CC BY
19РАЗРАБОТКА МИНЕРАЛЬНОЙ ДИОПСИДОВОЙ ДОБАВКИ АЛДАНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В ОГНЕЗАЩИТНОМ СОСТАВЕ Егорова М.Н.
Егорова Марфа Никитична - инженер, кафедра радиофизики и электронных систем,
Учебно-научно-технологическая лаборатория «Графеновые нанотехнологии», г. Якутск
Аннотация: в статье приведены результаты получения и исследований минеральной диопсидовой добавки для ее применения в качестве наполнителя для огнезащитных составов. Результаты исследований показали, огнезащитный состав обладает огнезащитной эффективностью и относится к 1-й группе, также представлены физико-механические свойства покрытия.
Ключевые слова: огнезащита, древесина, минеральная диопсидовая добавка, предел огнестойкости, наполнитель, адгезия, химический состав.
УДК 699
Деревянные конструкции широко применяются в жилищно-гражданском и сельскохозяйственном строительстве в республике Саха (Якутия). Среди деревянных конструкций в огнезащите нуждаются несущие, цельнодеревянные конструкции, а также ограждающие сооружения [1]. Одним из недостатков древесины является горючесть. Разработан ряд способов снижения горючести древесины. Наиболее часто для защиты древесины от разрушающего воздействия огня применяется способ нанесения на поверхность конструкции огнезащитных покрытий. Покрытие должно обладать высокой адгезией к поверхности конструкций, без дефектности, по внешнему виду, эластичностью, легко наноситься на защищаемую поверхность, не выделять токсичных продуктов при действии высоких температур.
Одним из широко применяемых методов снижения горючести полимерных материалов является введение минеральных наполнителей. Они способствуют повышению адгезии и температуры размягчения, снижению усадки и горючести [2-3].
Разработка огнезащитных составов на основе минеральной диопсидовой добавки Алданского месторождения перспективна, также позволит расширить номенклатуру и снизить стоимость огнезащитных составов за счет применения доступных компонентов местного сырья.
Целью настоящей работы является исследование возможности применения диопсидовой породы Алданского месторождения в качестве минеральной добавки к огнезащитному составу.
Инаглинский щелочно-ультраосновной массив находится в северной краевой части Алданского щита, в верховьях р. Инагли - правого притока р. Алдана, в 30 км к западу от г. Алдана. Для массива характерно кольцевое строение и серии концентрических разломов, окаймляющих его центральную ультраосновную-щелочную часть.
Массив залегает среди гравелитов и песчаников верхнего протерозоя, доломитов и доломитизированных известняков юдомской свиты нижнего кембрия и прорывает кристаллические породы фундамента Алданского щита.
Диопсиды представляют собой средне-или мелкозернистые породы темно-серого цвета со стальным оттенком. Для дунитов характерна почти горизонтальная трещиноватость, создающая впечатление их рассланцованности и неясно выраженная сфероидальная отдельность. Для неизмененных дунитов характерна панидиоморфнозернистая структура в серпентинизированных разностях -петельчатая. Рентгенограмма и термограмма пробы представлена на рис. 1 и 2.
Рис. 1. Рентгенограмма диопсида
Рис. 2. Термограмма диопсида Анализ результатов обработки данных рентгенограмм и термограммы диопсида показывает, что основными породобразующими минералами являются диопсид Са0*Mg0*2Si02 , авгит Са(М£;Ре,А1)[(§1,А1)20б (группа клино-пироксенов) и минерал амфиболовой группы- паргазит KCa2(MgзFeA1)[(Si6A12)022 (0Н)2, присутствие которого объясняет небольшие потери массы при дегидратации на термограмме. В общем термический анализ пробы диопсида показывает, что минерал термопассивен.
Химический анализ проб магнезиально-силикатного сырья проводили с помощью энергодисперсионного анализа с получением спектра рентгеновского излучения элементов на электронном микроскопе .ТСМ-6000.
о
Мд
1 А1
'е 1
т [ К и Iе РеКезс а
|| ТИСез V Тк Т е
. 1 || II I „' к А
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00
кеУ
Рис. 3. Спектр рентгеновских излучений элементов диопсида Алданского месторождения,
Якутия
Химический состав диопсида Алданского месторождения представлен в таблице 1.
Таблица 1. Химический состав диопсида
Маркировка породы Химический состав, мас. %
Дунит MgO SiO2 CaO ^3 MnO Fe2Oз Дmпр Сумма
16,14 39,85 21,44 11,68 0,79 10,09 0,28 100,3
Разработаны и исследованы составы огнезащитных покрытий преимущественно для деревянных конструкций на основе карбамидоформальдегидной смолы, диаммоний фосфата и наполнителей на основе местного месторождения. Подготовка минеральных наполнителей: диопсид и вермикулит подвергались дроблению на щековой дробилке до размеров 10 мм. Далее полученную смесь измельчали в лабораторной барабанной мельнице марки МБЛ в течение 1 часа до фракции 0,63 -2,5 с удельной поверхностью 2230 см2/г. На огнестойкость исследовались огнезащитные составы в разном соотношении выбранных компонентов, различной толщины и крупности заполнителя.
С целью определения огнезащитной эффективности разработанных огнезащитных составов проведены исследования по определению основных физико-механических показателей в зависимости от рецептуры [4-5]. Для проведения исследований изготовлены образцы древесины размером 30x60x150, предварительные высушенные до постоянной массы. Для определения огнезащитных свойств покрытия, приближенно к ГОСТ 16363-98, изготовлена экспериментальная лабораторная установка. В течение 2 мин. образец древесины с нанесенным покрытием подвергали воздействию огня при высоте пламени газовой горелки 23-25 см. После огневых испытаний высчитывается в процентном содержании потеря массы исследуемого образца. Результаты испытаний представлены в таблице 2.
№ состава Смола Базальтовое волокно Диаммоний фосфат Вермикулит и диопсид Предел огнестойкости, ч
1 65 - 13 22 0,28
2 58 - 23 19 0,36
3 51 - 15 34 0,32
4 45 - 14 41 0,38
5 46 - 26 16 0,21
6 53 - 15 32 0,30
7 68 5 17 10 0,58
8 60 7 18 15 0,72
Огнезащитная эффективность составов подразделяется на 5 групп:1-я - не менее 150 мин., 2-я - не менее 120 мин., 3-я - не менее 60 мин., 4-я - не менее 45 мин., 5-я не менее 30 мин.
Рис. 3. Температурно-временная зависимость прогрева защитного покрытия
На рисунке 3 представлены данные, характеризующие изменение температуры исследованных образцов во времени. Как видно из этого рисунка процесс достижения образцом стандартной критической температуры 500°С можно разделить на три периода. В начальный период происходит нагревание образца до 30-80 °С. Изменение состояния покрытия при этом не наблюдается. На втором этапе в результате повышения температуры происходит вспучивание покрытия с образованием на поверхности образцов пористого теплоизоляционного слоя. В заключительном периоде происходит разрушение пористой структуры и отмечается быстрый рост температуры до 500 °С. Потеря тепловой энергии на эндотермические процессы испарения воды, разложение связующего и испарение продуктов деструкции, а также повышение теплоизолирующей способности вспученного покрытия задерживают рост температуры образца под защитным слоем [6].
Результаты температурно-временной зависимости прогрева защищенных образцов, представленных на рис.3, позволяют сделать следующее заключение, что предел огнестойкости составляет 0,72 час, что наглядно свидетельствует о преимуществе разработанного покрытия, по сравнению с широким кругом отечественных и зарубежных защитных покрытий, его более высоком пределе огнестойкости при меньшей толщине.
Разработанные составы, наряду с огнезащитными свойствами, обладают высокими физико-механическими свойствами: адгезией к металлу, прочностью при ударе, устойчивостью к воздействию переменных температур и гигроскопичностью.
В таблице 3 представлены результаты определения адгезии покрытия к металлу, разработанных огнезащитных составов.
Таблица 3. Адгезионная способность огнезащитного покрытия
№ состава Величина силы отслаивания, Н/м Среднее значение величины силы отслаивания, Н/м
1 120,1 119,5
2 121,6
3 110,3
4 121,0
5 118,6
6 120,4
7 126,4
8 120,0
Образцы с приведенной толщиной металла от 1,6 до 20 мм представляли собой стержневые сплошные и коробчатые конструкции с толщиной защитного слоя покрытия от 2 до 32 мм, а также в виде пластин с размерами 200х200х3 мм. Наблюдения показали, что после нанесения состава идет медленный процесс затвердения с образованием твердого покрытия без трещин и отслаиваний от металла. После огневых испытаний защитный слой представляет собой пористый углистый остаток с хорошей адгезионной прочностью.
Очевидно, что использование минеральной диопсидовой добавки в составе композиции повышает огнезащитную эффективность. Повышение огнестойкости покрытий на основе разработанного огнезащитного состава с применением местного сырья Алданского месторождения происходит за счет содержания тремолита, который увеличивает температуру разложения диопсидовой минеральной добавки и вермикулита.
Список литературы
1. Глаголев А.А., Корчагин А.М., Харченков А.Г.Инаглинский щелочно-ультраосновной массив (Щелочно-ультраосновные массивы Арбарастах и Инагли). Наука М., 1974. 176 с.
2. Худякова Л.И., Войлошников О.В., Котова И.И. и др. Отходы горнодобывающих предприятий как сырье для получения строительных материалов.- Вестник ДВО РАН, 2010. № 1. С. 81-84.
3. Бердов Г.И., Ильина Л.В. и др. Влияние вида и количества минеральных добавок на прочность цементного камня // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований, 2010. № 9. С. 87-91.
4. Собурь C.B. Огнезащита строительных материалов и конструкций: Справочник / С.В. Собурь. М.:ООО «Пожарная Книга», 2016. 215 с.
5. Есева Е.С., Можаров А.Е. Аналитический обзор состояния разработок огнезащитных материалов // Студент-инновации России, 2017. № 2. С. 87-94.
6. ГОСТ 16363-98 (2002). Средства огнезащитные для древесины методы определения огнезащитных составов.
