П. Селяев, Т. А. Низина, Е.А. Егунова // Актуальные вопросы строительства: материалы Междунар. науч.-техн. конф. – Саранск: Изд-во Мордов.

ун-та, 2008. – С. 169 – 175.

6. Селяев В.П. Экспериментально-статистическое моделирование полиуретановых композитов / В. П. Селяев, Т. А. Низина, Е.А.Егунова // Электронное научное периодическое издание www.marhdi.mrsu.ru, 2009, выпуск 1(5), идентификационный номер 0420900075/0017.

7. Селяев В.П. Разработка полиуретановых покрытий на основе местных наполнителей Республики Мордовия / В.П. Селяев, Т.А. Низина, Е.А. Егунова // Сборник материалов X Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии». Тула, 2009. – С. 84 – 85.

8. Селяев В.П. Использование местных наполнителей республики Мордовия при производстве полиуретановых покрытий / В.П. Селяев, Т.А. Низина, Е.А. Егунова // Полимеры в строительстве: Материалы научных трудов третьих Воскресенских чтений – Казань: КазГАСУ, 2009. – С. 91 – 92.

9. Низина Т.А. Влияние водоцементного отношения бетонного основания на упругопрочностные характеристики полиуретановых покрытий / В.П. Селяев, Т.А. Низина, Е.А.Егунова // Актуальные вопросы строительства: материалы Междунар. науч.-техн. конф. в 2 част. Часть 1. – Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2009. – С. 210 – 215.

10. Селяев В.П. Оптимизация составов полиуретановых покрытий с учетом характеристик бетонных оснований / В.П. Селяев, Т.А. Низина, Е.А. Егунова // Достижения и проблемы материаловедения и модернизации строительной индустрии : Материалы XV Академических чтений РААСН. В 2 част. Т.1. – Казань, 2010. – С. 541 – 545.

11. Егунова Е.А. Полиуретановые покрытия на основе местных наполнителей республики Мордовия / Е.А.Егунова, Т.А.Низина, В.П. Селяев // Строительная наука 2010:

Материалы международной научно-технической конференции – Владимир, 2010. – С. 131 – 133.

12. Селяев В.П. Влияние характеристик бетонного основания на эффективность защитных полиуретановых покрытий / В.П. Селяев, Т.А. Низина, Е.А.Егунова // Актуальные проблемы бетона и железобетона. Материалы и конструкции, расчет и проектирование: материалы научно-практ. конф. – Ростов н/Д: Рост. гос. строит.

ун-т, 2010. – С. 55 – 60.

13. Селяев В.П. Полиуретановые композиты на основе местных наполнителей республики Мордовия / В.П. Селяев, Т.А. Низина, Е.А.Егунова // Разработка современных технологий и материалов для обеспечения энергосбережения, надежности и безопасности объектов архитектурно-строительного и дорожного комплекса: материалы Междун. научно-практич. Симпозиума. – Саратов, 2010. – С. 23 – 27.

14. Селяев В.П. Результаты экспериментальных исследований упруго-прочностных и декоративных характеристик пигментированных полиуретановых композитов под действием УФ-облучения / В.П. Селяев, Т.А. Низина, Е.А.Егунова // Науковий вiсник будiвництва. Вип. 59. – Харкiв: ХДТУБА, 2010. – С.237 – 244.

15. Селяев В.П. Влияние водоцементного отношения бетонного основания на упругопрочностные характеристики полиуретановых покрытий / В.П. Селяев, Т.А. Низина, Е.А.Егунова // Электронное научное периодическое издание www.marhdi.mrsu.ru, 2010, специальный выпуск 7, идентификационный номер 04200900075/0211.

16. Егунова Е.А. Огнестойкость полиуретановых покрытий на основе местных наполнителей республики Мордовия / Е.А.Егунова, Т.А.Низина, В.П. Селяев // Кровельные и изоляционные материалы, 2011, № 2, С. 26 – 27.

17. Селяев В.П. Анализ влияния пигментов на изменение эксплуатационных характеристик полиуретановых композитов, подвергающихся воздействию УФ-облучения / В.П. Селяев, Т.А. Низина, Е.А. Егунова // Вестник Волжского регионального отделения РААСН. Вып. 14 - Нижний Новгород: ННГАСУ, 2011. – С. 121–126.

18. Селяев В.П. Многокритериальная оптимизация составов полиуретановых покрытий / В.П. Селяев, Т.А. Низина, Е.А. Егунова // Актуальные вопросы строительства:

материалы Междунар. науч.-техн. конф. – Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2010. – С. 149 – 154.

19. Селяев В.П. Компьютерные технологии для комплексной оценки декоративных характеристик защитных покрытий на основе полимерных связующих / В.П. Селяев, Т.А. Низина, Е.А. Егунова // Фундаментальные и прикладные проблемы науки.

Том 2. – Материалы VI Международного симпозиума. – М.: РАН, 2011. – С. 310 – 317.

20. Егунова Е.А. Влияние наполнителей на свойства полиуретановых композиционных материалов / Е.А. Егунова // Строительство-2011. – Ростов н/Д: Рост. гос. строит.

ун-т, 2011. – С. 168 – 169.

21. Селяев В.П. Влияние УФ-облучения на эксплуатационные характеристики пигментированных полиуретановых композитов / В.П. Селяев, Т.А. Низина, Е.А. Егунова // Актуальные вопросы строительства: материалы Междунар. науч.-техн. конф. – Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2011. – С. 286 – 290.

22. Полиуретановое покрытие: заявка на пат. № 2011118247/05 (027029) с приоритетом от 05.05.2011 / В.П. Селяев, Т.А. Низина, Е.А. Егунова; заявитель ФБГО ВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П.Огарева».







© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.