IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

Использование техногенных отходов металлургической промышленности в производстве строительных материалов позволяет решать не только задачи экологической безопасности, но и расширить их номенклатуру, значительно сэкономить на добыче и переработке природного сырья. Одним из перспективных направлений использования таких отходов металлургии как конвертерный шлак и микрокремнезем является усиление полимеров путем наполнения твердыми частицами с высокой удельной поверхностью. Усиление обеспечивается, прежде всего, адгезией полимера к поверхности жесткого и прочного наполнителя.

В качестве полимерной основы связующего для защитных композиционных покрытий целесообразно использование эпоксидной матрицы. Это обусловлено тем, что по прочностным характеристикам, коррозионной устойчивости и ряду других показателей продукты отверждения эпоксидных смол превосходят прочие, применяемые в промышленности строительных материалов. Эпоксидные смолы быстро и легко отверждаются. Кроме этого, эпоксидные олигомеры легко модифицировать различными соединениями с целью улучшения их свойств. Это объясняется высокой активностью эпоксидной группы, способной реагировать с большим числом химических соединений [1].

На первом этапе исследования, в роли наполнителя эпоксидной матрицы применялся микрокремнезем, который образуется в процессе выплавки сплавов кремния (ферросилиция). После окисления и конденсации некоторая часть моноокиси кремния образует чрезвычайно мелкий продукт в виде ультрадисперсного порошка, частицы которого представляют собой частички аморфного кремнезема со средней площадью удельной поверхностью более 20000 см²/г. Частицы микрокремнезема имеют гладкую поверхность и сферическую форму. Средний размер частиц составляет 0,1-0,2 микрон. Порошок фактически состоит из рыхлых агломератов кремнезема с очень низкой насыпной плотностью.

На втором этапе исследования, в качестве наполнителя применялся молотый конвертерный шлак, который представлял собой отход сталеплавильного производства, темно-серого цвета и пористой структуры. Химический состав конвертерного был представлен в следующих пределах: FeO - 8,0...21,1%; Si0₂ - 12,7... 17,0%; CaO - 40,0...54.2%; MgO - 1,9...12,6%; Al₂O₃ - 1,7...8,3%; MnO - 0,5...2,6%; SO₂ - 0,03...0,19%; P₂O₅ - 0,06...0,94%. Модуль основности составил 2,5...3,9, модуль активности - 0,06...0,54. В опытах применяли отсевы от переработки отвальных конвертерных шлаков фракции 0...5 мм.

Результаты испытаний полученных образцов обрабатывались методами математической статистики.

Были установлены оптимумы содержания наполнителя из микро-кремнезема и конвертерного шлака в эпоксидном защитном покрытии. Для проведения экспериментальных исследований с различными составами изготавливались образцы размерами 20 × 20 × 20 мм.

Процесс изготовления полимерных композитов включал следующие основные стадии:

1. Приготовление связующего (отверждающейся композиции) путем совмещения термореактивной смолы и отвердителя;
2. Введение функциализированных в ацетоне нанотрубок;
3. Введение наполнителя;
4. Формование образца или элемента из композиционного материала;
5. Отверждение отформованной эпоксидной композиции в форме и выемка готового образца.

По полученным данным построены графики зависимости адгезии полимерных композиционных покрытий к бетону от количества пластификатора и наполнителя, предела прочности при сжатии защитного эпоксидного покрытия от соотношения полимер-наполнитель (рис. 1).

Полученные результаты позволяют предположить, что дальнейшие исследования полимерных композиционных покрытий, наполненных техногенными отходами, необходимо вести в направлении изучения деформативно-прочностных и эксплуатационных характеристик.

Литература.

1. Хозин, В.Г. Усиление эпоксидных полимеров. - Казань: ПИК «Дом печати», 2004.-446 с.