авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Антикоррозионные покрытия с минеральными наполнителями для защиты металлоконструкций от коррозии

-- [ Страница 1 ] --

УДК 620.197.6 На правах рукописи

Самбетбаева Айгуль Кудайбергеновна




Антикоррозионные покрытия с минеральными наполнителями

для защиты металлоконструкций от коррозии

05.23.05 – строительные материалы и изделия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Республика Казахстан

Алматы, 2010

Работа выполнена в Казахской головной архитектурно-строительной академии

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Шинтемиров К.С.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Соловьев В.И.

кандидат технических наук

Сартаев Д.Т.

Ведущая организация: Казахская академия транспорта и

коммуникаций им. М. Тынышпаева

Защита состоится 25 ноября 2010 г. в 15.30 часов на заседании диссертационного совета Д 14.03.01 в Научно-исследовательском проектном институте строительных материалов (ТОО «НИИстромпроект») по адресу: 050060, г. Алматы, ул. В. Радостовца, 152/6, к, 306.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Научно-исследовательского проектного института строительных материалов (ТОО «НИИстромпроект») по адресу: 050060, г. Алматы, ул. В. Радостовца, 152/6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Научно-исследовательского и проектного института строительных материалов (ТОО «НИИСТРОМПРОЕКТ») по адресу: 050060, г.Алматы, ул. Радостовца, 152/6

Автореферат разослан « » октября 2010 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, д.т.н. А. Куатбаев

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. В Послании Президента Н.А.Назарбаева народу Казахстана отмечается необходимость формирования политики, ведущей к экономическому процветанию, улучшению жизни всех Казахстанцев. Стратегия «Казахстан 2030» указывает на необходимость комплексного развития национальной экономики, гармоничного сочетания сырьевых и обрабатывающих отраслей. Такое развитие возможно только на основе разработки и внедрения в производство современных и постоянно обновляемых технологий, способных обеспечить конкурентоспособность отечественной продукции. При этом, обращается особое внимание производству строительных материалов, изделий и конструкций высокой долговечности, и экономии металла.

Долговечность промышленных зданий и оборудования, на строительство которых расходуется значительное количество различных материалов, зависит от стойкости конструкций в различных агрессивных средах. Применение неметаллических химически стойких антикоррозионных покрытий, является одним из основных видов защиты металлоконструкций от коррозии.

Разработка антикоррозионных материалов с использованием недефицитных наполнителей при сохранении ими необходимых реологических и физико-механических свойств является весьма актуальной. В этом плане применение алюмосиликатных отходов в качестве наполнителей не только повышает свойства антикоррозионных материалов, но и одновременно способствуют улучшению, в некоторой степени, экологической обстановки в промышленных районах. В Казахстане имеются большие ресурсы техногенного сырья, не нашедшие должного применения, например, отходы стекольной промышленности – стеклобой, а также керамзитовая пыль, которые в процессе вовлечения их в производство не требуют затрат на добычу и подготовку.

Таким образом, организация разработки новых антикоррозионных покрытий на основе отходов керамзитовой и стекольной промышленности позволит уменьшить зависимость страны от импорта наполнителей и позволит внедрять разработанные составы защитных покрытий непосредственно на строительных объектах, а также в период ремонтно-восстановительных работ, т.е. при восстановлении защитных покрытий. Это явилось основой для постановки данной диссертационной работы и определяет ее актуальность.

Работа выполнена в соответствии с планом научных исследований Алматинского НИИстромпроекта “Разработка композиционных материалов и защитных покрытий на основе местного природного и техногенного сырья” по заданию № 2.05.09(1).

Целью диссертационной работы явилась разработка новых антикоррозионных покрытий, предназначенных для защиты металлических строительных конструкций от коррозии с применением местных наполнителей.

В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи исследований:

- исследовать возможность применения отходов стекольной промышленности и керамзитовой пыли в качестве наполнителей антикоррозионных покрытий;

- разработать эффективные антикоррозионные покрытия с дисперсными наполнителями на основе жидкостекольных и полимерных связующих, пригодных для использования их в качестве защитных покрытий;

- исследовать защитную способность покрытий, наполненных керамзитовой пылью в температурном интервале 900 – 950оС;

- оптимизировать составы и установить зависимость свойств композиций от степени наполнения, т.е., изучить коррозионную стойкость металла под покрытием при воздействии агрессивных сред.

Научная новизна работы:

- установлено, что защитная способность антикоррозионных композиций в значительной степени зависит от свойств и удельной поверхности наполнителя и степени наполнения композиций, влияющих на усадку и коэффициент линейного термического расширения;

- разработана композиция для изготовления защитного покрытия с использованием керамзитовой пыли и отходов стекольной промышленности в качестве наполнителей, что освобождает нашу Республику от импорта наполнителей;

- установлено, что введение керамзитовой пыли в полимерное покрытие, повышает термостойкость защитных покрытий, и устраняет деформации металлоконструкций при нагреве их до температуры 950оС и более;

- показано, что наилучшими защитными свойствами обладают покрытия на основе эпоксидных смол со степенью наполнения 75-80%.

На данную разработку подана заявка на инновационный патент №2010/0150.1 «Антикоррозионное покрытие» патентного ведомства РК.

Практическая ценность и реализация работы:

- разработаны экономичные и эффективные антикоррозионные покрытия с применением в качестве наполнителей местных отходов промышленности – стеклобоя и (или) керамзитовой пыли, производство которых может быть организовано на местах её применения, т.е. на строительных площадках;

- разработанные антикоррозионные покрытия могут изготавливаться непосредственно на предприятиях, выполняющих монтажные работы. Известно, что покрытия, нанесенные на конструкции в заводских условиях, могут повреждаться в период транспортировки и монтажа конструкций;

- разработанные составы антикоррозионных покрытий могут быть использованы в качестве защитных покрытий не только строительных конструкций, но и технологического оборудования, работающего при высоких температурах;

- разработанное антикоррозионное покрытие внедрено на ТОО «Стройкомбинат» (г. Уральск) для защиты металлоконструкций от коррозии. Экономический эффект от внедрения результатов исследований составляет 68518,9 тенге на 1 м2 защищаемой поверхности конструкций.

Научные положения, выносимые на защиту:

- возможность получения антикоррозионных покрытий с использованием алюмосиликатного сырья – керамзитовой пыли и отходов стекольной промышленности в качестве наполнителей;

- оптимизация составов методами математического планирования эксперимента и изучение влияния компонентов антикоррозионных покрытий на основные свойства защитного покрытия;

- результаты электрохимических испытаний стальных образцов, защищенных антикоррозионным покрытием;

- результаты опытно-промышленного внедрения и технико-экономическая эффективность предлагаемых технических решений.

Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций гарантирована статистическими данными, применением современных методов расчета и лабораторного оборудования, обеспечивающего необходимый уровень надежности измерений.

Апробация работы и публикации Основные результаты работы доложены на международных, республиканских и вузовских конференциях, в частности, в XVII Менделеевского съезде по общей и прикладной химии (Казань, 2003), в международном симпозиуме «Композиционные материалы и пути совершенствования профессионального образования» КазНУ (Алматы, 2002), в международной конференции «Химия и технология удобрений и материалов» ИХН (Алматы, 2004), в Республиканской научной конференции молодых ученых химиков ИХН (Алматы, 2003) и международной конференции «Инновационные и наукоемкие технологии в строительной индустрии» КазГАСА (Алматы, 2009), международной научно-практической конференции «Инновационные и наукоемкие технологии в строительной индустрии» КазГАСА (Алматы, 2010).

Основные положения диссертационной работы опубликованы в 10 печатных работах.

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, 6 разделов, заключения и приложений, изложена на 126 страницах, содержит 14 таблиц, 60 рисунков и список использованных источников из 121 наименования.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1 Состояние вопроса и задачи исследований

В первой главе диссертации рассматривается современное состояние исследований.

Минеральные наполнители, благодаря комплексу ценных свойств, такими как высокая кислотостойкость и доступность, могут быть применены для приготовления антикоррозионных покрытий металлических конструкций, работающих в агрессивных средах. При этом наполнители активно влияют на свойства композиционных защитных покрытий. Хотя в литературе приводится множество наполнителей как органического, так минерального происхождений, нет сведений о таком наполнителе, как керамзитовая пыль, которая не требует дополнительной переработки при его применении в качестве наполнителя.

Показано, что для защиты металлических конструкций от коррозии используют композиции на основе жидкого стекла и эпоксидных смол, которые хорошо себя показали при защите стальных конструкций. Однако покрытия на основе жидкого стекла недостаточно водостойки, а термическая стойкость таких покрытий не изучена.

Покрытия на основе эпоксидных смол отличатся более высокой химической стойкостью, адгезией к различным материалам, в том числе, к металлу, имеют низкую усадку, обладают высокими диэлектрическими свойствами. Термостойкость таких покрытий также изучена не достаточно.

Механизм защитного действия антикоррозионных покрытий, определяется не столько физической изоляцией металла от воздействия внешней коррозионной среды, сколько суммой физико-химических свойств покрытий (адгезионных, механических, изоляционных, электрохимических), определяющих электрохимический подход к познанию защитного механизма и требования к покрытиям.

Анализ состояния исследований позволил сформулировать следующую рабочую гипотезу:

Известно, что антикоррозионные покрытия в условиях работы повышенных температур (900оС и более), а также при воздействии открытого пламени, например, при пожаре, трескаются, обугливаются, и осыпаются с поверхности защищаемых конструкций. Повысить термостойкость покрытия, на наш взгляд, можно дополнительным введением в состав покрытия керамзитовой пыли из легко вспучивающихся глинистых пород монтмориллонитовой группы, которые при действии высоких температур вспучиваются, и образуют теплоизоляционный слой, защищающий металлоконструкции от температурных деформаций. Для этих целей можно использовать керамзитовую пыль с холодного конца печи, которые прошли предварительную термообработку, т.е. сушку.

2 Характеристики материалов для изготовления антикоррозионного покрытия и методы исследований


Для приготовления композиционных антикоррозионных материалов, при проведении исследований и полупромышленных экспериментов использованы: в качестве вяжущих веществ – эпоксидная смола ЭД-16 и жидкое стекло. В качестве наполнителей стеклобой и (или) керамзитовая пыль, а в качестве отвердителя полиэтиленполиамин и кремнефтористый натрий. Пластификатором в полимерной композиции служил – дибутилфталат.

Качество исходных материалов оценивали стандартными методами, а также по методикам, нашедшим широкое признание в научно-исследовательских институтах и химической промышленности. Определение стабильности структуры нового термостойкого антикоррозионного покрытия на основе эпоксидной смолы, наполненной керамзитовой пылью при воздействии на нее высокой температуры, соизмеримой с температурой при пожаре, проводили методами рентгено- и термографического анализов, и электронном микроскопе.

Защитные свойства антикоррозионных покрытий проверяли в смоделированных хлоридной и сульфатной агрессивных средах. Оценку коррозионной стойкости проводили гравиметрическим методом, т.е. измерением потерь массы стали после различных сроков испытаний. При этом, после удаления защитного покрытия, визуально оценивали площадь коррозии и вид коррозии стальных образцов.

Образцы для изучения защитных свойств покрытий изготовляли из стали в соответствии с требованиями ГОСТ 8832-76. Количество образцов по каждому составу композиции, способу подготовки поверхности, условиям нанесения и режима формирования покрытий выбирали в соответствии с требованиями, поставленными нами на этот метод испытаний.

3 Предварительный подбор состава и определение основных свойств антикоррозионных покрытий

Для выбора наиболее доступных наполнителей нами исследовано влияние стеклянного порошка и керамзитовой пыли на адгезионные свойства и защитную способность покрытий. Наполнители вводили в количестве от 100 до 150 весовых частей от массы жидкого стекла или эпоксидной смолы.

Известно, что визуальная оценка коррозионного состояния стальных образцов не дает точной информации о дальнейшем электрохимическом состоянии стальных образцов под покрытием. Кроме того, при визуальной оценке коррозионного состояния приходится удалять покрытие с поверхности стальных образцов, что сопряжено значительными трудностями, так как после удаления самого покрытия образцы приходится еще вытравливать соляной кислотой, ингибированной уротропином. Этот процесс может дополнительно вызвать коррозию стали, под влиянием соляной кислоты. Поэтому мы решили провести электрохимические исследования защищенных антикоррозионными покрытиями стальных образцов методом снятия анодных поляризационных кривых, а также измерением омического сопротивления покрытий.

На рисунках 1 и 2 представлены результаты электрохимических исследований состояния стальных образцов, защищенных антикоррозионными покрытиями на основе жидкого стекла и эпоксидной смолы. Исследования проводили потенциостатическим методом, снятием анодных поляризационных кривых на потенциостате П-5827М. Регистрацию зависимости плотности тока поляризации от потенциала производили потенциометром ПДП-04-002. Вспомогательным электродом служило кольцо из нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Электродом сравнения служил хлорсеребряный электрод, заполненный насыщенным раствором КСI.

Из рисунка 1 видно, что антикоррозионные покрытия смещают стационарные потенциалы стального образца в положительную сторону на 120-150 мВ при наполнении жидкостекольного связующего керамзитовой пылью. Если данное связующее наполнить стеклянным порошком, то смещение стационарного потенциала составляет 220-250 мВ.

1 – образец без покрытия после 180 циклов; 2 – образец с покрытием, где наполнителем была керамзитовая пыль (100% от массы жидкого стекла); 3 – то же (125% от массы жидкого стекла); 4 – то же (150% от массы жидкого стекла); 5 – то же, наполнитель стеклянный порошок (100% от массы жидкого стекла);

6 – то же, наполнитель стеклянный порошок (125% от массы жидкого стекла);

7 – то же, наполнитель стеклянный порошок (150% от массы жидкого стекла)

Рисунок 1 Анодные поляризационные характеристики стали с антикоррозионными покрытиями на жидкостекольном связующем после 180 циклов ускоренных коррозионных испытаний

При применении антикоррозионного покрытия на основе жидкостекольного связующего, увеличивается средняя удельная поляризуемость образцов (с 40,1-47,7 до 69,7-89,0 мВ/мкА/см2).

На рисунке 2 представлены анодные поляризационные кривые стального образца, защищенного антикоррозионным покрытием на основе эпоксидной смолы, где в качестве наполнителей использованы керамзитовая пыль и стеклянный порошок.

1 – образец без покрытия после 180 циклов; 2 – образец с покрытием, где наполнителем был стеклянный порошок (100% от массы эпоксидной смолы); 3 – то же (125% от массы эпоксидной смолы); 4 – то же (150% от массы эпоксидной смолы); 5 – наполнитель керамзитовая пыль (100% от массы эпоксидной смолы); 6 – то же, (125% от массы эпоксидной смолы); 7 – то же, (150% от массы эпоксидной смолы)

Рисунок 2 Анодные поляризационные характеристики стали с антикоррозионными покрытиями на основе эпоксидной смолы после 180 циклов ускоренных коррозионных испытаний

Из рисунка 2 видно, что антикоррозионные покрытия на основе эпоксидной смолы надежно защищают стальные образцы от коррозии независимо от того, какой наполнитель был использован в покрытии. Однако анализ кривых показывает, что в случае наполнения эпоксидной смолы стеклянным порошком значения плотностей тока поляризации меньше, чем при наполнении смолы керамзитовой пылью.

На рисунке 3 приведены кривые, показывающие влияние вида наполнителя и толщины покрытий на их жаростойкость при температуре 900-950оС.

1 – покрытие на основе эпоксидной смолы ЭД-16, наполненной керамзитовой пылью; 2 – то же, на основе жидкого стекла, наполненной керамзитовой пылью; 3 – покрытие на основе эпоксидной смолы ЭД-16, наполненной стеклянным порошком; 4 – то же, на основе жидкого стекла, наполненной керамзитовой пылью

Рисунок 3 – Влияние вида наполнителя и толщины покрытий

на жаростойкость

Из рисунка видно, что жаростойкость покрытий на основе эпоксидной смолы и керамзитовой пыли выше, чем у покрытий, где в качестве наполнителя применялся стеклянный порошок (при одинаковой толщине покрытий). При этом с увеличением толщины покрытий значительно повышается жаростойкость, которая доходит до 60 минут при толщине покрытий 1,0 мм. В случае применения в качестве наполнителя стеклянного порошка жаростойкость ниже и находится в пределах 40-45 мин.

3 Математическое моделирование и поиск оптимального состава антикоррозионного покрытия



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.