Диссертация (Моделирование физико-механических свойств и климатической стойкости эпоксидных композитов)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙМОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТИМ. Н. П. ОГАРЁВА»На правах рукописиСмирнов Игорь ВитальевичМОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВИ КЛИМАТИЧЕСКОЙ СТОЙКОСТИ ЭПОКСИДНЫХ КОМПОЗИТОВ05.23.05 – Строительные материалы и изделияДиссертацияна соискание ученой степени кандидата технических наукНаучный руководительдоктор технических наук, профессор,академик РААСНЕРОФЕЕВ Владимир ТрофимовичСаранск – 20172ОГЛАВЛЕНИЕВведение6ГЛАВА 1. Структурообразование, свойства, технология изготовления иприменение композиционных материалов на основе полимерных связующих для защиты бетонных и железобетонных конструкций141.1.

Долговечность бетонов и способы его повышения с помощьюантикоррозионных полимерных материалов141.2. Современные представления о структурообразовании композиционных материалов на основе полимерных связующих241.3. Составы и свойства полимерных композитов291.4. Технология изготовления эпоксидных полимербетонови их применение в строительстве1.5. Выводы по главе3339ГЛАВА 2.

Цель и задачи исследований. Применяемые материалы и методы исследований402.1. Цель и задачи исследований402.2. Применяемые материалы412.3. Методы исследования452.3.1. Метод рентгенофазового анализа цементного камня452.3.2. Физико-механические методы исследований472.3.3. Твердость и деформативные свойства поверхности образцов482.3.4. Оценка твердости материалов при иструментальном индентировании502.3.5. Метод определения ударной прочности512.3.6. Оценка декоративных свойств532.3.7. Биологические методы исследований542.3.8.

Математические методы исследований562.4. Выводы по главе583ГЛАВА 3. Исследование изменения физико-механических свойств бетона и полимерных покрытий по ним в эксплуатируемых железобетонныхсооружениях и опытных образцах железобетонных конструкций в береговой зоне Черного моря593.1. Исследование коррозии бетона железобетонных конструкций,эксплуатируемых в прибрежной зоне Черноморского побережья593.2. Исследование свойств бетона конструкций, экспонированных вприбрежной зоне Черного моря663.3.

Исследование изменения свойств полимерных покрытий, нанесенных по поверхностям опытных образцов железобетонных конструкций3.4. Выводы по главе7486ГЛАВА 4. Подбор рациональных составов полимерных композитов попоказателям прочности, деформативности, теплостойкости и проницае- 88мости4.1. Теория подбора оптимального количественного состава компонентов полимерных композитов по критерию его эффективной прочности884.2. Экспериментальное исследование упругопрочностных свойствполимерных композитов от основных структурообразующих факторовна уровне микроструктуры1034.3.

Исследование упругопрочностных свойств армированных полимерных композитов1074.4. Ударная прочность и демпфирующие свойства полимерных композитов1094.5. Исследование упругопрочностных свойств и трещиностойкостиматричных и каркасных композитов11444.6. Проницаемость полимерных композитов1194.7. Выводы по главе124ГЛАВА 5. Исследование обрастаемости полимерных композитов при ихэксплуатации в условиях воздействия биологических и климатических 126факторов5.1.

Исследование обрастаемости композитов в стандартной биологической среде1265.2. Исследование обрастаемости образцов из полимерных композитовпри выдерживании в условиях жаркого климата1305.3. Исследование обрастаемости образцов из полимерных композитовпри выдерживании в условиях умеренного климата5.4. Выводы по главе140150ГЛАВА 6. Оценка изменения физико-механических свойств полимерныхкомпозитов при воздействии биологических сред и климатических фак- 151торов6.1. Исследование стойкости полимерных композитов в условиях жаркого и умеренного климата1516.2.

Исследование особенностей изменения ударной прочности образцов, выдержанных в условиях жаркого климата1786.3. Исследование изменения декоративных свойств полимерных композитов6.4. Выводы по главе196213ГЛАВА 7. Рекомендуемые для применения полимерные материалы длязащитных покрытий и технико-экономическая эффективность их применения7.1.

Рациональные составы полимерных композиционных материаловдля защитных покрытий по бетонным и железобетонным конструкциям,эксплуатирующимся при неблагоприятном воздействии климатических2155факторов7.2. Внедрение результатов исследований2152217.3. Технико-экономическая оценка применения защитных материалов 2237.4. Выводы по главе229Заключение230Список литературы2346ВВЕДЕНИЕАктуальность темыВ современном строительстве применяется более 4,5 млрд м3 в год бетона ижелезобетона.

Как правило, железобетон используется для изготовления конструкций зданий и сооружений с достаточно длительным сроком службы. Однаков ряде случаев эти конструкции оказываются недолговечными и выходят из строяза малый срок эксплуатации. Повреждение конструкций в сооружениях в результате коррозии протекает тем быстрее и глубже, чем более агрессивна внешняясреда и чем менее учтены агрессивные воздействия при проектировании и эксплуатации сооружений на всем жизненном цикле.Большое влияние на коррозионные повреждения железобетонных конструкций оказывает окружающая среда (вода, воздушная среда, грунтовые воды иприсутствующие в них агрессивные вещества). Литературные данные свидетельствуют, что разрушающему воздействию постоянно ухудшающейся окружающейсреды подвергается до 75 % строительных конструкций. Одним из основных факторов, негативно влияющих на исходные свойства бетона, является действие повышенных и пониженных температур, ультрафиолетового облучения, попеременного замораживания и оттаивания.

Такие воздействия особенно характерны дляморских побережий, где, наряду с этим, конструкции подвержены воздействиюморской воды и солевого тумана.В этой связи создание строительных материалов и изделий, обеспечивающих улучшение физико-механических и эксплуатационных показателей, снижение материалоемкости и трудоемкости их изготовления, – важнейшая задача в области строительного материаловедения. Опыт применения композиционных материалов на эпоксидном связующем в качестве защитных покрытий по бетонным,железобетонным и металлическим поверхностям показал их надежность и достаточно высокую эффективность. Однако, несмотря на большое количество работпо этой проблеме, многие вопросы, связанные с процессами структурообразования, оптимизацией составов, технологией изготовления, долговечностью при экс-7плуатации в различных климатических условиях, биологически активных средах,остаются недостаточно изученными.Перспективным направлением внедрения полимерных композиционных материалов с улучшенными физико-техническими свойствами является использование при их изготовлении модифицированных эпоксидных связующих и каркаснойтехнологии.

Модификация полимерных связующих осуществляется посредствомвведения различных добавочных компонентов. Каркасная технология заключается в предварительном создании оптимальных смесей заполнителей и склеиваниизерен друг с другом с последующим заполнением пустот полученного каркасаматричной составляющей.Данная работа посвящена изучению физико-механических свойств композиционных материалов на различных структурных уровнях с привлечением экспериментально-теоретических методов, оценке их долговечности, изменению структуры и свойств материалов, происходящему под воздействием механическихнагрузок, биологически активных сред и различных климатических факторов.Степень разработанности темыПроблемам экспериментального и теоретического исследования поведенияжелезобетонных конструкций в условиях воздействия различных агрессивныхсред посвящены работы С.

Н. Алексеева, В. М. Бондаренко, Е. А. Гузеева,Ф. М. Малова, Н. И. Карпенко, В. М. Москвина, В. Б. Ратинова, В. Ф. Степановой,N. S. Berke, J. Jamber, S. Modry и других авторов. Приводятся данные о стойкостиматериалов в условиях воздействия морской воды и различных климатическихфакторов. Работы посвящены структурообразованию, составам, свойствам, технологии получения и применению полимерных композиционных строительных материалов (ПКСМ).Большой вклад в исследование структуры, свойств и технологии композиционных материалов на основе полимерных связующих внесли Ю. М. Баженов, Г. М.Бартенев, А.

Н. Бобрышев, П. И. Боженов, А. Н. Волгушев, А. М. Данилов, А. С.Диденкула, В. Т. Ерофеев, А. Д. Зимон, П. Г. Комохов, Е. В. Королев, Н. И. Макри-8дин, М. А. Меньковский, Н. И. Моисеев, В. В. Патуроев, А. П. Прошин, Р. З. Рахимов, П. А. Ребиндер, И.