Долговечность серных композиционных материалов специального назначения [1] определяется их способностью сопротивляться деструктивному воздействию агрессивных факторов. Необратимые изменения в композите сопровождаются структурными преобразованиями, приводящими к снижению его качественных показателей; интенсивность деструкции зависит от соотношения скоростей диффузии и химической реакции; проницаемости материала, смачиваемости его поверхности агрессивной средой, концентрации химически активных веществ и др.
В работе основное внимание уделяется исследованиям стойкости радиационно-защитных серных композитов в растворах кислот, щелочей и солей, а также водостойкости и водопоглощения.
Стойкость радиационно-защитных серных композитов в растворах кислот, щелочей и солей зависит от рецептурных факторов, определяющих структуру материала (от вида, количества и удельной поверхности дисперсной фазы и др.).
При экспериментальном определении стойкости композитов для защиты от ионизирующего излучения образцы после их изготовления выдерживались в течение 7 суток в комнатных условиях, а затем помещали в герметичные емкости, содержащие агрессивные среды (меняли через каждые 15 суток). При моделировании использовались:
- раствор соляной кислоты с рН=1 для кислой среды (рис.1 а);
- 5 %-ный раствор MgSO4 для среды, содержащей ионы Mg+2 и SO4–2 (рис.1 b);
- 5 %-ный раствор NaCl для среды, содержащей ион Cl-1 (рис.1 c);
приводятся результаты для четырех видов образцов (составы в табл.1).
Устойчивость композитов в агрессивных средах оценивалась по коэффициенту стойкости (отношение прочности материала после пребывания в агрессивной среде к первоначальной).
а)
b)
c)
Рис. 1. Зависимость коэффициента стойкости серных мастик от продолжительности экспозиции: а)- в соляной кислоте, б) — в 5 %-ном растворе MgSO4, с)- в 5 %-ном раствореNaCl
Таблица 1
Составы композиций
|
№ композиции |
Содержание компонентов, мас. % |
||
|
Сера |
Барит |
Ферроборовый шлак |
|
|
№ 1 |
47,0 |
53,0 |
– |
|
№ 2 |
41,7 |
58,3 |
– |
|
№ 3 |
36,8 |
63,2 |
– |
|
№ 4 |
37,7 |
– |
62,3 |
Оказалось, что наибольшее снижение прочности серных композитов, наполненных баритом и ферроборовым шлаком, наблюдается при экспозиции образцов в растворе соляной кислоты. По-видимому, это объясняется протеканием химического взаимодействия между наполнителем и кислотой, приводящим к образованию водорастворимых соединений (с ростом степени наполнения мастик на барите коэффициент интенсивности влияния агрессивной среды увеличивается). Мастики на ферроборовом шлаке оказались более устойчивыми к воздействию соляной кислоты.
Водостойкость и водопоглощение тяжелых серных композитов определялись для образцов мастичного состава размером 20´20´20 мм, содержащих барит и ферроборовый шлак при 
=0,35…0,55; барит имел удельную поверхность 250 м2/кг, а ферроборовый шлак — Sуд=150 м2/кг.
Для всех исследованных составов процесс водопоглощения практически прекращался через 180…200 суток экспозиции образцов в воде.
Рис. 2. Кинетика водопоглощения радиационно-защитных серных мастик
Кинетика водопоглощения имеет экспоненциальный вид:
;
коэффициент а соответствует максимальному водопоглощению, а коэффициент b характеризует скорость сорбции воды материалом (табл.2).
Таблица 2
Значения эмпирических коэффициентов
|
Состав |
Эмпирические коэффициенты |
|
|
а |
b |
|
|
№ 1 |
1,650 |
0,0070 |
|
№ 2 |
2,396 |
0,0081 |
|
№ 3 |
2,888 |
0,0101 |
|
№ 4 |
1,054 |
0,0071 |
С повышением содержания серы в мастиках на барите происходит снижение водопоглощения материала (составы № 1…3; объясняется гидрофобностью серы). Более низкое водопоглощение мастик на ферроборовом шлаке, содержащих наименьшее количество серы (объясняется более плотной структурой мастик). Скорость сорбции воды (определяется коэффициентом диффузии) для этих мастик выше (объясняется уменьшением содержания серы и повышением дефектности структуры материала).
Водостойкость серных композитов определяли по изменению прочности (рис.3).
Рис. 3. Коэффициент водостойкости серных мастик от продолжительности экспозиции
Она оказалась выше аналогичного показателя для бетона, что объясняется более глубоким проникновением воды в структуру материала.
Разработанные материалы конкурентоспособны на международном рынке, экспонировались на ряде международных и всероссийских выставок и отмечены дипломами и медалью РААСН.
Литература:
1. Королев Е. В., Баженов Ю. М., Альбакасов А. И. Радиационно-защитные и химически стойкие серные строительные материалы. — Пенза, Оренбург: ИПК ОГУ, 2010. − 364 с.
2. Баженов Ю. М., Гарькина И. А., Данилов А. М., Королев Е. В. Системный анализ в строительном материаловедении: монография — М.: МГСУ: Библиотека научных разработок и проектов. -2012. — 432 с.
3. Данилов А. М., Гарькина И. А. Современная общая методология идентификации систем: Моделирование свойств материалов / Региональная архитектура и строительство. № 1 (8), 2010. с.11–14.
4. Будылина Е. А., Гарькина И. А., Данилов А. М. Моделирование с позиций управления в технических системах / Региональная архитектура и строительство. –2013. — № 2 (16). — С. 138–142.
5. Данилов А. М.,, БолтышевС.А., Петренко В. О. Многокритериальный синтез эпоксидного композита повышенной плотности / Молодой ученый. -2013. — № 12. –С.119–121.
