РАЗРАБОТКА ЭФФЕКТИВНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ ПОКРЫТИЙ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ПРОИЗВОДСТВЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается исследование по разработке эффективных составов композиционных полимерных покрытий и их применение в производстве строительных материалов. Также проведена научная работа по определению адгезионной прочности относительно стальной и бетонной поверхности разработанных композиций на основе ЭД-16.

Разработаны эффективные составы получения износостойкой эпоксидной композиции, работающей в условиях абразивного трения, которые имеют более высокие эксплуатационные и физико-механические свойства. Наиболее эффективным для обеспечения функционально важных свойств композиции является сочетание: стекловолокно – полиэтилен для снижения адгезионной прочности к бетону; графит – стекловолокно, железный порошок –стекловолокно для повышения износостойкости; тальк – железный порошок –стекловолокно для повышения адгезионной прочности композиции к стали. При этом показано оптимальное содержание каждого компонента, обеспечивающего высокие эксплуатационные свойства композициям.

ABSTRACT

The article examines research on the development of effective compositions of composite polymer coatings and their application in the production of building materials, and conducted research on determining the adhesion strength of the developed compositions based on ED-16 to steel and concrete surfaces.

Effective compositions have been developed for obtaining wear-resistant epoxy compositions operating under abrasive friction conditions, which have higher operational and physical-mechanical properties. The most effective combination for ensuring the functionally important properties of the composition is: glass fiber – polyethylene to reduce adhesion strength to concrete; graphite – glass fiber, iron powder – glass fiber to increase wear resistance; talc – iron powder: glass fiber to increase the adhesion strength of the composition to steel. At the same time, the optimal content of each component, ensuring high operational properties of the compositions, has been shown.

Ключевые слова: композиция, строительный материал, оснастка, железобетонная конструкция, архитектурно-художественные изделия, плитные материалы, полимер, связующий.

Keywords: composition, construction material, equipment, reinforced concrete structure, architectural and artistic products, tile materials, polymer, binder.

ВВЕДЕНИЕ

Как известно, производство железобетонных и архитектурно-художественных изделий даже на самом современном оборудовании является долгим и трудным процессом. При этом затрачивается огромное количество энергии и металла в производственном процессе, который существенно влияет на экономическую эффективность производства. Следовательно, не стоит забывать о существующей низкой механизации и автоматизации технологических линий, что существенно влияет на качество исходной продукции [2; 3].

В мире архитектурно-художественные бетонные и железобетонные изделия широко применяются в строительстве зданий и сооружений, где из года в год спрос на них растет. В этом аспекте наблюдается значительное повышение качества архитектурно-художественных и сборных железобетонных изделий при одновременном снижении стоимости строительных конструкций, а также их усовершенствование путем применения полимерных материалов на рабочих поверхностях металлической оснастки с целью улучшения качества металлических форм, формирующих бетонные и железобетонные строительные конструкции и изделия. Следует отметить, что производится разработка эффективной технологии, снижающей трудоемкость и энергозатраты, что имеет достаточно большое значение в производственном процессе [1–3].

В существующем технологическом процессе формования конструкций и форм архитектурно-художественных изделий имеется два метода производства железобетонных изделий. Поточный, в перемещаемых формах и поддонах, которые движутся по потоку от поста к посту для выполнения определенных технологических операций, и стендовый, в стационарных формах — оснастках, когда все технологические операции формования и твердения производятся на одном посту [1; 3; 6; 9].

Поточное изготовление железобетонных конструкций и архитектурно-художественных изделий в перемещаемых формах и на поддонах может быть организовано по конвейерному или поточно-агрегатному способу [4; 7; 10].

Одной из разновидностей стендового производства является кассетный способ, который характеризуется вертикальным формованием изделий в стационарных групповых формах-кассетах [4; 6; 7].

Целью данной работы является разработка эффективных составов композиционных полимерных покрытий и их применение в производстве строительных материалов.

Объекты и методики исследования. Объектами исследования являются эпоксидный олигомер ЭД-16 и ЭД-20, полиэтиленполиамин-ПЭПА, дибутилфталат-ДБФ, пиперидин технический, а также полимерные связующие ОС-1, включающий в себя 100 масс.ч. эпоксидной смолы ЭД-16, 12 масс.ч. отвердителя полиэтиленполиамина; и ОС-2, включающей в себя 100 масс.ч. эпоксидной смолы ЭД-16, 7 масс.ч. отвердителя–пиперидина и 20 масс.ч. низкомолекулярной эпоксидной смолы — ТЭГ-1, графит С-1, графит чещуйчатый, сажа ДГ-100, железный порошок, цемент, тальк А, каолин, стекловолокно ТЖО-6, углеграфитовое волокно ТН, фторопласт М-4, полиэтилен высокой плотности, бетон.

В процессе исследований были использованы современные методы физико-химического анализа, в том числе ИК-спектроскопия, рентгенофазовый (РФА) и дифференциально-термический (ДТА) анализы, масс-спектроскопия (ICP-MS), дисковый трибометр по UzDST3330:2018, а также другие стандартные методы анализа.

Полученные результаты и их обсуждение. Для решения данной задачи, авторами данной статьи проведены лабораторные исследования на основе местного сырья и отходов производств.

Основной задачей исследователей является выбор полимерных материалов и органоминеральных наполнителей для разработки эффективного состава полимерной композиции, сочетающей низкую адгезионную прочность покрытия к бетону с высокой адгезионной прочностью к металлической форме. Разработан ряд составов антиадгезионных композиций для применения в качестве покрытий в оснастке для производства бетонных и железобетонных изделий [2; 3; 7; 8; 10].

Однако сложность задачи по обеспечению таких функционально важных свойств, как высокая адгезия к поверхности форм и низкая адгезия к бетонным изделиям, выдвинула целесообразность применения двухслойных покрытий на поверхности опалубок [3; 4; 7; 9; 10], что явилось новым этапом исследований данного направления. При этом, как показал комплексный анализ работ в этой области, в настоящее время уделяется недостаточно внимания разработке и применению двухслойных покрытий в оснастках.

Необходимо отметить, что среди многочисленных исследований в области повышения износостойкости полимерных композиционных покрытий для применения в оснастках железобетонных конструкций и форм архитектурно-художественных изделий, не проведены достаточные исследования по изучению закономерностей изнашивания полимерных покрытий в зависимости от основных режимов эксплуатации, т.е. от давления и скорости [7; 8; 10].

В результате, разработанные композиции для применения в оснастках железобетонных конструкций и форм архитектурно-художественных изделий имеют невысокий потенциал работоспособности.

Необходимо отметить, что для успешного применения композиционных полимерных материалов по отношению к рабочим поверхностям оснасток железобетонных конструкций, а также относительно форм архитектурно-художественных изделий, к ним предъявляются следующие требования: высокие защитные свойства от коррозии, высокий класс чистоты поверхности, низкая интенсивность коррозионного изнашивания и электризуемость, низкая адгезия к бетону и высокая адгезия к металлу, технологичность, высокая ударная прочность и твёрдость, а также доступность и низкая стоимость [5; 8; 10].

Исходя из этого, при выборе наполнителей и их содержания в полимерной композиции в первую очередь учитывали их влияние на физико-механические свойства, взаимоэффект бинарных смесей, адгезионную прочность и коррозионностойкость материала.

На основе вышеуказанных требований к композиционным полимерным материалам и оптимальный выбор основных наполнителей, а также полимерных связующих авторами данного исследования разработаны основные составы (ОС) композиций. В таблице 1 представлены основные составы эпоксидных композиций.

Таблица 1.

Основные составы эпоксидных композиций

Одним из основных требований к композиционным полимерным материалам является адгезионная прочность. В ходе работы исследована зависимость адгезионной прочности эпоксидных композиций относительно стальной поверхности от содержания и вида наполнителей.

Рисунок 1. Зависимости адгезионной прочности эпоксидных композиций на основе ОС-1 относительно стальной поверхности от содержания и вида наполнителей:

1 – полиэтилен; 2 – тальк; 3 – графит; 4 – железный порошок; 5 – стекловолокно

Рисунок 2. Зависимости адгезионной прочности эпоксидных композиций на основе ОС-2 по отношению к бетонной поверхности от содержания и вида наполнителей:

1 – полиэтилен; 2 – тальк; 3 – графит; 4 – железный порошок; 5 – стекловолокно

Как видно из рис. 1 и 2, кроме полиэтилена, с увеличением содержания у всех рассмотренных наполнителей значение адгезионной прочности эпоксидной композиции имеет экстремальный характер, проходя через максимум в области содержания 16–20 масс.ч. наполнителей.

Рисунок 3. Зависимости адгезионной прочности эпоксидных композиций на основе ОС-1 по отношению к поверхности бетона от содержания и вида наполнителей:

1 – полиэтилен; 2 – тальк; 3 – графит; 4 – железный порошок; 5 – стекловолокно

Рисунок 4. Зависимости адгезионной прочности эпоксидных композиций на основе ОС-2 по отношению к поверхности бетона от содержания и вида наполнителей:

1 – полиэтилен; 2 – тальк; 3 – графит; 4 – железный порошок; 5 – стекловолокно

Уменьшение износостойкости эпоксидных композиций, наполненных полиэтиленом, можно объяснить снижением физико-механических свойств, а именно снижением твердости композиций. При этом также наблюдается значительное снижение адгезионной прочности, как к стали, так и к поверхности бетона, что можно объяснить инертностью полиэтилена при взаимодействии с другими телами, благодаря симметрично расположенным этиленом группам, обеспечивающим нулевую полярность вдоль макромолекулярной цепи полимера [2; 3].

Заключение. Таким образом, авторами статьи разработан эффективный состав композиционных эпоксидных полимерных материалов на основе наполнителей и полимерных связующих определенной влажности и крупности, различной удельной плотности. Данные композиции эффективно используются при получении железобетонных конструкций и архитектурно-художественных изделий.

Список литературы:

1. Абдурашидов Т.Р., Шипилевский Б.А., Хамралиев А.Д. Влияние наполнителя на физические свойства эпоксидные композиций. — Ташкент, 1971. — 7 с.
2. Аликобилов Ш.А., Пирматов Р.Х., Раджабов Ё.С., Камолов Т.О., Улмасов Т.У., Негматова К.С., Солиев Р.Х., Мухитдинов М.Б. Применение композиционных полимерных материалов в формах для повышения эффективности производства железобетонных строительных конструкций // Композиционные материалы. — Ташкент, 2022. — C. 195–198.
3. Аликобилов Ш.А., Турдибоев Л. Жамоат бинолари. Ўқув ватарбиявий йўналишга мўлжалланган мактабгача, умумтаълим ва ўрта махсус касб-ҳунар таълими ва олий таълим муассасалари // Analytical Journal of Education and Development. — Vol. 3. — Is.1. — 2023. — C. 67–71.
4. Башоров М.Т., Козлов Г.В., Заиков Г.Е. Полимеры как естественные нанокомпозиты: адгезия между структурными компонентами // Химическая физика и мезоскопия. — 2009. — Т. 11. —  № 2. — С. 196–203.
5. Бащжанов А.Е. Применение инновационных композитных материалов в усиление железобетонных элементов конструкций // Наука, техника и образование. — 2015. — С. 46–48.
6. Езерский А.Н., Митник Г.С. Железобетонные формы с полимерным покрытием. В кн.: Промышленность сборного железобетона. Рефе­ративная информация, вып.6, М., ВНИЙЭСМ, 1976. — С. 26–28.
7. Магомедов Г.М., Амиршихова З.М., Козлов Г.В., Заиков Г.Е. Сетчатые полимеры как естественные нанокомпозиты: механизм усиления в испытаниях на сжатие // Химическая физика и мезоскопия. — 2010. — Т. 12. — № 4. — С. 562–568.
8. Марковский М.Ф., Вориводская Н.В., Ивашко Л.И. Разделительные смазки для изготовления бетонных и железобетонных изделий и конструкций // Перспективы развития новых технологий в строительстве и подготовке инженерных кадров: сб. науч. ст. — Гродно, 2010. — С. 333–336.
9. Шипилевский Б.А. Полимерные покрытия в работах поверхностей опалубки железобетона // В сб. научных трудов ТашПИ. — Вып.132. —  Ташкент, 1974. — С. 66–72.
10. Шипилевский Б.А., Векслер Л.М. Композиционные полимерные мате­риалы для матриц в производстве железобетонных изделий художественным рельефом. БШМТИ, Деп. II с. [Электронный ресурс]. – Режим доступа:https://libdb.polymus.ru/cgi-bin/irbis64r_14/cgiirbis_64.exe?LNG=&Z21ID=&I21DBN=NBPM&P21DBN=NBPM&S21STN=1&S21REF=10&S21FMT=fullwebr&C21COM=S&S21CNR=&S21P01=0&S21P02=0&S21P03=S=&S21STR=%D0%9A%D0%BE%D0%BC%D0%BF%D0%BE%D0%B7%D0%B8%D1%86%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B5%20%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B8%D0%B0%D0%BB%D1%8B%20%D0%BF%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D0%BC%D0%B5%D1%80%D0%BD%D1%8B%D0%B5(дата обращения: 11.10.2025).