Исследование свойств полимерных композитов, наполненных портландцементом и содержащих биоцидную добавку

ФИЛАТОВ А. В. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ, НАПОЛНЕННЫХ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТОМ И СОДЕРЖАЩИХ БИОЦИДНУЮ ДОБАВКУ

Аннотация. Для установления влияния совместного воздействия наполнителя и добавок на свойства полимерных композитов нами были изготовлены составы, наполненные портландцементом и содержащие биоцидную добавку. Определенное сочетание компонентов позволило улучшить физико-механические и эксплуатационные свойства, а также долговечность полимерных композитов.

Ключевые слова: полимерный композит, наполнитель, биоцидная добавка, прочность, свойства композитов.

FILATOV A. V.

A STUDY OF PROPERTIES OF POLYMERIC COMPOSITES FILLED WITH PORTLAND СEMENT AND CONTAINING BIOCIDAL ADDITIVE Abstract. Sample structures filled with Portland cement and containing a biocidal additive were made in order to study the coeffect of the filler and additive on the polymeric composite properties. The tests showed that a certain combination of the components improves physicomechanical and operational properties as well as durability of the polymeric composites. Keywords: polymeric composite, filler, biocidal additive, durability, composite properties.

Повышение долговечности строительных материалов, изделий и конструкций, а также технологического оборудования на промышленных предприятиях приобретает особую актуальность в современных условиях развития экономических отношений. Там, где традиционные строительные материалы не удовлетворяют требованиям долговечности, наиболее целесообразным является использование материалов, изделий и конструкций.

Композиционные материалы на основе различных полимеров не редко обладают универсальной стойкостью к растворам кислот, щелочей и солей, однако могут быть подвержены воздействию микробиологических агрессивных сред. Биологически активные среды могут привести к деструкции и разрушению полимерных материалов, а также изделий и конструкций на их основе[1-5].

В настоящие время большее применение находят материалы, изделия и конструкции на эпоксидных связующих. Они используются для ремонта строительных и инженерных конструкций и сооружений, изготовления защитных покрытий, полимербетонных изделий и

т.д. С помощью регулирования состава можно добиться требуемых физико-механических и эксплуатационных свойств [6-15].

Отечественная и зарубежная практика строительства доказала, что введение в состав полимерных композитов биоцидных химических веществ является перспективным. Одним из видов биоцидных химических препаратов являются добавки на основе гуанидина [16-21].

Однако важно добиться того, чтобы введение любого нового компонента, в частности химического биоцидного препарата, не способствовало ухудшению других свойств [22-25].

Одной из важнейших характеристик строительных композитов, используемых для изготовления защитных покрытий или других химически стойких изделий, является их прочностные свойства, поэтому были определены зависимости изменения прочности на основе смолы ЭД-20, отвердителя АФ-2 и портландцемента, являющегося одним из наиболее традиционных наполнителей для полимербетонов.

На первой стадии эксперимента было исследовано совместное влияние наполнителя-портландцемента и биоцидной добавки на прочностные характеристики композитов.

Были изготовлены и испытаны наполненные составы и образцы, содержащие 25, 50, 100, 200 и 300 мас. ч. портландцемента на 100 мас. ч. смолы. Кроме того, сравнительным испытаниям подвергались бездобавочные материалы и составы, содержащие биоцидные добавки в концентрациях 5 и 10 мас. ч. на 100 мас. ч. смолы (см. табл. 1, 2).

При испытании на сжатие было установлено повышение прочности исследованных композитов при введении наполнителя в количестве от 25 до 200 мас. ч. на 100 мас. ч. смолы. При повышении степени наполнения портландцементом до 300 мас. ч. прочностные показатели оказывались ниже, чем у ненаполненных составов. При испытании на изгиб повышение прочностных показателей наблюдается при степенях наполнения от 25 до 200 мас. ч. на 100 массовых частей.

Максимальные прочностные показатели при сжатии и при изгибе при отмечены у составов, наполненных кварцевым песком в количестве 25 и 50 мас. ч. на 100 мас. ч. смолы. Данные составы оказались прочнее контрольных ненаполненных образцов на величину около 18 и 21% соответственно (см. табл. 1, 2).

Состав, содержащий 25-100 мас. ч. портландцемента и 5 мас. ч. добавки при испытании на сжатие оказался прочнее контрольного состава и т. д.

При исследовании средней плотности композитов установлено, что более плотная структура полимерных композитов получена при повышении содержания наполнителя-портландцемента (см. табл. 3).

Зависимость изменения предела прочности при сжатии полимерных композитов на основе эпоксидной смолы и аминофенольного отвердителя, наполненных портландцементом, от степени наполнения и содержания добавки

Прочность при сжатии Содержание наполнителя, мас. ч., на 100 мас. ч. смолы

0 25 50 100 200 300

Бездобавочные составы

Прочность, МПа 116 122 134 136 120 103

Составы, содержащие биоцидную добавку в количестве 5 мас. ч. на 100 мас. ч. смолы

Прочность, МПа 110 115 122 125 113 96

Составы, содержащие биоцидную добавку в количестве 10 мас. ч. на 100 мас. ч. смолы

Прочность, МПа 94 97 98 96 94 88

Таблица 2

Зависимость изменения предела прочности при изгибе полимерных композитов на основе эпоксидной смолы и аминофенольного отвердителя, наполненных портландцементом, от степени наполнения и содержания добавки

Прочность при изгибе Содержание наполнителя, мас. ч., на 100 мас. ч. смолы

0 25 50 100 200 300

Бездобавочные составы

Прочность, МПа 43 48 52 55,5 52 50

Составы, содержащие биоцидную добавку в количестве 5 мас. ч. на 100 мас. ч. смолы

Прочность, МПа 39,5 43,5 49 50 48 46

Составы, содержащие биоцидную добавку в количестве 10 мас. ч. на 100 мас. ч. смолы

Прочность, МПа 30,5 31 32 35 38,5 35

Зависимость изменения средней плотности полимерных композитов на основе эпоксидной смолы и аминофенольного отвердителя, наполненных портландцементом, от степени наполнения и содержания добавки

Средняя плотность Содержание наполнителя, мас. ч., на 100 мас. ч. смолы

0 25 50 100 200 300

Бездобавочные составы

г/см3 1,18 1,28 1,42 1,57 1,88 2,25

Составы, содержащие биоцидную добавку в количестве 5 мас. ч. на 100 мас. ч. смолы

г/см3 1,19 1,26 1,42 1,55 1,87 2,2

Составы, содержащие биоцидную добавку в количестве 10 мас. ч. на 100 мас. ч. смолы

г/см3 1,2 1,22 1,41 1,52 1,85 2,12

Таблица 4

Зависимость изменения предела водопоглощения полимерных композитов на основе эпоксидной смолы и аминофенольного отвердителя, наполненных портландцементом, от степени наполнения и содержания добавки

Водопоглощение Содержание наполнителя, мас. ч., на 100 мас. ч. смолы

0 25 50 100 200 300

Бездобавочные составы

% 1,52 1,24 1,27 1,74 0,89 0,83

Составы, содержащие биоцидную добавку в количестве 5 мас. ч. на 100 мас. ч. смолы

% 1,19 1,06 0,92 0,97 1,12 1,26

Составы, содержащие биоцидную добавку в количестве 10 мас. ч. на 100 мас. ч. смолы

% 1,07 0,72 0,67 0,66 1,42 1,84

При исследовании коррозионной стойкости композитов была применена вода. В табл. 4 приведены зависимости изменения водопоглощения наполненных и ненаполненных составов эпоксидных композитов. В ряде случаев введение биоцидной добавки «Тефлекс Антиплесень» способствует снижению водопоглощения и повышению водостойкости составов с портландцементом.

Таким образом, нами были изготовлены полимерные композиты, наполненные портландцементом и содержащие биоцидную добавку. Были получены составы, обладающие улучшенными физико-механическими и эксплуатационными свойствами, а также долговечностью в условиях воздействия агрессивных сред.

4

ЛИТЕРАТУРА

1. Ерофеев В. Т., Соколова Ю. А., Богатов А. Д. и др. Эпоксидные полимербетоны, модифицированные нефтяными битумами, каменноугольной и карбамидной смолами и аминопроизводными соединениями. - М.: ПАЛЕОТИП, 2012. - 240 с.

2. Ерофеев В. Т., Богатова С. Н., Богатов А. Д. и др. Биостойкие строительные композиты каркасной структуры на смешанных вяжущих //Региональная архитектура и строительство. - 2012. - № 1. - С. 32-38.

3. Родин А. И. Разработка биоцидных цементов и композитов на их основе: автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Саранск, 2013. - 24 с.

4. Ерофеев В. Т., Родин А. И. Биостойкость декоративных цементных композитов // Региональная архитектура и строительство. - 2013. - № 3. - С. 32-38.

5. Ерофеев В. Т., Сураева Е. Н., Богатов А. Д. и др. Сухие строительные смеси, модифицированные биоцидной добавкой // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. - 2012. - Т. 8. - № 3. - С. 93-100.

6. Ерофеев В. Т., Волгина Е. В., Казначеев С. В. и др. Оптимизация содержания компонентов винилэфирных композитов // Региональная архитектура и строительство. -2012. - № 1. - С. 22-31.

7. Волгина Е. В., Казначеев С. В., Ерофеев В. Т., Кретова В. М. Деформативность винилэфирных композитов // Известия Юго-Западного государственного университета.

- 2012. - № 6 (45). - С. 82-90.

8. Ерофеев В. Т., Смирнов В. Ф., Кондакова И. Э. и др. Биостойкость эпоксидных полимербетонов, модифицированных каменноугольной смолой // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. - 2013. - № 7-2. - С. 310-325.

9. Ерофеев В. Т., Казначеев С. В., Кретова В. М. и др. Оптимизация содержания диоктилфталата в качестве пластификатора в эпоксидных композитах // Известия Юго-Западного государственного университета. Сер. Техника и технологии. - 2012. - № 2-3.

- С. 253-257.

10. Лазарев А. В., Худяков В. А., Казначеев С. В. и др. Влияние вида наполнителя на деформативность эпоксидных композитов // Известия Юго-Западного государственного университета. - 2013. - № 3 (48). - С. 176-179.

11. Ерофеев В. Т., Дергунова А. В., Спирин В. А. и др. изделий / Патент 2461533 Российская Федерация, МПК С04В41/68, С1. - № 2011116017/03; заявл. 22.04.11; опубл. 20.09.2012. - Бюл. № 26.

12. Ерофеев В. Т., Дергунова А. В., Спирин В. А. и др. Полимерная композиция / Патент 2462488 Российская Федерация, МПК ^8L63/00 (С08К5/13), С1. - № 2011112285/05; заявл. 30.03.11; опубл. 27.09.2012. - Бюл. № 27.

5

13. Барашкина А. В., Казначеев С. В., Мокейкина Е. В. Влияние биоцидного препарата «Тефлекс» на свойства строительных композитов на основе эпоксидной смолы [Электронный ресурс] // Огарёв-online. Раздел «Технические науки». - 2014. - № 4. -Режим доступа: http://joumal.mrsu.ru/arts/vliyanie-biocidnogo-preparata-tefleks-na-svojjstva-stroitelnykh-kompozitov-na-osnove-ehpoksidnojj-smoly.

14. Казначеев С. В., Пьянзина М. Д., Строкина Н. А. Строительные композиты на основе неорганических вяжущих, модифицированные биоцидным препаратом «Тефлекс индустриальный» [Электронный ресурс] // Огарёв-опНпе. Раздел «Технические науки». - 2014. - № 4. - Режим доступа: http://joumal.mrsu.ru/arts/stroitelnye-kompozity-na-osnove-neorganicheskikh-vyazhushhikh-modificirovannye-biocidnym-preparatom-tefleks-industrialnyjj.

15. Земсков С. М., Казначеев С. В., Морозова А. Н. Биологическая коррозия полимерсодержащих строительных материалов [Электронный ресурс] // Огарёв-online. Раздел «Технические науки». - 2014. - № 4. - Режим доступа: http://journal.mrsu.ru/arts/biologicheskaya-korroziya-polimersoderzhashhikh-stroitelnykh-materialov.

16. Добрынкин С. В., Ерофеев В. Т., Задумин А. В. Влияние компонентов винилэфирных композитов на показатели сжимаемости [Электронный ресурс] // Огарёв-опНпе. Раздел «Технические науки». - 2014. - № 4. - Режим доступа: http://journal.mrsu.ru/arts/vliyanie-komponentov-vinilehflrnykh-kompozitov-na-pokazateli-szhimaemosti.

17. Вильдяев Д. В., Ерофеев В. Т., Тремасов В. В. Влияние содержания компонентов на прочностные показатели винилэфирных композитов [Электронный ресурс] // Огарёв-опНпе. Раздел «Технические науки». - 2014. - № 4. - Режим доступа: http://journal.mrsu.ru/arts/vliyanie-soderzhaniya-komponentov-na-prochnostnye-pokazateli-vinilehfirnykh-kompozitov.

18. Ерофеев В. Т., Казначеев С. В., Богатов А. Д. и др. Влияние модифицирующих добавок на стойкость цементных композитов в условиях воздействия модельной бактериальной среды // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. - 2012. - № 26. - С. 103-107.

19. Ерофеев В. Т., Казначеев С. В., Богатов А. Д. и др. Исследование стойкости цементных композитов, модифицированных биоцидными препаратами на основе гуанидина, в модельной среде мицелиальных грибов // Интернет-Вестник ВолгГАСУ. -2012. - № 1 (20). - Режим доступа: http://vestnik.vgasu.ru/?source=4&articleno=792.

20. Ерофеев В. Т., Казначеев С. В., Богатов А. Д. и др. Биоцидные гипсовые композиты с добавками, содержащими соединения гуанидина // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. - 2012. - № 26. - С. 108-113.

21. Светлов Д. А., Спирин В. А., Казначеев С. В. и др. Физико-технические свойства цементных композитов с биоцидной добавкой // Транспортное строительство. - 2008. -№ 2. - С. 21-23.

22. Ерофеев В. Т., Родин А. И., Богатов А. Д. и др. Физико-механические свойства и биостойкость цементов, модифицированных сернокислым натрием, фтористым натрием и полигексаметиленгуанидин стеаратом // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. - 2012. - № 7-2. - С. 292-309.

23. Ерофеев В. Т., Родин А. И., Богатов А. Д. и др. Биоцидный портландцемент с улучшенными физико-механическими свойствами // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. - 2012. - Т. 8. - № 3. - С. 81-92.

24. Ерофеев В. Т., Лазарев А. В., Богатов А. Д. и др. Оптимизация составов биостойких эпоксидных композитов, отверждаемых аминофенольным отвердителем // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. - 2013. -№ 4 (26). - С. 218-227.

25. Лазарев А. В., Казначеев С. В., Ерофеев В. Т. и др. Оптимизация составов наполненных эпоксидных композитов по прочностным показателям // Известия Юго-Западного государственного университета. Сер. Техника и технологии. - 2012. - № 2-3. - С. 235-239.