автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Биологическое сопротивление каркасных композиционных материалов

слглтоа'йЯ rtic^xcrBFis?'! техшггЕегсЛ жтнгсягсг

р f б О Д Г!л П?22ДЗ пулсгпгс?!

■;■ Г, п, -Ii

ГПСПЛО

бгзлзпяшяк соягапшшяЕ клгллсгаж ж^стл"^:^« глтерхчдзз

Сп-щ!ялы!осгь - С5.23.С5 "Сзрсижманг»

i'aïes:'3~n ¡i kieojecí"

А й ï с р о 5 з ¡) a ï

¿кссархгязд иа сояяшпх» утзяоЛ ^гзтппг'сс^пг^х ¡ * у А

Сгрэгга 1'Х

РаЗога Ешо-таэна в гссударсгсьзшшу ушшарсигого' гаоии

IL П. Orr.p-;<m

Научниэ руководители - чхэп-иорросполдз^г ГЛАСЯ, доиор -макт-

uociîie плуг., Epoii-ccop Б. iL Садлзи, кандидат юхшлгсж;: наук, доц-зпг R ï. Epo(*oöB.

OÍ:uEiüjibHi:.:' огтвгюкти- jioy»s, щ:й._^ееор

У. К. Нтдеср,

ü Г. Гхс^^и-л.

Ij^j.'-, 1л сргааг^йц,.:« - ДО ,тзрдод1аа'рьдл.-«:21-роЛ".

£эдггй c^oíoíuví; tai 1054 r. l /5 -' v.ggí, ь иуд. ÜOi

v.í. pjn.iiua^koro coucx; Citó. c::

пэ np;xíí'¿vp3iw учли.'; сгиздк SÍJKCÍ»!» OU iv'XiU-VÏCICit

-'lOOiÜ, f/',;!.-!;;, ул. '

О / : i ; с- er о ; t L t ' • o i i'-:.:-.-.:) c^ü^i^Ií^í.l;;: ií ун^^ир^ы^и j.

Aliïopei-îpaï р235ГЬШ "Ж." ШфСгЛп XU3¿ г.

Учэ1шй секретарь pemoiiruauioro спе.циалазирозадцого совага доктор технических наук, профессор //')

Б.В.КУЗНЕЦОВ

сг:'"п ХАГАКТЕГЛСПЯ^ РДЕОТН

Актуальность то м и. Стростолъньэ гаиструкцшт и г.еделня по няог::х вдал::лх и сооруганкях в процессе эксплуатации подвер.-яни гг.зр7С25к;?}7 воздействия различных агрзссшших сред: х;::.5г:эск:гх, бшэлоглч-эских л т.д. При отэн установлено, что более ЕО 7, .асех !:оррсз;:опп:.-с проц-эссоз сказано с рззругательяьм всз-Г»:£сгг:мм С:")лог;г:пс::1{ лпкгвтя сред. Биоповро.чдепкям подвергаются прз^пчеснп ¡-с» !птер:;яш, ксяолаоуси&'э чэловекон. Эксплуатация пс1'.я";1гпп9т срои слу:,.'л-: попструкций и юториалов, пряно г-онтактиру-:гднх с Сюмоттаскн а.тг.чвтог.! средам: в иазотлоюдческих пок'зпрак-я;-:, предприятиях гясогалочноД, шсцэвоЯ, кожевенной, микробиологической и друг;;;: отраслей промжвнности составляет не болеэ 3 - 4 лег, а в кскоторь'х с^шх ксчпслл&тся нгсяцага. Уг;ерО, пр:гяя:яо-к-й объектам б результате выхода'из строя козстругаде* л натериалов от СпоповремденнЛ, в странах СНГ составляет сотни «¡¡ллиардег; ру2 лей в год, а в запаля1лс странах исчисляется десятками килтгрдов долларов. Б то ."э арзнл следует ответить, что и-оличастЕэнн1-':- еэто-ди оценки Окодегрздацнг, в С;'.осопрот;гвлэш!Я стростелышх гатерна-лов, а так'" кх ¡-гс.'яопэптов в Спологпческл актпзшл: средах в н6стс!1г.эт ар.э»я в гитературэ не приводятся. Трудности в решении дапкей г:рсОлз5.:и евлэжш со спс-щфгаостьэ воздействия ;ззсроорга-вэткэп гл. гатернал1:, с отсутствии иссл-эдоваиия л области дкаг-кост:!!"1, пэдэдпровачгл и прогнозирования процессов биопозре;-"до:гнл По .-той причте в настоящее вре!/л нот зйоктквнпх • методов и средств заглти ютергалов от бкоясврэ.«двний.

Од!пш из перспегашпшх путей релекпя проблеш повьпиэпия долговечности строителггплс копстругсцяй и материалов, подвергзнних г.оэдействп'о агресстапмс сред, является внодрзгпз коузгозкцпошии >:атор::алсз с пр;с,гепопк?м полккзрпнх связужзгс. Однако пирскоо при-нзнеппэ ко'-етезихо;?, ;;а полгазряих езязуйцгк огргчпггчвается пх епсо-гай усадкой, псв!,гте:п:}'м расходом дорогостоящи сннтетэтесюгс снол к зяатательнтля: трудо затрата;.':: г-.о вромл приготовления и укдгд-:::!. В этом отпегзштп гЭДзгагизла гогтаэзпцпопшп стритгелып'-э не о-карглепей стр;п:т}'?!!, полустоит путем прэдззр^эльнсго ссз-ди:;-:т:::л серен крупного -алолгппг-злл в карг-ас и последующего заполнения его пустот натри-цей. Б настоящее врзгл пэшгериэ запало» :эр-ности структуросбразсзапил, гшшэтееккэ свойства и долго-

вечность каркадпьх г.оуг.сзатоз в , х:а<:?ческ:г:с и бполоппзегах аг-

3

рессивних средах изучены недостаточно.

Цель и задачи исследований. Цель насто-яедй работы - разработка эффективных составов каркасных композитов с повышенный биологическим сопротивлением. Она определяет следующие задачи.

1. 0птимиз1ф0вать составы матриц, каркасов и каркасных композитов, обладающие улучшенными физико-шхаяическши свойствами и повышенным биологическим и химический сопротивлением.

2. Провести изыскания составов на различных связующи для оф-фоктивных матриц с улучшенным физико-химическим взаимодействий** на границе раздела систеш наполнитель - свлзувдэе.

3. Разработать и оптимизировать составы композитов, обладающие повышенной прочностью, трецпностойкостью, теплостойкостью и улучшенными экологически)«! свойствами.

Исследовать технологические свойства каркасных композитов на уровнях микро- и макроструктуры.

5. Получить количественные зависимости биодеградации и биосопротивления каркасных строительных композитов на основе различных связующих в средах микроскопических организмов.

6. Разработать составы композитов на органических и неорганические связухдих, обладающие фунгицидными свойствами в агрессивных средах мпцелиальных грибов.

Научная новизна. Предложены теоретические методы оценки Оиодеградации к бпосопротивления композиционных строительных материалов. Получены колзг-гостгонкыс зависимости биологического сопротивления композитов от основных структурных параметров. Экспериментально исследовано биосопротнвлекне композитов на основе полимерных, поллмерцеыентных, цементных и гипсовых связующи. Оптимизированы составы каркасных композитов и технологические режимы их получения, структура и составы матриш.изс композиций для каркасных композитов. Выявлены эффективные виды дисперсных наполнителей для полимерных связующих. Шлучен отвердитель для эпоксидных смол, позволяющий улучшить технологические свойства композитов. Исследованы основные физико-технические свойства каркасных компо-эитоб: прочность, трещиностойкость, дефорыативность, усадка, химп-ческое сопротивление и теплостойкость. Предложены эффективные добавки, повьшаигяе прочность, Скостойкость, теплостойкость, а также снижающие усадочные деформации и горючесть композиционных строительных материалов. Новизна выполненных исследований и разработок 4

подтверждается восекьп авторские:! свидетельств иг1 на изобретения.

Практическое значен я о. разработанные составы каркасных композитов зффоктивпы при изготовлении конструкций и аадп"-!их покрытий, подвергаодосся в процессе эксплуатации поа-дейстпкп биологически агрессивных сред. Они являотся Солее технологичными, обладает улучшенными экологическими свойствами, повь юнной стойкостью при воздействии химических и биологических агрессивных сред, а так?» повышенных температур. Предлотанниэ методы оценки биодеградации даст возможность прогнозировать свойства композиционных материалов и их долговечность при воздействии биологи-ч>:С1ла факторов.

Реализация работы. Результаты исследований использованы при устройстве полов и антикоррозионнных покрытий в подсобных помещениях плавательного бассейна Саранского Дворца спорта и приготовлении биоцидных мелкозернистых бетонных сносей на заводе НЕЙ АО "Шрдовскградданстрой" с последующим их использование» в зданиях с биологически активными средами. Енедрение биостойких каркасных полов и зшцнтных покрытий обеспечило получение экономического эффекта в разшре 33 683 р. в год (в ценах до апреля 1990 г.).

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на международной и всесоюзных научно-технических конференциях и семинарах в городах 1Ъскве (1990 г.), Тюмени (1990 г.), Пензе (1990 г.), Владимире (1990 г.), Челябинске (1991 г.), Тап-кенте (1992 г.), Кинем Новгороде (1991 г.), Сарапске (1988, 1989, 1900, 1991, 1993 гг.).

Публикации. Ш те та диссертации опубликовано 18 печатных работ, получено 8 авторских свидетельств.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, обща выводов, списка литературы,' включающего 273 наименования, приложений и содэргзгт 203 страшгцы машинописного текста, 63 рисунка, 45 таблиц.

Диссертационная работа выполнена на кафедре строительных конструкций Мэрдовского ордена ДррзЗы пародов государственного таисегюитета имени Е Е Огарева.

пвтор искренно олагодарит сспозопоаошша и инициатора исследований биосопротшзлэшш конпозлцношшх - строитоль|шх материалов акадоинка В.И.Сояокатопа за опрвдэлоиаз иапразлошюстп работы и совотн в процесса оз заполнения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой глава приводится обзор литературы по структурообра-зованию, свойствам и технологии изготовления композиционных строительных материалов (КОМ), показано разрушающее влияние биологи-" ческих факторов на материалы органической и неорганической природы, выделены основные виды биодеструкторов, приведены известные способы повышения биологического сопротивления KCU.

Большой вклад в исследование структуры, свойств и технологии композиционных материалов на основе различных связующих внесли Е И. Соломатов, Ю. М. Баженов, ЕП-Селяев, Ю. А. Соколова, А. П. Про шин, Р. 3. Рахимов, А. Н. Бобрышев, Е А. Вознесенский, Е Н. Выровой, Г. И. Горчаков, И.11Груско, А. И. Иванов, П. С. Костяев, У. X. Нагдеев, XX Б. Потапов, 11 Е. Путляев, Н. А. Сашков, М. К. Тахиров, Ю. С. Чэр-кинский, И. Г. Иваненко, Е Т. Ерофеев А. П. Седорцов, А.ЕЧуйко, Р. Крейс, К. Садао, JL Скушш, Ы. Энгулеску и многие другие отечественные и зарубежные ученые. Основные положения современной теории структурообразоЕания KOU базируются на работах профессора В. И.Со-ломатова и его учеников. Согласно данной теории,композиционные материал,. представляются полиструктуркыми, т. е. составленными из многих структур, прорастающих одна в другую по принципу "структура в структуре". При этом считается достаточным рассмотрение КОМ на уровнях микроструктуры, получаемой совмещением связующих, отверди-телей и тонкодиснерспых наполнителей, и макроструктуры, образованной объединением микроструктуры с заполнителями.

Свойства микроструктуры опрелрляютг-я явлениями, протекающими в ¡-.оптанте жидкой и твердой фаз, и зависят от объемного соотношения твердого и жидкого компонентов в связующем, дисперсности наполнителя, концентрации вяжущего вещества, пористости связуюшэго. Отмечено, что одной из задач направленного структурообразования КСЦ является нахождение и систематизация зависимостей влияния природы и минералогического состава наполнителей на свойства полимерных связующих.

Закономерности формирования макроструктуры определяются объемными долями связующих и заполнителей, интенсивностью вэаимо-действш в контакте связующее - заполнитель. Показано упрочнение композитов при использовании прерывистой гранулометрии и полидисперсного армирования КСН. Рассмотрены основные виды смол, от-вердителей, пластификаторов, наполнителей и заполнителей, применяющихся для изготовления пэдимербетонов, физико-технические 6

свойства 1сомпоэитов на различных связующих. Приведены преимущества и недостатки мллонаполнэнных и високонаполкенных КСЯ

Показано, что резервы улучшения физико-^хиических свойств композитов за счет направленного структурооЗразования и оптимизации составов на уровнях микро- и макроструктуры в настоящее время далеко не исчерпаны. Свойства композитов на основе разных видов связущих могут быть улучшены за счет применения различных добавок, модификаторов, наполнителей, способствующих спилен, о усадочных деформаций, повышению прочности, химической стойкости и теплостойкости.

Приводится обзор отечественной и зарубежной литературы по изучении биологического воздействия на промышленные и строительные материалы. Идентификация микроорганизмов, основные этапы их разм-поглния на промышленных и строительных материалах, их разрушающее воздействие показано в работах А. Е. Андреюк, А. А. Анисимовэ, Б. И. Еи-лай, В.*В. Бочарова, А. А. Герасименко, )1 Б. Горленко, Р. А. Игнатьева, Е Д. Ильичева, И. Г. Каневской, Г. И. Каралайко, Э. 3. Коваль, А. Б. Дута-ускас, А. А. Пащэнга, И. Е Пэрвушпа, А. К. Рудаковой, Л. Е Свидерского, С. А. Семенова, Л. Е Сидоренко, Е ©. Смирнова, !1 С. Фельдмана-, А. В. Чуй-ко, Ь. Соге1гк1, Р. 5. Рийа11еи, Б. I. Р1гЪ и других авторов. В то время установлено, что неизученными остаются вопросы бисдеграда-ции К01.Ш03ИТСВ на различных связую^к, не выявлены способы повысо-ния Сиолопгмс-логи сопротивления КСЫ за счет оптимизации количественного содержания составляющих кошонентов и введения фунгицидных добавок.

Отмечена перспективность получения КСИ по каркасной технологии, согласно которой зерна заполнителя предварительно соединяются в каркасы, а затем пустоты в каркасах заполняются связуюццм. Показано, что некоторые вопросы структурообр-зовання, технологии получения и физико-технические свойства каркасшж композитов в настоя-цэе время изучены недостаточно.

Во второй главе с учетом выводов и заключений, сделанных в обзорной первой главе, сформулированы цель и задачи исследований, дано кратка описание вамюйппс характеристик применяемых матэриа-

При исследовании свойств и разработке состаиоз КСИ в качество связующа использовались эпоксидная смола марки ЭД-20 и ео юзмпа-унды К-115, К-153, оКР-22, отвергаемые полиэтнлвнполиамином и аминосланцефенольным отвердителем АСФ-15; полиэфирные смолы илг-ск

1Ш-1, ШЫ5, НГО-609-21И, отвергаемою инициирующей систеюй из нафтената кобальта и гипериза; карСакидофориальдегидная смола КО-К, отвергаемая пиритныыи огарками, хлористым аммонием, соля-но-кислым анилином. Для получения композитов использовались такхе портландцемент, пуццолановый цемент, влакопортландцемэнт, напрягаемый цемент, пластифицированный цемент, строительный гипс, техническая сера, строительный битум, В качестве наполнителей применялись тонкомолотые пороски из минералов, горных пород, отходов производства, а такжэ портландцемент, оксид алюминия, графит и другие промышленные материалы. В качество мелкого заполнителя использовался кварцевый песок с модулем крупности 1,39, а крупным заполнителем служили гранитный щэбонь, керамзит, термялитовый гравий и щебень на основе обыкновенного глиняного кирпича. В качестве микроарматуры использовались углеродные, асбестовые и древесные волокну.

При исследовании физико-технических свойств связующих, каркасов и бетонов использованы современные механические, физика-химические, биологические и математические методы. Определение физико-механических характеристик проводилось в соответствии с существующими ГОСТа).:н. Кераэруггисщй штод контроля осуществлялся на ультразвуковом приборе УКБ-1. Инфракрасные спектры снимались на спектрофотометре Ш-20. Измерение относительных деформаций осуществлялось автоматическим измерителем деформаций АИД-4. Твердость и модуль упругости в поверхностных"слоях материалов после биодеградации находили с помощью консиатомйтра Гепплера. Химическое сопротивление . материалов оценивали по изменеиию прочности, массосодержания и модуля упругости образцов, выдержанных определенный период времени в агрессивной среде. Испытали/, материалов на грибостойкость и наличие фунгицидных свойств проводились по метода).! А и Б в соответствии с ГОСТ 9049-75. Еиодеградзцию оценивали также по изменению массосодерхания и прочности образцов на изгиб после воздействия плесневых грибов.

При оптимизации составов и технологии изготовления КСМ использовали методы математического планирования экспериментов. Еили рассмотрены матрицы в виде плана КОКО, состояп-.да из 9 и -21 опытов. Оптимизация проводилась по показателям прочности, тест-кости, химической и биологической стойкости с использованием обобщенной функции Харрингтона. Обработка результатов исследований производилась современными статистическими методам;; с применением 8

ЭЕЫ.

В третьей главе сформулированы основы теории Онодеградации каркасных КС11 Показана перспективность оценки биологического сопротивления композитов методом деградациошшх функция. Согласно ему для установления механизма деградации композиционных материалов необходимо установить изменение упругопрочностных характеристик композита по сечению и определить координату фронта диффундирующей агрессивной среды. В зависимости от соотношения скорости проникновения среды и скорости реагирования среды с материалом деструкция последнего может происходить по слэдутщш механизмам: диффузионному, гетерогенному и гомогенному.

Координата фронта диффузии продуктов метаболизма микроорганизмов в композит может быть рассчитана по формула.

а = Я-С/п-к ,

где к( £ ) - коэффициент, характеризующий концентрацию среды в образце; 1) - коэффициент диффузии; t - время диффузии; п - коэффициент, характеризуйся концентрации веществ, усваиваемых микроорганизмами; к - коэффициент, характеризующий константу скорости взаимодействия веществ с микроорганизмами.

Согласно теории химического сопротивления композиционных материалов, предложенной В. II Соломатовым и В. П. Селяевш, деградационные функции несущэй способности центрально-нагруженных 0(11) и изгибаемых ООО элементов при диффузионном механизме биодеградации предлагается определять по формулам:

Ш = / -£Г к ;

ом- /- ^^^"О-зШР^)-^ •

где а - характеристика скорости деградации,оС~ характеристика механизма дёградащш^ - геометрический параметр.

Деградационная функция при гетерогенной деградации подчиняется экспоненциальной завис!шссти:

В случае гомогенного механизма деградации ЕЬфунКцня соответствует коэффициенту химической стойкости:

Щ ■

где (э(0)<5(1)~ прочность образцов соответственно до и после выдер-жиззиш з среде в течение врс-к-эни t; Ь - геоыэтричзская хгфагл'с-

Э

ристика.

Приведет результаты экспериментальных исследований механизмов биодеградации КОД на основа органических л неорганических связующих. С помоцьв специальных исследований образцов, выдержанных в стандартной среде мицелиальных грибов, установлено, что биодеградация композитов на основе эпоксидных и полиэфирных смол протекает по дк^узионному механизму; гипсовых, сосОогипсовых, пшсоцемент-но-пуццолановых штериалов и ¡сомпозитов на напрягаемом цементе -по гетерогенному механизму; ко;.;г;ззптоз па портландцементе - с образованием на поверхности образцов малэрастЕориыых продугаов коррозии, обладасцих малой прочностью.

¡¿етодом деградацконних функций с использованием математического планирования экспериментов получена обобщенная модель би-одеградац;ш полимерных композитов в зависимости от структурных параметров: х , г

0(Н) -0,0159-0,0254^-0,0469^^-0,СЗШ^/^-0,0126^+0, >

где ¿'^ - удельная поверхность наполнителя; степень наполнения свяэугщего, определяемая как отношение количества наполнителя к максимальному количеству наполнителя, которое мояно ввести в свя-аус^ео.

Б четвертой главе приведены результаты исследований по технологии изготовления каркасных композитов и разработке эффективных матричных композиций на основе различных свизуюцих для материалов каркасной структуры.

Методом математического планирования эксперимента проведена оптимизация режима термообработки каркаса на карбамидноы связук-щэм. Выявлено, что наибольсая прочность каркаса достигается при температуре отверждения 100°С и длительности прогрева в течение 12 ч.

Экспериментальными исследованиями установлены зависимости вязкости полимерии- матричных композиций от дисперсности, количественного содержания, формы и природы наполнителя, позволяете определить критическую степень наполнения. Еаиболыиая вя- ".ость соответствует композициям с волокнистой формой наполнителя, а наименьшая - с шарообразной.

Разработал способ изготовления каркденых лзл:".~рцеиентних бетснов, в которых в качестве клея каркаса используется полимерное соединение, способное отвергаться одновременно с цементной матри-. цей. При этой способе изготовления достигается повышение прочности 10

композита как при сжатии, так и при растялэнии.

1Й7Ч9НЫ вопросы СТруКТУРООбраЗОВЗЛИЯ МаТрИЧНЦХ К0!Ж03!ЩИЙ на полимерных связующи. Установлено, что для эпоксидных композитов аффективно примененять в качестве отвердитедя кубовые остатки зтилкарбитола а смеси с полизтиленполиамином. В атом случао повы-паются ;яга неспособность, прочность и химическое сопротивление ¡сом-позитов.

Для карбамидных геэмпсзитов исследовано влияние ¡г процессы отверждения разлпгшшх минеральных и органических кислот. Установлено, что наибольшее повышение прочности и подвижности композиций достигается при введении фосфорной и адипишвой кислот. Псказгши оптимальные содержания зт:я отвердптелэй.

Проведены исследования влияния природы наполнителя на фнэп-гаэ-техническке свойства эпоксидных кошозитов. Оценку про'гаиолл^п по степени отверждения, прочности и хнютеской стойкости композиций с наполнителями из г.оро'лкоп различных минералов, горных пород, отходов производства и других материалов. Установлено наибольшее ПОЕЫЕ9НИ0 фИЗИ'.СО-ТвХНКЧС'С1С1Х СВОЙСТВ ЭПОКСИДНЫХ композитов, наполненных порок-л-'.с! диорита, грлк;гг,. обсидиана, измельченного кпрпи-'3. Введение ко тзгапс наполнителей, ¡сак малахит, порфирит, древесные опилки, гипс приводит к сшшкш прочности и стойкости ЭПОКСИДНЫХ КОМПОЗИТОВ.

¡йтодаки математичэсгаго планирования эксперимента разработаны и оптимизированы составы матгичяых композитов на цементных, по-лимерцементных и гилсоцемзктио-пуццолановых СЕязухцих. Установлено, что физико-технические свойства цементных композитов улучшаются при одновременном использовании в качестве наполнителей золы горючих сланцев и белемнита, а в качестве добавок - полимерных соединения, твердеющее во влажных условиях. Для пшеоцемэнтно-пуц-цолановых композитов эффективно использовать в качество агатной минеральной добавки диатомит.

В пятой главе впервые проведены систематические исследования разрушающего действия технофильных ¡:икромицетов па НСИ на основе органических и неорганических СБлгуг'днх. Приводятся результаты экспериментальных исследований устойчивости к действии млкрсиице-тов разных видов цементов, поли..ерных свяэуюцих, отвердителей, пластификаторов, модификаторов, а такта различных минералов и горных пород, используемых в качестве заполнителей и каполнкгохэ;? КСИ Показало, что наибольшей гркбостойкостья обладает полишркт

И

связующи,- юс отвердители, плакопортландцемент, порошкообразная сера, базальтовые заполнители.

Экспериментально установлены деградационные функции несущей способности и количественные зависимости биологического сопротивления эпоксидных, полиэфирных, карбамидных, цементных, гипсовых, серных, гипсоцемэнтно-пуццолановых композитов в стандартных средах микроскопических грибов. Показано, что расширенные композиты являются грибостойкими, но не обладают фунгицидными свойствами, при наличии внепних загрязнений обрастают грибами, и, следовательно, нуждаются в защите от биокоррозии. На примере эпоксидных и полиэфирных композитов дана зависимость биостойкости полимерных композитов от природы и вида модификаторов, природы, дисперсности, влажности и количественного содержания наполнителей. На примере цементных композиций представлена зависимость коэффициента гри-' бостойкости от пористости цементного камня, наличия полимерной добавки и наполнителя.

Установлены эффективные добавки, придающие композитам биоцид-ныэ свойства: для эпоксидных - недобромированный-п-крезол; для карбамидных и гипсовых - суперпластификатор на основе нафта-линсульфокислоты; для цементных - пиросульфат натрия; для серных -тетраб ром-п-крезол. Яунгицидные свойства карбамидных композитов могут быть изменены за счет сдвига кислотности материала до значений, неблагоприятных для роста микроорганизмов. Для композиций на основе эпоксидных, карбамидных, гипсовых, фосфогипсовых и цементных связующих оптимизировано содержание оловоорганического биоцида АПЕ-40, придающего необрастаюшиэ свойства.

В шестой главе изложены результаты исследования прочности, деформативности, поведения при нагрузишш, усадки, водостойкости, экологических свойств, теплостойкости и горючести каркасных строительных материалов ка основе различных связующих. Показано, что увеличение размера 8ерен заполнителя приводит к снижению прочности полишрбетонов. При атом прочность бетонов на сжатие и изгиб увеличиваете.. с повышением прочности заполнителя: наибольшей прочностью характеризуются композиты с заполнителем из гранита, а наи-ыеньсай - с керамзитом. Но при этом ударная прочность больше у последних, что объясняется лучшим шханическиы зацеплением клал каркаса с пористыми заполнителями.

Сравните.иное исследование прочности матриц и каркасных композитов на их основе показало, что введение заполнителей в матрицу 12

уменьпает ее прочность. Сравнение прочностных показателей каркасных композитов на различных связусллх выявило, что лучлнэ свойства соответствует каркасным композитам на эпоксидном связую-гем. Показатели прочности для эпоксидных композитов составили: при с.-атни 60 - 95 КПа, при изгиба - 9,9 - 13,3 Ша, при растялзтт -8,8 1Я1а. Немного шгаэ показатели у полиэфирных каркасных бетонов, а наименьпиэ - у бетонов на битумном связующей. Исследование бетонов с каркасами, склеенные разными видами связуюцих, но с одинаковой матрицей, доказало изибольпую прочность у эпоксидных материалов, а напменъпую - па битумных связугтзя. Наибольшая прочность на растяэгание соответствует Сетонам на комплексном свяэугсгуги: каркас на полиэфирном, а матрица на эпоксидном связуклэм. Исследованиям! установлено, что наибольшую предельную деформзтивность имеет каркасные бетоны на битумкси связукг.еи, а наименьшую - цементима композиты.

Приводятся экспергочнтальнкэ значения упругих характеристик каркасных полимзрбетоноа, сссгп^ленных на различных заполнителях [гранитном i-ебне, керамзите, тер-'-олитогсм гравии). Установлено, ;ito наиболыгиа продольные деформзют соответствует Сетонам на ко-эамзите, а наименьшие - на грялитком zpOuo; поперечные дофэрьгазя Зольет у бетонов на термолитовом гравии, а наимэньпнэ - на гранит-гсм цеСне.

Исследование каркасных композитов при нагругэнни йошзало, ¡то композиты в зависимости от вида связутсцих и заполнителей имеет )аэличные виды раз руления. Установлено, тгто у бетснсз на апсгссид-гам связующем появление первых микротрецта происходит при величзп;э :алряя?ний на уровне 35 - 40 Z, на цементном - на уровне 60 - 70 : на битумном - на уровне 50 7. от разрусаЕлдх напряжений. Пол:а:ер-ые и цементные бетоны, заполненные кирпичным боем, разругались по аполнителю или по матрице и заполнителю, а бетоны на битумном зязушэм - в результате исчерпания предельной растятаиости натрл-при этсм лишенные связи заполнители рассыпались.

Приводятся результаты исследований усадочных де$ор?*зцкй ¡красных композитов. Показано, что усадочные деформации матрицы скипится более чем в 3 раза при объединении ое с каркасом. Уствнэа-:-но, что увеличение размеров заполнителя приводэт к увэличэнпг) :адочных деформаций каркасных композитов. Разработаны составы зтричных композиций, обладающих попиленной успдксй. Ё/гязлэпо, что зздзчные деформации эпоксэд-гых композиций, иаполае.'пшз кварцевые

13

песком, снижаются при введении в качестве добавки оксида ашс:.сшия и пластификатора - дибутилсебацината, получено также снижение усадки при использовании в качестве отвердителя продукта конденсации полиэтилеьполиамина с диэтаноламином при его содержании 5 мае. ч. на 100 мае. ч. смолы. Для снижения усадки карбамидных композитов эффективно применение таких добавок, как оксид бария, оксид кальция, которые снижают усадку более чем в 4 - 5 раз.

Показаны экспериментальные данные прочности и химического сопротивления эпоксидных матриц в зависимости от степени наполнения, дисперсности наполнителя, вида и содержания дисперсной арматуры и пластификаторов. Найдены оптимальные значения содержания и дисперсности кварцевого наполнителя, содержания асбестовых и угольных волокон, дибутилсебацината и полиэфиракрилата, обеспечивающих повышение прочности и водостойкости эпоксидных композиций.

Приводятся исследования экологических свойств карбамидных композитов. Установлено, что при введении поливинилового спирта, мочевины, сульфита натрия, фосфогипса содержание свободного формальдегида в карбамидных композитах снижается от 1,5 до 10 раз. В результате исследований теплостойкости и горючести эпоксидных композитов устано^ена эффективность применения добавок бромистых соединений для повышения теплостойкости и снижения горючести апосидных композитов.

В седьмой главе сделаны обоснований и оптимизация составов KC1Í для производственного внедрения в зданиях с биологически активными средами. При установщики;; ептиюлыаве составов использовалась многопарам-этрическая оптимизация с применением функции Хар-рингтона.

Результаты исследований внедрены при укладке полов во вспомогательных помещениях плавательного бассейна Саранского Дворца спорта и при устройстве антикоррозионных защитных покрытий в зданиях с биологически ктивными средами. Опыт эксплуатации подтвердил высокую надежность и долговечность разработанных материалов. Выполнен расчет технико-экономической эффективности приме-экия каркасных полов в зданиях с биологически активными средами. Годовой экономический эффект от внедрения биостойких покрытий составил 33 683 р. ч год (в ценах до апреля 1990 г.).

ОСНОВНЫЕ ЕЫВОДЫ

1. Впервые проведены систематические исследования биодэграда-

U

ции и биосопротивления кошозитов в агрессивных средах микроскопических грибов. Экспериментально получены количественные зависимости биологического сопротивления материалов на полимерных, цементных, серных и гипсовых связующих и различных заполнителях.

2. Установлена зависимость биосопротивления полимерных композитов от степени наполнения и дисперсности наполнителя. Исследована биостойкость основных компонентов композиционных материалов. Показано, что наибольшей стойкостью в средах мицелиальных грибов обладают шлакопортландцемент и базальтовые заполнители, а также полимерные связующие и их отвердители.

3. Разработаны и оптимизированы фунгицидныэ составы композитов на органических и неорганических связующих с добавлением оловоор-ганического биоцида. Установлено, что фунгицидность эпоксидным композитам придает недобромированный-п-крезол, материалам на кар-бамидных и гипсовых связующих - суперпластификатор на основе наф-талинсульфокислоты, а цементным бетонам - пиросульфат натрия. На примере карбамидных композитов показана возможность повышения биостойкости за счет сдвига их кислотности в неблагоприятную для роста грибов сторону.

4. Сформулированы предложения по построению количественной теории биологического сопротивления каркасных композитов. Показана перспективность оценки биологического сопротивления композитов с помощью деградационных функций. Исследованиями установлено, что биодеградация у полимэрбетонов происходит по диффузионному механизм', у цементных бетонов - с-образованием на поверхности малорастворимы* продуктов коррозии, а у композитов на напрягаемом цементе, на гипсовых, г:шсоцементно-пуццолановых связующих - по гетерогенному механизму.

5. Разработаны эффективные составы матриц для композитов на полимерных, цементных, гипсовых и гипсоцэмэнтио-пуццолановых связующих. Показано улучшение физико-технических свойств эпоксидных композитов, наполненных поропкаыи ютяералов и горных пород изверженного происхождения, цементных материалов- отходами производства ферросилиция и золой горючих сланцев, гстсовых и гилсоцеые..т-но-пуццолановых составов с диатомитом.

6. Оптимизированы составы матричных комаоэицкй ца полимерных связующих по показателям жизнеспособности, прочности, усадки, горючести. Показаны "снижение усадки карСвилдных композитов в 5 раз при введении оксидов кальция и бария, повызэнкэ жизнеспособности

15

зпоксидпыт композиций, отверада&мых смесью полизтиленполиамипа и кубовых остатков атилкарбитола более чей на 70 X, увеличение прочности карбамидньи композитов с добавкой фосфорной кислоты на 20 7. и более.

7. Установлены технологические свойства каркасных композитов на уровнях микро- и макроструктуры. Цэтодами математического планирования экспериментов оптимизированы режимы термообработки каркасов на карбамидных связующих. Экспериментально установлены зависимости вязкости пропиточных матричных композиций от степени наполнения, а также от формы и дисперсности наполнителя. Разработан новый способ изготовления каркасных полимернаментных бетонов, ■ позволяющий увеличить прочность материалов при изгибе и сжатии на 10 - 30 X.

8. Исследованы усадка и поведение каркасных строительных композитов при статическом нагрукении. ГЬиазана пониженная усадка материалов каркасной структуры по сравнению с материалами, получаемым:! простым смешиванием компонентов. Установлено, что у каркасных композитов в зависимости от вида свяэущшс.и заполнителей образование первых микротрещин при действии нагрузки происходит на уровнях напряжений в пределах от 0,85 до 0,60 от максимальных разрушающих.

9. Проведены экспериментальные исследования по удучшнию экологических свойств и повышению стойкости к повышенным температурам полимерных композитов. Установлено, что при добавлении поливинилового спирта, мочевины, сульфата натрия содержание свободного формальдегида в карбамидных композитах ошибается от 1,Б до 10 раз. Показана эффективность применения добавок бромистых соединений для повышения теплостойкости и снижения горючести эпоксидных композитов.

10. Проведены обоснование и оптимизация составов КСИ для производственного внедрения. Результаты исследований внедрены при укладке п^;лов в пошфшшх Дворца спорта в г. Саранско и исполъзовшш при И3..1Т0ВЛЭНШ1 биоцидных строительных материалов и изделий в ЕЕ! АО "1£зрдо_вскграйданстрай". ОСцлй экономический эффект от внедрения биоцидных композитов при укладке полов, изготовлении штукатурных покрытий и изделий в зданиях с биологически, активными средами составил 38 683 р. в год (с ценах до апреля 1990 г.).

Основные- положения ы результаты диссертационных исс :едоваш1й

опубликованы в следующих работах:

1. ЕЕСеляев, Е JL Соломатов, R Т. Ерофеев, Р. А. Бикбаев и др. Биоповреждения строительных композиционных материалов /Шр-дов. ун-т. - Саранск, - 1990. - 33 с.

2. R И. Соломатов, R Т. Ерофеев, В.П.Селяев, Р. А. Бикбаев, Я С. Фглъдман, И. Е Шэвчэшсо. Биссопротивление композиционных материалов //I Международная научно-техническая конференция "Снижение материалоёмкости продукции строительной индустрии": Тез. докл. конф. - Тага<ент, 1992. - С. 51 - 52.

3. Р. А. Бикбаев. Биосопротивленко полиэфирного полимербетона //XXI Огаревские чтения: Материалы науч. конф. /Шрдов. ун-т. - Саранск, 1993. - С. 83.

4. В. Т. Ерофэев, М. С. Фельдман, Р. А. Бикбаев, Е А. Яшков, И. В. Шевченко. Биологическое сопротивление строительных материалов //XXII Огаревские чтения: Тез. докл. конф. /Уордов. ун-т. -Саранск, 1993. - С. 159.

6. Е II Соломатов, ЕЕСеляев, Е Т. Ерофеев, Р. А. Бикбаев, А. П. Весе лов, Е Г. Шаров, Е Ф. Нанухов. Биологическое сопротивление композиционных материалов //Интенсификация современной технологии композиционных строительных материалов - аффективный путь экономии ресурсов и трудовых затрат а транспортном строительстве: Тез. докл. конф. - 1С , 1990. - С. 18 - 19.

6. ЕПСеляев, Е Т. Ерофеев, Р. А. Бикбаев, Е Г. 1Паров. Биоповреждения строительных композитов //XX Огаревские чтения: Тез. докл. конф. /Шрдов. ун-т. - Саранск, 1991. - С. 122 -123.

7. R И. Соломатов, ЕЕСеляев, 1L С. Фельдман, А. П. Веселов.В.Т. Еро- ■ феев, Р. А. Бикбаев. Биологическое сопротивление кокпоэицион-ных материалов //1У Всесоюзная конференция по биоповреждениям: Тез. дою. конф. - R Новгород, 1991. - С. 74.

8. R Т. Ерофеев, ЕП-Эттель, Р. А. Бикбаев, KIR Лебедев. Разработка и исследование полимерцементяых Сэтоноз //Кзуадше исследования и ¡я внедрение в строительной отрасли: Тез. докл. конф. /Нордов, ун-т. - Саранск, 1989. - С. 70 - 73.

■1. R И. Соломатов, ЕЕСеляев, R Т. Ерофеев,. Р. А. Епкбаев, Л. Л. Ксидо. Каркасная технология изготовления полимерцемант-ных бетонов //Ьрименение эффективных полимэрцемэнтных композиций и бетонов в строительства: Тез. докл. конф. - - Тюмень, 1990. - С. се - 6 (.

Ю. Р. Л. ЕикЛаэв, а Т. EpOvSSB, Е. А. Ясоь, Б. ЕСеллев. Исследование композиций на основе цэдепта, нгпоявэияого порошкообразной слакцгвой полол //Композиционна: строительные {.•атеркали с использованием отходов промлплещюстп. - Епша, 1900. С. 27.

11. Е Е Солома", ов, В. Т. Ерсфоов, ЕЕСоляов, Р. A. E;-::Caer¡, ií. С. Сельдман, Е 0.Илнухов, В. Г. ПИроа. Екзгспроткв^зипз полн-зфиркых композиций //йррстурслбразоганне, техно»-' гпя л свойства ксыпоз1йв;з!ашх строительных штеркалов и когструг-

Ttic". AÜivJi. КОау. /Г.ЗрДОй. уц~7. " Саране!:, 1990. " 0. Ь -

8.

12. Е.Т. Кроё'оеЕ, Е С. Цаиухов, Р. к. ЕнкС&эв, Г. ¡L Кузнецова. Г-зучо-пи-э процессов р^РУ^еп;:;; и де^орнпро^акил карг.асньп-: каяпэск-тоз // Сгруктурссоразопанпо, технолог;:.- и сгзйства шкзэги-цкэивмх строигегькых гатериалоь л конструщий: Тез. докл. г.э::1,;. /Гордое, уи-т. - Саранск, 1990. - С. 24 - 25.

12. Е. Т. Его*??":, 2, Л. Я.ткоз, Р. А. Внкбаег. Разработка

гарбомпдкых полп:.:?рбетояов //Созромоикш комяозкцпоншэ ю-ериалы и интенсивная технология их произведет!:::: Тез. докл. конф. /ГЬрдов. ун-т. - Саранск, 1931. - С. 52 - 5-1.

14. F. Л. Енкйаев, А. Е Разушвский, С. Г. Герата:. Исследование каркасных юмяозито» на полгаарюя г. ц-гшптиых связуюг-.х //Cor.-кс>-т10з:;цнэ;!кыэ материал1.: и интенсивная техвологил кх производств-: Tea. докл. /Гордо», ун-т. - Саранск,

1991. - С. 120.

16. Е. Т. И. С. С*льдуан, II. В. Стручшва, Р. А. БккЗаэв.

Песлэдоьание гркбостойкэстк гипсоцоионтпо-пущрлакоыгх строительных кояпозшрЛ //1Y Есесоюзнся конСэгопцил по окзпов-реедениги-. Тез. докл. кокф. - Н Новгород, 10Э1. - С. 25 - 25.

16. Р. А. Епхбаев. ГО.та.::>рббтокы для рекоктс. дорэдзпсс пэкриткь //Использование отходов промышленности"при строительстве и эксплуатации автомобильных' дорог е нечерноземкой зоне FCCCP. - Р--ад;::шр. - 19S0. - С. 49.

17. а Е Селяев, Е Т. Еро«с-еи, ?. А. ЕшаЗазв, Е L Яшэв. Каркзсниэ Сетоны иа основе отходов про«ллзипостк и местных материалов для Мордовии //Использование вторичных ресурсов и местных материалов в сельском строительстве: Tes. до;:л. когф. - Челябинск, 1991. - С. 37. 1

18. В. П. Селлев, Р. А. Еякбаэв, ЕА-Квгсш, Е Г. Uiipou. Новый комп-18

лзг-сныЛ !--лорзлязатор для арболгга //Глпэдьговашэ прсаая-лзшшх 0т20д03 для пзгстоплзнкя CTPOOTOÍIRÜX конструкций и

материалов: Тез. докл. ган;>. - Саранск, ЮСЗ. - С. 15 - 16.

Ш рззудататсм ыеелздованнй гсолутагл гзтсрогаэ свидетельства:

1. A.c. 1С72СЗ СССР, ' t кг. С Ol 3 23/04, lß/23. Ci/piona:!

для nerorosic-iKn арболита /3. Со."з:~тэт. Я Л 7?лягл, а Т. Врезав, Г. Л. ВииЗазп и др. (СССР). H -1C07723/S3; Заявя. £1. П. ¿3; Опубл. 07.С3.91 //Сг;:р!"гпя. "зсбрзтония. - 1031. -'■¡ УЗ. - с. sr.

Д. A.c. iVüiCJ'j- СССР, гл. С 0 !■. 3 23/1-!. Cid,

/:;. i¡. Co.'C'.:'.-.:\;ri, В. П. Се.'лэз, ИТ. I\ Л. и ;¡p.

(COCÍ1). 2'i.TùZ. C3.G2.00; Опубл. £0.12. Ol //Or-

^oj^í:::.^. - 1-Г/Л. - Ii -Í2. - С. С J. 3. A.c. IVC'lVu'i СССР, С Oi В ¿0/00. Способ

.гзд^.т.... /í*. 'Л Соломптов, Z. И Сгллоп, 2. Т. о-.'гсов, 7-, .\á -ул и (СССР). !.' 1707310/33;

Or.yS..-.. CO. 12. G i //0íKp:,v:L7. "зсбретонпл. - ÎGCl. -

1. :v*e-!'v:" C';CP, 1!. :"L С С1, a ГО/13. Пэлп.'-г-Г'^т-эралъпая

¡■:oy¡¡b::4-:':%: H.;LCo.:o P. П. С;::.;::-, ?. Л.

Саел п ;,;>. ССС-С/;. II Зал:;;-. УЗ. 07. Cü; Спуйл

23.07.03 //Or г cur i; я. iracûpoïon;^. - 1С,32. - N 13. - С. 87.

5. Л. с;. 17Í0G78 СССР, Ч кх С 0-1 В 23/1 е. ГйлнмэрСетонпал смесь /В. Т. Еро^эез, & А. Шзсов, В. IL Солс^г-.топ, В. II Селпэв, Р. Л. Епг-0-зев и др. (СССР). !! -1343553/33; Баявя. "5.CO.00; Опубл. £0.04.92 //Открытия. Язобрзгеная. - 1022. - H 16. - 0.115.

В. A.c. 1763-111 СССР, 1С.кл, С 0-1 В 26/12. Шлимэрмштральнал композиция /11 T.'EpcfaoB, В. Î1 Солсматстз, В.ЕСеллев, P. A. Eirt-баоз п др. (СССР). H <359323/05; Задал. 07.12. SO; Опубл. 23.03.02 //Огкгиггл. ТйсСрэткзя. - 1GG2. - !1 35. - С. S3.

7. A.C. 17G34E3 СССР, Я ta. С СЗ L 03/02, С G3 íí 13/С2. //(С 03 К 13/02, 5:03, 5:13, 3:31). Пэл;:>гэр?:о^ ксшсзицня для изго-тсвлетэт сгроптолы'ш: изделий и понструппгй /а iL Солсмпт, Е П. Солаоз, аг.Ерофэзв, Р. Л. <лжба<за и др. (СССР). M •1304971/05; Заявл. 23.03.90; Опубл. 23.03.02 //Открытия. Изобретения. - 1992. - !1 35. - С. S8.

8. A.C. 1772095 СССР, IL кл. С 01 В 28/02. //С 01 2-1:2-1, 24:02.

10

Бетонная смесь /Е И. Сологатоь, ЕПСеДяев, ЕТ. Ерофеев, Р. А. БпкСаев и др. (СССР). 114845542/05; Заявл. 02.07.00; ОпуОл. 30.10.02 //Открытия. Изобретения. -1932. - К 40. -С. 76.

БАКАЕВ Ринат Арифовмч БИОЛОГИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ КАРКАСНЫХ ¡-оппозиционных

МАТЕРИАЛОВ

Автореферат Ответственный г.4 выпуск к.т.н. доц. И.В.Хоыяков Корроктор Л.' кворцова

Подписано н печать 14.04.94

Формат €0X81 1-ГС,

Бум. оберт.

Тир»-. 100

Усл.-меч. л. 1,16(1,25) Уч.-,пд..г. 1,1

(.лрато' :ьш1 государетнешшн технический университет •НС," 3 г. С «фзюи. ул. Политехническая, 77 I апрннт СГТУ, -110016 г. Саратон, ул. Политех ническая, 77