Введение
В настоящее время эпоксидные полимерные материалы являются одними из самых востребованных и эффективных антикоррозионных защитных покрытий цементных бетонов. Основой эпоксидных защитных пленочных покрытий являются эпоксидные олигомеры (смолы) в сочетании с отвердителем кислотного или аминного типа. В состав отвержденных пленок также могут входить различные добавки: минеральные наполнители, пигменты, структурные модификаторы, компоненты, регулирующие вязкость, твердость и текучесть, антипирены, и др.
Эпоксидные полимерные покрытия поверхности бетонных конструкций, эксплуатируемых в агрессивных средах, пользуются большим успехом и востребованностью благодаря следующим своим уникальным характеристикам: высокой адгезии к различным материалам и великолепной клеящей способности; высокой химической стойкости; большой физико-механической прочности; относительно малой степени усадки; хорошей совместимостью с минеральными порошкообразными наполнителями и стеклянными волокнами; диэлектрическим свойствам; регулируемой вязкостью и простотой нанесения на поверхности; высокой скоростью и полнотой степени протекания химических реакций отверждения (сшивки) [1].
С помощью эпоксидных полимерных покрытий возможно решение разнообразных задач по ремонту, восстановлении и антикоррозионной защите гидротехнических бетонных конструкций. Возможность модификации полимерных составов на основе эпоксидных олигомеров путем использования специальных наполнителей и модифицирующих добавок позволяет создавать эффективные материалы для самых разнообразных климатических и химически агрессивных условий эксплуатации гидротехнических сооружений, в том числе, при их эксплуатации в морской и речной воде.
При выполнении антикоррозионной защиты бетонных конструкций следует использовать следующие нормативные документы:
— СП 28.13330.2017 СНиП 2.03.11–85 Защита строительных конструкций от коррозии;
— СП 72.13330.2016 СНиП 3.04.03–85 Защита строительных конструкций и сооружений от коррозии;
— ГОСТ 31384–2008 Защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии;
— ГОСТ 26633–2015 Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия;
— ГОСТ Р 57345–2016/EN 206–1:2013 Бетон. Общие технические условия;
— ГОСТ 28574–2014 Защита от коррозии в строительстве. Конструкции бетонные и железобетонные. Методы испытаний адгезии защитных покрытий;
— СП 41.13330.2012 Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений.
При разработке мероприятий по защите от коррозии в гидротехническом строительстве следует исходить из следующих данных: сведений о климатических особенностях района согласно СП 131.13330 и влажностном режиме среды по СП 50.13330; результатов изысканий, выполняемых на территории строительной площадки (состав, уровень и направление потоков наземных и подземных вод, возможность повышения уровня вод, наличие в воде веществ, агрессивных по отношению к материалам строительных конструкций и др.); данных механических и биологических воздействий на строительные конструкции и некоторых др.
Таким образом, в техническом задании на проектирование антикоррозионной защиты гидротехнического объекта обязательно указываются климатические и гидрогеохимические условия, физико-механические воздействия, степень контакта агрессивной среды и конструкций, продолжительность и периодичность агрессивного воздействия, вид и концентрация агрессивных веществ в воде и грунте.
Защита поверхностей гидротехнических конструкций от воздействия агрессивной среды относится к мероприятиям вторичной защиты. Для этой цели используют окрасочные, в том числе, толстослойные (мастичные) покрытия [2, 3].
Материалы и методы испытаний
Были изучены ненаполненные модифицированные эпоксидные составы на основе эпоксидианового олигомера ЭД-20, содержащего в качестве отвердителя «холодного типа» триэтилентерамин (ТЭТА), в качестве структурного модификатора — наноуглеродную добавку 2D-графена, полученного методом высокотемпературного самораспространяющегося синтеза из отходов целлюлозы и лигнина. Добавку вводили в количестве 2,5 и 3,3 % масс. по отношению к эпоксидному олигомеру. Оптимальное количество добавки было установлено ранее в предыдущих исследованиях [4].
Модификатор вводили в эпоксидную смолу в виде тонкодисперсного порошка перетиранием в агатовой ступке. Затем вводили отвердитель и тщательно перемешивали. Отвердитель вводили в расчетном количестве исходя их эквивалентного содержания эпокси-групп в олигомере.
Эпоксидные покрытия наносила на металлические подложки для испытаний на ударную прочность, и на цементно-бетонные поверхности образцов-кубиков для испытаний на адгезионную прочность. Для испытания на удлинение при разрыве отливали полимерные пленки на ровной гладкой поверхности с антиадгезионным слоем и вырезали образцы при неполном отверждении состава до достижения его максимальной прочности, затем оставляли до полного отверждения — 7 суток.
Результаты и их обсуждение
Результаты испытаний полимерных покрытий представлены в таблице.
Таблица
Свойства покрытий на основе наномодифицированного эпоксидного композита
|
№ № образцов |
Количество наномодификатора, % масс. |
Адгезионная прочность при прямом отрыве, МПа |
Предел прочности при растяжении, МПа |
Удлинение при разрыве, % |
Прочность при ударе (предельная высота падения груза), см |
|
К |
– |
5,3 |
27 |
3,5 |
10 |
|
1 |
2,5 |
7,9 |
32 |
6,2 |
20 |
|
2 |
3,2 |
6,3 |
29 |
4,3 |
40 |
Как можно заметить из представленных в таблице данных, прочностные характеристики наноодифицированного композита по сравнению с композицией без наномодифицирующей добавки (образец К) увеличиваются. Полученные результаты можно объяснить следующим. Очевидно, что в процессе адгезионного взаимодействия с поверхностью бетона принимают участие полярные функциональные группы эпоксидного олигомера [5], при этом адгезионное взаимодействие эпоксидного состава с добавкой наноуглерода с бетоном возрастает, вероятно, за счет снижения вязкости наносимого композита — (модифицированного неотвержденного олигомера) и лучшего проникновения вязкого эпоксидного композита в пористую структуру бетона.
Также возможно, что наномодификатор активирует поверхность полимерной плёнки, дополнительно создавая на её поверхности заряды. Это предположение требует дополнительного изучения.
Заключение
Исследовано влияние наноуглеродного модификатора на свойства эпоксидного ненаполненного покрытия на основе эпоксидианового олигомера ЭД-20 и отвердителя — триэтилентерамина. Уточнено оптимальное количество вводимого наноуглеродного модификатора 2D-графена для получения прочного коррозионноустойчивого пленочного покрытия.
На основании полученных результатов можно заключить, что введенный структурирующий компонент в эпоксидную композицию вносит положительный полезный вклад в повышение физико-механических характеристик и увеличивает адгезионную прочность эпоксидного покрытия в целом.
Литература:
1. Павлюк Б. Ф. Основные направления в области разработки полимерных функциональных материалов // Авиационные материалы и технологии. 2017. — № S. С. 388–392. DOI: 10.18577/2071–9140–2017–0-S-388–392.
2. Зуев О. В., Петров А. А., Байкова Р. Ф. Способы восстановления корродированного бетона элементов ГТС/ Сб. трудов НИИ ирригации и водных проблем при ТИИМ, г. Ташкент, Узбекистан. 2017. — С. 301–305.
3. Петров, О. А. Подводно-техническое обследование гидротехнических сооружений в нижнем бьефе Камской ГЭС / О. А. Петров, Бурнышев А. И., Сафин С. З., Палехов А. А., Доровский А. В. // Гидротехническое строительство [Текст]: научно-технический журнал. — Москва: 2024. — N 6. — С. 2–12. ISSN 0016–9714.
4. Матвеева Л. Ю., Возняковский А. П., Неверовская А. Ю. и др. Защитные композиты на основе модифицированного 2D-графеном эпоксидного олигомера для тяжелого гидротехнического бетона/ Вестник гражданских инженеров. 2024. — № 4 (105). — С. 62–70.
5. Матвеева Л. Ю., Ястребинская А. В. Взаимосвязь надмолекулярной структуры и свойств полимерных композиционных материалов на основе термореактивных связующих / Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова, 2017. — № 12. — С. 49–54.
