Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.05 – „Будівельні матеріали і вироби”. – Одеська державна академія будівництва та архітектури Міністерства освіти України, Одеса, 2006.
Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуальної науково-технічної задачі – підвищенню довговічності та надійності залізобетонних конструкцій та штучних споруд. Розроблені нові вітчизняні олігоорганосилоксанові просочувальні склади та системи, а також технологія їх застосування.
Вивчення фізико-хімічних та технологічних властивостей створених олігоорганосилоксанових сумішей дозволило рекомендувати їх як засоби вторинного захисту цементобетонів від агресивного впливу атмосферних факторів. Досліджені їх протекторні властивості в умовах хлоридної, карбонатної та сульфатної корозії, показана роль води у цих процесах. Встановлено механізм адгезії та адсорбції олігоорганосилоксанів в цементній основі.
Оцінена економічна доцільність вторинного захисту залізобетонних штучних споруд створеними силоксановими сумішами.
Технологічна карта, що була розроблена, дозволила застосувати захисні склади для обробки реальних об’єктів: елементів мостових конструкцій, опор і стояків ліній електропередач.
Атмосферна корозія бетону та залізобетону достатньо широко досліджена, встановлена агресивна роль води у деструктивних процесах. Однак, при цьому, відносно незначна кількість робіт присвячена розробці нових типів водовідштовхуючих захисних складів. Проте стан бетонних та залізобетонних штучних споруд, що експлуатуються, свідчить про недостатню ефективність існуючих гідрофобізаторів і необхідність подальшого пошуку надійних засобів поверхневого захисту бетону.
Дисертаційна робота присвячена пошуку рішення актуальної науково-технічної задачі – підвищенню корозійної стійкості та довговічності бетонів шляхом створення нових кремнійорганічних сумішей для поверхневої обробки та дослідженню їх захисних властивостей.
Основні наукові і практичні результати за дисертаційною роботою
Розроблено рецептури нових олігодиметилметилфенилсилоксанових сумішей на основі вітчизняної сировини для поверхневого захисту бетону від атмосферної корозії. Після нанесення вони утворюють у поровому просторі водовідштовхуючу тривимірну силоксанову структуру за рахунок конденсації силанольних та етоксильних груп в присутності каталізатора – триацетоксиметилсилану. Крайовий кут зволоження плівок водою досягає 107...109. Прискорені кліматичні дослідження довговічності захищених зразків показали, що впродовж умовних десяти років експлуатації їх водопоглинання збільшується лише на 14...15%.
ІЧ спектроскопічним методом показано, що адгезія молекул олігомерів на поверхні цементобетону відбувається, в основному, за рахунок водневих зв‘язків поверхневих ОН-груп гідратованих клінкерних матеріалів і мінеральних наповнювачів з атомами кисню силоксанових зв’язків. При цьому відбувається орієнтація макромолекул на поверхні, що надає плівкам водовідштовхуючі властивості.
Мікрорентгеноспектроскопічним методом встановлено, що основна маса олігоорганосилоксанів адсорбується в поверхневому шарі 0,1...0,2 мм цементобетону і їх вміст різко падає до глибини 0,8...1,4 мм.
Експериментально встановлено, що дослідні розчини з концентрацією олігомера 7,5 та 15% знижують капілярне водопоглинання бетонних зразків в 82,2 і 104,3 рази за першу добу, а тривале водопоглинання на 79,7% та 92,2%, відповідно. При цьому захисні плівки зберігають паропроникність зразків на 79,7...89,9%.
Дослідно показано, що зазначені захисні склади можуть бути використані, як достатньо ефективні засоби поверхневого захисту бетону з метою підвищення морозостійкості.
Експериментально виявлено, що покриття на основі олігоорганосилоксанів є надійним засобом захисту бетонів в умовах хлоридної та сульфатної корозії. При впливі 30% водного розчину хлориду натрію ступень захисту бетону покриттями склав 23,5...32,5%, а 5% водного розчину соляної кислоти – 4,3...4,8 рази. Методами акустичної емісії та фізико-механічних досліджень показано, що коефіцієнт хімічного захисту покриттів від впливу на бетон насиченого водного розчину сульфату натрію, складає 0,42...0,45.
Розроблено лабораторну установку та методику прискореної карбонізації цементобетонів. Оцінено протекторні властивості покриттів олігоорганосилоксанів у процесі вуглекислотної корозії бетону. Виявлені основні закономірності процесу, оптимізовано норму витрати захисних складів, яка склала 0,30...0,35 л/м2.
Дослідно визначено, що в умовах інтенсивного впливу СО2 розроблені засоби забезпечують ступінь захисту біля 80%. Системне покриття на основі метилсиланоляту калію та олігоорганосилоксану відновлює лужне середовище порової рідини бетону та забезпечує йому захист 95...98%.
Удосконалена оцінка економічної доцільності хімічного захисту бетонних та залізобетонних штучних споруд, на прикладі мостів, розчинами олігоорганосилоксанів. Показано, що повна собівартість робіт і матеріалів для захисту поверхні нових залізобетонних мостів не перевищує 1,4...2,5% від кошторисної вартості будівництва, і 3,0...4,5% від витрат при ремонтно-відновлювальних роботах.
Розроблено Технологічну карту нанесення олігоорганосилоксанових засобів хімічного захисту на бетонні конструкції та споруди. Створені матеріали та технологія були застосовані для підвищення атмосферостійкості реальних об’єктів: мостів та елементів прогонових будов, опор і стояків контактної мережі електропостачання. Всього було оброблено більше 12,4 тис.м2 загальної площі залізобетонних мостів. Розрахунковий плановий економічний ефект від впровадження результатів дисертаційної роботи в дорожню галузь, тільки для захисту мостових конструкцій, складає біля 21,2 млн.грн/рік.
Публікації автора:
Підвищення атмосферостійкості цементобетонних матеріалів поверхневою обробкою силоксановими композиціями / П.М. Коваль, Д.Ю. Колесник, В.Г. Сиченко, А.П. Баглай // Нові технології в будівництві. – 2005. – №1(9). – С. 65-68.
Колесник Д.Ю., Коваль П.М. Підвищення хлоридної стійкості цементобетонних матеріалів поверхневою обробкою олігоорганосилоксанами // Будівельне виробництво. – 2005. – №46. – С. 79-82.
Колесник Д.Ю., Парубець М.Г., Коваль П.М. Руйнування захисного шару залізобетонних конструкцій мостів під дією хлоридів // Автошляховик України. – 2005. – №5. – С.33-36.
Колесник Д.Ю., Сиченко В.Г., Коваль П.М. Аналіз проблеми корозії цементобетону в атмосферних умовах і роль води у цьому процесі // Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту ім. В.Лазаряна. – Вип. 13. – 2006. – С. 141-160.
Колесник Д.Ю., Коваль П.М., Сиченко В.Г. Технологічні властивості олігоорганосилоксанів у поверхневому шарі цементобетонних матеріалів // Залізничний транспорт України. – №3. – 2006. – С.46-48.
Вплив матеріалів групи „Сілол” на морозостійкість цементних бетонів / П.М. Коваль, Л.С. Мартиненко, Д.Ю. Колесник, В.В. Кожушко, І.В. Гринев // Вісник національного університету водного господарства та природокористування: Зб. наук. пр. – Рівне, 2004. – С. 105-108.
Пат. 74999 Укр., МПК C09D 143/04. Склад для захисту цементного каменю від атмосферного руйнування / Д.Ю. Колесник, Є.Д. Прусенко, П.М. Коваль, В.Є. Зема, В.В. Кожушко, Н.М. Тарасенко; Заявл. 27.12.04; Опубл. 15.02.06. – 3с.
Пат. 75000 Укр., МПК C09D 143/04. Склад для захисту будівельного штучного каменю від водопоглинання / Д.Ю. Колесник, Є.Д. Прусенко, П.М. Коваль, В.Є. Зема, В.В. Кожушко; Заявл. 27.12.04; Опубл. 15.02.06. – 3с.
Сиченко В.Г., Колесник Д.Ю. Підвищення корозійної стійкості опор контактної мережи // IV Междунар. науч.-практ. конф. Качество, стандартизация, контроль: теория и практика. – Ялта, 2004. – С. 153-154.
Колесник Д.Ю., Фаль А.Є., Коваль П.М. Просочувальна силоксанова гідроізоляція, як засіб хімічного захисту бнтону // Міжнар. наук.-практ. конф. Покрівельні та гідроізоляційні м-ли на ринку України. – К., 2005 – С. 50-51.
Колесник Д.Ю., Сыченко В.Г., Коваль П.Н. Отверждающиеся композиции на основе олигометилфенилсилоксана // IX Междунар. конф. по химии и физикохимии олигомеров (Олигомеры – 2005). – Одесса, 2005. – С. 316.
Сиченко В.Г., Савченко В.А., Колесник Д.Ю. Технічні характеристики стояків залізобетонних опор для контактної мережі: аналіз та вимоги // I Міжнар. наук.-практ. конф. Підтвердження відповідності на залізничному транспорті: передовий досвід і напрямки розвитку. – Алушта, 2005. – С.59-63.
Колесник Д.Ю., Коваль П.М., Сиченко В.Г. Ресурсозберігаюча технологія хімічного захисту поверхні залізобетону від атмосферної корозії // VII Міжнар. конф. Ресурсо-енергозбереження у ринкових відносинах. – К., 2005. – С. 40-41.
Колесник Д.Ю., Коваль П.М. Використання кремнійорганічних полімерів, як захисних сумішей // VII Междунар. науч.-техн. интернет конф. Применение пластмасс в строительстве и городском хозяйстве. – Харьков, 2006. – С. 107-110.
В публікаціях, написаних у співавторстві, здобувачу належить:
вивчення науково-технічної літератури присвяченої фізико-хімічній корозії бетону та критичне узагальнення відомостей в оглядових статтях [3, 4, 5, 8];
розробка рецептури нових захисних кремнійорганічних сумішей для цементного каменю, на основі вітчизняної сировини [12, 13, 16];
дослідження технологічних властивостей створених захисних сумішей [1, 10, 12, 13];
експериментальне дослідження протекторних властивостей розчинів олігоорганосилоксанів у процесах фізико-хімічної корозії цементобетонів та галузі їх застосування [1, 2, 7 – 19];
дослідження економічної доцільності вторинного захисту бетону [6, 18, 19].
