CC BY
25
строительные материалы и конструкции
Разработка защитных покрытий строительных конструкций на основе полиуретановых связующих
Е.А. Егунова
Одной из важнейших научно-производственных задач последних десятилетий является защита разного рода «рабочих» поверхностей от всевозможных внешних воздействий и повышение их долговечности. Огромную проблему представляет преждевременный износ поверхностей под действием разного рода абразивных сред или механических воздействий. Одним из наиболее распространенных средств защиты поверхностей строительных конструкций с целью повышения их несущей способности и долговечности является применение разнообразных полимерных покрытий.
На сегодняшний день наиболее широко применяемыми являются эпоксидные, полиуретановые, алкидные, уралкидные, виниловые и органосиликатные защитные покрытия. Несомненные лидеры среди них — эпоксидные и полиуретановые покрытия, позволяющие создавать действительно надежную и долговечную защиту бетонных поверхностей строительных конструкций. При этом полиуретановые покрытия обладают исключительно высокой износостойкостью и устойчивостью к абразивному истиранию. Эти характеристики превосходят аналогичные показатели эпоксидных покрытий в 3—4 раза.
Цель нашего исследования заключалась в создании оптимальных составов полиуретановых покрытий пола с учетом исходных характеристик мелкозернистого бетонного основания. Помимо исследования влияния вида наполнителей (оксида алюминия, доломита и цеолита) и степени наполнения, нами была проведена работа по изучению влияния водоцементного отношения мелкозернистых бетонов на разрушающую нагрузку при изгибе образцов с полиуретановыми покрытиями и адгезионную прочность наносимых покрытий.
В качестве наполнителей использовались доломит и цеолит, выбор которых обусловлен результатами проведенных ранее исследований [1]. На основании полученных результатов было установлено, что при разработке защитных полиуретановых покрытий возможна замена до 60% оксида алюминия (традиционного дорогостоящего наполнителя) местными наполнителями без потери эксплуатационных характеристик.
В ходе экспериментального исследования варьировались следующие факторы: доля оксида алюми-
ния (V,), доломита ^2) и цеолита (У3) в смеси наполнителей; степень наполнения полиуретановых составов (х,) и водоцементное отношение (х2), позволяющее регулировать пористость, прочностные и сорбционных характеристики бетонного основания. Исследуемые факторы и уровни их варьирования приведены в таблице.
Полимерные покрытия наносились на растянутую грань образцов-балочек 40x40x160 мм. Песчано-цементное отношение принималось постоянным (П/Ц = 3). Предварительная подготовка образцов заключалась в высушивании, очищении от пыли и покрытии поверхности грунтовкой ПОЛУРОЛ-01. Время твердения грунтовки за счет введения аминного катализатора было сокращено с 8 до 4 ч. Затем на подготовленное покрытие наносили полиуретановые композиции толщиной около 2 мм. В качестве эталона при проведении исследований был выбран про-мышленно-выпускаемый состав «Соверол 05» (ТУ 5772-001-99477769-2007), производимый ООО «Производственно-строительная компания «Строй-ПолиХим».
Полиномиальная модель при исследовании влияния структурных параметров полиуретановых составов и В/Ц отношения бетонных оснований на адгезионные и прочностные характеристики ПЦК имеет вид:
У = Ь 1 ■V^ ■fЬ,(X2) + Ь2 У2 •/Ь2(Х2) + Ь3 У3 /Ь3(Х2) + + Ь,2 V, \2 ■^ь12(х2) + ^1з уз ’4>,3(хг)
+ ^23 'у2 'уз ‘ 4>23(хг)+ С11 ■ ' Х1 ■ (хг)+
+ С21' у2 ' Х1' 421 (хг)+ С31'уз ' Х1' 431 (хг)+
+ С121 У2 Х1 ^С121(х2) + с131 У3 Х1 ^С131(Х2) +
+ с231'у2 'уз ' Х1' *ст(хг)+ ^11'' Х1 ' (хг)+
+ °^21'у2 ' Х1 ' ^21 (хг)+ °^31 ’уз ' Х1 ' Ь31 (хг)+
+ С^121 У2 Х1 '^12, (Х2) + 0^131 У3 Х1 '^131(Х2) +
+ ^23 ' У2 ' У3 ' Х1 ' ^231 (Х2 )•
где 6(х2) = ао/ + а1/ х2+а2Гх22.
При исследовании бетонных образцов с полимерными покрытиями было установлено, что уве-
строительные материалы и конструкции
Варьируемые факторы Нулевые уровни факторов Интервалы варьирования факторов
обозначение наименование
*1 % Степень наполнения 40 5
*2 относительные единицы Водоцементное отношение 0,65 0,1
V доля от 1 Доля оксида алюминия в смеси наполнителей 0,7 0,3
доля от 1 Доля доломита в смеси наполнителей 0,3 0,3
V доля от 1 Доля цеолита в смеси наполнителей 0,1 0,1
Таблица
личение В/Ц отношения бетонного основания от 0,55 до 0,75 приводит к снижению разрушающей нагрузки при изгибе (рисунок 1). Однако прирост разрушающей нагрузки по сравнению с бетонными образцами без покрытия с увеличением водоцементного отношения повышается (рисунок 2). Для ряда разработанных составов (1, 3, 7 и 13) предел прочности при изгибе бетонных элементов с покрытиями превышает контрольный состав для всех исследуемых уровней В/Ц отношения основания (см. рисунок 1).
При исследовании адгезионной прочности полиуретановых покрытий установлено, что характер изменения данного параметра также существенно зависит от вида наносимого покрытия (рисунок 3).
Максимальное значение адгезионной прочности (2,8 МПа) было получено в случае наполнения полиуретанового композита оксидом алюминия (состав 3 — степень наполнения 35%; В/Ц = 0,55) и при использовании комплексного наполнителя — 40% оксида алюминия + 60% доломита (состав 13). Причем во втором случае наибольшая адгезионная прочность наблюдается при максимальной степени наполнения (45%) и водоцементном отношении
0,75.
Проведенные экспериментальные исследования показали, что долговечность наносимого покрытия зависит не только от свойств полиуретанового композита, но и тесно связана со структурными характеристиками защищаемых поверхностей. Раз-
Номер состава ■ В/Ц=0,55 ■ В/Ц=0,65 □ В/Ц=0,75
о
О
Рисунок 1. Гистограммы изменения разрушающей нагрузки при изгибе ПЦК с полиуретановыми покрытиями
Номер состава с
■ В/Ц=0,55 ■ В/Ц=0,65 □ В/Ц=0,75 |
О
Рисунок 2. Гистограммы изменения относительной разрушающей нагрузки при изгибе ПЦК с полиуретановыми покрытиями
3 2010 653
строительные материалы и конструкции
і В/Ц=0,55
Номер состава ■ В/Ц=0,65 □ В/Ц=0,75
о
О
Рисунок 3. Гистограммы изменения адгезионной прочности полиуретановых покрытий
работанные нами составы, обладающие высокой адгезионной прочностью, позволяющие повысить несущую способность и соответственно долговечность бетонных оснований в 1,5—4 раза. Проведенные исследования свидетельствуют о возможности замены до 60% дорогого импортного наполнителя оксида алюминия местными для Республики Мордовия материалами (доломит и цеолит), обеспечив снижение стоимости готовой продукции без потери эксплуатационных характеристик.
Литература
1. Селяев В.П., Низина Т.А., Егунова Е.А. Разработка полиуретановых покрытий на основе местных наполнителей Республики Мордовия / / Сборник материалов X Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии». Тула, 2009. С. 84—85.
Разработка защитных покрытий строительных конструкций на основе полиуретановых связующих
Приведены результаты экспериментальных ис-
следований полиуретановых покрытий с использованием различных наполнителей. Разработка оптимальных составов с учетом исходных характеристик бетонного основания.
Development of protective coatings constructions based on polyurethane resins
by E.A. Egunova
The experimental results of polyurethane coatings with different fillers. The development of optimal formulations, taking into account the initial characteristics of the concrete base.
Ключевые слова: полиуретановые покрытия, долговечность, оксид алюминия, доломит, цеолит, бетонное основание, водоцементное отношение, разрушающая нагрузка при изгибе, относительная разрушающая нагрузка при изгибе, адгезия.
Key words: Polyurethane coatings, longevity, alumina, dolomite, zeolite, concrete foundation, water-cement ratio, failure load in bending, relative failure load in bending, adhesion
