КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ

Петрикова Євгенія Миколаївна

УДК 666.97.038

ОРГАНОСИЛІКАТНІ КОМПОЗИЦІЇ НА ОСНОВІ ІЗОЦІАНАТІВ ДЛЯ ЗАХИСТУ ТА ВІДНОВЛЕННЯ ЗАЛІЗОБЕТОННИХ КОНСТРУКЦІЙ

05.23.05 – Будівельні матеріали та вироби

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2003

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі технології виробництва бетонних та залізобетонних конструкцій Київського національного університету будівництва і архітектури та в Державному науково-дослідному інституті будівельних конструкцій Держбуду України.

Науковий керівник – доктор технічних наук, професор

ШЕЙНІЧ Леонід Олександрович,

Київський національний університет будівництва і

архітектури, професор кафедри технології

виробництва бетонних та залізобетонних конструкцій

Офіційні опоненти – доктор технічних наук, професор

ВИРОВОЙ Валерій Миколайович

Одеська державна академії будівництва і архітектури,

завідувач кафедри виробництва будівельних конструкцій

– кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

ШИХНЕНКО Іван Васильович,

Науковий Державний Інститут будівельного виробництва

Держбуду України, завідувач відділом бетонних робіт

Провідна установа – Придніпровська державна академія будівництва та архітектури.

кафедра технології будівельних матеріалів, виробів та

конструкцій, м. Дніпропетровськ

Захист відбудеться 23.04.2003 р. о 13 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.056.05 “Підвалини та фундаменти. Будівельні матеріали та вироби” Київського національного університету будівництва і архітектури за адресою: 03037, м. Київ-37, Повітрофлотський проспект, 31, ауд. 466.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Київського національного університету будівництва і архітектури за адресою: 03037, м. Київ-37, Повітрофлотський проспект, 31.

Автореферат розісланий 17.03.2003 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

к.т.н. Блажіс Г.Р.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Проблема створення ефективних композицій, які можливо використовувати для ремонтних робіт та як захисні системи, є дуже актуальною задачею. Так, на 4-му Міжнародному симпозіумі з будівельних матеріалів і рецептур, що відбувся в 1987 р. у Сінгапурі, відмічалось: “Будівництво в майбутньому столітті - це буде відновлення та заміна того, що було побудовано в двох попередніх”.

Для відновлення залізобетонних конструкцій потрібна ціла гама спеціальних композицій. Основними вимогами до таких ремонтних складів є адгезія до старого бетону та висока корозійна стійкість. Висунення вимог щодо корозійної стійкості пояснюється тим, що дефекти найчастіше виникають в залізобетонних конструкціях, що експлуатуються в агресивних середовищах. Отже, проблема подовження терміну експлуатації будівельних конструкцій за рахунок використання спеціальних композицій є надзвичайно актуальною.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана на кафедрі технології виробництва бетонних та залізобетонних конструкцій Київського національного університету будівництва і архітектури та у Державному науково-дослідному інституті будівельних конструкцій Держбуду України в рамках договору № 684-141 “Розробити склади до дослідних ремонтних робіт залізобетонних конструкцій ЛЕП” з Київською магістральною електромережею Центральних енергосистем Державного підприємства Національної енергетичної компанії “Укренерго” та при виконанні пошукової теми “Експериментально-теоретичне дослідження методів підсилення й підвищення довговічності залізобетонних конструкцій на основі використання композиційних матеріалів”.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є розроблення органосилікатних композицій на основі дисперсних гідратів нестабільної структури та полімерної ізоціанатвмісної складової, що відрізняються високою міцністю і корозійною стійкістю та забезпечують відновлення залізобетонних конструкцій у короткі терміни.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі задачі:

-

-

-

-

-

Об’єктом досліджень є композиційні матеріали на основі ізоціанатів та дисперсних мінеральних компонентів.

Предмет досліджень – процеси формування органосилікатних матеріалів із наперед заданими властивостями (водостійкість та корозійна стійкість).

Методи досліджень. Експериментальні дослідження виконані із застосуванням сучасних методів фізико-хімічного аналізу: диференційно-термічного, хімічного, рентгенофазового аналізу, а також інфрачервоної спектроскопії та електронної мікроскопії. Визначення міцнісних характеристик штучного каменю, температуростійкості, зносостійкості, корозійної стійкості, водо- та паропроникності проведено із застосуванням традиційних методик, згідно діючих нормативних документів. Розрахунки та оптимізація складів сумішей проводилися за допомогою багатофакторних планів побудови експерименту.

Наукова новизна одержаних результатів:

-

-

-

-

-

-

Практичне значення одержаних результатів:

-

-

-

Композиційні матеріали з високими захисними властивостями використані в промислових умовах при ремонті залізобетонних конструкцій ЛЕП. Застосування таких матеріалів дозволило подовжити термін експлуатації дефектних конструкцій. Економічний ефект від впровадження ремонтних композицій в залежності від їх складу становив 3500…3625,7 грн. на один залізобетонний стояк.

Особистий внесок здобувача полягає у проведенні експериментальних досліджень, обробці отриманих результатів та впровадженні розроблених матеріалів у виробництво. Конкретний особистий внесок здобувача в наукові праці, опубліковані разом із співавторами:

1.

Визначено вплив хімічного складу та вмісту зв’язаної води мінерального компоненту на міцнісні показники систем.

2.

З використанням методів математичного планування експерименту розроблено склади органомінеральних композицій.

3.

Досліджено вплив модифікуючої полімерної добавки на корозійну стійкість цементних систем.

4.

Запропоновано органосилікатну композицію, в якій як мінеральна складова використано силікатний компонент, що містить зв’язану воду і не здатний до гідратації.

5.

Запропоновано органосилікатну композицію, в якій як мінеральна складова використано силікатний компонент, що містить зв’язану воду і здатний до гідратації з відщепленням вапна.

6.

Розроблено технологію застосування органомінеральних систем для ремонту залізобетонних конструкцій та досліджено вплив температури на міцність систем.

7.

Розроблено захисну органосилікатну композицію, в якій силікатний компонент представлено натрієвим розчинним склом та активним наповнювачем у вигляді сухих відходів виробництва азбестоцементних виробів.

8.

Створено технологію використання полімерсилікатних композицій для ремонту та відновлення форм залізобетонних конструкцій, досліджено вплив умов тверднення на міцність та морозостійкість розроблених систем.

9.

Досліджено будівельно-технологічні властивості захисних органосилікатних композицій на основі поліізоціанату та активної дисперсної складової.

10.

Досліджено деякі фізико-механічні характеристики отриманих полімерсилікатних композицій на основі ізоціанатів, що дозволяють запропонувати їх для ремонтних робіт.

11.

Досліджено вплив умов експлуатації на фізико-механічні властивості розроблених органомінеральних композицій.

Апробація результатів дисертації. Основні положення роботи були представлені на 60, 61, 62 та 63 науково-практичних конференціях Київського національного технічного університету будівництва і архітектури (м. Київ, 1999-2002 р.р.); 39-му Міжнародному семінарі “Рациональный эксперимент в материаловедении” (м. Одеса, 2000 р.); 4-ій Українській науково-технічній конференції “Механіка ґрунтів та фундаментобудування” (м. Київ, 2000 р.); Всеукраїнській науково-технічній конференції “Реконструкція будівель та споруд. Досвід та проблеми” (м. Київ, 2001 р.); Всеукраїнській науково-технічній конференції “Сучасні проблеми бетону та його технологій” (м. Київ, 2002 р.)

Покладена в основу дисертації авторська робота за результатом конкурсу науково-технічних проектів “Інтелектуальний потенціал молодих вчених – місту Києву” була відзначена третьою премією (2002 р.).

Публікації. Основні положення роботи викладені в 12 друкованих працях, в тому числі 5 – у наукових фахових виданнях, 4 – у матеріалах та тезах доповідей конференцій та 3 – у деклараційних патентах України.

Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота викладена на 110 сторінках основної частини і складається із вступу, п’яти розділів, висновків і включає 22 таблиці та 53 рисунки. Повний обсяг дисертації становить 195 сторінок і містить разом з основною частиною перелік використаних джерел з 231 найменування та шість додатків.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету і задачі досліджень, розкрито наукову новизну і практичне значення отриманих результатів, наведено відомості про публікації та апробацію дисертації.

В першому розділі проведено аналітичний огляд досліджень в області створення і застосування органомінеральних систем, викладено суть наукової проблеми, її значення і теоретичні передумови досліджень.

На основі аналізу праць Браутмана Н., Веселовського Р.О, Вирового В.М., Вознесенського В.А, Іщенко С.С., Керчі Ю.Ю., Кривенко П.В., Ленга Ф.Ф., Ліпатова Ю.С., Патуроєва В.В., Пшинько А.М., Рунової Р.Ф., Ходакова Г.С. та ін. встановлено, що використання в композиціях полімерів дозволяє отримувати більш ефективні системи, вільні від багатьох недоліків, характерних для матеріалів на основі мінеральних в’яжучих. При цьому характеристики органомінеральних композицій залежать від властивостей як полімерної складової, так і наповнювача, причому мінеральний наповнювач є одним з найважливіших складових в організації мікро- та макроструктури. Він змінює комплекс фізико-механічних характеристик полімерних систем: приводить до зміцнення, зниження внутрішніх напружень та модифікує інші фізико-механічні властивості.

Слід відзначити, що у багатьох системах мінеральна частина композицій виконує тільки функцію наповнювача, тобто хімічна взаємодія між складовими слабка чи відсутня. Вирішальну роль в таких системах відіграє полімер, який завдяки своїм високим адгезійним й аутогезійним властивостям зв’язує мінеральні фракції. Композиції, в яких має місце хімічна взаємодія, мають обмежене використання. Для таких органомінеральних систем обов’язковим є вимоги щодо обмеження вологості основи, використання ґрунтового шару та ін.

Сьогодні все більше використовують композиції з ізоціанатвмісними сполуками. Передумовами їх використання є висока адгезія до різних основ, висока зносостійкість та хімічна стійкість, високі механічні показники.

В результаті виконаних теоретичних досліджень процесів взаємодії ізоціанатвмісних сполук встановлено, що вони мають високу реакційну здатність по відношенню до води та силікатів, яка каталізується лужним середовищем. Продуктами поліконденсації є сполуки з розгалуженими трьохвимірними сітками.

Аналіз інформації в області створення та застосування органомінеральних композитів, а також дані про реакційну здатність ізоціанатвмісних сполук з фізично зв’язаною водою, силікатною складовою та про процеси структуроутворення матеріалів на їх основі дозволяють висунути наукову гіпотезу про можливість отримання високоміцних корозійностійких композитів за рахунок хімічної взаємодії між поліізоціанатом, дисперсною гідросилікатною речовиною нестабільної структури та волокнистим водовміщуючим армуючим компонентом з формуванням на макрорівні – дисперсноармованих композицій і синтезом на мікрорівні – сечовин, триізоціануратів та органосилікатних уретаноподібних сполук, модифікованих лужноземельними елементами.

В другому розділі наведені характеристики сировинних матеріалів і методів експериментальних досліджень.

Як основна полімерна складова в системах використовували поліізоціанат-Д (ТУ 113-03-78222701-92).

Для регулювання термінів тужавлення системи використовували розчин рідинного натрієвого скла з силікатним модулем 2,8 і густиною 1420 кг/м3.

Як мінеральну складову використовували: хімічно чисті силікагель, СаО, Са(ОН)2, крейду, портландцемент за ДСТУ Б.В.2.7-46, дніпровський пісок за ДСТУ Б.В.2.7-32, мікрокремнезем за ТУ 14-5-157-87; маріупольський доменний гранульований шлак за ГОСТ 3476, азбест Оренбурзького родовища за ГОСТ 12871, цеоліт Сокирнянського родовища за ТУ У В.2.7. 05792908.002, спучений перліт Береговського родовища та гідратований портландцемент, який отримували гідратацією портландцементу ПЦІ-500 ДСТУ Б.В.2.7-46 в умовах пропарювання, а також целюлозні волокна марки Техноцел 500-1 виробництва німецької фірми CFF.

Як основний мінеральний компонент в розроблених органомінеральних системах використовували відходи виробництва азбестоцементних виробів.

Для регулювання властивостей органічної матриці як пластифікатор застосовували олігоефір – ?,ю-?етакрил(біс-триетиленгліколь)фталат (МГФ-9) згідно ТУ 6-01-450-76.

Дослідження фазового складу вихідних речовин та новоутворень здійснювали за допомогою комплексу фізико-хімічних методів: рентгенофазового, хімічного, диференційно-термічного, оптичного, електронно-мікроскопічного аналізів та інфрачервоної спектроскопії.

Експериментальні дослідження фізико-механічних властивостей систем виконано за стандартними методиками. Для аналізу і формулювання висновків результати фізико-механічних випробувань обробляли за допомогою методів статистичного аналізу.

У третьому розділі містяться результати експериментальних досліджень процесів взаємодії поліізоціанатів з дисперсними мінеральними компонентами та розробки рецептур захисних органосилікатних композицій.

Дослідження впливу хімічного складу дисперсного мінерального компоненту на характер взаємодії в полімермінеральній системі дозволило встановити, що фізико-механічні властивості штучного матеріалу залежать від наявності лужних або лужноземельних іонів. Відсутність лужних та лужноземельних іонів в мінеральній складовій призводить до енергійної взаємодії мінеральної та полімерної складових, що супроводжується спученням систем. Присутність вище згаданих іонів в дисперсній мінеральній складовій дозволяє отримати щільний штучний камінь за рахунок зв’язування вуглекислого газу, що утворюється в результаті реакції поліконденсації поліізоціанату, і спучує систему.

Показано, що інтенсивна взаємодія поліізоціанату з кислими мінеральними складовими відбувається у випадку коли силікатна або алюмосилікатна складова представлені аморфною чи слабко закристалізованою структурою.

Встановлені закономірності дозволили рекомендувати для отримання міцного і щільного штучного каменя мінеральну складову нестабільної структури, що вміщує як кислі, так і основні іони.

В результаті проведених досліджень встановлено, що форма зв’язку води дисперсного силікатного компоненту впливає на процеси утворення штучного каменю на основі поліізоціанату. Так, для забезпечення інтенсивного зростання міцності полімерсилікатного матеріалу необхідна присутність всіх типів зв’язаної води. При цьому фізико-механічно та фізико-хімічно зв’язана вода в матеріалі забезпечує зростання міцності в ранні терміни тверднення, а хімічно зв’язана – в більш віддалені.

Результати фізико-механічних та фізико-хімічних досліджень полімермінеральних систем дозволили обґрунтувати вибір відходів виробництва азбестоцементу як активного наповнювача для створення захисних органомінеральних систем. Такий наповнювач дозволяє на макрорівні створювати дисперсноармовані композиції, а на мікро – складні органомінеральні сполуки.

Наявність хімічної взаємодії між поліізоціанатом та силікатною складовою, яку представлено відходами виробництва азбестоцементу, підтверджується характером кривих ДТА та ДТГ (рис. 1). У порівнянні з вихідним затверділим полімером спостерігається більша чіткість піків, пов’язаних з розкладанням сечовин та з термоокисною деструкцією вуглецевого каркасу. Початок термоокисного розкладання полімеру в композиції характеризується піком, пов’язаним з деструкцією сечовини в затверділому поліізоціанаті при температурі 3000С. Проте температура піку розкладання карбонового скелету для чистого затверділого поліізоціанату збільшується з 5100С до 5700С. На кривій ДТА полімерсилікатної системи присутній невеликий ендотермічний ефект (в межах 660…6800С), який за результатами досліджень новоутворень в системі “поліізоціанат – азбест” можна віднести до розкладання новоутворень, що пов’язано з взаємодією азбесту із полімерною складовою. Це свідчить про те, що азбест в системі є не тільки армуючою речовиною, а й активним наповнювачем, який взаємодіє з полімерною складовою.

Для регулювання властивостей органічної матриці використовували пластифікатор МГФ-9, який є поверхнево-активною речовиною та може брати участь в хімічних реакціях. Введення МГФ-9 збільшує міцнісні характеристики композицій.

Аналіз рентгенофазових досліджень сировинних матеріалів та затверділої системи “поліізоціанат – пластифікатор – рідинне скло – відходи виробництва азбестоцементу” показав, що мінеральні компоненти системи видозмінилися, змінився хід кривих, з’явились дифузійні вузли, що свідчить про взаємодію полімерної та мінеральної складових.

Аналіз інфрачервоних спектрів продуктів взаємодії в системі “поліізоціанат –пластифікатор – рідинне скло – відходи виробництва азбестоцементу” (рис. 2) показує, що в спектрах є ряд основних смуг поглинання, які можуть бути віднесені до сечовини (800, 1220, 1300, 1500, 1640, 3380 см-1), триізоціанурату (750, 1220, 1300, 1410 см-1) та вказують на наявність в композиції зв’язків типу ?Si–O–Si? (450, 700, 1080 см-1). На кривих спостерігаються незначні смуги поглинання, які відповідають коливанням ізоціанатних груп, тобто в системі присутні залишки непрореагованого полімеру. Це вказує на те, що в системі утворилася велика кількість триізоціанурату, що позитивно впливає на фізико-механічні властивості

Рис. 1 Термограми вихідних матеріалів та полімерсилікатних композицій на їх основі: 1 – поліізоціанат, що затвердів за рахунок реакції з вологою повітря; 2 – відходи виробництва азбестоцементних виробів; 3 – полімерсилікатна система на основі поліізоціанату та відходів виробництва азбестоцементних виробів; 4 – органосилікатна система “поліізоціанат –пластифікатор – рідинне скло – азбестоцементні відходи” у віці 28 діб; 5 – те ж, у віці одного року

систем. Присутні в інфрачервоному спектрі розробленої композиції релікти неінтенсивних смуг 3640…3610 см-1 відносяться до коливань в силікатних речовинах залишкової кристалізаційної води, яка може з часом вступати у взаємодію з непрореагованим поліізоціанатом.

Крім того, в системі “поліізоціанат – пластифікатор – рідинне скло – відходи виробництва азбестоцементу”, згідно даних ДТГ та ДТА (рис. 1), можуть утворюватися органосилікатні уретаноподібної сполуки модифіковані лужноземельними елементами. На можливість утворення цих сполук вказує також наявність в інфрачервоних спектрах продуктів реакції досліджуваної системи смуг: 550, 600, 850, 870, 1080 см-1.

Рис. 2 Інфрачервоні спектри полімерних композицій: 1 – поліізоціанат, що затвердів за рахунок реакції з вологою повітря; 2 – органосилікатна система “поліізоціанат – пластифікатор – рідинне скло – відходи виробництва азбестоцементу” у віці 28 діб; 3 – те ж, у віці одного року

З метою визначення та оптимізації рецептур сировинних сумішей виконані дослідження у відповідності з трьохрівневим трьохфакторним планом проведення експерименту. Як фактори варіювання було обрано: кількість азбестоцементних відходів (Х1); вміст рідкого скла (Х2), вміст пластифікатора (Х3).

Аналіз експериментальних даних поряд із результатами математичної обробки та їх графічною інтерпретацією (рис. 3) дозволяє оцінити вплив факторів, що досліджуються, на границю міцності при стиску, границю міцності при вигині та зовнішній вигляд покриття (відсутність тріщин видимих при збільшенні х4). Міцнісні характеристики композицій зростають із збільшенням вмісту пластифікатора, і не залежать від вмісту рідкого скла в сировинній суміші.

Рис. 3 Ізопараметричні діаграми зміни міцності на стиск (а) та на згин (б) полімерсилікатних покриттів

Оптимізація рецептур дозволила отримати дві тріщиностійкі композиції з різним вмістом азбестоцементних відходів. Композиція 1 з вмістом азбестоцементних відходів до 15 % має міцність при стиск у віці 28 діб – до 100 МПа, а композиція 2 з вмістом відходів азбестоцементу 10 % – до 88 МПа. Отримані композиції можуть бути використані як самостійні захисні системи та як підготовчий шар при ремонті конструкцій (ґрунтування).

Порівняння властивостей систем з відомими аналогами показало, що для еталону (поліізоціанат 40 %, рідке скло 40 %, пластифікатор 20 %) міцність складає 59 МПа, а в результаті введення наповнювачів типу портландцементу, меленого піску та т.і. міцність відомої композиції змінюється на незначну величину, що свідчить про переваги розроблених систем.

Електронна мікроскопія розробленої композиції дає уявлення про формування дрібнодисперсної, щільної та відносно однорідної структури, в якій продукти реакцій щільно зрослися між собою. На деяких ділянках спостерігаються включення азбесту (рис. 4). Відсутність помітних кристалів гідратованого портландцементу підтверджує хімічну взаємодію між полімерною та силікатною складовими. Розроблена система, в протилежність еталонній, характеризується меншою пористістю та має більш однорідну структуру. На відміну від еталону в системі не зафіксована наявність аморфного кремнезему, як результату поліконденсації рідинного скла.

Рис. 4 Електронна мікрофотографія поверхні відколка розробленої органосилікатної системи з волокнами азбесту (збільшення х 6000)

У четвертому розділі наведено результати випробувань фізико-механічних властивостей органосилікатних композицій.

Дослідження властивостей розроблених покриттів показали, що життєздатність систем становить 30…40 хв. Збільшення кількості наповнення зменшує життєздатність композиції. Це пов’язано з тим, що взаємодія між полімерною та мінеральною складовими відбувається по поверхні часточок, тому збільшення кількості наповнювача призводить до збільшення площі контакту та прискорення процесіви структуроутворення.

Аналіз кінетики зміни міцнісних характеристик у часі (табл. 1), показав, що з часом показники міцності композицій збільшуються, причому цей приріст в початковий період часу більш інтенсивний. Це пояснюється тим, що в системах основні процеси структуроутворення проходять в ранні терміни тверднення. Подальший приріст міцності в розроблених композиціях пояснюється ущільненням структури внаслідок додаткового утворення в системах полісечовин за рахунок взаємодії непрореагованого поліізоціанату з залишками зв’язаної води силікатного компоненту й вологою повітря.

Для визначення стабільності продуктів тверднення розроблених композицій, що є одним з критеріїв отримання довговічних матеріалів, було проведено комплекс фізико-хімічних досліджень розроблених систем у віці одного року.

Порівняльний аналіз рентгенограм розробленої системи в віці 28 та 360 діб показав, що відмінностей між двома кривими майже немає. Аналіз термограм (рис. 1) підтверджує, що розроблена система в різному віці характеризується аналогічними продуктами реакцій структуроутворення, на що вказує майже однаковий хід дериватограм та температура піків руйнування утворених в системі сполук.

Таблиця 1

Швидкість набору міцності органосилікатними системами

Композиція | Міцність при стиску, МПа, у віці, діб

3 | 7 | 14 | 28 | 90 | 180 | 360

1 | 41 | 82 | 87 | 101 | 112 | 118 | 125

2 | 53 | 80 | 80 | 88 | 93 | 104 | 113

еталон | 26 | 41 | 53 | 59 | 60 | 62 | 71

На взаємодію непрореагованого поліізоціанату з залишками зв’язаної води мінерального компоненту та вологою повітря вказує більша чіткість піку термоокисної деструкції сечовин, відсутність в інфрачервоному спектрі смуг, які характерні для коливання (-NCO) груп полімеру, а також збільшення інтенсивності смуг, що віднесені до сечовин (1220, 1500 см-1).

Відповідно до результатів досліджень, розроблені покриття можуть тверднути у воді. У водних умовах тверднення міцність при стиску композицій в ранні терміни більша, ніж міцність композицій, які тверднули в повітряно-сухих умовах. Так, міцність композицій, які зберігалися, в воді складає: рецептура 1 – 3 доби - 60 МПа, 7 діб - 85 МПа, 14 діб - 99 МПа; рецептура 2 – 3 доби - 61 МПа, 7 діб - 81 МПа, 14 діб - 90 МПа. З часом в розроблених системах спостерігається нівелювання міцнісних характеристик композицій, що тверднули в різних умовах. Коефіцієнти водостійкості органосилікатних систем знаходяться в межах 0,95…1,43, тобто розроблені системи мають високу водостійкість.

Аналіз результатів деформаційних змін показує, що розроблені органомінеральні композиції мають не тільки достатньо високі міцнісні характеристики, а й незначні деформації усадки порівняно з еталоном, і знаходяться в межах усадки портландцементу. В розроблених системах відзначено стабілізацію деформаційних характеристик після 90 діб тверднення в області – (3,9…4,5) мм/м.

Результати дослідження водо- та паропроникності розроблених композицій, проведених за методикою для лакофарбових композицій, показали, що для них характерні невеликі значення цих показників у порівнянні з еталоном. Так, водопоглинення бетонних зразків з покриттям із розроблених систем на 72 добу складає: при товщині шару 0,05 мм – 0,218…2,06 %; 0,1 мм – 0,169…0,104 %. Водопоглинення зразків з покриттям із еталонній композиції складає 2,646 та 2,038 % відповідно.

Сорбційна волога у віці 10 діб становить: для композиції нанесених товщиною 0,05 мм – 0,22…0,29 %; 0,1 мм - 0,115…0,155 %; для еталонних композицій – відповідно 1,9 та 2,036 %.

Розроблені композиції характеризуються високою адгезією та міцністю на розтяг. Так, у віці 28 діб міцність на розтяг становить 15…18 МПа, а адгезія характеризується мінімальною міцністю – 5 МПа.

Введення до складу органосилікатних систем дрібного заповнювача дозволило отримати будівельні розчини з високими фізико-механічними властивостями. Такі розчини можна застосовувати при проведенні ремонтних робіт.

Дослідження показали, що життєздатність будівельних розчинних сумішей складає 45…60 хв. Міцність розчинів залежить від співвідношення органосилікатної композиції та заповнювача (кварцового піску). Органосилікатна композиція (ОСК) адсорбується у вигляді суцільних плівок на поверхні часток заповнювача. Залежність міцності матеріалу від співвідношення дрібний заповнювач / в’яжуча речовина підпорядковується відомій закономірності: з введенням більшої кількості піску зменшується кількість в’яжучого, що веде до зниження міцності матеріалу. Так, міцність композицій на основі рецептури 1 складає при співвідношенні пісок : ОСК-1:1 – 85 МПа, а при співвідношенні 5:1 – 52 МПа.

Аналіз змін міцнісних характеристик розроблених будівельних розчинів з часом показав, що фізико-механічні показники збільшуються, причому зростання міцності інтенсивне в більш пізні терміни тверднення, на відміну від ОСК без заповнювача. Це вказує, що введення піску дещо уповільнює процеси структуроутворення в початковий період тверднення.

Результати дослідження впливу теплової обробки показали, що підвищена температура викликає прискорення процесів структурування систем, причому найбільший вплив на міцність має тепловологісна обробка, що підвищує в декілька раз фізико-механічні показники матеріалу. Це можна пояснити тим, що висока температура і вологість сприяють зміцненню системи. Оптимальним режимом є витримування при температурі 800С протягом 6 год.

Низькі та від’ємні температури під час виготовлення та на початкових термінах тверднення призводять до уповільнення хімічних реакцій та зростання міцності. Хоча з часом в композиціях спостерігається тенденція нівелювання міцнісних характеристик.

Розроблені системи мають високу зносостійкість – втрати маси за методикою ГОСТ 13087 складають для еталону – 0,149, а для розроблених композицій – 0,0064…0,008 г/см2.

Висока міцність та зносостійкість систем дозволили передбачити високу морозостійкість композицій. Як показали результати випробувань, органосилікатні композиції характеризуються маркою за морозостійкістю до F 300.

Порівняльний аналіз властивостей затверділих органосилікатних систем, які піддавали тривалій дії температури показав, що їх можна експлуатувати при температурах 80…100 0С.

Результати дослідження дії агресивних середовищ свідчать, що в розроблених системах практично відсутнє падіння міцності через один рік перебування їх в корозійних середовищах. Так, коефіцієнт стійкості запропонованих систем (табл. 2) в віці 1 року знаходиться в межах 0,86…1,16, що вказує на достатню їх стійкість в солях та органічних розчинах, а також й високу стійкість в розбавлених (3 %) та концентрованих (25 %) розчинах кислот та лугів.

Таблиця 2

Корозійна стійкість зразків органосилікатних композицій на основі поліізоціанату

Середовище, концентрація | Зміна маси зразків, що зберігалися протягом одного року, % | Коефіцієнт стійкості Кс систем у віці одного року

склад 1 | склад 2 | еталон | склад 1 | склад 2 | еталон

3 % H2SO4 | 3,94 | 3,64 | 3,91 | 1,11 | 0,96 | 0,96

25 % H2SO4 | 1,00 | 1,04 | 4,05 | 1,14 | 1,06 | 1

3 % HCl | 2,17 | 2,47 | 4,56 | 0,88 | 0,87 | 0,87

25 % HCl | -4,18 | -7,48 | -9,43 | 0,91 | 0,97 | 0,75

10 % HNO3 | -3,99 | -3,33 | -5,19 | 1,06 | 0,95 | 0,95

25 % HNO3 | -0,73 | -1,86 | -0,76 | 1,12 | 0,99 | 0,82

3 % NaOH | 2,10 | 2,39 | -5,62 | 1,16 | 0,86 | 0,65

25 % NaOH | 1,12 | 4,60 | 5,78 | 1,14 | 0,91 | 0,47

5 % NaCl | 2,00 | 3,21 | 4,11 | 0,97 | 0,97 | 0,97

10 % морська сіль | 2,14 | 2,15 | 3,85 | 1,03 | 0,97 | 0,92

5 % MgSO4 | 2,00 | 3,54 | 5,38 | 0,98 | 0,89 | 0,95

5 % цукор | 3,72 | 4,30 | 8,60 | 0,95 | 0,79 | 0,72

бензин | 1,65 | 2,15 | 4,65 | 1,01 | 1,06 | 0,92

П’ятий розділ присвячений дослідному впровадженню та розрахунку економічного ефекту від застосування розроблених органомінеральних композицій.

На основі отриманих рецептур полімерсилікатних систем було здійснено експериментальне впровадження розроблених органомінеральних композицій як ремонтних при відновлені залізобетонних конструкцій ЛЕП в системі “Укренерго”. Використання розроблених композицій дозволило ліквідувати дефекти конструкцій, що подовжило термін їх експлуатації.

Економічний ефект розраховували як різницю між вартістю найбільш поширеного нового залізобетонного стояка СК-26 та вартістю композицій, за допомогою яких ремонтували старий стояк. Економічний ефект (лише за витратами матеріалів) від застосування 10 кг ремонтних композицій, в залежності від їх складу, становив 3506…3635,7 грн. на один стояк.

ВИСНОВКИ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

Основні положення дисертації викладено у працях:

1. Шейніч Л.О., Петрикова Є.М. Вплив водневого фактора на міцність покриттів на основі силікатів та ізоціанату // Будівельні конструкції: Міжвідомчий наук.-техн. зб. - К.: НДІБК. - 2000. - Вип. 52. - С. 342-348.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.