Введение к работе
Актуальность работы. Существенное ужесточение требований, предъявляемых к конструкционным материалам, эксплуатирующимся в условиях агрессивных сред, обусловило острую потребность в высокопрочных коррозион-ностойких покрытиях.
Особенно остро стоит проблема защиты сооружений от внешних воздействий там, где имеются ярко выраженные неблагоприятные природные воздействия, например в районах Крайнего Севера: преобладающие отрицательные температуры, значительные среднесуточные и годовые колебания температур, заболоченность почв и т.д. заставляют предъявлять повышенные требования к защитным покрытиям сооружений, эксплуатирующихся под открытым небом. Разрушительному воздействию подвергаются дорожные полотна, взлётные аэродромные полосы, кровли, железобетонные каре аварийного сброса горючесмазочных материалов, иловые площадки очистных сооружений, а также внут-риплощадочные и магистральные газопроводы и т.д.
Применяемые в настоящее время защитные покрытия, в большинстве своём, основаны на импортном сырье, имеют недостаточно высокие эксплуатационные характеристики и значительную стоимость.
В Воронежском государственном архитектурно - строительном университете на основе жидких каучуков получен материал - каучуковый бетон (кау-тон), обладающий необходимым для материала защитного покрытия набором физико-механических характеристик, универсальной химической стойкостью к агрессивным средам и имеющий сравнительно низкую стоимость по отношению к применяемым в настоящее время материалам. Идея использования жидких каучуков в качестве основы связующего коррозионностойких композиций возникла в конце 80-х годов и принадлежит профессорам Ю.Б. Потапову и О.Л. Фиговскому.
Обязательным условием нормального протекания процесса структурообра-зования каутона является создание на необходимое время по объёму материала заданного температурного поля путём внесения тепловой энергии. При увеличении температуры вулканизации выше заданного предела в вулканизате происходит повышенное газовыделение, приводящее к деструкции материала. При уменьшении температуры вулканизации ниже заданного предела время структу-рообразования материала увеличивается в десятки раз. Однако реализовывать, фиксировать и поддерживать заданный температурный режим в условиях строительной площадки (не лабораторных условиях) достаточно проблематично. Это связано с низкой теплопроводностью каутона, влиянием окружающей среды и неизвлекаемостью термодатчиков по окончании процесса вулканизации.
Таким образом, возникла необходимость разработки технологии устройства покрытий из каучукобетона (с обязательным условием поддержания заданных температурных режимов по объёму вулканизата) с использованием эффективного теплогенерирующего устройства и возможностью точного контроля технологических режимов. Данная диссертационная работа посвящена разви-
тию темы технологической реализации материаловедческого и конструкционного направления изучения каучуковых бетонов (каутонов).
Цель исследования - разработка технологии устройства эффективных защитных покрытий на основе низкомолекулярного олигодиена с использованием эффективных методов внесения тепловой энергии для обеспечения структурообразования материала покрытия.
Основные задачи работы:
разработать новые конструктивно-технологические решения устройств, реализующих эффективный способ внесения тепловой энергии для интенсификации структурообразования покрытий из каутона;
разработать математическую модель формирования температурного поля в покрытии на основе каучукового бетона при его термообработке;
определить взаимосвязь между прочностью материала покрытия на сжатие и изгиб и технологическими параметрами и режимами его термообработки: временем термообработки, температурой вулканизации каутона и шагом греющего провода;
установить режимы термообработки и параметры температурных полей, генерируемые при термообработке покрытия на основе каутона и обеспечивающие его высокие прочностные характеристики;
определить характеристики защитного покрытия трубного металла на основе низкомолекулярного олигодиена: адгезионную прочность, водостойкость, устойчивость покрытия к термоциклированию, переходное сопротивление.
Объект исследований - защитные покрытия конструкций зданий и сооружений.
Предмет исследований - технологические режимы устройства высокопрочных коррозионностойких покрытий на основе низкомолекулярного олигодиена.
Научная новизна работы заключается в следующем:
для реализации эффективной термообработки покрытий на основе каутона разработаны новые конструктивно-технологические решения теплогене-рирующих устройств. Путем лабораторных исследований определены особенности механизма структурообразования покрытия на основе каучукового бетона при его термообработке греющим проводом и инфракрасным излучателем;
на основе метода конечных разностей разработана математическая модель теплопереноса в материале покрытия при его термообработке греющим проводом и инфракрасным излучателем со следующими граничными условиями: шаг греющего провода, диаметр греющего провода, температура греющего провода, положение греющего провода, температура наружной поверхности вулка-низата, температура основания вулканизируемой площадки. Математическая модель была численно и графически реализована при помощи набора встроенных функций и мастера диаграмм программного продукта Microsoft Excel;
на основе математически спланированного лабораторного эксперимента определена корреляционно-регрессионная зависимость между прочностью ма-
териала покрытия на сжатие и изгиб и технологическими параметрами и режимами его термообработки: временем термообработки, температурой вулканизации каутона и шагом греющего провода;
на основе анализа экспериментальных исследований установлены режимы термообработки и параметры температурных полей, генерируемые в каучу-кобетонной смеси греющим проводом и инфракрасным излучателем и обеспечивающие высокую прочность покрытия;
путем лабораторных экспериментов определены характеристики защитного покрытия трубного металла на основе низкомолекулярного олигодиена: адгезионная прочность, водостойкость, устойчивость покрытия к термоцикли-рованию, переходное сопротивление.
Достоверность полученных результатов и выводов обеспечена методически обоснованным комплексом исследований с использованием современных средств измерений, применением математических методов планирования экспериментов и статистической обработкой их результатов, а также опытными испытаниями и их положительным практическим эффектом.
Практическая значимость работы состоит в разработке технологии устройства универсальностойкого защитного покрытия конструкций зданий и сооружений, эксплуатирующихся в условиях агрессивной внешней среды, и в разработке новых конструктивных решений устройств и способов внесения тепловой энергии в каучукобетонную смесь.
Внедрение результатов. Результаты работы использованы при выполнении ремонта покрытия иловых площадок очистных сооружений ВЗПП «Микрон».
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на 5-й международной конференции молодых учёных и студентов «Актуальные проблемы современной науки» (Самара, 2004 г.), 1-м международном форуме молодых ученых и студентов «Актуальные проблемы современной науки» (Самара, 2005 г.), 7-й всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (Москва, 2007 г.), научно-практической конференции молодых специалистов и учёных «Ямбурггаздобыча - 2007» (Ямало-Ненецкий автономный округ, п. Ям-бург, 2007 г.), 7-й всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России «Новые технологии в газовой промышленности» (Москва, 2007 г.), международном конгрессе «Наука и инновации в строительстве - SIB-2008» (Воронеж, 2008 г.).
На защиту выносятся следующие основные результаты диссертации:
технологические режимы устройства защитного покрытия на основе низкомолекулярного олигодиена с использованием новых конструктивно-технологических решений теплогенерирующих устройств;
математическая модель распространения температурного поля в покрытии на основе каутона при его термообработке;
корреляционно-регрессионная зависимость между физико-механическими характеристиками покрытия на основе низкомолекулярного олигодиена и технологическими параметрами и режимами его термообработки;
- характеристики защитного покрытия трубного металла на основе низкомолекулярного олигодиена.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 научных статей общим объемом 52 страницы, из них лично автору принадлежит 34 страницы, и получено 2 патента РФ на изобретения. Три работы опубликованы в изданиях, включённых в перечень ВАК ведущих рецензируемых журналов, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации: «Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура», «Региональная архитектура и строительство».
В статьях, опубликованных в рекомендованных ВАК изданиях, изложены основные результаты диссертации: в статье [1] представлены результаты вычислительного эксперимента по разработанной математической модели распространения поля температур в вулканизируемом каучуковом бетоне; в работе [2] описан математически спланированный лабораторный эксперимент по оптимизации основных технологических параметров устройства площадок на основе каутона; в работе [3] получены технологические режимы устройства покрытий из высокопрочных коррозионностойких материалов на основе низкомолекулярных олигодиенов с использованием греющего провода и генератора инфракрасного излучения.
Структура и объем работы. Диссертация общим объемом 154 страницы машинописного текста состоит из введения, четырёх глав, общих выводов, списка литературы из 134 наименований и двух приложений. В текст диссертации включено 36 таблиц и 45 рисунков.
