Введение 4
1. Состояние вопроса, постановка целей и задач исследования 9
1.1. Виды полимербетонов и их свойства 9
1.2. Коррозионная стойкость полимербетонов 19
1.3. Каучуковые бетоны (каутоны) 25
1.4. Теоретические методы оценки химического сопротивления
полимербетонов 33
1.5. Проницаемость полимербетонов (массоперенос, определение
параметров массопереноса) 37
1.6. Стойкость полимербетонов при совместном воздействии на него
факторов времени и среды 43
1.7. Цели и задачи исследований 45
1.8. Выводы 46
2. Применяемые материалы. Экспериментальные исследования стойкости
каучукового бетона в агрессивных средах 47
2.1. Применяемые материалы и методы исследования 47
2.1.1. Применяемые материалы и технология изготовления образцов 47
2.1.2. Методика исследования каутона на химическую стойкость 50
2.2. Водостойкость каутона 54
2.3. Сопротивление каутона действию различных агрессивных сред 56
2.3.1. Стойкость в неорганических кислотах 57
2.3.2. Стойкость в органических кислотах 69
2.3.3. Стойкость в растворах щелочей и оснований 74
2.3.4. Стойкость в растворах солей, растворителях и нефтепродуктах 79
2.4. Выводы 84
3. Аналитическая оценка химической стойкости каутона 85
3.1. Аналитическая оценка химической стойкости при действии
агрессивных сред 85
3.2. Прогнозирование долговечности каутона в условиях воздействия
3.3. Расчет и прогнозирование глубины проникновения агрессивных
сред в композит 109
3.4. Выводы 114
4. Стойкость каутона при совместном воздействии на него факторов
времени и среды 115
4.1. Прочность и деформативность каутона при одновременном воздействии длительно приложенной сжимающей нагрузки и агрессивной
среды 115
4.2. Исследование влияния повышенных и пониженных температур
на прочность и деформативность каутона 136
4.3. Стойкость каутона в условиях совместного длительного
воздействия температуры и агрессивной среды 143
4.4. Выводы 150
5. Разработка каутонов, повышенной стойкости. Опыт производственного внедрения и экономическая эффективность каутона 152
5.1. Разработка составов каутона, высокостойких к действию соляной
кислоты 152
5.2. Область рационального применения каутона и опыт его
производственного внедрения 171
5.3. Технико-экономическое обоснование применения каутона 173
5.4. Выводы 180
Основные выводы 182
Список использованных источников 184
Приложение
Актуальность работы. В условиях наметившегося роста и развития основных отраслей промышленности и сельского хозяйства появилась возможность реконструкции старых или создания новых производственных площадей. Обеспечение сохранности зданий и сооружений в течение заданного срока эксплуатации, увеличение межремонтного периода и надежности строительных конструкций является одним из главных направлений повышения эффективности капитальных вложений в условиях рыночных отношений. Особенно актуально этот вопрос стоит в отраслях, где конструкции зданий и сооружений подвержены действию агрессивных сред. По этой причине строительство испытывает острую потребность в новых коррозионностойких материалах и конструкциях, способных резко увеличить надежность и сроки службы сооружений. Од¬ним из путей решения этой проблемы является применение полимерных ком¬позиционных материалов (полимербетонов), обладающих высокой химической стойкостью, прочностью и другими благоприятными эксплуатационными свойствами.
На настоящий момент достаточно широкое применение получили полимербетоны на основе фурановых, эпоксидных, полиэфирных, карбамидных и некоторых других смол. Однако промышленное производство этих смол в Рос¬сии за последние годы резко сократилось, либо оказалось полностью за пределами государства (фурановые), в результате чего стоимость их резко возросла. В этой ситуации решение вопросов, связанных с защитой строительных конструкций от агрессивного воздействия среды возможно при применении альтернативных видов промышленно выпускаемых полимеров, например, диеновых олигомеров, принадлежащих к классу жидких каучуков.
На кафедре железобетонных и каменных конструкций ВГАСУ в течение ряда лет проводятся работы по созданию композиционных материалов на основе жидких каучуков различных марок - каутонов. Каутоны - материалы, характеризующиеся ценным набором эксплуатационных показателей, и что особенно важно - высокой стойкостью к действию агрессивных сред различного характера.
Создание надежных и эффективно работающих строительных конструкций, выполненных из каутона невозможно без изучения вопроса о его сопротивлении действию агрессивных сред, а также вопросов долговечности и надежности этого материала. Это весьма актуально для каутона и конструкций на его основе, поскольку данный композит принадлежит к недавно созданным и малоизученным материалам, а его исследования в данной области носят ограниченный характер.
В настоящей работе предпринята попытка восполнить существующий пробел. Решение поставленных в диссертационной работе задач позволит определить долговечность каучукового бетона в условиях длительного действия агрессивных сред, прогнозировать изменение его прочностных и деформационных характеристик в зависимости от длительности эксплуатации, а также проектировать составы каутона, способные гарантировать изделиям и конструкциям на его основе требуемые эксплуатационные характеристики.
Исследования по теме диссертации выполнены в соответствии с программой «Строительство», а также в русле «Приоритетных направлений...” и «Критических технологий..
Основная цель работы - исследовать и оценить сопротивление каучукового бетона действию различных агрессивных сред.
В соответствии с поставленной целью решали следующие взаимосвязанные задачи, для чего необходимо:
— экспериментально исследовать коррозионную стойкость;
— разработать аналитические модели оценки стойкости каутона и его долговечности в различных агрессивных средах;
— исследовать влияние длительного воздействия агрессивной среды на физико-механические характеристики каутона;
— изучить механизм деструкции каутона, вызванной действием агрессивных сред;
— исследовать поведение каутона при совместном длительном действии
* нагрузки и агрессивной среды;
— исследовать поведение каутона при совместном длительном действии температуры и агрессивной среды;
— запроектировать составы каутона, обладающие повышенной химической стойкостью в заданных агрессивных средах, произвести оптимизацию этих составов при помощи методов математического планирования эксперимента;
— использовать результаты исследований путем организации их опытного внедрения в производство;
— оценить технико-экономический эффект результатов работы.
Научная новизна работы. Изучено влияние агрессивных сред различного характера на каутон, в том числе комплексное воздействие нагрузки, температуры и агрессивной жидкости.
1. С использованием установленных закономерностей физико- химической деструкции обоснованы и разработаны способы повышения стойкости каутона к действию 36 %-ного раствора соляной кислоты
2. Установлено, что введение легирующих добавок (альтакс), ионообменных добавок (оксид титана) и добавок, активных по отношению к соляной кислоте (сульфат бария) повышают химическую стойкость каутона в концентрированной соляной кислоте на 12 % по истечении 3 месяцев.
3. С применением математических методов планирования экспериментов выявлены и оптимизированы составы микроструктур каутона, имеющих высокую хлоростойкость (концентрированная соляная кислота).
4. Результаты исследования были использованы при опытно-промышленном внедрении в ООО «Продвижение» в качестве сливных лотков для отвода агрессивных сред животноводческих помещений. Экономический эффект от замены 10 м.п. прокорродированных лотков, выполненных из бетона, на соответствующие из каутона - составил 250 руб.
5. Определена технико-экономическая эффективность применения каутона в качестве материала несущих конструкций. Показано, что применение каутона в качестве конструкционного материала в 2 раза эффективней, чем применение эпоксидного полимербетона и в 2,2 раз, чем полиэфирного. При эксплуатации в условиях агрессивного воздействия экономическая эффектив¬ность каутона возрастает. Так, в сравнении с эпоксидным полимербетоном, стоимость единицы полезной нагрузки с учетом воздействия сильно агрессивной среды каутона ниже в 2,2...3,2 раза, с полиэфирным - в 1,7...3 раза.
1. Исследованы прочность и деформативность каутона в: вода, 30 %-ном *
растворе серной кислоты, 70 %-ном растворе серной кислоты, 5 %-ном растворе фосфорной кислоты, 3 %-ном растворе азотной кислоты, 5 %-ном растворе соляной кислоты, 36 %-ном растворе соляной кислоты, 5 %-ном растворе уксусной кислоты, 10 %-ном растворе молочной кислоты, 10 %-ном растворе лимонной кислоты, 25 %-ном растворе аммиака, 10 %-ном растворе едкого натрия, 10 %-ном растворе едкого калия, 30 %-ном растворе медного купороса, насыщенном растворе хлорида натрия, дизельное топливо, ацетон. Получены коэффициенты химической стойкости и массопоглощения в агрессивных средах с учетом температуры.
2. Снижение механических характеристик каутонов во времени обуславливается физическими и, в меньшей мере, химическими процессами, интенсивность которых зависит от скорости проникновения агрессивной среды. Коэффициент стойкости каутона во всех испытанных минеральных кислотах находится в пределах от 0,69 до 0,95; для органических - от 0,82 до 0,95, для щелочей и оснований - от 0,82 до 0,96; для растворителей и нефтепродуктов - 0,88;
для растворов солей - от 0,81 до 0,96.
3. Обоснованы и разработаны аналитические способы расчета физико- химической стойкости каутонов и их долговечности на базе теории диффузионной кинетики массопереноса. Получены выражения для количественной оценки стойкости, позволяющие прогнозировать изменение механических
| свойств каутона, а также его долговечность в различных агрессивных средах,
4. Применение математических методов планирования экспериментов позволило разработать и оптимизировать составы микроструктур каутона, имеющих высокую хлоростойкость (в среде 36 %-ного раствора соляной кислоты).
Введение легирующих добавок (альтакс), ионообменных веществ (оксид титана) и добавок, активных по отношению к соляной кислоте (сульфат бария) повысило химическую стойкость каутона в концентрированной соляной кислоте на 28 % по истечении 1 года.
при одновременном воздействии: воды кдд =0,76, 30 %-ного раствора серной кислоты кд, =0,71, для 10 %-ного раствора едкого натрия - кдд = 0,66. Значения нормативных (Rn) и расчетных (R) сопротивлений каутона, вычисленные с
учетом ползучести и воздействия агрессивных сред, составили соответственно: в воде 75,8 МПа и 73 МПа, 30 %-ном растворе серной кислоты - 72,9 МПа 70,2 и МПа, 10 %-ном растворе едкого натрия — 65 МПа и 62,6 МПа.
6. Установлено, что отрицательные температуры в интервале от 0 до -75 °C повышают физико-механические характеристики каутона. Повышенные температуры снижают стойкость каутона в различных агрессивных средах, вызывая деструкцию композита в основном за счет увеличения скорости химических реакций, происходящих между агрессивной средой и материалом. Определены температурные коэффициенты диффузии и стойкости каутона, позволяющие определить их числовые значения в различном температурном диапазоне.
7. Результаты исследований использованы при производстве работ по ремонту сливных лотков животноводческого комплекса «Продвижение», Кантемировка (Воронежская область), а также при чтении спецкурса и дипломном проектировании. Кроме того показано, что применение каутона в качестве конструкционного материала в 2 раза эффективней эпоксидного полимербетона и в
2,2 раза полиэфирного. При эксплуатации в условиях агрессивных сред экономическая эффективность каутона возрастает. Так, стоимость единицы полезной нагрузки с учетом воздействия сильно агрессивной среды для каутона ниже в 3 раза и в 2,4 раза по сравнению с эпоксидным и полиэфирным полимербетонами соответственно.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
