Научная статья на тему 'Покриття на основі наповненого поліметилфенілсилоксану для високотемпературного захисту залізобетонних будівельних конструкцій'

Покриття на основі наповненого поліметилфенілсилоксану для високотемпературного захисту залізобетонних будівельних конструкцій Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
93
19
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
захисне покриття / високотемпературний захист / залізобетон / будівельна конструкція / поліметилфенілсилоксан / sheeting / high temperature defence / reinforced concrete / build construction / polymethilphenilsiloxsan

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Л Б. Демидчук

Досліджено фізико-механічні властивості захисного покриття на основі наповненого поліметилфенілсилоксану з наповнювачами та можливості їх використання із врахуванням рецептур вихідних композицій для високотемпературного захисту залізобетонних будівельних конструкцій. Показано вплив зміни фазового складу покриття на властивості матеріалів, які експлуатуються в умовах дії високих температур.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Coverage is on the basis of gap-filling polymethilphenilsiloxsan for high temperature defence of reinforced-concrete build constructions

Physical and mechanical properties of sheeting are investigational on the basis of gap-filling polymethilphenilsiloxsan with fillers and possibilities of their use taking into account compounding of initial compositions for high temperature defence of reinforced-concrete build constructions. Influence is rotined of change of phase composition of coverage on properties of materials, on-the-road in the conditions of action of high temperatures.

Текст научной работы на тему «Покриття на основі наповненого поліметилфенілсилоксану для високотемпературного захисту залізобетонних будівельних конструкцій»

УДК 666.841 Астр. Л.Б. ДемидчуК - Львiвська КА

ПОКРИТТЯ НА ОСНОВ1 НАПОВНЕНОГО ПОЛ1МЕТИЛФЕН1ЛСИЛОКСАНУ ДЛЯ ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ЗАХИСТУ ЗАЛ1ЗОБЕТОННИХ БУДШЕЛЬНИХ КОНСТРУКЦ1Й

Дослiджено фiзико-механiчнi властивостi захисного покриття на осж^ наповнено-го полiметилфенiлсилоксану з наповнювачами та можливостi !х використання iз враху-ванням рецептур вихiдних композидш для високотемпературного захисту з^зобетон-них будшельних конструкцiй. Показано вплив змши фазового складу покриття на власти-востi матерiалiв, якi експлуатуються в умовах дц високих температур.

Ключовi слова: захисне покриття, високотемпературний захист, зшпзобетон, будь вельна конструкдiя, полшетилфеншсилоксан.

Постановка проблеми. Завдання високотемпературного захисту залДзо-бетонних буддвельних консIрукцiй полягае в утвореннi на 1х поверхш щДльних теплоiзолюючих екранiв з низькою температуропровiднiстю, якi здатнi протягом тривалого часу не руйнуватися пiд дiею високих температур, вогню та Днших аг-ресивних чинникДв навколишнього середовища.

Спосiб захисту будДвельних конструкций обираеться на пiдставi техшко-економiчного аналiзу з урахуванням такого: умов 1х експлуатацц; температуро-та вогнестшшсть; стушнь агресивностi навколишнього середовища; природа ма-терiалу, що захищаеться, вартiсть тощо. Вiдомi на сьогоднi способи захисту залД-зобетонних конструкций вiд до високих температур i вогню у виглядд штукату-рок, бетонування, жорстких екрашв, плит i обмазок характеризуются складнк-тю монтажу, значною товщиною i собiвартiстю догляду.

Високотемпературно-вогнезахисним матерiалам на основi неорганiчних речовин характерна наявшсть у склад зв'язано1 води, яка шд час нагрДвання ви-паровуеться i блокуе перенесення тепла до поверхш, що захищаеться. Як зв'язок використовують рДдке скло, портландцемент, глиноземистий цемент, фосфатнi та алюмосилДкатш в'яжучi. Температуро- i термостiйкими заповнювачами для за-хисних покритпв виступають спучений перлiт i вермикулiт, керамзит, базальто-вi, каолiновi, кремнеземнi i кварцевi волокна. Проте цд покриття внаслДдок низь-ко1 атмосферостiйкостi недовговiчнi Д мають високу вартДсть.

Анашз останнгх дослщжень та публiкацiй. У процесД термДчно1 деструк-цц матерДалу захисного покриття вДдбуваються реакцц окислення оргашчних ра-дикалДв зв'язки, 1х деполяризащя Д змДни у структуроутвореннД [1-3]. Кисень без-посередньо дДе тальки на оргашчш радикали, тому стшшсть такого матерДалу до дц високих температур визначаеться його будовою.

З'еднання, якД в полшерному ланцюзД замДсть атомДв вуглецю мДстять ато-ми Днших елеменгав, зокрема силщда, можуть значно збДльшити термДчнД власти-вост захисних матерДалДв. Такими з'еднаннями можуть бути використанД полДор-ганосилоксани, кДнцевим продуктом термоокисно1 деструкцл яких е полДмер [8Ю2] п, який додае матерДалу також певно1 мщноста [4]. Неоргашчний полДмер, який знаходиться у складД матерДалу, пДд час нагрДвання е каркасом пДд час фор-мування захисного шару захисного покриття. Синтезоваш полДмери, якД в основ-

1 Наук. кергвник: проф. М.М. Гивлюд, д-р техн. наук - НУ " Львгвська полггехнка"

Нащональний лкотехшчний yнiверситет Украши

ному лaнцюзi з атомами силiцiю i кисню мiстять пеpiодичиi включення aтомiв мет^в, нaвiть незначний вмiст якиx piзко змшюе влaстивостi силiцiйоpгaиiчииx з'еднань за paxyнок збiльшения маси мiнеpaльноï складово!'.

Як вiдомо [S, 6], полiоpгaнометaлосилоксaни xapaктеpизyються високою теpмiчною стiйкiстю, яка пеpевищye теплостiйкiсть силiцiйоpгaиiчниx полiмеpiв. Сеpед полiоpгaнометaлосилоксaиiв видляють полiмеpи, y якж ланцюги побудо-вaнi з атомш силiцiю, кисню та aлюмiнiю. ïx викоpистовyють для виготовлення пластмас, яш можуть ефективно виконувати фyнкцiï тд час нaгpiвaния до темпе-paтypи S13 К [7]. Внaслiдок теpмiчного pозклaдaния в ниx збеpiгaeться зв'язок Si - O-Al. Нaгpiвaния до темпеpaтypи понад S23 К пpиводить тшьки до обмiиy фенiльниx i aлкiдниx гpyп мiж атомами силщю i aлюмiнiю.

Особливiстю оpгaносилоксaнового по^Еття, яке е пpодyктом фiзико-меxa-шчник i тепловиx пpоцесiв, яш вщбуваються в системi "полiоpгaносилоксaи - оксид - силжат", е ïx низька темпеpaтypa фоpмyвaиня (до S13 К) i здатшсть до коpот-кочасного зaxистy покpитоï ним повеpxнi пpи нaгpiвaинi до 3273 К, за paxyнок ут-воpення в мaтеpiaлi покpиття eдиноï пpостоpовоï стpyктypи з високомiциими си-локсансилжатними, силоксaи-оксидиими i металосилоксановими зв'язками [7, 8].

Оксиди, ят викоpистовyються в зaxисномy покpиттi як наповнювач, вь дiгpaють важливу pоль у шдвищенш теpмостaбiльностi покpиттiв, залежно вiд ïx xiмiчноï пpиpоди початок дестpyкцiï у зазначешй вище системi або змщуеться в область високиx темпеpaтyp, або pозшиpюe темпеpaтypиий iнтеpвaл дестpyкцiï полiмеpy. За темпеpaтypи нaгpiвaния понад 973 К стшккть зaxисииx покpиттiв визначаеться властивостями висококpемнеземистоï склокеpaмiки, в яку пеpеxо-дить оpгaносилоксaновий мaтеpiaл. Властивосп покpиттiв повшстю залежать вiд ^оцет стpyктypноï пеpебyдови за paxyнок aмоpфiзaцiï з подальшим yтвоpен-ням новт фаз i ïx пеpекpистaлiзaцieю. За темпеpaтypи понад 1473 К мaтеpiaл може плавитися i пеpетвоpювaтися на склоподiбнy масу. Пiдвищити aдгезiйиy мщшсть та теpмостiйкiсть оpгaносилiкaтииx покpиттiв за paxyнок знижеиия ïx поpистостi можливо шлятом введення до ïx складу склоподiбниx добавок, окси-дав змiнноï вaлентностi та попеpедиьоï тдготовки повеpxнi, яка зaxищaeться [8].

Доведено, що основними пеpевaгaми оpгaносилiкaтииx i оpгaнооксидниx покpиттiв е ïx висока еластичшсть, показники електpоiзоляцiйииx та теплоiзоля-njränx властивостей, вологостiйкiсть, гiдpофобнiсть, aдгезiя, пpостотa i доступ-шсть теxнологiï' нанесення, довготpивaлa теплостiйкiсть. За високиx темпеpaтyp експлуатаци вiдбyвaeться pyйиyвaния оpгaнiчноï' склaдовоï i pоль зв'язуючого в системi пеpеxодить до силiцiйкисневого кapкaсa, по^итта стае поpистим, що е пpичиною погipшения ïï експлyaтaцiйниx властивостей.

Мета роботи полягае у дослiджеииi можливосп отpимaиня темпеpaтypо-зaxисииx покpигтiв для зaлiзобетонниx бyдiвельииx мaтеpiaлiв на основi напов-неного полiметилфенiлсилоксaиy.

Дослщна частина. Як компоненти для зaxисииx похитив викоpистовy-вали полiметилфенiлсилоксaновий лак К0-08, aлюмiиiю та циpкоиiю оксиди. Miнеpaльнi нaповиювaчi кaолiн, кaолiнове волокно та шамотний бiй обpaиi, ви-xодячи з ïx стiйкостi, вiдповiдно до до високиx темпеpaтyp, сyмiсностi з силь цiйоpгaиiчиими сполуками, здaтностi взаемодяти з кpемнеземом, який зв'язуеться тд час нaгpi8aния з yтвоpеииям новиx вогнетpивкиx силiкaтниx фаз.

Введення в систему А12О3^Ю2-8Ю2 полiметилфенiлсилоксану на замшу силшш (IV) оксиду сприяе покращенню технологiчностi нанесення захисного покриття та характеризуеться появою п1д час нагршання додатково'1 стадií термо-окисно'1 деструкци в температурному iнтервалi 813...1373 К з утворенням сла-бокристалiзованих модифкацш кремнезему (рис. 1).

Як вже було зазначено, вибiр складiв захисних покриттiв здшснено, вихо-дячи з умови, що оптимальними е склади з мiнiмальним вмiстом кремнезему тс-ля термоокисно'' деструкци полiметилфенiлсилоксану. Збшьшення змiсту кремнезему в покритл поряд iз iнтенсифiкацiею кристалiзацií мулггово'' i цирконово'' фаз пiд час на^вання призводить до утворення Р-кристобалггу, який погiршуе захиснi властивостi покриття. Дослщження змши фазового складу початково'' композици при пiдвищеннi температури проведено з використанням методiв ш-фрачервоно'' спектроскопи i рентгенофазового аналiзу.

За температури 1273 К в покритл утворюеться ситмашт, який за умови подальшого насичення А1О4 переходить в мулл. При нагрiваннi до 1673 К крис-талiзуеться фаза циркону як результат взаемодп 7г02 з силоксановими групами. В iнтервалi температур 1473... 1673 К спостерггаемо незначну кiлькiсть Р-кристо-балiту як наслщок кристалiзацií непрореагувавших силiцiйоксидних груп зв'язки. За температури 1873 К фазовий склад вже представлений непрореагувавшими муллом i цирконом, зернами корунду i моноклiнного Zг02. При цьому Р-кристо-балiт повнiстю вiдсутнiй. Електронно-мiкроскопiчне дослщження також показуе, що макроструктура покриття за температури 1873 К представлена переплетеною слкою мулла i циркону, зернами корунду i моноклiнного Zг02, що не прореагу-вали, а будь-яю модифкаци кремнезему вiдсутнi.

У процес нагршання покриття змшюеться вщ органосилiкатного до оксидного i далi до оксидно-силкатного. Деструкцк силiцiйорганiчноí зв'язки веде до значного збшьшення вщкрито'' пористостi покриттiв в iнтервалi температур 873. 1173 К, що негативно впливае на ''х захисш властивостi. Встановлено, що для штенсифкацп процесу спiкання та запобiгання утворенню пор i трщин у структурi матерiалу е доцшьним введення до складу початкових композиций мо-

Рис. 1. Фазовий склад продукпйв mepMOOKUCHOï деструкци пол'ичетилфешлсилоксапу nid час пагр'шаппя:

2) 473 К;

3)773 К;

4) 873 К;

5) 1073 К;

6) 1373 К.

1) початковий;

30 28 26 24 22 20 18 16

Нащональний лкотехшчний унiверситет Украши

дифiкуючих добавок, як впливають як на температурний iнтервал термоокисно! деструкцп зв'язки, так i на процеси взаемодп мiж компонентами в процесi нагрь вання i формування структури захисного покриття.

Протiкання зазначених процес1в пiдтверджуeться результатами комплексу методiв фiзико-хiмiчного анатзу. Покриття товщиною 300...400 мкм наносили на тдкладку методом занурення, при цьому пiд час формування покриття ввд-буваються процеси змочування i розтiкання суспензп, утворення площi контакту м1ж фазами i виникнення мiж ними адгезiйного зв'язку.

Адгезшна мiцнiсть покриття до пiдкладки зумовлена фiзико-хiмiчними процесами, якi вiдбуваються як у захисному шарi, так i в зонi контакту в температурному штерват 573... 673 К i мае екстремальний характер з максимумом при 473... 673 К (5,1.6,1 МПа) i мшмумом при 1273.1373 К (3,7. 3,9 МПа). Змен-шення адгезшно! мцносп зумовлене утворенням пор пiд час термоокисно! деструкцп силщшоргашчно! зв'язки, модифкацшними перетвореннями алюмiнiю, цирконш (IV), силщш (IV) оксидiв, внаслiдок чого зовшшнш вигляд покриття е пишною плiвкою iз слабо зв'язаних м1ж собою оксидiв.

Подальше нагр1вання покриття до 1673 К веде до збшьшення адгезшно! мiцностi покриття внаслщок утворення в структурi мулiту та циркону, зменшен-ня пористостi покриття, що пiдтверджуе попереднi результати дослщжень. Отри-манi результати щодо визначення наявностi пром1жного шару мiж покриттям i пiдкладкою пiдтверджують данi електронно-мкроскошчного аналiзу (рис. 2).

Рис. 2. Макроструктура перехiдного шару "покриття -Mamepian" (* 100) при meMnepamypi нaгpiвaння 523 К: а) сталь 09Г2С; б) бетон

Покриття на 0CH0Bi розроблених ck^îb характеризуются високими за-хисними властивостями в штерват температур 573 ... 1473 К.

Висновки. Отримання покриттiв з високооднорщною стаб1льною структурою i оптимальним комплексом фiзико-хiмiчних властивостей у широкому ш-тервалi температур можливо шляхом механохiмiчного оброблення початкових композицш в кульових млинах тривалiстю 150 год.

На^вання початково'1 композицп на основi полiметилфенiлсилоксану, наповненого каолiном, каолшовим волокном та шамотним боем, супрово-джуеться взаемодiею оксидного наповнювача з кремнеземом силщшоргашчно'1 зв'язки з утворенням за температури вище 1473 К мулпу, а вище 1673 К - циркону. Структура покритлв за температури 1873 К представлена частково не проре-

агувавшими пластинковими кристалами циркону, зернами корунду i моноклш-ного Zr02.

Розробленi склади покритпв характеризуються високими захисними властивостями i можуть бути використанi для тдвищення довговiчностi залiзо-бетонних конструкцшних будавельних матерiалiв, якi експлуатуються в умовах дií високих температур.

Лггература

1. Шарафиев Р.Г. Огнезащитные покрытия металлических конструкций / Р.Г. Шарафиев. Ф.Н. Сулейманов, И.Р. Сулейманов // Интеллектика. Логистика. Системология : сб. научн. тр. ЧНЦ РАЕН. - 2003. - Вып. 10. - С. - 103-111.

2. Plaques de pbtre // Face risque. - 2003. - № 396. - Pp. 46.

3. Полифункциональные элементоорганические покрытия / под общ. ред. А.А. Пащенко. -К. : Вид-во "Вища шк.", 1987. - 198 с.

4. Кротиков В.А. Эффективность применения элементоорганических соединений в технологии керамики и огнеупоров : матер. работ 2 съезда Рос. керам. общества / В.А. Кротиков. -СПб, 2000. - С. 38.

5. Демидчук Л.Б. Формування складу високотемпературних захисних покриттш будшель-них конструкцшних матер1ал1в / Л.Б. Демидчук, М.М. Гивлюд // Науковий вюник НЛТУ Украши : зб. наук.-техн. праць. - Львш : РВВ НЛТУ Украши. - 2012. - Вип. 22.4. - С. 140-144.

6. Демидчук Л.Б. Огнестойкие защитные покрытия металлических поверхностей / Л.Б. Де-мидчук, М.М. Гивлюд, И.А. Лобаев // Научный Интернет-журнал академии АГПС МЧС России. - М., 2012. - № 4(44). - С. 124-129.

7. Гивлюд М.М. Дослщження впливу фазового складу на термо- i жаростшгасть наповне-них силiцiйелементорганiчних захисних покриттш / М.М. Гивлюд. 1.В. Смченко // Науковi вiстi НТУУ "КП1". - 2007. - № 4 (56). - С. 115-120.

8. Брагина Л.Л. Научные основы синтеза жаростойких покрытий по черным металлам / Л.Л. Брагина // Сборник научных трудов ВАТ "УкрНИИогнеупоров имени А.С. Бережного". -Харьков : Вид-во "Каравела", 2004. - С. 147-151.

9. Зубехин А.П. Особенности синтеза жаростойкого стеклокристаллического покрытия / А.П. Зубехин., Е.А. Малышева // Стекло и керамика. - 1996. - № 3. - С. 30-32.

Демидчук Л.Б. Покрытие на основе наполненного полиметилфенил-силоксана для высокотемпературной защиты железобетонных строительных конструкций

Исследованы физико-механические свойства защитного покрытия на основе наполненного полиметилфенилсилоксана с наполнителями и возможности их использования с учетом рецептур исходных композиций для высокотемпературной защиты железобетонных строительных конструкций. Показано влияние изменения фазового состава покрытия на свойства материалов, эксплуатируемых в условиях действия высоких температур.

Ключевые слова: защитное покрытие, высокотемпературная защита, железобетон, строительная конструкция, полиметилфенилсилоксан.

Demydchyk L.B. Coverage is on the basis of gap-filling polymethilphenilsi-loxsan for high temperature defence of reinforced-concrete build constructions

Physical and mechanical properties of sheeting are investigational on the basis of gap-filling polymethilphenilsiloxsan with fillers and possibilities of their use taking into account compounding of initial compositions for high temperature defence of reinforced-concrete build constructions. Influence is rotined of change of phase composition of coverage on properties of materials, on-the-road in the conditions of action of high temperatures.

Keywords: sheeting, high temperature defence, reinforced concrete, build construction, polymethilphenilsiloxsan.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.