Дерев'янко Віктор Миколайович. Теоретичні освнови підвищення стійкості та технологія дисперно-армованих покриттів

Краткое описание

Дерев'янко Віктор Миколайович. Теоретичні освнови підвищення стійкості та технологія дисперно-армованих покриттів : Дис... д-ра наук: 05.23.05 2002

Дерев’янко В.М. Теоретичні основи підвищення стійкості та технологія дисперсно-армованих покриттів. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.23.05 - будівельні матеріали та вироби. Придніпровська
державна академія будівництва та архітектури. Дніпропетровськ, 2002.
Дисертація присвячена питанням підвищення стійкості захисних та жаростійких покриттів. В роботі запропонована гіпотеза залежності стійкості покриттів від співвідношення міцнісних та деформаційних параметрів системи: захисне покриття контактний шар підложка (основа). А також гіпотеза про можливість зміни параметрів покриттів шляхом армування волокнами мінерального або органічного походження і керування їх співвідношенням в залежності від умов експлуатації.
Приведені відомості про виробництво волокон, їх властивості та області використання. Зроблено тематичний аналіз руйнування покриттів, моделей твердих тіл. Розроблено методологію досліджень армованих покриттів. Розглянуто фізико-хімічні процеси в системах: мінеральні в’яжучі органічні волокна; покриття підложка. Установлено можливість використання органічних волокон для армування захисних покриттів на основі мінеральних в’яжучих. Доказана залежність стійкості покриттів від співвідношення параметрів системи і запропоновано коефіцієнти стійкості. Запропоновано нові рівняння для визначення вмісту волокон та їх довжини. Наведено результати досліджень стійкості армованих покриттів в агресивних середовищах, реологічних властивостей армованих розчинів. Розроблено технологію нанесення покриттів. Наведено результати експериментально-промислових випробувань.

В межах розв’язання науково-технічних проблем захисту будівельних конструкцій та теплотехнічного обладнання для забезпечення високих техніко-економічних показників виробництва в дисертації наведено теоретичні узагальнення та розроблено нові теоретичні основи підвищення стійкості захисних покриттів на основі мінеральних в’яжучих, що полягають у керуванні співвідношень міцнісних і деформаційних параметрів зп кш о, та цілеспрямованої зміни їх властивостей шляхом армування волокнами мінерального або органічного походження.
Установлено основні групи співвідношень міцнісних (б) і деформаційних (e) параметрів системи: зп кш о, які подані у вигляді рівнянь модулів пружності пружної дільниці діаграми б e: 1 Езп= Ео; 2 Езп< Ео; 3 Езп> ЕоПри Езп= Еонайбільш стійкою є система, в якій К1= К2= 1, якщо Езп< Еостійкість системи забезпечується при коефіцієнтах К11, К1< 1 та К21, у випадку Езп> Еонебезпека руйнування покриття існує при К1< 1 и К2< 1, в останніх випадках руйнуванню підлягає поверхня основи. Вперше запропоновані критерії стійкості покриттів: К1= бзп/ бо відношення напружень та К2= eзп/ eо відношення деформацій покриття і підложки. Доведено умови найбільш високої стійкості покриттів та створено передумови для підготовки нормативної бази вибору, розробки та проектування покриттів в залежності від умов експлуатації та властивостей захисної поверхні.
Згідно із запропонованою концепцією підвищення стійкості покриттів на основі мінеральних в’яжучих науково доведено та експериментально підтверджено гіпотезу регулювання міцнісних та деформаційних параметрів системи зп кш о армуванням покриттів дискретними волокнами. Запропонований метод дозволяє цілеспрямовано змінювати властивості покриттів: зменшити усадку, швидкість усадки розчинів відповідно на 14 20 % та 30 50 %, тепловологісні деформації на 30 40 %, змінити крихкий характер руйнування покриттів на пружно-в’язкий. Для жаростійких покриттів зменшити деформацію при першому нагріванні, підвищити термостійкість, що в результаті сприяє підвищенню стійкості покриттів.
Розроблено та експериментально підтверджено аналітичні методи визначення параметрів дискретного армування покриттів: довжини волокон в залежності від розмірів заповнювача: lкр= 0,732D + 1,73h, де lкр, D, h відповідно, критична довжина волокон, діаметр заповнювача, величина розсування зерен, мм; кількісного вмісту волокон із запропонованої гіпотези рівності навантажень на одиничні об’єми матриці та волокна: m = n (dм/ dв) 100%, де n коефіцієнт орієнтації волокон; dм, dв граничні напруження міцності волокна та матриці, МПа.
Розвинуті уявлення про механізм дії властивостей підложки на адгезійну міцність покриття. Установлено вплив рельєфу поверхні захисту на розмір контактної поверхні, міцність зчеплення, напруження в покритті. Так, при розрахунковій поверхні 1м2дійсна поверхня захисту при поверхневій пористості 4 % і рівному рельєфі досягає 110 %, хвилястому рельєфі (висота нерівностей Rмакс= 5 мм) 150 %, трикутниковому 140 %. Відповідно міцність контактного шару (випробування на відрив) для покриття КЦР, дорівнює 1,45 МПа, хвилястого 1,80 МПа і трикутникового 1,42 МПа. Аналогічні результати отримані і для інших покриттів. Дослідження границі розділу покриття підложка за допомогою світлової мікроскопії показали, що щільність контакту найбільша при рівному рельєфі, але як показують механічні випробування, міцність при хвилястому. Це пояснюється відсутністю механічного зчеплення покриття із підложкою. Найбільша міцність контактного шару досягається при хвилястому рельєфі з кроковим параметром, перебільшуючим розміри заповнювача більш ніж в 2,5 разів. Вологість, пористість та карбонатизація поверхні конструкції змінюють структуру та мінеральний склад покриття по товщині, відповідно і властивості системи в цілому. Визначено, що, використовуючи ланку технологічних методів, можна запобігти негативному впливу вище вказаних чинників.

Дослідженнями фізико-хімічних процесів в системі: неорганічні в’яжучі органічні волокна (поліамідні, поліпропіленові, вуглецеві) одержані додаткові дані, що дозволяють зробити висновок про можливість використання органічних волокон для армування покриттів на основі мінеральних в’яжучих. Так деградація волокон на протязі одного року в розчинах, що відповідають рідкому середовищу цементного каменю: насичений розчин гідроксиду кальцію Са(ОН)2 1,48 г/л, рН = 12,45 при t = 20C; розчин, що відповідає розчину витяжки (Лавранса), рН = 13,05 при t = 20C; Са (ОН)2 0, 48 г/л або 6,5 10-3мол/л, КОН 3,45 г/л, або 6,2 10-2мол/л, NaOH 0,88 г/л, або 2,2 10-2мол/л; подвійний розчин лугів NaОН та КОН з рН еквівалентним розчину витяжки; розчин КOH з рН = 13,70; розчин NaOH з рН = 13,50, досягає не більше 1 % по масі. Високу стійкість органічних волокон в середовищі цементної матриці підтвердили випробування міцнісних властивостей армованих зразків у віці 1 3 роки. Дослідження за допомогою інфрачервоної спектроскопії та електронної мікроскопії показали відсутність руйнування поверхні.
Доведено, що керуванням співвідношень міцнісних та деформаційних параметрів покриття, контактного шару та підложки, а також цілеспрямованої зміни їх властивостей шляхом армування дискретними волокнами можна принципово змінити характер протікання корозії внаслідок отримання замкнутої системи і ущільнення структури покриттів, що дозволяє значно підвищити їх стійкість.
Проведено аналіз теоретичних моделей композиційних матеріалів та запропоновано нову структурно-функціональну модель покриття, яка дозволяє оцінити дію механічних навантажень та агресивних середовищ на стійкість покриттів (патент України).
На основі теоретичного аналізу та експериментальних досліджень визначено вплив армування на реологічні властивості армованих розчинів. Введення дискретних органічних або мінеральних волокон до складу покриттів змінює швидкість деформації розчинів і вони ведуть себе як псевдоньютоновські рідини, підкоряючись закону h =Р/e = Const. Доведено, головним чинником, що впливає на реологічні властивості, є співвідношення довжини та діаметра волокон, тобто lкр/d і тільки потім їх вміст. Отримано аналітичне рівняння залежності в’язкості суміші армованого розчину від співвідношення довжини та діаметра волокон та їх вмісту: hа=hр+(hрm lкр/d), де: hа в’язкість армованого розчину, сек; hр в’язкість розчину, сек; l довжина волокон, мм; d діаметр волокон, мм; m концентрація армуючого компонента; dм,dв напруження, що відповідають границі міцності матриці та волокна, МПа. Розроблено основи технології нанесення армованих дискретними волокнами покриттів у заводських та експлуатаційних умовах з використанням більш як 80% існуючого обладнання.
Експериментально-промислові випробування захисно-декоративних, захисних та жаростійких покриттів, армованих дискретними волокнами, розроблених та нанесених відповідно із запропонованою теорією та технологією, показали високу стійкість. Економічний ефект при використанні армованих жаростійких покриттів та технології нанесення футерівки колодязів томління зливків дорівнює 14362 грн. Очікуваний річний економічний ефект від впровадження розробок покриттів для ремонту колодязів томління зливків сталеливарного цеху ВАТ ДЗМО складе 135400 грн. Використання армованих покриттів на основі КЦР та СКЦК-А при виконанні ремонту полу цеха первинної обробки сировини ВАТ Мелітопольський м’ясокомбінат” замість гідроізоляційних сумішей СН-76, СR-65, ТОВ Полірем” м. Київ, СС-6 ТОВ Сухі суміші” м. Запоріжжя, дозволило знизити вартість складу початкових компонентів з 3,98 грн / кг до 0,63 грн / кг. Також були відмінені планові ремонти в 1997 та 1998 роках. Загальний економічний ефект склав 167854 грн.