автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Прогнозирование стойкости защитно-декоративных покрытий наружных стен зданий с учетом наследственного фактора

4

ГЛАВА 1. МЕТОДЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СТОИКОСТИ

ЗАЩИТНО-ДЕКОРАТИВНЫХ ПОКРЫТИЙ

1.1 Методы прогнозирования стойкости защитно-декоративных покрытий

1.2 Наследственная теория старения

1.3 Цели и задачи исследования

ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА МАТЕРИАЛОВ.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

ГЛАВА 3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ СТАРЕНИЯ ПОКРЫТИЙ

ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ВНЕШНИХ ФАКТОРОВ

3.1 Закономерности изменения свойств покрытий в процессе старения

3.2 Учет наследственного фактора при оценке старения покрытий

3.3 Влияние первоначального уровня накопления повреждений на стойкость защитно-декоративных покрытий

ВЫВОДЫ

ГЛАВА 4. ФОРМИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА

ВНЕШНЕГО ВИДА ПОКРЫТИЯ И ЕГО ИЗМЕНЕНИЕ В ПРОЦЕССЕ СТАРЕНИЯ.

4.1 Закономерности формирования качества внешнего вида покрытий

4.2 Учет наследственного фактора при оценке

Актуальность темы. Для отделки фасадов зданий широкое применение находят лакокрасочные материалы. Результаты натурных обследований показывают, что фактический срок службы защитно-декоративных покрытий не всегда соответствует прогнозируемому, что вызывает дополнительные затраты на ремонт фасадов зданий. В числе других факторов кинетика свойств покрытий определяется предысторией старения. Между тем, существующие модели срока службы покрытий не учитывают фактор наследственности, что является одной из причин низкой глубины прогноза. Кроме того, существующая методика расчета показателей надежности, основанная на построении математической модели старения по данным форсированных испытаний, не позволяет получать достоверные данные о качестве покрытий в реальных условиях эксплуатации. В связи с этим разработка модели стойкости покрытий в процессе старения с учетом наследственного фактора является важной научно-технической и экономической проблемой.

Цели и задачи исследования. Целью настоящей работы является разработка методов прогнозирования стойкости защитно-декоративных покрытий наружных стен зданий с учетом наследственного фактора.

Для достижения цели в работе были поставлены и решены следующие задачи:

• изучить роль наследственного фактора в кинетике свойств защитно-декоративных покрытий наружных стен зданий в процессе старения;

• разработать модель старения покрытий с учетом наследственного фактора;

• разработать методику расчета показателей надежности защитно-декоративных покрытий в процессе эксплуатации по данным ускоренных испытаний, учитывающую фактор наследственности.

Научная новизна работы.

Установлено влияние наследственного фактора на кинетику свойств защитно-декоративных покрытий наружных стен зданий в процессе старения. Установлены закономерности изменения свойств покрытий в процессе старения в зависимости от очередности воздействия климатических факторов. Предложена модель изменения свойств покрытий в процессе старения с учетом наследственного фактора.

Выявлено влияние первоначального уровня накопления повреждений на стойкость защитно-декоративных покрытий. Установлена степень влияния первоначального уровня накопления повреждений на наследственные свойства покрытий.

На основе вероятностно-детерминированного подхода предложена математическая модель качества внешнего вида покрытий, учитывающая влияние реологических свойств красочного состава и пористости цементной подложки. Установлена роль наследственного фактора в кинетике изменения качества внешнего вида покрытий в процессе старения.

Разработана математическая модель вероятности безотказной работы и срока службы защитно-декоративных покрытий в процессе эксплуатации с учетом наследственного фактора.

Практическая значимость и реализация результатов работы. Разработана методика расчета показателей надежности защитно-декоративных покрытии в процессе эксплуатации по данным, полученным при ускоренных испытаниях, учитывающая фактор наследственности при старении.

Разработаны материаловедческие пути повышения надежности и увеличения срока службы покрытий, заключающиеся в применении гидрофобизации окрашенной поверхности и использовании цементных подложек с поверхностной пористостью не менее 5 - 7 %.

Разработанные методы прогнозирования эксплутационной стойкости покрытий использованы на ОАО «Пензенское научно-производственное предприятие «Эра» и на Государственном Унитарном Предприятии «НПП «Рубин».

Апробация работы. Материалы диссертационной работы обсуждались на ряде конференций и семинаров, в т.ч. на межвузовском семинаре «Математические методы при решении физико-технических задач» (Пенза, 1999), XXXI Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы современного строительства» (Пенза, 2001) и Международной научно-технической конференции «Эффективные строительные конструкции: теория и практика» (Пенза 2002).

ОСНОВНЫЕ выводы

1. Установлено влияние наследственного фактора на кинетику старения защитно-декоративных покрытий наружных стен зданий. Предложена модель изменения свойств покрытий в процессе старения, позволяющая оценить параметры влияния наследственного фактора на старения покрытий. Установлена доля изменения свойств покрытия за счет наследственного фактора.

2. Выявлено влияние очередности действия различных климатических факторов на изменение свойств покрытий. Предложено оценивать влияние воздействия факторов на изменение свойств покрытий коэффициентом аддитивности KaQ. Установлено изменение коэффициента аддитивности в зависимости от очередности действия факторов и вида покрытий.

3. Предложен алгоритм описания кинетических процессов накопления повреждений как решений дифференциальных уравнений 3-го порядка. Установлена различная скорость изменения параметров поврежденности на разных этапах старения покрытия.

4. Выявлено влияние первоначального уровня накопления повреждений на стойкость защитно-декоративных покрытий. Установлено влияние первоначального уровня накопления повреждений на наследственные свойства покрытий.

5. Предложена математическая модель показателей надежности некоторых защитно-декоративных покрытий с учетом наследственного фактора. Установлено, что гидрофобизация окрашенной поверхности способствует снижению негативного влияния наследственного фактора на изменение свойств покрытий в процессе старения.

6. Разработана методика расчета показателей надежности защитно-декоративных покрытий в процессе эксплуатации по данным, полученным при форсированных испытаниях. Определены числовые значения показателей надежности защитно-декоративных покрытий с учетом наследственного фактора.

7. Разработанная методика расчета стойкости и надежности покрытий использованы на ОАО ПНПП «Эра» и Государственном Унитарном Предприятии НПП «Рубин», что подтверждается актами о внедрении результатов диссертационной работы.

1. Эмануэль Н. М., Бераненко A. J1. Химическая физика старения и стабилизации полимеров. - М.: Наука, 1982. - 352 с.

2. Карпухин О.Н. Успехи химии. 1980. - Т. 49, вып. 8 - с. 1523 - 1553.

3. Гойхман Б.Д., Смехунова Т.П. Там же. с 1554 — 1573.

4. ГОСТ 9.707 81. ЕСЗКС Материалы полимерные. Методы ускоренных испытаний на климатическое старение.

5. ГОСТ 9.083 — 78. ЕСЗКС. Покрытия лакокрасочные. Метод ускоренных испытаний на долговечность в жидких агрессивных средах.

6. ГОСТ 9.045 — 75. ЕСЗКС. Покрытия лакокрасочные. Ускоренные методы определения светостойкости.

7. ГОСТ 9.401 -89, ГОСТ 9.074- 77, ГОСТ 9.404- 81. ЕСЗКС. Покрытия лакокрасочные изделий, предназначенные для эксплуатации в районах с тропическим, умеренным, холодным климатом.

8. Верхоланцев В. В. Методы прогнозирования долговечности покрытий. // Лакокрасочные материалы и их применение. -1985. №4. С. 49-53.

9. Карякина М. И. Физико-химические основы процессов формирования и старения покрытий. -М. Химия, 1980. С.216.

10. Криштоф К. А., Верхоланцев В. В.: В кн. Разработка и применение новых лакокрасочных материалов. Сб. научных трудов ГИПИ ЛКП. М.: НИИТЭХИМ, 1979. - с. 67-72.

11. Криштоф К. А. И др. Определение весомостей свойств лакокрасочных покрытий. // К. А. Криштоф, В. В. Верхоланцев, М. И. Карякина, Е. А. Каневская, Н. В. Майорова //Лакокрасочные материалы и их применение. 1979. -№ 5. - с. 35-36.

12. Шепелевский Б. А., Мокшанов В. И. В кн.: Атмосферостой-кие лакокрасочные покрытия и прогнозирование сроков их службы. М.: МДНТП им. Ф. Э. Дзержинского, 1982. - с. 70-75.

13. Зубов П. И., Сухарева Л. А. Структура и свойства полимерных покрытий. М.: Химия, 1972. - с. 232.

14. Санжаровский А. Т. Физико-механические свойства полимерных и лакокрасочных покрытий. М.: Химия, 1978. - с. 184.

15. Сухарева Л. А. Долговечность полимерных покрытий. М.: Химия, 1984. с. 240.

16. Зуев Ю. С. Разрушение полимеров под действием агрессивных сред. М.: Химия, 1972. с. 232.

17. Адлерберг М. М., Карякина М. И. Статистико-математический метод оценки атмосферостойкости лакокрасочных покрытий по результатам лабораторных испытаний. // Лакокрасочные материалы и их применение. 1970. - №1. -с. 60-62.

18. Верхоланцев В. В. и др. Классификация свойств лакокрасочных покрытий и ее использование для оценки поведения покрытий в условиях испытаний. // Лакокрасочные материалы и их применение. 1981. - №5. - с. 45-47.

19. Адлерберг М. М., Карякина М. И. Математико-статистический анализ результатов испытаний лакокрасочных покрытий в различных климатических зонах. // Лакокрасочные материалы и их применение. 1972. - №4. - с. 51-53.

20. Адлерберг М. М., Карякина М. И. Применение математической статистики при изучении атмосферостойких лакокрасочных покрытий. // Лакокрасочные материалы и их применение. 1972. - №3. - с. 69-71.

21. Адлерберг М. М. и др. Разработка режимов ускоренных испытаний методом ранговой корреляции. // М.М. Адлерберг, Л. И. Лобарева, А. В. Моторин, М. И. Викторова, Г. М. Кир-кин. // Лакокрасочные материалы и их применение. 1980.- №4. с. 39-42.

22. Андрющенко Е. А. Светостойкость лакокрасочных покрытий.- М.: Химия, 1986. с. 192.

23. Карпухин О. Н. Определение срока службы полимерного материала. // Успехи химии. 1980. - т. 42. - с. 391-394.

24. Карпухин О. Н. Слободецкая Е. М. // Успехи химии. -1973. т. 42. - с. 391-394.

25. Работнов Ю. Н. Элементы наследственной механики твердых тел. -М.: Наука, 1977. с 384.

26. Рисс Ф., Секельфальви-Надь Б., Лекции по функциональному анализу.

27. Карякина М.И. Лабораторный практикум по техническому анализу и контролю производств лакокрасочных материалов и покрытий. М.: Химия, 1989. - с. 206.

28. ГОСТ 15140-78 Материалы лакокрасочные. Методы определения адгезии. М.: Изд-во стандартов, 1996. - с. 10.

29. ГОСТ 2789-73* (СТ СЭВ 638-77) Шероховатость поверхности. Параметры, характеристики и обозначения. М.: Изд-во стандартов, 1985. - с. 10.

30. Методы испытаний водных растворов поверхностноактивных веществ (Обзор, часть 1). НИИ технико-экономических исследований. М.: 1965. - с. 100.

31. ГОСТ 14243-78* Материалы лакокрасочные, методы получения свободных пленок. М.: Изд-во стандартов, 1991. - с.5.

32. Воскресенский В. А., Ляшенко Т. В., Огарков Б. Л. Численные методы решения строительно-технологических задач на ЭВМ. Киев: Выща школа. Головное из-во, 1989. - с.328.

33. Королев Е. В. Исследование свойств серных композитов.: Дисс. канд. техн. наук: 05. 23. 05. Пенза, 2000. - с. 180.

34. Лакокрасочные покрытия. // Под ред. Е. Н. Владыниной. М.: Химия, 1972. - с. 304.

35. Горчаков Г. И., Орентлихер Л. П., My радов Э. Г. Трещино-стойкость и водостойкость легких бетонов. М.: Стройиздат, 1971. - с. 180.

36. Логанина В. И., Орентлихер Л. П., Соколова Ю. А. Стойкость защитно-декоративных покрытий наружных стен зданий. М.: Издательство Ассоциации строительных вузов. 1999. - с. 105.

37. Орентлихер Л. П., Логанина В. И. Защитно-декоративные покрытия бетонных и каменных стен. Справ, пособие. М.: Стройиздат, 1993. - с. 136.

38. Шнейдерова В. В. Антикоррозионные лакокрасочные покрытия в строительстве. М.: Стройиздат, 1980. - с. 180.

39. Шнейдерова В. В. О нормировании шероховатости бетонной поверхности. // Труды научно-исследовательского института бетона и железобетона Госстроя СССР, 1977. Вып. 24. -с.109.

40. Малышев В. П. Вероятностно-детерминированное планирование эксперимента. Алма-Ата.: Издательство «Наука» Казахской ССР, 1981. - с.115.

41. Кордонский X. В. Приложение теории вероятностей в инженерном деле. Л.: Физматгиз, 1963. - с. 436.

42. Логанина В. И., Карпова О. В., Мишин А. С. Красочные составы на основе полимерминеральных связующих. Пенза, Центр научно-технической информации, 1998. - с. 109.

43. Гарькина И. А., Прошин А. П., Данилов А. М., Бормотов А. Н. Применение математических методов в строительном материаловедении. Пенза.: ПГАСА, 1999. - с.200.

44. Ушков Ф. В. Теплотехнологические свойства крупнопанельных стен. М.: Стройиздат, 1956.

45. Силаенков Е. С. Долговечность конструкций из ячеистых бетонов. М.: Стройиздат, 1986. - 175 с.

46. Шиян О. В. К оценке надежности технических устройств по результатам ускоренных испытаний. Киев: Наукова думка, 1979.

47. Гнеденко Б. В., Беляев Ю. К. Соловьев А. Д. Математические методы в теории надежности. М.: Наука, 1965. 520 е.

48. Седякин Н. М. Об одном физическом принципе теории надежности. // Известия Академии наук СССР. Техническая кибернетика. - 1966. - №3. - с. 80-87.

49. Смагин В. А. Физический принцип надежности. Обратная задача. // АВТ.- 1975. ~№5. -с. 22-29.

50. Смагин В. А. Физико-вероятностные модели прогнозирования надежности изделий на основе форсированных испытаний. // Надежность и контроль качества. 1998. №4. - с. 15-23.

51. Атмосферостойкие лакокрасочные покрытия и прогнозирование сроков их службы. М.: МДНПТ, 1982. 133 с.

52. Бартенев Г. М. Прочность и механизм разрушения полимеров. М.: Химия, 1984. 210 с.

53. Басин В. Е. Адгезионная прочность. М.: Химия, 1981. 208 с.

54. Водоразбавленные отделочные составы для фасадов зданий. // Строительные материалы. 1984. - №1. - с. 10.

55. Вознесенский В. А. Статистические методы планирования эксперимента. М.: Статистика, 1974. 191 с.

56. Верхоланцев В. В., Федорова М. Л. Свойства и области применения водоразбавляемых лакокрасочных композиций. // Лакокрасочные материалы и их применение. 1988. -№3. - с. 38.

57. Гост 13036 67. Методы определения внутренних напряжений в лакокрасочных покрытиях. - М.: Изд-во стандартов, 19 с.

58. Гуль В. Е. Структура и прочность полимеров. М.: Химия, 1971. - 344 с.

59. Гарин В. Н., Долгополов Н. Н. Полимерные защитные и декоративные покрытия строительных материалов. М.: Стройиз-дат, 1975. 189 с.

60. Гольдберг М. М. Материалы для лакокрасочных покрытий. М.: Химия, 1972. - 344 с.

61. Иванов А. А. Исследование долговечности отделочных покрытий ячеистобетонных изделий. // Строительные материалы. 1976. - №5. - с. 25-26.

62. Инструкция по покрытию бетонных поверхностей полимерными составами на основе поливинилацетатной эмульсии, полистирола, перхлорвиниловых и эпоксидных смол. Днепропетровск: 1966. - 51 с.

63. Колотилкин В. М. Проблемы долговечности и надежности жилых зданий. М., 1969 - 56 с.

64. Карякина М. И. Испытание лакокрасочных материалов и покрытий. М.: Химия, 1988. - 272 с.

65. Кенеки Р. Защита поверхности бетона. Пер. с нем. М.: Стройиздат, 1981. - 102 с.

66. Карасев К. И., Ябко В. М. Силикатные и цементные краски в отделки зданий. М.: Стройиздат, 1966. - 72 с.

67. Каневская Е. А. Автореферат докторской диссертации. М.: ИФХ АН СССР, 1979.

68. Лившиц М. Л., Пшиалковский В. И. лакокрасочные материалы. М.: Химия, 1982. - 359 с.

69. Лейкин А. С. Защитные покрытия для заводской отделки элементов зданий. М.: Сторойиздат, 1963. - 134 с.

70. Лийв Э. X., Машегиров А. Д., Ройз Л. Е. Экспресс-метод определения реологических свойств полимерных материалов. -М.: Экспресс-информация ВНИИЭСМ, сер. 6, 1983. 20 с.

71. Логанина В. И., Орентлихер Л. П., Щербаков А. П. Повышение эксплутационной стойкости защитно-декоративных покрытий. / / Теплотехнические качества и микроклимат крупнопанельных зданий. М.: ЦНИИЭПЖилища, 1976. с. 19 -22.

72. Логанина В. И., Щербаков А. П. Новые результаты по определению долговечности наружной отделки. / / Теплотехнические качества и микроклимат жилых зданий. М.: ЦНИИЭПЖилища, 1982. с. 82 - 88.

73. Логанина В. И., Колчина О. Н. Выбор защитно-декоративных покрытий наружных ограждающих конструкций зданий. Информационный лист №36-88 Пенза, 1988.

74. Меламедов И. М. Физические основы надежности. Л.: Энергия, 1970. - 152 с.

75. Налимов В. В., Чернова Н. А. Статистические методы планирования экспериментов. М.: Наука, 1965. - 272 с.

76. Новгородский В. Н. Выбор лакокрасочных покрытий для защиты железобетонных конструкций производственных зданий. // Лакокрасочные материалы и их применение. 1978. - №4. - с. 36.

77. Орентлихер Л. П., Логанина В. И. Надежность монолитности отделки фасадов зданий. // Долговечность конструкций из автоклавных бетонов. VI республиканская конференция. Таллинн: 1987, -с. 56-61.

78. Орентлихер Л. П., Логанина В. И. Устойчивость к растрескиванию защитно-декоративных полимерных покрытий. // Лакокрасочные материалы и их применение. 1988. - №5. -с. 30.

79. Орентлихер Л. П., Логанина В. И. Прогнозированиеэксплутационной стойкости защитно-декоративных покрытий.

80. Известия вузов. Строительство и архитектура. 1988.117

81. Известия вузов. Строительство и архитектура. 1988. - №8 -с. 63.

82. Орентлихер Л. П., Логанина В. И., Макридин Н. И. Влияние качества подложки на кинетику разрушения покрытий цементных бетонов. // Промышленное строительство. 1991. -№12. с. 30.

83. Орентлихер Л. П., Логанина В. И. Оценка снижения качества защитно-декоративных покрытий наружных ограждающих конструкций зданий. // Лакокрасочные материалы и их применение. 1988. - №2. - с. 18.

84. Орентлихер Л. П., Логанина В. И. Атаева С. А. Возможность повышения стойкости защитно-декоративных покрытий. / / Работоспособность строительных материалов при воздействии различных эксплутационных факторов. Межвуз. сб. -Казань, 1986. с. 32.

85. Орентлихер Л. П., Логанина В. И. Разработка параметров отказа защитно-декоративных покрытий наружных ограждений. // Строительные материалы. 1986. - №10. - с. 32.

86. Орентлихер Л. П., Логанина В. И. Влияние напряженного состояния подложки на адгезию и стойкость защитно-декоративных покрытий. // Строительные материалы. 1978. - №10. - с. 24.

87. Орентлихер Л. П., Логанина В. И. Адгезионная прочность защитно-декоративных покрытий в связи с их упругими свойствами. // Строительство и архитектура. 1981. - №11. - с. 91.

88. Орентлихер Л. П., Логанина В. И. Водоэмульсионные краски для отделки стеновых панелей. // Строительные материалы. 1978. - №4. - с. 13-14.

89. Оржаховский М. П. Закономерность влияние температуры и концентрации агрессивной среды на долговечность полимерных материалов. // Пластические массы. 1966. - №5. - с. 10.

90. Пащенко А. А. Кремнийорганические защитные покрытия. -Киев: Техника, 1968 252 с.

91. Пащенко А. А. Кремнийорганические гидрофобизирующие и пленкообразующие соединения и материалы. Киев: Наукова думка, 1968. - 172 с.

92. Пащенко А. А. Гидрофобизация. Киев.: Наукова думка, 1973. - 273 с.

93. Потапов Ю. Б., Соломатов В. И., Селяев В. П. Полимерные покрытия для железобетонных конструкций. М.: Стройиздат, 1973. - 128 с.

94. Рабинович С. Г. Погрешности измерений. Л.: Энергия, 1978. - 210 с.

95. Рекомендации по определению технических свойств и долговечности отделки фасадной поверхности ячеистобетонных стен. Свердловск: ПромстройНИИпроект, 1973. - 30 с.

96. Регель В. Р., Слуцкер А. И., Томашевский Э. Е. Кинетическая природа прочности твердых тел. М.: Наука, 1974. -550 с.

97. Ребиндер П. А. Физико-химическая механика. М.: Знание, 1957. - 218 с.

98. Рейбман А. И. Защитные лакокрасочные материалы. М.: Химия, 1982. -320 с.

99. Санжаровский А. Т. Физико-химические свойства полимерных и лакокрасочных покрытий. М.: Химия, 1978. -184 с.

100. Северный В. В., Зайцева А. А., Тимофеева И. В. Кремний-органические защитно-декоративные покрытия. // Лакокрасочные материалы и их применение. 1972. - №7. - с. 24.

101. Смехов Ф. М. Водопоглощение и водопроницаемость лакокрасочных пленок. // Лакокрасочные материалы и их применение. 1973. - №6. - с. 37.

102. Трюб У. Качество отделки бетонных поверхностей. //Пер. с нем. М.: Стройиздат, 1985 - 62 с.

103. К оценке надежности технических устройств по результатам ускоренных испытаний. Прочность и надежность сложных систем. Киев: Наукова думка, 1979. - 43 с.

104. Шнейдерова В. В., Косточкина Т. В. Определение адгезии лакокрасочных покрытий к бетонным поверхностям. // Лакокрасочные материалы и их применение. 1966. - №6. - с. 12.

105. Шнейдерова В. В. О нормировании шероховатости бетонной поверхности Труды НИИ бетона и железобетона Госстроя СССР. - 1977. - Вып. 24. - с. 109.

106. Хигерович М. И., Маркин А. П. Физико-химические методы исследования строительных материалов. М.: Высшая школа, 1982. - 352 с.

107. Якубович С. В. Испытание лакокрасочных материалов и покрытий. М.: Госхимиздат, 1952. - 480 с.

108. Имото Т. Химия адгезии. Поверхность тела, адсорбция и адгезия. Кинетика процессов старения. //Пер. с япон.// «Бэс-сацу качану коче», 1966. т. 10. - с. 214-227.

109. Волков М. И. Методы испытания строительных материалов. М.: Стройиздат, 1974. -301 с.

110. Ламбурн Р. Лакокрасочные материалы и покрытия: теория и практика. Сб-П.: Химия, 1991. - 512 с.

111. Тагер А. А. Физико-химия полимеров. -М.: Химия, 1978. -544 с.

112. Тынный А. Н. Прочность и разрушение полимеров при воздействии жидких сред. Киев: Наукова думка, 1975. —-206 с.

113. Релаксационные явления в полимерах. /Под ред. Бартенева Г. М. и Зеленова Ю. В. Л.: Химия, 1978. - 183 с.1. УТВЕРЖДАЮ»

114. Эксплуатация полимерминеральных покрытий и методика расчета их срока службы по данным форсированных испытаний, предложенная в работе, дают согласованные данные о стойкости защитно-декоративных покрытий цементных бетонов.

115. Зам. начальника ОГМ по строительству

116. Проректор по HP ПГАСА, член-корр. РААСН д.т.н., профессор

117. Главный инженер ОАО НПП «Эра»1. Соискатель