автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.11, диссертация на тему:Влияние физико-химических процессов в поверхностях раздела на свойства стекловолокнистых композиционных материалов с матрицами из неорганических вяжущих веществ

ВВЕДЕНИЕ.

1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Состояние вопроса

1.2. Цели и задачи исследования.

1.3. Характеристика исходных материалов

1.4. Методы исследования.

2. НОВООБРАЗОВАНИЯ В ПОВЕРХНОСТЯХ РАЗДЕЛА ВОЛОКНО

МАТРИЦА

2.1. Состояние поверхности исходных стеклянных волокон.

2.2. Новообразования на поверхности стеклянных волокон, обработанных водой и растворами щелочи

2.3. Новообразования в поверхностях раздела стекло-цементных композиций.

2.4. Выводы.

3. СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТЕЙ РАЗДЕЛА В КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛАХ С МАТРИЦАМИ ИЗ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЯНШДИХ ВЕЩЕСТВ.

3.1. Микротвердость и микрохрупкость поверхности исходных стеклянных волокон

3.2. Микротвердость и микрохрупкость новообразований на поверхности стеклянных волокон, обработанных водой и щелочными растворами

3.3. Микротвердость и микрохрупкость поверхностей

раздела в композиционных материалах

3.4. Макроструктура и микротвердость матриц из неорганических вяжущих веществ

3.5. Микротвердость и микрохрупкость защитных покрытий для стеклянных волокон.

3.6. Выводы

4. ВЛИЯНИЕ СОБСТВЕННЫХ ДЕФОРМАЦИЙ МАТРИЦЫ НА СОСТОЯНИЕ

ПОВЕРХНОСТЕЙ РАЗДЕЛА

4.1. Усадка и расширение матриц из неорганических вяжущих веществ

4.2. Напряжения в поверхностях раздела

4.3. Разрушение поверхностей раздела

4.4. Выводы .Х

5. ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА СВОЙСТВА СТЕКЛО

ЦЕМЕНТНЫХ И СТЕКЛОГИПСОВЫХ КОМПОЗИЦИЙ.

5.1. Зависимость свойств композиций от соотношения компонентов

5.2. Влияние вида и марки цемента на прочность композиций.

5.3. Зависимость свойств композиций от водовяжущего отношения.

5.4. Влияние условий твердения композиций на их прочность

5.5. Выводы

6. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТЕКЛОЦЕМЕНТНЫХ И СТЕКЛО

ГИПСОВЫХ КОМПОЗИЦИЙ В РАЗЛИЧНОМ ВОЗРАСТЕ

6.1. Зависимость прочности композиций от их возраста при кратковременном действии нагрузки

6.2. Прочность и ползучесть композиций при длительном действии постоянной нагрузки

6.3. Механизм взаимодействия цементной матрицы со стеклянным волокном

6.4. Выводы

7. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОШВОДСТВА И ПРОМЫШЕННОЕ ВНЕДРЕНИЕ

ИЗДЕЛИЙ ИЗ С ТЕКЛО ЦЕМЕНТНЫХ КОМПОЗИЦИЙ.

7.1. Стеклоцемент текстолитовый для гидрозащитных покрытий теплоизоляционных конструкций.

7.2. Стеклоцементная гидроизоляция

7.3. Комбинированное армирование железобетонных конструкций

7.4. Центрифугированные безнапорные стеклоцементные трубы

7.5. Стеклоцементные листы ограждения эстакады метрополитена

7.6. Малотоннажные суда из стеклоцемента

7.7. Стеклоцементные кормушки для крупного рогатого скота

7.8. Скульптуры из стеклоцемента

7.9. Выводы. основные вывода.

СПЖОК ЖПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

Актуальность теш. В современном строительстве широко применяются железобетон и армоцемент, для производства которых ежегодно расходуется около 20 млн.т различных сортов стали или около 20$ всего объема проката черных металлов, выпускаемого металлургической промышленностью СССР. В связи с этим "Основными направлениями экономического и социального развития СССР на 19811985 годы и на период до 1990 года" перед промышленностью строительных материалов, конструкций и деталей поставлена задача "Предусмотреть преимущественное развитие производства изделий, обеспечивающих снижение металлоемкости, стоимости и трудоемкости строительства, веса зданий, сооружений." Одним из способов решения этой важнейшей народнохозяйственной проблемы является внедрение в строительство композиционных материалов с матрицами из неорганических вяжущих, армированных стеклянными волокнами.

С этой точки зрения особую актуальность приобретают работы, направленные на создание композиций на основе неорганических вяжущих веществ и стеклянных волокон со стабильными во времени прочностными свойствами. Прежде всего это касается стеклоцементных композиций, которые, как показал опыт, благодаря высоким механическим характеристикам, дают возможность существенно снизить расход стали, уменьшить массу конструкций и изделий и сократить трудоемкость строительства. Однако недостаточность сведений о процессах, происходящих на границах контактов волокна с матрицей, данных о свойствах поверхностей раздела, образующихся в результате этих процессов, исключают возможность создания стеклоцементных композиций с заданными и не зависящими от времени свойствами.

Цель работы. Теоретическое и экспериментальное исследование физико-химических и механических процессов, происходящих в поверхностях раздела армированных стекловолокном композиционных материалов с матрицами из неорганических вяжущих веществ, изучение и систематизация свойств стеклоцементных и стеклогипсовых композиций, определение факторов, влияющих на стабильность свойств композиций во времени, разработка промышленной технологии производства изделий из стеклоцементных.композиций.

Научная значимость и новизна. Впервые проведено комплексное изучение физико-химических процессов, происходящих на границах контактов стеклянных волокон с модельными щелочными растворами, цементными и гипсовыми матрицами, и свойств поверхностей раздела, образующихся в результате этих процессов, в натурных условиях и при повышенных температурах в период от 10 минут до 22 лет. Изучены и систематизированы свойства стеклоцементных и стеклогипсовых композиций, установлена зависимость этих свойств от ряда технологических факторов и взаимосвязь их со свойствами поверхностей раздела. Выведены аналитические выражения для определения напряжений в поверхностях раздела, возникающих под воздействием собственных деформаций матриц.

Установленные закономерности изменения во времени свойств поверхностей раздела и их напряженного состояния позволили уточнить и развить представления В.П.Сербина/ 37/ о причинах разупрочнения стеклоцементных композиций. Предложена модель разрушения стеклянного волокна в цементной матрице из-за совместного воздействия физико-химических процессов и механических напряжений в поверхностях раздела. Полученные результаты дают возможность прогнозировать изменение свойств стеклоцементных композиций во времени и послужили основой для разработки композиций со стабильными во времени свойствами, рекомендаций по модификации защитных покрытий для стекловолокнистой арматуры, а также технологии промышленного производства стеклоцементных изделий.

Практическая ценность и реализация в промышленности. Разработаны составы и технология промышленного производства стеклоце-ментной гидроизоляции, текстолитового стеклоцемента для гидрозащитных покрытий теплоизоляционных конструкций, стеклоцементных безнапорных труб, стеклоцементных кормушек для крупного рогатого скота, комбинированного армирования железобетонных конструкций, стеклоцементных скульптур, ограждения эстакады метро на мосту через р.Днепр в г.Киеве. Указанные составы стеклоцементных композиций и технология их производства внедрены или готовятся к промышленному внедрению.

Стеклоцемент текстолитовый внедрен в Волгоградском СМУ "Стройтермоизоляция". За период с 1966 по 1983 год объем покрытий из стеклоцемента превысил 5,15 млн.м с экономическим эффектом 1134,5 тыс.руб.

Стеклоцементная гидроизоляция получила внедрение в ряде строительных министерств и ведомств.

Производство стеклоцементных безнапорных труб внедряется на Киевском комбинате "Стройиндустрия". При объеме внедрения 600 тыс. м труб ожидаемый экономический эффект 418,5 тыс.руб. Производство стеклоцементных кормушек и железобетонных конструкций с комбинированным армированием внедряется на заводах Министерства сельского строительства УССР. Ожидаемый суммарный годовой экономический эффект 48,6 тыс.руб.

Изготовление стеклоцементных скульптур внедрено на Киевском живописно-скульптурном комбинате.

Апробация работы. Основные научные и практические результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-технических совещаниях:

- семинар "Применение пластмасс в судостроительном и машиностроительном производстве" (Николаев, 1962);

- информационное совещание "Применение стеклоцемента в строительстве" (Киев, 1963);

- I координационное Всесоюзное совещание "Строительные конструкции из стеклоцемента" (Киев, 1963);

- Всесоюзный семинар "Экономия металла в строительстве" (Ленинград, 1964);

- семинар специалистов областных отделов института Укооп-проект (Киев, 1974);

- Всесоюзный семинар "Фибробетон и его применение в строительстве" (Москва, 1977);

- научно-технические конференции профессорско-преподавательского состава Киевского инженерно-строительного института (Киев, 1977, 1978);

- Всесоюзное совещание "Применение дисперсно-армированного бетона (фибробетона)" (Ленинград, 1978);

- Всесоюзное совещание "О повышении эффективности производства и применения стекла, материалов и изделий на его основе в строительстве" (Гомель, 1979);

- семинар "Использование бетонов, армированных минеральными волокнами, в народном хозяйстве" (Киев, 1979);

- семинар "Прогрессивные конструкции, материалы и эффективные проектные и научные решения" (Харьков, 1980);

- Всесоюзная конференция "Армоцемент в яхтостроении"(Киев, 1980);

- семинар "Использование стекловолокноцементных композиций в народном хозяйстве" (Киев, 1982);

- П Украинская республиканская конференция по физико-химической механике дисперсных систем и материалов (Одесса, 1983).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 2 монографии, I справочник, 32 статьи, издано 5 наименований нормативнотехнической документации.

Объем и структура диссертации. Диссертация представлена на 137 страницах машинописного текста с 67 рисунками и 26 таблицами и состоит из введения, семи глав, общих выводов, списка ис -пользованной литературы и приложений.

4. ВЫВОДЫ

0,778 : 10,829 х 100 = 7,2.

В.А.Катеруша

Г.И.Веремейчук

И.И.Лисовой: а i':. авгусгг. шз г. пггт ссзгггжгт ц ravret ttc.'Ci'VZt Ккззоксгс etoosncra "cr*: f-ч.-л, у-у. Т^Л^Г^'^.Г Г" *V*r» >-« ft ^ ^ КГ»--. ^".ff't^ г xj< .-л l-w о 1 w* A >> „ », ? «.»• • » AJ s : ■>.- и . »-.<».;. :> рпзрбжп.'^ шг^жс*! Г- пс^оя; м "пгптг*

1Г62 rem TIC, то?сж\ж пегогш::^ Г^С^С e?o::-'!C~ vzizizzizn: схсглыггур,з re:.:

-crгжптур'-п::? ГХХСяпмта: зпсотсй г с itos'iu е^клогД'Ж пютятг. ^оокают "bin.:-;

Сспсвшт ггрстгг^^окж: тт^г*

KsroscsscKi??; c-ivf-iTrrг? гтх^г.ъжхг. rxrrsson:

1» П£сзгсга пзго?огл'л:т?т; Сйулш^р ш е^пплтп:^ оо

ITSГ£ТОГ^Г.С*Г?"Г* !Т: Г/37Г.ЛГЛ^""-Т^ЭТиГСГС Н»5t#ГГТГ.'Г;*ТС Г СП'ОГГЗ/ к*ата?г«сиссг. sa екзг спснпп.зпзП шгоп^пог&Е е^бсяги csn л i — -t n Trpir^RLTJ! ef: пс пласктлси оку.*!!:;:'? rr^rfYP :> l-.OTC^V.ti. nj^^c^D^uS'On т.- cir^bncj.rp ^Ггнсгол.':;-:: 7! run:: r nopor^r:^?*' nor-.ro К€ггюпп;н;п:гг:огш>mm vamr.xrjz PICDTII Л:: ггзта irx ^стпсж?»

-W —» v. ■■ i j

• U f л . с о: i i ' Li \ - ^ у* - . - v . - / ^ - ., % V ^ - • £

1. 1 — ft*-,.''!-!";:'"--'' r»^ i,>r. r-ff*. r^r* '«п'г-г- —- t* л "

T • V" ' v.- —* J---- ~ •-»•- 1 ~

•frT"" »•»!«» TTi^* -----" л Г! fr.^i'i'Mr'i T-f nn'V, ••'*•* * -«"f»-, f>7»-T ГТ*^* /г o" *■■■ о в ft Г-.Г

Ч-,- - „ ,

• в

- - - . . - 4 - - *!"- . - -------, . ,:. .li - v.,-. *----» v".- ~ - Г* - .- - - 71 ^ . Ft 1 .Л . Г - - ^ - , . . > '-.У - .' ' - V- .Г"".-* - -- -- - t . - * . 4': •

- '-г-1» г/ i.V; v c. .'v.b. •- i--i^w -j fir

- ----- . ---■■ Г-- t" л"------- tw . ' , ■- - - ' ' '

- . ,, . ^'■

- v-; .l'»", --.о----:»

• Вертртшш ЕЛЛсшха /crsosa %5 trssf^/ йШЕЩшзна^ г* Т^ЕО^ЗЛДППОГ: /лрпг/.

3» Пор^огкзп епдапттрз /вююга Зр устадалзш з tv Knppssno ^ешшшП сбязсят»

ГГрСЩ ЙТОГЙ СТД^ЛЬШ^ С1^ЛГЛГГ?|П.! Т? ЕШГОешиш раздашь рашзроз усязпсзлзяз р. рта городов ГссепПопоП СЗЗ^ГасазспеП cap* s* во sees скйясгях овоЯ с Я*

Гс?е еп^нт^ш^хешождаз как и ттсгФта н ЕЙ Г;оощ^е $omtm z^nrztm^mm*

7" Ейзгзхгзго еСтзъж-то $ля£я Хдагжягвзвпого есцяа / «=?/ г.'--'Л iie/'cib'iA.:.'14;- /

Шжи яудеззягя: ластпогс остгзтздя щт^д УШГ ." X . ,

Г.К-СРС./

Гогу-iJ?: . л csssopa Кегззокого гтагстшяшз тШ335 КЗС— и--'.^S'ji-.v./