автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Особенности структурообразования и деградации фурановых композитов

На правах рукописи

ФУРАНОВЫХ КОМПОЗИТОВ

05.23.05 " Строительные материалы к изделия "

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Саратов - 1996

Работа выполнена в Саратовской государственном техническом университете.

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент

Научный консультант - академик РААСН. доктор технических

наук, профессор Соломатов В.И.

Официальные оппоненты - член-корреспондент РААСН , доктор

Ведущая организация -.Лаборатория композиционных материалов НИИ Химии Саратовского государственного университета

Защита состоится "5" апреля 1996 года в 13 часов в ауд. 216а на заседании диссертационного совета К 063.58.02- по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Саратовском государс-■ твенном техническом университете по адресу: 410054, г.Саратов, ул. Политехническая,77.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета

Автореферат разослан "29" февраля 1996 года

Ученый секретарь

Иващенко Ю.Г.

технических наук, профессор Селяев В.П.

кандидат технических наук, доцент Кононенко С.Г.

диссертационного совета

В.В.Кузнецов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Атуальность темы. Перспективным путем решения проблемы долговечности в строительстве является применение композиционных материалов на полимерных связующих, обладающих повышенной прочностью, высоким химическим сопротивлением, износостойкостью и трещиностойкостью. Совокупность указанных свойств опре-ляет эффективность новых технических решений при реконструкции производств химической обработки металлов путем изготовления химически стойких конструкций, фундаментов, различного технологического оборудования, электролизных (гальванических) и травильных ванн на металлургических предприятиях.

Дальнейший научно-технический прогресс в этом направлении определяется развитием научных основ получения полимерных строительных композитов с комплексом заданных свойств, совершенствованием технологии изготовления армополимербетонных конструкций и изделий.

Наибольшее распространение среди полимербетонов нашел Фура-ноеый. Сочетание высоких физико-механических характеристик, универсальной химической стойкости в растворах кислот и щелочей и сравнительно невысокая стоимость позволяет считать фураноЕые смолы ( ФА, ФАМ ) наиболее перспективными.

Одним из перспективных путей улучшения функциональных свойств фурановых композитов является направленное воздействие на формирование структуры в процессе изготовления изделий на их основе.

Работа выполнялась в соответствии с комплексной программой ГКНТ СССР 073.01 (1988 - 1990 г.г.) в рамках госбюджетной научно-исследовательской темы " Разработка научных основ получения полимерных композиционных материалов на основе синтетических скол, органических волокон и дисперсных наполнителей" ( № ГР 01870001719) и в соответствии с темой "Разработка и углубление научных основ создания полимерных композиционных материалов с заданными свойствами", заказ-наряд СПИ-12Ш), СГТУ 1.10. 91.15. ,№ ГР 01910043322 (1991 - 1995 г.г.), а также планом внедрения новой техники ПО "Главметиз" МЧМ СССР в 1986 - 1990 г.г.

Цель и задачи исследования.

Целью работы является установление взаимосвязи структурной организации и деградации фурановых композитов на стадии технологической переработки и эксплуатации конструкций.

Поставленная цель определила следующие основные задачи:

- изучить свойства минеральных наполнителей и оценить их поверхностную активность различными физико-химическими методами;

- определить влияние наполнителей с различной активностью на структурообразование полимерных композиций на основе ФАМ;

- определить влияние основных структурообразующих факторов (степени наполнения, дисперсности минеральных наполнителей и активности их поверхности) на прочностные характеристики композиций и их химическую стойкость;

- изучить механизм изменения эксплуатационных свойств наполненных полимерных связующих в агрессивных средах и предложить модель их деградации;

- разработать рекомендации по приготовлению составов поли-мербетонов. оптимальных по показателям химического сопротивления;

- осуществить опытно-промышленное внедрение разработанных составов конструкционного полимербетона ФАМ и технологии изготовления армополимербетонных конструкций технологического оборудования.

Научная новизна.

Высокоинформативными физико-химическими методами анализа проведены комплексные исследования и оценены поверхностные свойства различных горных пород и минералов. Установлена взаимосвязь кислотно-основных свойств их поверхности с химико-минералогическим составом.

Разработан способ и показана эффективность термохимической модификации поверхности кремнеземсодержащих наполнителей.

Выявлена роль структурообразующих факторов в формировании структуры и эксплуатационных сеойств фурановых композитов.

Установлен механизм и предложена модель деградации фурановых наполненных связующих, учитывающая процессы самоорганизации структуры при деградации в адсорбционно-активных средах.

Новизна технических решений, положенных в основу исследований, защищена 5 авторскими свидетельствами.

Практическая значимость. Разработаны обоснованные рекомендации получения высокоэффективных составов фурановых композитов с применением различных минеральных наполнителей и заполнителей. Осуществлена опытно-промышленная апробация результатов в заводских условиях при реконструкции травильных

отделений метизно-металлургических предприятий путем изготовления армополимербетонных коробчатых конструкций технологического оборудования. Экономический эффект от внедрения только на Магнитогорском метизно-металлургическом заводе (в ценах 1990 г.) составил 120,3 тыс. руб./год .

Положения, выносимые на защиту:

- комплекс экспериментальных данных по исследованию характеристик наполнителей различного химико-минералогического состава и взаимосвязь кислотно-основных свойств с процессами структурообра-зования в фурановых связующих;

- способ направленного изменения поверхностных свойств крем-неземсодержащих наполнителей в присутствии сульфатов металлов постоянной и переменной валентности;

- метод рационального выбора минеральных наполнителей для Фурановых связующих и полимербетонов;

- механизм и модель деградации фурановых наполненных связующих в эдсорбционно-активных средах;

- эффективные составы фурановых полимербетонов и технология изготовления крупногабаритных коробчатых конструкций технологического оборудования.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований, приведенные в диссертации, опубликованы в 17 работах и доложены на научно-технических конференциях Саратовского государственного технического университета в 1981 - 1995, г.г.; на всесоюзной конференции "Механика композитных материалов" (Рига, 1983); на всесоюзной конференции "Использование вторичных ресурсов и местных материалов в сельском строительстве" (Челябинск, 1991); на международной конференции по механике разрушения материалов МКР-8 (Киев. 1993) , а также на других научно-технических конференциях и семинарах в 1990 - 1992 г. г.

Разработки, созданные по результатам исследований, экспонировались в 1987 году на ВДНХ СССР и удостоены бронзовой медали.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения , 5 глав, общих выводов, списка использованной литературы из 135 наименований отечественных и зарубежных источников и приложений, содержит 155 страниц машинописного текста. 38 рисунков и 42 таблицы.

Рабочая гипотеза исследований базируется на системно-структурных представлениях технологической наследственности качества полимерных композиционных материалов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Систематизация основных структурообразующих факторов получения полимербетонов рассматривается в контексте теоретических положений и практических результатов, полученных в рамках полиструктурной теории композиционных строительных материалов, разрабатываемой профессором В.И. Соломатовым и его научной школой. Многоуровневый принцип организации структуры композиционных материалов как сложноорганизованных систем типа "структура в структуре" позволяет рассматривать механизмы структурообразования с единых позиций. Сложность таких систем обусловлена как разнообразным количественно-качественным составом, так и многообразными физико-химическими явлениями структурообразования и функционирования в условиях воздействия внешней среды. Композиты как материальные системы определенным образом организованы, представлены структурными уровнями и подуровнями. Получение полимерных композиционных материалов с требуемым комплексом физико-механических и эксплуатационных свойств связано с созданием оптимальных структур. Особое внимание при этом придается дефектности структур, приобретенной материалом на стадиях выбора компонентов, проектирования составов, технологической переработки. Большой вклад в теорию и практику создания наполненных полимерных композитов внесли Н.А.Мо-щанский. В. И. Соломатов, Ю.М.Липатов, И.М.Елшин, В. В. Патуроев, И.Е.Путляев, С.Е. Артеменко, Ю.А.Соколова, Р.З.Рахимов. В. П. Селя-ев. Ю.Б.Потапов, А. П.Прошин, В.Г.Хозин. В.М.Хрулев, А. К. Бобрышев, В.Н.Выровой, В.Т.Ерофеев, 0.Л.Фиговский, Ю.Г.Иващенко. В.И.Харчевников. А.Н.Корнеев, С.Ч. Аннаев и другие отечественные и зарубежные ученые.

Согласно современным представлениям при анализе структурной организации наполненных сетчатых полимеров необходимо учитывать роль химии поверхности наполнителя, его дисперсность и степень наполнения. Решающую роль играют адсорбционные взаимодействия полимерных компонентов с развитой поверхностью наполнителей. Анализ известных данных показывает, что исследования в области структурообразования микроструктур требуют углубленного подхода и систематизации. 6

С учетом этих выводов дальнейшие исследования проведены в направлении установления особенностей структурной организации и деградации фурановых связующих, наполненных порошками с. различными кислотно-основными свойствами.

В качестве объектов исследований в работе применялись полимерные композиционные материалы на основе фурфуролацетонового мономера ФАМ (ТУ 64.11.17 - 89), отверждаемые бензолсульфокислотой (БСК) (ТУ 6-36-0204229-90).

Для изучения поверхностных свойств физико-химическими методами анализа применяли наполнители, ■ полученные помолом различных горных пород и минералов с содержанием кремнезема от 0,78 до 97,6 %: твердостью по шкале Моса от 3,5 до 7.0; плотностью от 2300 до 2800 кг/м3.

Термохимически модифицированные кремнеземсодержащие наполнители получали совместным помолом исходного материала в лабораторной шаровой мельнице с 4 % сульфатов металлов(от массы материала) до требуемой удельной поверхности и последующим обжигом в лабораторной муфельной печи при температуре 600-800 °С в течение 15-20 минут.

В качестве мелкого заполнителя применяли речной кварцевый песок (ГОСТ 8736-77) с модулем крупности Мкр= 1,52. Крупными заполнителями служили гранитный щебень (ГОСТ 8267-82) и щебень из кислотоупорной керамики (ГОСТ 474-90) фракции 5-10 мм.

Кислотно-основные свойства поверхности наполнителей оценивали по показателю pH водных вытяжек, полученных на иономере ЭВ-74. и значениями реального электрохимического потенциала, рассчитанного по методу А. Д.Ракчеева на основании данных их химико-минералогического состава. Удельную поверхность наполнителей контролировали на приборе ПСХ-2. Значения диэлектрической проницаемости определяли при помощи панорамного измерителя КСВН Р2-45.

Рентгеноструктурный анализ (РСА) использовали для определения изменений в структуре наполнителей, полимерных связующих и изучения деструкционных процессов, происходящих в наполненных связующих при воздействии агрессивных сред на рентгеновском диф-рактометре ДР0Н-3.0 с Cuk излучением и Nl-фильтром. Для изучения закономерностей изменения структуры и определения кислотно-основных характеристик поверхности наполнителей применяли инфракрасную спектроскопию (ИКс). ИК-спектры были получены на образцах-пастах

в вазелиновом масле в области пропускания от 400 до 4000 см"1 на спектрофотометрах UR-20 и Specord M 40 с фотометрическим шаром при интенсивности пропускания более 50 %.

Для оценки термостойкости и характера взаимодействия полимера ФАМ с поверхностью минеральных наполнителей, а также для изучения деструктивных процессов полимерных связующих в воде применяли метод комплексного термического анализа (ДТГ). Исследования выполняли на венгерском дериватографе фирмы MOM системы Пау-лик-Паулик-Эрдей.

Сравнительную оценку поверхности наполнителей по концентрации активных центров осуществляли методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Спектры ЭПР снимались с образцов минеральных наполнителей на польском спектрометре СЭ/Х-2542, обладающим чувствительностью 5-Ю10 спин/0Л тТ и разрешающей способностью 0,01 шТ .

Термодинамические характеристики минеральных наполнителей определяли калориметрическим методом на микрокалориметре Кальве Setaram MS-80, укомплектованным блоком регистрации данных и компьютерной системой управления, сбора и обработки экспериментальных данных.Исследования пластической прочности полимерных связующих ФАМ производили на рычажном коническом пластометре МГУ.

Определение разрушающих напряжений при изгибе и сжатии образцов полимерных композиций производили в соответствии с требованиями ГОСТ 310.4-81, ГОСТ 4648-71, ГОСТ 10180-78, ГОСТ 4651-82.

Водостойкость образцов полимерных связующих оценивали в соответствии с требованиями ГОСТ 25881-83 и ГОСТ 12020-72 по изменению разрушающих напряжений при изгибе и сжатии :

к(т)и = R(t)h / R(0)„ : к(т)С1= R(t)cx / R(0)c,. (1)

Физико-технические свойства. Плотность наполнителей и заполнителей. их среднюю насыпную плотность, среднюю плотность зерен, объем межзерновых пустот определяли по методикам ГОСТ 12784-78. ГОСТ 8735-75, ГОСТ 8269-87. Массу, размеры, среднюю плотность полимерных связующих и полимербетонов определяли по методике ГОСТ 25881-83 и ГОСТ 12730.1-78. Статистическую обработку результатов испытаний образцов производили по общепринятым методикам с доверительной вероятностью 0,95.

Анализ данных, полученных независимыми высокоинформативными методами, свидетельствует о существовании определенной связи между

химико-минералогическим составом наполнителей и их поверхностными свойствами. Иллюстрацией качественно-количественных закономерностей изменения поверхностной активности наполнителей является значение рН водных вытяжек и величина реального электрохимического потенциала rie ряда горных пород и минералов с различным содержанием S102 (табл.1 , рис.1 и 2).,

Минеральные наполнители классифицируются как:

- кислые ( содержание S102 более 65 %)- т\е= 5,20-5,61 эВ;

- средние (содержание S102 от 52 до 65 %)- т\е= 5,00-5,20 эВ;

- основные (содержание Si02 от 45 до 52 %)- т\е= 4,85-5,00 эВ;

- ультраосновные ( с S102 от 6 до 45 %)- т1е= 4.60-4,85 эВ.

Из общей картины выпадают значения кислотно-основных характеристик наполнителей, не содержащих Si02 в качестве основы, составляющей их структуру ( пириты, флюорит, магнетит ). а также наполнители, подвергнутые термохимической модификации. Влияние термохимической активации наполнителей оценивается также по изменению качественно-количественных показателей. Для немодифицирован-ных кварцевых наполнителей ( S102 -95 %) и наполнителей из кремнистых опок ( Si02 - 90,4%) значения рН и rie соответственно равны 7,4 и 5,79; 8,85 и 5,59. Поверхности же наполнителей, термохимически модифицированных, при температуре разложения сернокислых солей металлов переменной и постоянной валентности, характеризуются повышением кислотных свойств. Данные рентгеноструктурного анализа показывают, что изменения в структуре модифицированных наполнителей связаны с внедрением катионов металлов А13+, Fe3* в дефекты кристаллической решетки кремнезема и осаждением высокоактивных оксидов А1203, Fe203 на поверхности. Отмечены изменение степени гидроксилирования поверхности и структурные изменения кремнеземсодержащих наполнителей, олиофобные свойства модифицированных наполнителей улучшаются. В работе приведена сравнительная оценка минеральных наполнителей по концентрации парамагнитных центров.

Получены новые экспериментальные данные по оценке кислотно-основных свойств наполнителей, определенные методом адсорбции цветовых индикаторов из жидкой среды. Установлено, что поверхность традиционно применяемых наполнителей андезитового и кварцевого по значению рк имеют слабокислотный характер (рк = 5,58.8), диабазовый характеризуется более основной поверхностью.

Таблица 1

Кислотно-основные свойства минеральных наполнителей

Значения хапактешстик

Наименование пород Электрохими- рН Содержание

и минералов ческий потен- водной кремнезёма

циал, Т1е _ эВ вытяжки Б120. %

1. ТХМАК-Гэ 5,97 3,9 84,20

2. . НМКК (исходный кв.песок) 5,791 7.4 95,85

3, ТХМКК-Аэ 5,622 4,1...4.6 92,65

4.' ТХМКК-Рэ 5,619 3,5.. .3.8 92,02

5. Маршалит 5,613 4,1 97,60

6. ТХМАК-Аэ 5,598 4.37 83.92

7. НМАК (опока исходная) 5,597 8,85 90,40

8. Кварц 5,545 7,1 91,64

9. ' Гранитогнейс 5,505 7,67 79,06

10. Гранит биотитовый (серый) 5,371 7,85 69,90

И. Обсидиан 5,361 8.0 71,36

12. Роговик 5,348 9,15 72,86

13. Липарит 5,331 7,42 67,94 '

14. Андезит 5,324 8.8 63,42

15. Порфирит 5,267 9.55 63,36

16. Пирит 5.266 3.85 3,54

17. Пирит мелкозернистый 5,228 4,1 2,04

18. Трахит 5.215 7,85 61,70

19. Лабрадор 5,174 8,07 53.10

20. Сиенит роговообманковый 5,169 9.1 55.04

21. Амфиболит 5,148 7.95 55.24

22. Базальт 5,071 8,42 50.16

23. Нефелин 5,058 8.65 43,50

24. Диорит 5,02 7,75 51,52

25. Магнетит 4,976 7.4 2.52

26. Флюорит 4,968 7,9 0.78

27. Диабаз 4.921 9,27 47.42

28. Полевой шпат(плагиоклаз) 4.877 8.6 36,18

29. Габбро 4.87 8,55 43,80

30. Роговая обманка 4. 838 7.46 38.82

Примечание: ТХМК-термохимически модифицированные кремнеземы; К-кристаллический. А-аморфный; Рэ и Аэ - Гег(Б04)3 и А1г(Б04)3

Кислотно-основные свойства минеральных наполнителей по показателю электрохимического потенциала

Пе-ЭВ

5.6 '5,4 5,2 5,0 4.8 4.6

О 20 40 60 80 100

■ Содержание 3102. % Рис. 1.

х- кислые +- средние о- основные V- ультраосновные X X * х1 « *

л X X/ х * /

/ * \ « + * /

у\ * + /1 «V О о \ > 9

++ V г? \ ° 4 ® ✓

У

Кислотно-основные свойства минеральных наполнителей по показателю рН водных вытяжек

V Л "о/ ь +

+ / / +

7 < * X

х кислые + - средние о - основные V - ультраосновныг

* X *

* X

О 20 40 60 100

Содержание 3102, % Рис. 2.

Полученные результаты согласуются с данными о кислотно-основных свойствах минеральных наполнителей, определенных другими методами исследований. При изучении закономерностей изменения кислотно-основных свойств также установлено, что значения диэлектрической проницаемости образцов горных пород и минералов определяются прежде всего . химическим составом и условиями модифицирования. Значения ц для наполнителей в ряду кварцевый, андезитовый, диабазовый, кварцевый термохимически модифицированный изменяются в пределах 4,10 + 1, 98.

По термодинамическим показателям ( теплоты смачивания полярной и неполярной жидкостями, мономером ФАМ ) системы "ФАМ - наполнитель" (табл.2 ) проанализированы начальные этапы структуро-образования связующих.

Таблица 2

Характеристики смачиваемости минеральных наполнителей

Образцы наполнителей Теплоты смачивания. Дж/г Коэффициент фильности

в воде в бензоле в ФАМе

1. Андезит 2,55 0.34 4, 08 7,50

2. ^модифицированный

кварцевый 0,84 0.33 1,52 2,55

3. Кварцевый с 5% не

графита смач. 0,54 4,40 ----

4. Термохимически моди

фицированный кварцевый 0,51 0,85 8,29 0,60

5. Природная опока 12,20 2,55 15,20 4,78

6. Термохимически мо-

дифицированная опока 7,70 7,96 14,82 0,97

7. Флюорит. не смач. 4.19 7,08 ----

8. Диабаз 0,38 1.09 5.99 0,35

9. Гранит биотитовый 1, 67 5. 02 6.53 0.33

10. Полевой шпат 0,50 1,30 6,91 0,38'

Теплоты смачивания как энтальпийная мера усредненного по всей поверхности взаимодействия позволяет определить градацию поверхностной активности наполнителей.

Эти данные подтверждают вывод о предпочтительности адсорбци-

онного взаимодействия ФАМ на твердой поверхности соответствующей полярности и активности.

В работе подтверждены функциональные закономерности формирования свойств связующих в зависимости от структурообразующих факторов.

Экспериментальные исследования химического сопротивления фу-рановых композитов в адсорбционно-активных средах при температурах экспонирования 20 - 80 0С позволили установить малоизученные закономерности их деградации. Кривые водостойкости имеют затухающе-колебательный характер. Методами УФ-спектроскопии, ДТГ и РСА показано, что механизм деструкции фуранового связующего при различных температурах протекает неоднозначно.

Максимальные значения снижения прочности и массы образцов наблюдаются при температуре экспозиции 60 °С, по деструктивной активности определен температурный ряд 60 °С - 80 °С - 40 °С - 20 °С. Бензолсульфокислота при температуре 60 - 80 °С в присутствии воды склонна к десульфированию. Основные причины снижения эксплуатационных характеристик композиций на основе фурановых смол ФА и ФАМ. отверждаемых бензолсульфокислотой заключаются в кислотном гидролизе первых и превращений БСК вследствие ее десульфирования.

Наличие в структуре связующего источников обмена веществом и энергией с окружающей средой определяет функциональное состояние композита с необратимостью структурных изменений и снижения физико-механических свойств. Экспериментально показано "вымывание" из структуры связующего свободных компонентов, в составах с гидрофильными наполнителями ослабление адгезионных связей в граничном слое.

Оптимизация составов фурановых связующих с учетом основных структурообразующих факторов по параметрам химического сопротивления остается малоизученным вопросом современного композиционного материаловедения. Образцы фурановых композитов, наполненных кварцсодержащими наполнителями ( Syfl= 150-450 мг/кг; рН = 3,5-7, 5; Н/П = 0,5-2,5), экспонировались в воде с температурой 20-80 °С в течение 270 - 360 суток. Для описания колебательного характера кривых (рис.3 ) водостойкости фурановых композитов предложено уравнение :

к(т) = [ 1 - 9j■Sin(e2-x)] ехр(- 93-т), (2)

где 0,, Э2 и 63 - параметры, на которые наложены ограничения

О < 9j < 1; е2 > 0; е3 > О.

Зависимости коэффициента стойкости композитов от времени экспозиции в воде и степени их наполнения

к(т)

1, О

0.75

0,50 0,25 О

О 10 20 30 40 50

В р е м я , т (недели)

Рис. 3.

Уравнение обеспечивает выполнение условия к(0) = 1. ограничения на параметры обеспечивают выполнение следующих условий: коэффициент водостойкости принимает только положительные значения; в начальный период времени наблюдается снижение прочности; колебания носят экспоненциально затухающий характер.

Параметры 0! и 02 имеют смысл соответственно амплитуды и частоты затухающих колебаний. На значительных временных интервалах. при практически полном затухании колебаний, коэффициент водостойкости определяется параметром 83. Тем самым оправдывается его название "параметр водостойкости". Водостойкость композитов тем выше, чем меньше параметр в3. На основании анализа результатов обработки экспериментальных данных установлено, что между амплитудой колебаний 0) и параметром водостойкости 63 существует

Н/П=0,5 - -

11/11-1, и Н/П=1.5 ---

- iSN. 11/ ll-fc, и Н/П=3,0 ------

г» ---- к

X

зависимость - чем меньше амплитуда колебаний, тем выше водостойкость.

По максимальной водостойкости (минимальному параметру 03) определяется оптимальность составов при варьировании структурообразующих факторов.

Влияние активности наполнителя заключается в том, что при прочих равных структурообразующих факторах амплитуда колебаний и параметр водостойкости композитов с таким наполнителем меньше, следовательно, водостойкость выше, в сравнении с контрольными составами.

Результаты исследований по деградации фурановых композитов обобщены в работе также и с позиций синергетики композиционных материалов.

В результате проведенных исследований разработаны эффективные составы полимерных связующих и полимербетонов ФАМ с кремне-земсодержащимн наполнителями (табл. 3 и 4) и технология изготовления армополимербетонных коробчатых конструкций технологического оборудования.

Таблица 3

Составы полимербетонных смесей

Компоненты Составы. масс. %

1 2 3 4 5

фурфуролацетоновый мономер ФАМ 9,0 10,7 9,0 10,7 9,0

Бензолсульфокислота 2,3 2, 7 2,3 2,7 2,0

Щебень гранитный 51,2 - 51,2 - 54,0

Щебень из кислотоупорной ке-

рамики - 45,1 - 45, 1 -

Песок кварцевый 27,8 30, 1 27,8 30, 1 25,0

Андезитовая мука 9,7 11,4 - - -

Кварцевый наполнитель - - 9,7 11,4 -

Термохимически модифицированный - - - - 10. 0

кварцевый наполнитель

Таблица 4

Свойства составов полимербетона ФАМ

Свойства Составы полимербетона

1 2 3 4 5

Средняя плотность образцов,

кг/м3 2350 1840 2350 1850 2300

±20 ±25 ±20 ±20 ±20

Разрушающее напряжение при

сжатии. МПа 74 87 70 79 86

Коэффициент водостойкости 0.7 0.74 0.67 0.73 0.79

Внедрение разработок в условиях реконструкции действующего производства на Магнитогорском метизно-металлургическом заводе позволило снизить в 5-7 раз трудоемкость, в 1,5-2 раза материалоемкость. в 1,5 раза затраты на текущее содержание, увеличить в 5-10 раз долговечность технологического оборудования и улучшить социальные и экологические условия в производственном процессе. Экономический эффект от внедрения (в ценах 1990 г.) составил 120,3 тыс.руб./год .

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. На основании положений полиструктурной теории композиционных строительных материалов систематизированы и получили дальнейшее развитие представления о материальной модели полимерного композита как сложной системы с явлениями процессов самоорганизации при структурообразовании и деградации. Получены новые закономерности, описываемые автоволновым характером протекания процессов.

2. Установлено, что основными структурообразующими факторами направленного воздействия при получении комплекса заданных свойств связующего являются степень наполнения, дисперсность и поверхностная активность наполнителя.

3. Разработана методика рационального выбора минеральных наполнителей для фурановых связующих, основанная на комплексных

исследованиях химико-минералогического состава минералов и пород с различными кислотно-основными свойствами поверхности и содержанием кремнезема (Si02) от 0.78 до 97,6 %.

4. Разработан способ термохимической активации кварцсодержа-щих наполнителей в присутствии сульфатов металлов постоянной и переменной валентности.

5. Определены термодинамические характеристики системы "фур-фуролацетоновый мономер - наполнитель" и показано, что с увеличением показателей кислотности поверхности возрастает энергия взаимодействия наполнителей с мономером ФАМ, физико-механические характеристики составов улучшаются на 12 - 25 %.

6. Установлено, что степень деградации фурановых композитов в адсорбционно-активных средах определяется оптимальностью структуры их составов. Предложена модель деградации наполненных фурановых связующих, описывающая взаимосвязь структуры и эксплуатационных свойств композитов.

7. Разработаны эффективные составы конструкционных полимер-бетонов ФАМ с повышенными эксплуатационными свойствами ( кхс=0,78 - 0.82) с применением традиционных заполнителей, а также твердых промышленных отходов и некондиционного минерального сырья.

8. Опытно-промышленная апробация научно-технических разработок осуществлена в условиях реконструкции и технического перевооружения травильных отделений метизно-металлургических предприятий путем изготовления конструкций технологического оборудования из армополимербетона ФАМ. Годовой экономический эффект от внедрения (в ценах 1990 г.) на Магнитогорском метизно-металлургическом заводе составил 120.3 тыс. рублей.

Основные положения и результаты диссертационной работы отражены в следующих публикациях:

1. A.c. 1004308 СССР, МКИ С 04 В 31/40. Способ получения кварц-

содержащего наполнителя / В.И.Соломатов, Ю. Г. Иващенко,

И.В.Хомяков. П.К.¡Келтов. Ю. Н.Мишурин СССР.

2. A.c. 833781 СССР, МКИ С 04 В 25/02. Полимербетонная смесь /

A. В. Чуйко, В.И. Соломатов, Ю.Г.Иващенко, Н. Т.Шаманаева и

П.К.Желтов СССР.

3. А. с. 968000 СССР. МКИ С 04 В 25/02 . Полимербетонная смесь /'

B.И. Соломатов, Ю.Г.Иващенко, П.К.Желтоз, Ю.Н.Мишурин СССР.

17

4. A.c. 1058925 СССР, МКИ С 04 В 25/00. Способ приготовления полимербетонной смеси / В.И. Соломатов, Ю. Г. Иващенко, И. В. Хомяков, Ю.Н.Мишурин, П. К. Желтов СССР.

5. A.c. 1154236 СССР, МКИ С 04 В 26 / 12. Полимербетонная смесь / В. И. Соломатов, Ю. Г. Иващенко, И.В.Хомяков, Ю.Н.Мишурин, П. К. Желтов, В.И.Пшенин. А. С. Дудкин СССР.

6. Соломатов В.И., Иващенко Ю.Г., Мишурин Ю.Н. и др. Термохимическое модифицирование наполнителей композитных полимерных материалов // Механика композитных материалов.- 1984.- N з.-С. 557-558.

7. Пшенин В.И., Иващенко Ю.Г., Корнеев А.Д. и др. Оптимизация составов полимербетона при изготовлении крупногабаритных травильных ванн // Защита от коррозии строительных конструкций промышленных зданий и сооружений: Межвуз.сб.- Саратов: Изд. СГУ. 1987,- С. 30-36.

8. Иващенко Ю. Г., Мишурин Ю. Н., ЖелтовП. К. Фурановая полимер-бетонная композиция в сельскохозяйственном строительстве // Строительные материалы из местного сырья: Научно-темат.сб.-Саратов: Изд. СГУ, 1983,- С. 52 - 56.

9. Желтов П.К., Иващенко Ю.Г. Водостойкость полимерных связующих на основе ФАМ // Композиционные строительные материалы с использованием отходов промышленности: Тез.докл. к зональн. семинару, Пенза, 29-30 сент. 1990 г.- 'Пенза, 1990.- С. 22-24.

10. Соломатов В.И., Иващенко Ю.Г., Желтов П.К.. Поляков В.И. Водостойкость фурановых композитов на наполнителях из местных материалов // Использование вторичных ресурсов и местных материалов в сельском строительстве: Тез.докл.Всесоюзн. науч.-техн. конф., Челябинск, 20-23 окт. 1991 г. - Челябинск, 1991.-'С. 114-115.

11. Желтов П.К., Александров В.Б., Жандаров О.Ю. Водостойкость наполненных фурановых композиций // Композиционные строительные материалы. (Структура, свойства, технология):Межвуз. научн.сб. сарат. политехи, ин-т .- Саратов, 1990.- С. 42-46.

12 . Иващенко Ю.Г., Желтов П.К., Александров В.Б. Организация структуры фурановых наполненных связующих // Физико-химические и технологические особенности получения малоцементных

строительных материалов и конструкций: Тез.докл. респ.науч. -техн. конф. , Одесса. 25-27 ноября 1992 г. - Киев. 1992. -С. 18.

13. Иващенко Ю.Г.. Желтов П.К., Поляков В. И. Улучшение физико-механических свойств фурановкх композитов регулированием-' поверхностных свойств минеральных наполнителей // Защита строительных конструкций от коррозии: Тез.докл. зональн.се-мин., Пенза. 24-25 окт. 1991 г. - Пенза. 1991,- С. 32-33.

14. Иващенко Ю. Г., Желтов П. К., Поляков В. И., Воронков Л. Ю. Самоорганизация структуры фурановых композитов при деградации в воде // Защита строительных конструкций от коррозии: Тез. докл. зональн. семин., Пенза, 24-25 окт. 1991 г. - Пенза, 1991,- С. 51-52.

15. Иващенко Ю.Г.. Поляков В.И.. Желтов П.К. Самоорганизация структуры полимерных композитов при деградации в агрессивных средах // Тез.докл. 8-ой Междунар.конф. по механике разрушения материалов, Киев, 8-14 июня 1993 г. - Киев. 1993,- С. 61.

16. Иващенко Ю. Г., Желтов П.К..Соломатов В.И. Деградация фурановых композитов в воде // Проблемы прочности материалов и конструкций, взаимодействующих с агрессивными средами: Меж-вуз. научн. сб. Сарат. гос. техн. ун-та. - Саратов, 1993.-С. 150-155.

17. Иващенко Ю.Г., Желтов П.К.. Магалян Т.В. Моделирование процессов самоорганизации полимерных композитов в агрессивных средах поверхностями с особенностями // Проблемы прочности материалов и конструкций, взаимодействующих с агрессивными средами: Межвуз.научн.сб. Сарат. гос.техн. ун-т» - Саратов. 1994.-С.20 - 25.