CC BY
252
Bogatov Andrei Dmitrievich, candidate of technical sciences, docent,
bo2atovad@,list. ru, Russia, Saransk, Mordovian N.P. Ogarev State University,
Kaznacheev Sergei Valerievich, candidate of technical sciences, docent, kaznacheevSVaramhler.ru, Russia, Saransk, Mordovian N.P. Ogarev State University,
Smirnov Vasily Philippovich, doctor of biological sciences, professor,
hiogena.mail. ru, Russia, Nizhny Novgorod, University of Nizhni Novgorod N.I. Lobachevsky,
Svetlov Dmitry Anatolyevich, candidate of technical sciences, the head of department on nonlearning and social work of NIU ITMO, teflexaJist.ru, Russia, St. Petersburg, NIUITMO
УДК 691.342
БИОСТОЙКОСТЬ ЭПОКСИДНЫХ ПОЛИМЕРБЕТОНОВ, МОДИФИЦИРОВАННЫХ КАМЕННОУГОЛЬНОЙ СМОЛОЙ
В.Т. Ерофеев, В.Ф. Смирнов, И.Э. Кондакова, С.В. Казначеев, А.Д. Богатов
Проведены комплексные исследования биостойкости, физико-механических и физико-химических свойств эпоксидных связующих, модифицированных каменноугольными смолами и композитов на их основе. Показана роль влияния на биостойкость количества модификатора, вида и содержания наполнителя, а так же биоцидного препарата «Тефлекс». Получены составы обладающие повышенной биостойкостью, а так же улучшенными физико-механическими и эксплуатационными свойствами.
Ключевые слова: эпоксидная смола, каменноугольная смола, биоцидный препарат, наполнитель, композит, биостойкость, прочность.
В настоящее время проблеме повышения долговечности материалов и конструкций зданий и сооружений уделяется все большее внимание. Это обусловлено тем, что в связи с постоянной химизацией народного хозяйства и расширением внедрения биотехнологических процессов в производство на строительные материалы и изделия воздействует все большее число агрессивных сред, одними из которых являются микроорганизмы и продукты их метаболизма. Установлено, что более 50 % общего объема регистрируемых в мире повреждений связано с деятельностью микроорганизмов. Биоповреждениям подвержены практически все материалы, в том числе природные каменные материалы, цементные растворы и бетоны, древесина и т. д. [1, 2].
Постоянно возрастающие требования к физико-техническим свойствам строительных материалов вызывают необходимость в создании их
новых образцов с комплексом улучшенных показателей. В последнее время наибольшее внимание в мире привлекают композиционные материалы на полимерных связующих, нашедшие широкое применение в машиностроении, химической промышленности, строительстве и т. д. [3, 5, 6].
Из большого многообразия полимерных связующих для изготовления полимербетонов наибольшее применение находят эпоксидные смолы [6]. Наибольшего эффекта при этом можно добиться с помощью структурной модификации полимера, которая позволяет получить эпоксидный композит с заданными свойствами. К настоящему времени для эпоксидных связующих предложено большое количество различных модификаторов, способствующих повышению прочности на растяжение, снижению хрупкости и т.д. [6].
В данной статье приводятся исследования, направленные на выявление влияния каменноугольной смолы на биостойкость, физикомеханические и физико-химические свойства эпоксидных композитов. Механизм межфазного взаимодействия в системе полимер-модификатор весьма сложен. В случае эпоксидно-каменноугольных связующих механизм взаимодействия имеет свои особенности, которые состоят в том, что данные связующие образуются в результате отверждения эпоксидного олигомера в присутствии каменноугольной смолы, которая являясь сложным высокомолекулярным веществом влияет не только на надмолекулярную, но и на молекулярную структуру полимера, а также на процесс отверждения эпоксидной смолы, вступая в химические реакции с реакционно-способными группами эпоксидной смолы и олигомерами отвердите-лей.
Для отверждения эпоксидных смол в строительной практике используют преимущественно полиэтиленполиамин, который способен отверждать эпоксидные смолы при комнатной температуре. Для установления оптимального содержания модификатора и полиэтиленполиамина в эпоксидно-каменноугольных композитах проведены исследования методом математического планирования экспериментов. В качестве матрицы планирования использовали план Коно из 9 опытов. Варьируемыми факторами выбраны: Х1 - количественное содержание каменноугольной смолы, Х2 - количественное содержание полиэтиленполиамина. При проведении эксперимента рассматривались композиты, где в качестве основного связующего применялась эпоксидная смола марки ЭД-16, модифицированная каменноугольной смолой в количестве от 5-15 %. В качестве наполнителя использовался кварцевый песок, который брался в количестве 300 мас. ч. на 100 мас. ч. эпоксидной смолы. Отвердитель - полиэтиленполиамин вводили в композицию в количествах 7,5; 10; 12,5 мас. ч. на 100 мас. ч. эпоксидной смолы. Из приготовленных композиций формовали образцы размером 1^1x3 см, которые после 1 суток выдерживания в формах в нормальных температурно-влажностных условиях отверждались в сушильном
шкафу в течение 6 часов при температуре 80 оС. Результаты испытаний приведены в табл. 1. и на рис. 1.
Анализ результатов исследований прочностных свойств композитов выявил интервал оптимального содержания отвердителя для отверждения эпоксидно-каменноугольных композиций. Оптимальная потребность поли-этиленполиамина составляет 10 мас. ч. на 100 мас. ч. эпоксидной смолы при добавлении каменноугольной смолы в количестве 10 мас. ч. При содержании большого количества каменноугольной смолы увеличение расхода ПЭПА не приводит к повышению прочности, т.к. молекулы эпоксидной смолы достаточно удалены друг от друга, что затрудняет организацию жесткой трехмерной структуры. В состав эпоксидных композитов, как правило вводят растворители. Применение растворителей оправдано с технологических позиций, т.к. их использование позволяет производить процесс приготовления эпоксидно-каменноугольных композитов без предварительного разогревания компонентов.
Таблица 1
Матрица планирования и результаты эксперимента
№ п / п Содержание каменноугольной смолы Содержание отвердителя Прочностные показатели, МПа
Х1 количество, мас. ч. Х2 количество, мас. ч. при сжатии при изгибе
1 + 15 + 12,5 64,3 9,4
2 - 5 + 12,5 86,0 13,6
3 + 15 - 7,5 62,8 6,3
4 - 5 - 7,5 76,9 12,4
5 - 5 0 10,0 79,2 13,6
6 + 15 0 10,0 73,8 13,4
7 0 10 - 7,5 62,71 12,5
8 0 10 + 12,5 89,1 14,4
9 0 10 0 10,0 93,0 16,5
Нами было исследовано влияние ацетона, бензина, дизельного топлива, растворителя 646, скипидара, уайт-спирита на прочность эпоксиднокаменноугольных связующих. При выполнении экспериментальных исследований в качестве эпоксидного связующего применяли смолу марки ЭД-16, а в качестве модификатора - каменноугольную смолу. Предварительно каменноугольная и эпоксидная смолы разогревались до температуры 40-50 оС, затем отдозированные компоненты - эпоксидная смола, каменноугольная смола, растворитель, отвердитель - перемешивались. Из эпоксидно-каменноугольной композиции формовали образцы-призмы размером 1^1x3 см, которые отверждались по вышеприведенному режиму.
312
Составы композиций, приготовленные по данной технологии, приведены в табл. 2.
(3
СЗ
Я
8
I
8
«
О
С
я
«
ІЗ
«
о
с
о
и
н
о
<ц
о
12,5
75
5 10 15
Количество каменоугольной смолы, мас. ч.
а
Количество каменоугольной смолы, мас. ч. б
Рис. 1. Зависимость изменения предела прочности при сжатии (а) и предела прочности при изгибе (б) композитов от количественного содержания каменноугольной смолы и отвердителя.
Таблица 2
Составы композиций
Компоненты Содержание массовых частей в составах
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Эпоксидная смола 100 100 100 100 100 100 100 100 100
Полиэтиленполиамин 10 10 10 10 10 10 10 10 10
Каменноугольная смола — 5 5 5 5 5 5 5 5
Ацетон — 10 — 5 — — — — —
Бензин — — 10 5 — — — — —
Дизельное топливо — — — — 10 — — — —
Растворитель 646 — — — — — 10 — — —
Скипидар — — — — — — 10 — —
Уайт-спирит — — — — — 10 —
В качестве сравниваемых вариантов к составам, состоящим из эпоксидно-каменноугольного вяжущего с включением растворителя, рассматривались составы на эпоксидной смоле без модифицирующей добавки, и
эпоксидно-каменноугольном вяжущем в котором отсутствовал растворитель, соответственно составы №№ 1 и 9.
Результаты испытаний композитов исследуемых составов приведены в табл. 3.
Таблица 3
Прочностные свойства эпоксидно-каменноугольных композитов
№ Вид растворителя в моди- Предел прочности, МПа
состава фицированных составах при сжатии при изгибе
1 Без модификатора 104,7 78,5
2 Ацетон 77,5 72,4
3 Бензин 89,2 52,3
4 Ацетон + бензин (1 : 1) 85,0 57,4
5 Дизельное топливо 87,0 51,8
6 Растворитель 646 96,4 68,6
7 Скипидар 90,7 65,0
8 Уайт-спирит 84,4 56,9
9 Без растворителя 96,7 63,5
Из результатов испытаний следует, что в зависимости от природы растворителя физико-механические свойства композитов изменяются в широких пределах. Например, результаты испытаний на прочность при сжатии показывают, что лучшие показатели соответствуют составам, в которых в качестве растворителей применялись: растворитель 646, скипидар и бензин, а испытания при изгибе показали предпочтительность использования ацетона, растворителя 646, скипидара.
Полимербетоны получают путем объединения связующих с наполнителями и заполнителями. Характер взаимодействия различных по природе наполнителей с вяжущими наиболее точно можно определить по степени отверждения, прочности и химической стойкости композитов, так как долговечная работа наполненных полимерных материалов возможна в случае образования прочной, термически и гидролитически устойчивой химической связи между наполнителем к синтенической смолой. Несмотря на значительное количество исследований в этой области, необходимо отметить, что влияние природы наполнителя на свойства эпоксидных связующих, модифицированных каменноугольной смолой пока не конкретизировано.
Для оценки влияния природы минеральных наполнителей на свой-
ства наполненных эпоксидно-каменноугольных композиций нами были проведены исследования составов с применением различных наполнителей. Экспериментальные исследования проводили на составах, содержащих эпоксидную смолу марки ЭД-16 и каменноугольную смолу (в количествах 100 мас. ч. и 10 мас. ч., соответственно). Отверждение осуществлялось полиэтиленполиамином (10 мас. ч.). В качестве наполнителей применялись: кварцевый песок, порошки на основе известняка, мрамора, боя стекла и кирпича. Крупность наполнителей была принята равной 0,3150,63 мм, а отношение, вяжущее/наполнитель - 1/1. Прочность при сжатии и при изгибе определяли испытанием образцов - призм размером 1x1x3 см. Результаты испытаний, приведенные в табл. 4. Из рассмотренных эпоксидно-каменноугольных наполненных композитов наибольшая прочность при сжатии и при изгибе свойственна композитам наполненным известняком и мрамором, а наименьшая - ненаполненным композитам.
Таблица 4
Прочностные свойства эпоксидно-каменноугольных композитов
на различных наполнителях
№ п/п Вид наполнителя Предел прочности, МПа
при сжатии при изгибе
1 Без наполнителя 68,7 9,2
2 Кварцевый песок 83,2 20,9
3 Известняковый порошок 140,8 22,7
4 Мраморный порошок 133,9 17,0
5 Кирпичный бой 117,3 21,4
6 Стеклобой 111,1 20,9
Значительное влияние на свойства композиционных материалов оказывает дисперсность и количественное содержание наполнителя. Изучение влияния степени наполнения на прочность эпоксиднокаменноугольных композитов проводили на составах, в которых в качестве наполнителя использовался кварцевый песок различной дисперсности. Отношение наполнитель - эпоксидно-каменноугольное вяжущее варьировалось в пределах от 0,25 до 4 по массе. Зависимости изменения прочности при сжатии имеет волнообразный характер для исследуемых дисперсностей и степеней наполнения (рис. 2).
Из графиков следует, что наибольшая прочность соответствует композитам, наполненным порошками высокой дисперсности (фракция < 0,071 мм). При этом более высокая прочность наблюдается при отношении содержания наполнителя к содержанию вяжущего равном 3,5 для предела
прочности при сжатии, 0,8 и 3,75 для прочности при изгибе. Наименьшая же прочность наблюдается при отношении наполнителя к вяжущему равном 0,25 для прочности при сжатии, и 2,25 для прочности при изгибе.
а
сЗ
ИЗ
к
к
н
ей
*
О
к
Л
е
н
о
о
к
г
о
Л
с
б
105
95
85
75
65
55
* /
* * *« ) * ш ш - / /
д/ V/ ‘ ' -V. V'
Г/ ¥ у _ У
/ /
0 0,5 1 1,5 2 2,5
3,5
Отношение наполнитель / вяжущее
3
4
Рис. 2. Зависимость изменения прочности при сжатии и при изгибе эпоксидно-каменноугольных композитов от содержания
и дисперсности наполнителя:
......- фракция наполнителя < 0,071 мм;-------- фракция
0,071-0,14 мм; ----- фракция 0,141-0,315 мм;
--------фракция 0,071-0,14мм;
Известно большое количество экспериментальных исследований по химическому сопротивлению полимербетонов, однако вопросы стойкости эпоксидно-каменноугольных композитов в биологических средах изучены недостаточно. С целью установления влияния добавки каменноугольной смолы на биостойкость эпоксидных композитов, были проведены исследования с целью разработки долговечных составов с применением различных наполнителей.
С целью установления влияния каменноугольной смолы, напол-
нителей на грибостойкость и наличие фунгицидных свойств эпоксиднокаменноугольных композитов нами был проведен эксперимент. При исследовании зависимости биостойкости от содержания каменноугольной смолы ее содержание принималось в количестве 5 и 10 мас. ч. на 100 мас. ч. эпоксидной смолы. При исследовании наполненных композиций рассматривались составы с содержанием каменноугольной смолы в связующем равном 5 мас. ч., а в качестве наполнителей использовали стеклобой, известняк, мрамор, кирпичный бой и портландцемент в соотношении 1:1 к связующего (см. табл. 5).
Таблица 5
Составы, примененные для испытаний на биологическое
сопротивление
Компоненты Содержание компонентов в составах, мас. ч.
1 2 3 4 5 б 7 8 9
Эпоксидная смола марки ЭД-16 100 100 100 100 100 100 100 100 100
Полиэтиленполиамин 10 10 10 10 10 10 10 10 10
Каменноугольная смола — 5 5 5 5 5 5 5 5
Кварцевый песок 100 100 50
Стеклобой — — — 100 — — — — —
Известняк — — — — 100 — — — —
Мрамор — — 50 — — 100 — — —
Кирпичный бой — — — — — — 100 — —
Портландцемент 100 —
Испытания образцов на грибостойкость и наличие фунгицидных свойств проводились в соответствии с ГОСТ 9049-91. В качестве тест организмов использовались следующие виды микромицетов: Asperqillus oryzae (Ahiburq) Cohn, Asperqillus niqer vqn Tieqhem, Asperqillus terreus Thom, Chaetomium qlobosum Kunze, Paecilomyces varioti Bainier, Penicillium funiculosum Thom, Penicillium chrysoqenum Thom, Penicillium cyclopium Wes-tlinq, Trichoderma viride Pcis, ex Fr. Испытания проводились двумя методами. Их сущность заключается в выдерживании материалов зараженными спорами плесневых грибов, в оптимальных для их развития условиях, с последующей оценкой грибостойкости и фунгицидности образцов. Методом 1 (без дополнительных источников углеродного и минерального питания) устанавливали, является ли материал питательной средой для микро-мицетов. Методом 3 (на твердой питательной среде Чапека - Докса) определяли наличие у материала фунгицидных свойств и влияние внешних загрязнителей на его грибостойкость. Поверхность образцов размером 1x1x3
см заражали водной суспензией тест грибов путем равномерного нанесения ее с помощью пульверизатора, после чего их помещали в чашки Петри и загружали в специальные камеры, работающие в режиме температуры 29±2 оС и влажности свыше 90 %, и выдерживали в течение 3 месяцев. В каждую чашку помещали по одному образцу, причем все варианты исследовались на 5 образцах. Твердая питательная среда готовилась из следующих компонентов: №N0;^ - 2,0 г; КС1 - 0,5 г; Мд804 - 0,5 г; КН2Р04 -
0,7 г; К2НР04 - 0,3 г; Бе804 - 0,01 г; сахароза - 30 г; агар - 20 г; вода дистиллированная - 1 л.
Рис. 3. Устойчивость эпоксидно-каменноугольных композитов к действию микромицетов при введение в состав препарата «Тэфлекс» в количестве 2 (а), 5 (б) и 10 (в) мас. ч.
□ - испытания по методу 1; В - по методу 3
В качестве характеристик для оценки микробиологической стойкости материалов рассматривали их обрастаемость микроскопическими гри-
318
бами. Обрастаемость образцов определяли спустя 14 суток с момента установления режима. Оценку грибостойкости изделий проводили по шести бальной шкале: 0 - при осмотре под микроскопом рост плесневых грибов не виден; 1 - при осмотре под микроскопом видны проросшие споры и незначительно развитый мицелий в виде неветвящихся гиф; 2 - при осмотре под микроскопом виден мицелий в виде ветвящихся гиф, возможно спороношение; 3 - при осмотре невооруженным глазом рост грибов едва заметен, но отчетливо виден под микроскопом; 4 - при осмотре невооруженным глазом рост грибов отчетливо виден и покрывает до 25 % поверхности испытуемого образца; 5 - при осмотре невооруженным глазом отчетливо виден рост грибов, покрывающих более 25 % поверхности. Материал считается грибостойким, если получает оценку по 1 методу 0-2 балла, и обладает фунгицидными свойствами, если вокруг образца на питательной среде наблюдается зона отсутствия роста грибов или на поверхности и на краях образцов наблюдается рост грибов, оцениваемый 0 и 1 баллом.
При введении каменноугольной смолы в количестве 10 мас. ч. на 100 мас. ч. эпоксидной смолы обрастаемость при испытании по методу 1 (ГОСТ 9.049-91) снижается с 5 до 3 и 2 баллов соответственно. Исследования показали, что введение каменноугольной смолы в количестве 10 мас.
ч. придает композитам грибостойкие свойства, но при наличии внешних загрязнений материалы подвержены биокоррозии.
В качестве фунгицидной добавки в составах эпоксиднокаменноугольных композитов использовался препарат «Тефлекс». Исследованные составы и результаты испытаний приведены в на рис. 3.
Из анализа графиков следует, что эпоксидно-каменноугольные связующие без специальных мер биозащиты подвержены биоповреждениям. Введение препарата «Тефлекс» позволяет повысить грибостойкость, а при определенных количественных содержаниях придают фунгицидные свойства. Введение препарата «Тефлекс» наиболее эффективно, при добавлении данной добавки в количестве 2 мас. ч. повышается грибостойкость у состава № 6, при 5 % - у состава № 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9, а при введении его в количестве 10 мас. ч. - достигается и фунгицидность. Таким образом, добавка «Тефлекс» придает фунгицидные свойства при содержании 5-10 мас. ч.
В зданиях с биологически активными средами микроорганизмы могут развиваться на средах, являющихся питательной средой для микроорганизмов. В этом случае в биологически агрессивных средах разрушающее воздействие на материалы в большей степени оказывают продуцируемые микроорганизмами метаболиты. В качестве чистых химических веществ -возможных агентов биокоррозии З. А. Турковой рассмотрены различные сочетания лимонной кислоты и перекиси водорода [4]. С учетом этого нами проведены исследования по выявлению сочетания данных компонентов, приводящих к наибольшим коррозионным изменениям композитов на эпоксидно-каменноугольном связующем. Задача решалась реализацией ро-
тотабельной матрицы, варьируемыми факторами по которой являлись содержание лимонной кислоты (Х1) и перекиси водорода (Х2) в водном растворе. Матрица планирования приведена в табл. 6.
Таблица 6
Составы агрессивных сред
Матрица планирования Рабочая матрица
№ лимонная перекись лимонная перекись
кислота водорода кислота водорода
1 0 0 1,0 0,3
2 + + 10 3,0
3 — + 0,1 3,0
4 — — 0,1 0,03
5 + — 10 0,03
6 + 0 10 0,3
7 0 + 1,0 3,0
8 — 0 0,1 0,3
9 0 — 1,0 0,03
В указанных в таблице средах определяли изменения массосодер-жания и прочности при сжатии и при изгибе эпоксидно-каменноугольных композитов. Было исследовано три состава, без модифицирующей добавки и с содержанием каменноугольной смолы в связующем 5 и 10 %.
Биологическую стойкость оценивали по изменению предела прочности на сжатие, при изгибе и изменению массосодежания образцов размером 1^1x3 см, выдержанных в течение 6 месяцев в модельных биологических агрессивных средах, в качестве которых использовались водные растворы перекиси водорода и лимонной кислоты различных концентраций (см. табл. 6). В качестве оптимизируемых параметров рассматривались изменение массосодежания и прочности при сжатии и при изгибе композитов после 6 месяцев выдерживания в указанных средах.
После проведения математической обработки результатов эксперимента получены уравнения регрессии, описывающие зависимости исследуемых параметров от содержания в агрессивной среде лимонной кислоты и перекиси водорода. Уравнения зависимости изменения коэффициента стойкости по показателям прочности при сжатии, при изгибе и массопог-лощения композитов с различным содержанием каменноугольной смолы в связующем после 6 месяцев выдерживания от содержания в среде лимонной кислоты и перекиси водорода имеют следующий вид:
Для составов без модифицирующей добавки.
О = 0,220 + 0,210-Х1 + 0,015-Х2 + 0,830-Х12 + 0,003-Х1Х2 + 0,405-Х22 -
—0,088-Х12Х2 — 0,237-Х1Х22 — 0,718-Х12Х22;
Ясж = 45,630 — 4,565-Х1 — 6,230-Х2 + 15,935-Х12 — 2,287-Х1Х2 + 18,670-Х22 + +2,608-Х12Х2 + 5,377-Х1Х22 — 16,158-Х12Х22;
Яизг = 15,000 — 2,340-Х1 — 2,880-Х2 + 4,260-Х12 — 1,350-Х1Х2 + 3,720-Х22 +
+ 0,330-Х12Х2 + 1,470-Х1Х22 — 1,770-Х12Х22.
Для составов содержащих 5 % каменноугольной смолы в связующем.
О = 0,500 + 0,115-Х1 + 0,275-Х2 + 0,585-Х12 + 0,045-Х1Х2 — 0,145-Х22 —
— 0,235-Х12Х2 — 0,060-Х1Х22 — 0,150-Х12Х22Х1Х22 + 0,845-Х12Х22;
Ясж = 57,680 + 0,400-Х1 — 3,400-Х2 — 0,750-Х12 + 3,360-Х1Х2 + 2,120-Х22 + +6,560-Х12Х2 + 3,425-Х1Х22 + 0,845-Х12Х22;
Яизг = 26,040 — 4,080-Х1 — 2,700-Х2 — 8,520-Х12 + 0,090-Х1Х2 — 6,540-Х22 — —0,390-Х12Х2 + 4,050-Х1Х22 + 11,370-Х12Х22.
Для составов содержащих 10 % каменноугольной смолы в связующем.
О = 0,600 + 0,360-Х1 — 0,165-Х2 + 0,600-Х12 + 0,128-Х1Х2 + 0,305-Х22 + +0,303-Х12Х2 — 0,248-Х1Х22 — 0,653-Х12Х22;
Ясж = 47,760 + 1,950-Х1 — 1,600-Х2 + 15,360-Х12 — 1,935-Х1Х2 + +7,840-Х22 + 3,935-Х12Х2 — 2,750-Х1Х22 — 11,360-Х12Х22;
Яизг = 11,760 + 1,620-Х1 — 1,560-Х2 + 10,980-Х12 — 3,270-Х1Х2 + +3,600-Х22 + 2,070-Х12Х2 — 3,930-Х1Х22 — 4,470-Х12Х22.
Результаты исследования свидетельствуют, что указанные среды оказывают разрушающее воздействие на исследуемые материалы. Состав без модифицирующей добавки имеет более высокое значение коэффициента стойкости при сжатии, чем составы с содержанием каменноугольной смолы в связующем. Но составы с модифицирующей добавкой имеют более высокие значения коэффициента химической стойкости при испытаниях при изгибе.
Ранее проведенными исследованиями установлена микробиологическая стойкость различных наполнителей, а также влияние дисперсности и количественного содержания наполнителя на биосопротивление композитов на различных связующих. Однако влияние наполнителей на биостойкость эпоксидно-каменноугольных композитов, в настоящее время, не исследовано. С целью установления указанных зависимостей нами был проведен эксперимент, в котором рассматривались композиты с содержанием каменноугольной смолы в связующем равном 5 %. В качестве наполнителей использовали стеклобой, известняк, мрамор, кирпичный бой и портландцемент в соотношении 1:1 к связующего (см. табл. 5).
Результаты эксперимента, представлены в табл. 7.
После проведения математической обработки результатов эксперимента получены уравнения регрессии, имеющие следующий вид:
Для составов, наполненных стеклобоем.
О = 1,130 — 0,255-Х1 — 0,130-Х2 — 0,385-Х12 + 0,023-Х1Х2 — 0,240-Х22 + +0,218-Х12Х2 + 0,193-Х1Х22 + 0,247-Х12Х22;
Ясж = 43,200 - 0,400-Хі + 3,600-Х2 - 2,800-Х^ + 1,533-Х^ - 1,070-Х22 -
- 5,067-Х12Х2 + 1,667-Х1Х22 + 0,267-Х12Х22;
Яизг = 12,120 - 0,480-Х1 - 2,340-Х2 + 0,120-Х12 + 2,105-Х1Х2 + 3,780-Х22 + +1,565-Х12Х2 - 1,505-Х1Х22 - 1,805-Х12Х22.
Таблица 7
Физико-технические показатели эпоксидно-каменноугольных композитов в биологически агрессивных средах
Номер состава Максимальное значение Минимальное значение
Номер среды Прочность при сжатии, МПа Прочность при изгибе, МПа Номер среды Прочность при сжатии, МПа Прочность при изгибе, МПа
і 3 70,8 24,2 1 45,63 15
2 2 70,2 19,3 5 55,87 19,2
3 7 65,1 24,4 1 47,76 11,8
4 7 45,7 13,6 3 35,3 13,3
5 7 73,5 15,9 9 62,9 23,3
6 2 67,1 18,9 1 43,5 17,6
7 1 67,6 20,3 2 57,7 20,8
8 7 75,7 26,5 5 62,4 30,4
9 7 56,4 9,86 8 28,8 13,8
Для составов, наполненных известняком
О = 0,640 — 0,350-Х1 — 0,270-Х2 — 0,080-Х12 + 0,068-Х1Х2 + 0,220-Х22 + +0,467-Х12Х2 + 0,063-Х1Х22 — 0,148-Х12Х22;
Ясж = 68,800 + 1,435-Х1 + 5,270-Х2 + 1,365-Х12 + 0,778-Х1Х2 — 0,600-Х22 —
— 3,558-Х12Х2 — 3,347-Х1Х22 — 2,143-Х12Х22;
Яизг = 20,400 + 0,480-Х1 — 1,860-Х2 + 5,880-Х12 — 0,270-Х1Х2 + 1,020-Х22 + +3,090-Х12Х2 — 0,510-Х1Х22 — 6,750-Х12Х22.
Для составов, наполненных мрамором.
О = 1,120 — 0,580-Х1 — 0,305-Х2 — 0,750-Х12 + 0,178-Х1Х2 — 0,225-Х22 + +0,483-Х12Х2 + 0,282-Х1Х22 + 0,287-Х12Х22;
Ясж = 43,510 — 3,155-Х1 + 1,560-Х2 + 18,685-Х12 + 0,545-Х1Х2 + 16,130-Х22 + +1,615-Х12Х2 + 6,465-Х1Х22 — 18,315-Х12Х22;
Яизг = 17,640 — 4,140-Х1 — 2,340-Х2 + 1,140-Х12 + 0,030-Х1Х2 + 1,860-Х22 + +2,130-Х12Х2 + 3,930-Х1Х22 — 1,290-Х12Х22.
Для составов, наполненных тонкоизмельченным порошком кирпича.
О = 1,320 — 0,095-Х1 + 0,060-Х2 — 0,605-Х12 + 0,072-Х1Х2 — 0,450-Х22 + +0,157-Х12Х2 + 0,087-Х1Х22 + 0,672-Х12Х22;
Ясж = 67,600 — 3,400-Х1 — 0,430-Х2 — 4,600-Х12 — 0,383-Х1Х2 — 6,300-Х22 —
— 0,388-Х12Х2 + 2,582-Х1Х22 + 3,047-Х12Х22;
Яизг = 20,340 + 0,660-Х1 — 1,800-Х2 + 7,200-Х12 — 0,390-Х1Х2 + 7,620-Х22 — 2,970-Х12Х2 — 0,690-Х1Х22 — 9,210-Х12Х22.
Для составов, наполненных портландцементом.
О = 1,440 — 0,100-Х1 — 0,135-Х2 — 0,550-Х12 + 0,043-Х1Х2 — 0,555-Х22 + +0,118-Х12Х2 — 0,048-Х1Х22 + 0,547-Х12Х22;
Ясж = 72,400 + 0,825-Х1 + 0,535-Х2 — 1,305-Х12 + 1,565-Х1Х2 + 2,135-Х22 + +2,565-Х12Х2 — 3,525-Х1Х22 — 3,465-Х12Х22;
Яизг = 33,120 — 0,600-Х1 — 3,630-Х2 — 2,880-Х12 + 0,225-Х1Х2 — 0,030-Х22 + +2,895-Х12Х2 — 0,975-Х1Х22 + 1,215-Х12Х22.
Для ненаполненных составов.
О = 2,060 + 0,325-Х1 + 0,070-Х2 — 0,015-Х12 + 1,455-Х1Х2 — 0,260-Х22 —
— 0,330-Х12Х2 — 0,810-Х1Х22 + 1,845-Х12Х22;
Ясж = 52,260 + 7,600-Х1 + 6,865-Х2 — 16,530-Х12 + 8,083-Х1Х2 — 2,725-Х22 —
— 4,252-Х12Х2 — 11,988-Х1Х22 + 10,607-Х12Х22;
Яизг = 9,480 — 1,020-Х1 — 0,840-Х2 + 3,300-Х12 + 3,855-Х1Х2 + 1,200-Х22 —
— 2,565-Х12Х2 — 1,335-Х1Х22 — 1,395-Х12Х22.
Результаты исследования свидетельствуют, что указанные среды
оказывают разрушающее воздействие на все исследуемые материалы (см. табл. 7). Наименее агрессивной для полимерных композитов является среда № 7 (содержание лимонной кислоты 1 %, перекиси водорода 3 %), а наиболее
— является среда № 1 (содержание лимонной кислоты 1 %, перекиси водорода 0,3 %) и среда № 8 (содержание лимонной кислоты 0,1, а перекиси водорода 0,3 %).
Таким образом впервые проведены комплексные исследования свойств и технологии получения эпоксидных композитов, модифицированных каменноугольными смолами и композитов на их основе. Выявлены оптимальные составы композитов при введении растворителей и наполнителей. Получены составы обладающие повышенными физикомеханическими и эксплуатационными свойствами. Установлены количественные зависимости стойкости композитов в биологических агрессивных средах. Показана роль влияния на биостойкость количества модификатора, вида и содержания наполнителя, а так же биоцидного препарата «Тефлекс». Установлено, что каменноугольная смола придает эпоксидным композитам грибостойкие свойства, а фунгицидные свойства достигаются при введении биоцидного препарата «Тефлекс».
Печатается при поддержке гранта «Экологические и физиологобиохимические аспекты создания технологий получения биостойких строительных материалов на основе полимерных смол с целью защиты конструкций, зданий и сооружений от биоповреждений», выполняемого в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплек-
са России на 2007-2013 годы» в соответствии с Государственным контрактом № 14.512.11.0099 от 27.06.2013 г.
Список литературы
1. Биологическое сопротивление материалов / В. И. Соломатов,
B.Т. Ерофеев, В. Ф. Смирнов [и др.]. Саранск : Изд-во Мордов. ун-та, 2001. 196 с.
2. Защита зданий и сооружений от биоповреждений биоцидными препаратами на основе гуанидина / под ред. П. Г. Комохова, В. Т. Ерофеева, Г. Е. Афиногенова. СПб. : Наука, 2009. 192 с.
3. Исследование физико-механических свойств эпоксидных композитов с фунгицидной добавкой «Тефлекс» / М. М. Касимкина, Д. А. Светлов, С. В. Казначеев [и др.]. // Транспортное строительство. № 2, 2009.
C. 29-30.
4. Туркова З. А. Микрофлора материалов на минеральной основе и вероятные механизмы их разрушения // Микология и фитопатология. -1974. Т. 8, вып. 3. С. 219-226.
5. Эпоксидные лакокрасочные материалы с биоцидной добавкой «Тефлекс» / М. М. Касимкина, Д. А. Светлов, С. В. Казначеев [и др.]. // Лакокрасочные материалы и их применение № 1-2, 2008. С. 77-79.
6. Эпоксидные полимербетоны, модифицированные нефтяными битумами, каменноугольной и карбамидной смолами и аминопроизводными соединениями / В. Т. Ерофеев, Ю. А. Соколова, А. Д. Богатов [и др.]. ; под общей редакцией акад. РААСН Ю. А. Соколовой и чл.-корр. РААСН В. Т. Ерофеева. М. : Издательство ПАЛЕОТИП. 2007. 240 с.
Ерофеев Владимир Трофимович, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, fac-build@adm. mrsu.ru, Россия, Саранск, Мордовский государственный университет;
Смирнов Василий Филиппович, д-р биол. наук, проф., biodeg'a.mciil.ru, Россия, Нижний Новгород, Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского;
Кондакова Ирина Энгельсовна, канд. техн. наук, доц., Россия, Саранск, Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева;
Казначеев Сергей Валерьевич, канд. техн. наук, доц., KaznacheevSVarambler.ru, Россия, Саранск, Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева;
Богатов Андрей Дмитриевич, канд. техн. наук, доц., bogatovadamail.ru. Россия, Саранск, Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева.
BIOPROOFNESS OF EPOXY POLYMER CONCRETES,
MODIFIED BY COAL TAR
V. T. Yerofeev, V. F. Smirnov, I. E. Kondakova, S. V. Kaznacheev, A. D. Bogatov
Complex researches of bioproofness, physicomechanical and physicochemical properties epoxy binding, modified by coal tars and composites on their basis are conducted. The role of influence on bioproofness from number of modifier, its type and the maintenance of a filler, and as biocidal preparation «Tefleks» is shown. Structures possessing the increased bioproofness, are received by the improved physicomechanical and operational properties.
Key words: epoxy, coal tar, biocidal preparation, filler, composite, bioproofness, durability.
Yerofeev Vladimir Trofimovich, doctor of technical sciences, professor, manager of department, fac-buildaadm. mrsu. ru, Russia, Saransk, Mordovian N. P. Ogarev State University,
Smirnov Vasily Filippovich, doctor of biological sciences, professor, biodegamail. ru, Russia, N. Novgorod, N. Novgorod N. I. Lobachevskiy State University,
Kondakova Irina Engelsovna, candidate of technical sciences, Russia, Saransk, Mordovian N. P. Ogarev State University,
Kaznacheev Sergey Valeryevich, candidate of technical sciences, docent, KaznacheevSVarambler.ru, Russia, Saransk, Mordovian N. P. Ogarev State University,
Bogatov Andrey Dmitriyevich, candidate of technical sciences, docent, bogatovadamail.ru. Russia, Saransk, Mordovian N. P. Ogarev State University
УДК 621.873.25
СИСТЕМА КОНТРОЛЯ УСТОЙЧИВОСТИ БАШЕННЫХ КРАНОВ
ОТ ОПРОКИДЫВАНИЯ
А.В. Мишин, П.А. Сорокин
В статье рассматриваются вопросы реализации системы предупреждения от опрокидывания башенных кранов при воздействии ветровых нагрузок на основе нейросетевой модели.
Ключевые слова: башенный кран, ветровые нагрузки, устойчивость от опрокидывания, искусственные нейронные сети, система управления.
Согласно статистике [1] ежегодно в Российской Федерации происходят 30...50 аварий башенных кранов, 15...20% из которых происходят из-за экстремального воздействия ветровых нагрузок. Устойчивость башенных кранов зависит не только от возмущающих ветровых нагрузок, но и от своевременного оповещения персонала строительной площадки о смене ветрового режима, но в силу внезапности возникновения энергоемких порывов не удается обеспечить указанное выше информирование.
Территория Российской Федерации поделена на 7 ветровых рай-
