Градиентные наномодифицированные полифункциональные огнезащитные покрытия тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.05, кандидат наук Евстигнеев Александр Викторович

• Евстигнеев Александр Викторович
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Евстигнеев Александр Викторович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ ОГНЕЗАЩИТНЫЕ ЭПОКСИДНЫЕ ПОКРЫТИЯ: ПРИНЦИПЫ РЕАЛИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕМ. ИНФОРМАТИВНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ В СТРОИТЕЛЬНОМ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИИ

1.1 Задача пассивной огнезащиты стальных конструкций

1.2 Огнезащитные вспучивающиеся покрытия

1.3 Реализация огнезащитных вспучивающихся покрытий

1.4 Соединения внедрения в графит. Терморасширяющийся графит

1.5 Опыт использования терморасширяющегося графита для изготовления огнезащитных вспучивающихся покрытий на различных вяжущих

1.6 Эпоксидные композиционные строительные материалы

1.7 Терморасширяющийся графит как компонент огнезащитных вспучивающихся композитов с эпоксидной матрицей

1.8 Методы модификации полимерных композиционных материалов

1.9 Градиентные и полифункциональные материалы

1.10 Спектральные исследования в строительном материаловедении

1.11 Математическое моделирование в строительном материаловедении

Выводы

ГЛАВА 2. ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

2.1 Цель и задачи исследования

2.2 Характеристика сырьевых материалов

2.2.1 Эпоксидный олигомер

2.2.2 Сшивающий агент

2.2.3 Дисперсные фазы

2.2.4 Силановый модификатор

2.3 Методы исследований, приборы и оборудование

2.3.1 Методы определения параметров состояния и эксплуатационных свойств

2.3.2 Методы определения параметров пенококсового остатка

2.3.3 Высокоинформативные методы исследования

2.3.4 Регрессионный анализ данных

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА РЕЦЕПТУРЫ И ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ

ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ИНТУМЕСЦЕНТНЫХ КОМПОЗИТОВ

3.1 План диссертационного исследования

3.2 Поисковые исследования

3.2.1 План эксперимента при поисковых исследованиях

3.2.2 Результаты поисковых экспериментальных исследований

3.2.3 Двухкритериальная оптимизация и ограничение области факторного пространства. Обоснование выбора неинтумесцентной фазы

3.3 Свойства полифункциональных интумесцентных композитов

3.3.1 План эксперимента

3.3.2 Кинетика изменения массы при экспозиции в различных средах

3.3.3 Стойкость композита к воздействию агрессивных сред и климатических факторов

3.3.4 Коэффициенты расширения и сохранности пенококсового остатка

3.3.5 Теплопроводность и термическое сопротивление

3.3.6 Адгезия к стальной подложке

3.4 Исследование механизма влияния 3-APTES на показатели свойств композита

3.5 Оптимизация составов интумесцентных композитов

Выводы

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ

ФОРМИРОВАНИЯ ГРАДИЕНТА ТЕМПЕРАТУРЫ СТЕКЛОВАНИЯ

4.1 Цель формирования градиента температуры стеклования по толщине покрытия

4.2 Алгоритм формирования градиента температуры стеклования по толщине

покрытия

4.3 Зависимость температуры стеклования от продолжительности и температуры тепловой обработки

4.4 Определение технологического режима формирования градиента температуры стеклования по толщине покрытия

4.5 Численное решение сопряженной задачи гидрогазодинамики и теплопереноса в системе «воздух - ОВП - подложка»

Выводы

ГЛАВА 5. ОГНЕЗАЩИТНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ИНТУМЕСЦЕНТНЫХ И ГРАДИЕНТНЫХ ПОКРЫТИЙ

5.1 Огнезащитная эффективность покрытий

5.1.1 План эксперимента по исследованию огнезащитных показателей

5.1.2 Результаты исследования огнезащитной эффективности

5.1.3 Обоснование технологии повышения огнезащитной эффективности

5.2 Качественный анализ сохранности пенококсового остатка

5.3 Отбор ОВП оптимального состава и технологии

Выводы

ГЛАВА 6. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

ГРАДИЕНТНЫХ ИНТУМЕСЦЕНТНЫХ ПОКРЫТИЙ

6.1 Принципиальная технологическая схема изготовления наномодифицированных градиентных покрытий

6.2 Меры безопасности при изготовлении и проведении работ

6.3 Технико-экономическое обоснование

6.4 Окупаемость проекта

Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А. Акт внедрения результатов исследования

Приложение Б. Результаты многокритериальной оптимизации интумесцентных

композитов

Приложение В. Экранные формы пакета CFD

Приложение Г. Имитационно-статистическое исследование эффектов влияния наномодификации и формирования градиента температуры стеклования

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Градиентные наномодифицированные полифункциональные огнезащитные покрытия»

Актуальность темы исследования.

Обеспечение безопасности строительных объектов в эксплуатационный период продолжает оставаться актуальной задачей, решение которой требует привлечения различных средств и методов. Эффективным способом сохранения несущей способности металлических конструкций при пожаре является использование огнезащитных вспучивающихся покрытий, которые при воздействии огня создают тепловой барьер, пролонгирующий период достижения критического нагрева металла. Большинство современных огнезащитных вспучивающихся покрытий для стальных конструкций изготавливаются на полимерной основе, часто — на эпоксидной.

Высокая кратность вспучивания покрытия может быть достигнута использованием компонентов, которые приводят к возникновению и росту парогазовых областей и/или возрастанию объема твердых включений при высоких температурах. Вспучивание сопровождается образованием пористого каркаса (пенококсово-го остатка, пенококса), как правило — углеродного. Несмотря на различия в механизмах увеличения объема большинство исследователей классифицирует все такие компоненты и покрытия на их основе как интумесцентные.

В качестве интумесцентных компонентов традиционно используется сочетание полифосфата аммония, пентаэритрита и меламина. Некоторые из этих веществ характеризуются высокой растворимостью в воде, что отрицательно сказывается на водо- и химической стойкости покрытия, барьерных свойствах и адгезии к стальной подложке и может привести к существенному снижению показателей огнезащитных свойств после длительного периода эксплуатации в нормальных условиях (до пожара).

Реализация комплексной защиты, включающей защиту от коррозии металлической конструкции, требует использования эффективных полифункциональных покрытий, для которых характерен комплекс показателей, в конечном итоге обеспечивающих тепловой барьер при пожаре после длительного периода эксплуатации.

Разработка эффективных полифункциональных огнезащитных вспучивающихся покрытий возможна при условии уменьшения количества водорастворимых интумесцентных компонентов совместно с использованием научно обоснованных технологических решений, направленных на сохранение высокого коэффициента вспучивания и сохранности пенококсового остатка при огневом воздействии. Решение задачи обеспечения функциональных свойств (высокого коэффициента вспучивания и сохранности пенококса после длительного периода эксплуатации) базируется на теоретических положениях физико-химии поверхностных явлений и заключается в создании термодинамически устойчивого водонерас-творимого слоя, совместимого с интумесцентными компонентами и матричным материалом покрытия, а также в управлении градиентом температуры в процессе термического воздействия посредством введения дисперсных фаз с малой теплопроводностью. Указанное положение составило суть научной гипотезы диссертационной работы.

Диссертационная работа выполнена на базе научно-образовательного центра «Наноматериалы и нанотехнологии» кафедры строительных материалов и материаловедения НИУ МГСУ при поддержке Минобрнауки России, НИР 7.6250.2017/8.9 «Теоретико-эмпирические модели функциональных композитов на основе первичных наноматериалов».

Степень разработанности темы.

В настоящее время имеется обширный отечественный и зарубежный опыт разработки интумесцентных эпоксидных покрытий как на основе классической триады «полифосфат аммония - меламин - пентаэритрит», так и на основе компонентов, нерастворимых в воде, в частности - на основе терморасширяющегося графита. Выявлены закономерности, связывающие термическое сопротивление слоя, огнезащитную эффективность и технологические факторы изготовления. Известны эпоксидные покрытия на основе указанной триады, характеризующиеся высокими показателями огнезащитных свойств (термическое сопротивление слоя - не менее 0,21 м2-К/Вт, огнезащитная эффективность - не менее 90 мин при начальной толщине слоя 2 мм) непосредственно после нанесения на защищаемую

конструкцию. Известны эпоксидные покрытия на основе терморасширяющегося графита, для которых снижение огнезащитных показателей после проведения ускоренных климатических испытаний не превышает 10 %.

Недостатками известных решений в области интумесцентных эпоксидных покрытий на основе триады «полифосфат аммония - меламин - пентаэритрит» являются недостаточная стойкость к воздействиям агрессивных сред и климатических факторов в период нормальной эксплуатации (обусловлено использованием водорастворимых компонентов); основным недостатком известных решений на основе терморасширяющегося графита является подавление вспенивания фосфатной части (приводит к разрушению пенококса).

Цель и задачи исследования.

Целью диссертационной работы является разработка научно обоснованного технологического решения, обеспечивающего получение полифункционального огнезащитного покрытия на эпоксидной матрице, обладающего повышенными показателями стойкости к воздействию природных и техногенных факторов.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:

1. На основе анализа информационных ресурсов определить перечень критериев оптимизации, обосновать выбор исходных материалов и технологических методов, направленных на сохранение высокого коэффициента расширения и коэффициента сохранности пенококсового остатка.

2. Установить зависимости влияния управляющих рецептурных и технологических факторов на процессы структурообразования, структуру и свойства наномодифицированного композита для полифункциональных огнезащитных покрытий. Оптимизировать рецептурные факторы, обеспечивающие повышение коэффициента сохранности пенококсового остатка посредством управления тепловыми потоками на стадии коксообразования.

3. С использованием характерных свойств реактопластов разработать метод формирования градиента параметров молекулярной структуры и показателей

макроскопических свойств по толщине покрытия, способствующий повышению термического сопротивления и коэффициента сохранности пенококсового остатка. Определить оптимальные технологические режимы тепловой обработки покрытия.

4. Провести оптимизацию рецептуры и режима изготовления покрытия, установить оптимальные сочетания технологических факторов изготовления.

5. Выполнить оценку технико-экономической эффективности и провести апробацию разработанного технологического решения.

Научная новизна.

1. Установлено, что обработка поверхности частиц полифосфата аммония раствором триаминопропилтриэтоксисилана приводит образованию продуктов, обеспечивающих повышение показателей водо- и химической стойкости, стойкости к воздействию климатических факторов интумесцентных композитов: на ИК-спектрах практически отсутствуют линии, принадлежащие триаминопропилтри-этоксисилану; на КР-спектрах идентифицирована линия, соответствующая новообразованиям (комбинационный сдвиг при 1153 см-1, который не возникает в системе «эпоксидный олигомер - отвердитель»). Оптимальной концентрацией раствора триаминопропилтриэтоксисилана в изопропиловом спирте является концентрация, соответствующая формированию слоя толщиной 200 нм на поверхности частиц полифосфата аммония, терморасширяющегося графита и алюмосили-катных микросфер.

2. Установлено, что введение полых алюмосиликатных микросфер в количестве 26...31 мас. % обеспечивает высокую сохранность пенококсового остатка, что обусловлено изменением условий распространения тепла в слое огнезащитного покрытия на основе эпоксидных композитов, содержащих терморасширяющийся графит.

Теоретическая и практическая значимость работы.

1. Дополнены теоретические представления о структурообразовании эпоксидных композиционных материалов. Показано, что структурообразование в исследованной системе «эпоксидная матрица - терморасширяющийся графит - по-

лифосфат аммония - полые алюмосиликатные микросферы» подчиняется классическим закономерностям, характерным для данного класса композиционных материалов.

2. Выявлен синергетический эффект влияния поверхностной обработки частиц полифосфата аммония раствором триаминопропилтриэтоксисилана, введения полых алюмосиликатных микросфер и формирования градиента температуры стеклования по толщине покрытия на комплекс эксплуатационных свойств огнезащитных покрытий.

3. Предложен метод формирования градиента температуры стеклования по толщине покрытия, состоящий в тепловой обработке покрытия после прохождения точки геля эпоксидного полимера. Режим обработки определяется по результатам численного решения сопряженной задачи конвективного теплообмена. Установлены оптимальные режимы, позволяющие повысить сохранность пено-коксового остатка.

4. Разработаны оптимальные составы наномодифицированных полифункциональных интумесцентных композитов и градиентных наномодифицированных полифункциональных огнезащитных покрытий, характеризующихся высокой сохранностью пенококсового остатка со следующими значениями показателей эксплуатационных свойств: термическое сопротивление слоя — более 0,3 К/Вт, адгезия к стали — более 7,5 МПа, коэффициенты бензостойкости, водо- и щелочесто-йкости после 6 мес. экспозиции — более 0,92, коэффициент кислотостойкости после 6 мес. экспозиции — более 0,7, коэффициент стойкости к воздействию климатических факторов после 6 мес. экспозиции — более 0,94, огнезащитная эффективность - более 70 мин.

Методология и методы исследования.

Научную базу работы составляют труды отечественных и зарубежных исследователей по тематике интумесцентных огнезащитных покрытий, полимерных композитов с эпоксидной матрицей, а также по тематике технологии наномоди-фицирования строительных композитов.

Методологическую основу составляют общие теоретико-эмпирические методы, положения системно-структурного подхода и математической теории эксперимента.

При выполнении исследований использовано современное высокотехнологичное оборудование, методы исследований и испытаний, регламентированные отечественными и зарубежными нормативными документами, а также аналитические и численные методы прикладной математики, в т.ч. - методы прикладной статистики и математической теории эксперимента. Экспериментальные исследования выполнялись с использованием современных физических методов исследования - абсорбционной ИК-спектроскопии, эмиссионной спектроскопии комбинационного рассеяния, рентгеновской томографии, дилатометрии.

Положения, выносимые на защиту.

1. Обоснование выбора вида и количества дисперсных фаз на основании результатов исследования композитов, содержащих эпоксидный полимер и терморасширяющийся графит.

2. Результаты исследования влияния основных технологических факторов на свойства наномодифицированных полифункциональных интумесцентных композитов и градиентных наномодифицированных полифункциональных огнезащитных покрытий.

3. Результаты спектральных исследований составов, содержащих триамино-пропилтриэтоксисилан и полифосфат аммония.

4. Метод формирования градиента температуры стеклования по толщине покрытия.

5. Оптимальные составы наномодифицированных полифункциональных ин-тумесцентных композитов и градиентных наномодифицированных полифункциональных огнезащитных покрытий.

Степень достоверности результатов.

Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием современного высокоточного оборудования, высокой воспроизводимостью резуль-

татов экспериментов и соответствием полученных результатов положениям общей теории композиционных материалов.

Апробация результатов.

Основные положения и результаты диссертационной работы представлялись и докладывались на следующих международных и всероссийских научно-практических конференциях: на X Международной научно-практической конференции «Отечественная наука в эпоху изменений: постулаты прошлого и теории нового времени» (Екатеринбург, 2015), Международной конференции по химии, металлургии и материаловедению (Паттая, 2015), Международной конференции по моделированию, идентификации и управлению (Париж, 2015), Интернациональном симпозиуме по механике и материаловедению (Остров Чеджу, 2016), VI Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании (Москва, 2018), на Международной научно-практической конференции «XXXVI Международные чтения памяти А.Д. Сахарова» (Москва, 2018), а также на семинарах научно-образовательного центра «Наноматериалы и нанотехнологии».

Внедрение результатов.

В цехе Российского подразделения компании Pilkington Group Limited (ООО «Пилкингтон Гласс») было выполнено нанесение разработанного покрытия на вертикальный участок металлической конструкции. Конструкция расположена в зоне с концентрацией ионов фтора до 0,1 мкг/л.

Теоретические положения и результаты диссертационной работы используются в учебном процессе при подготовке магистров по направлению 08.04.01 «Строительство», профиль «Строительное материаловедение» в ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет».

Личный вклад.

Автором самостоятельно сформулирована цель работы, определены задачи для ее достижения и сформулирована научная гипотеза, выполнен аналитический обзор информационных источников; выполнен комплекс экспериментальных и численных исследований; выявлено синергетическое влияние трех технологиче-

ских факторов — обработки поверхности полифосфата аммония, формирования градиента температуры стеклования по толщине покрытия и управления тепловыми потоками на стадии термического воздействия посредством введения полых алюмосиликатных микросфер — на комплекс эксплуатационных показателей огнезащитных покрытий; сформулированы выводы по работе.

Публикации.

Материалы диссертации достаточно полно изложены в 15 научных публикациях, из которых 2 работы опубликованы в журналах, включенных в Перечень рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук (Перечень рецензируемых научных изданий), и 5 работ опубликовано в журналах, индексируемых в международных реферативных базах Scopus и Web of Science. Получено 2 свидетельства о регистрации программы для ЭВМ.

Структура и содержание работы.

Диссертационная работа состоит из введения, шести разделов, заключения, перечня сокращений и условных обозначений, списка литературы и четырех приложений. Работа изложена на 206 страницах, содержит 84 рисунка и 43 таблицы. Список литературы включает 194 наименования.

Содержание диссертационной работы соответствует формуле специальности и областям исследований «Создание материалов для специальных конструкций и сооружений с учетом их специфических требований», «Разработка методов компьютерного проектирования и управления технологией получения различных строительных материалов» паспорта научной специальности 05.23.05 — Строительные материалы и изделия.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ ОГНЕЗАЩИТНЫЕ ЭПОКСИДНЫЕ ПОКРЫТИЯ: ПРИНЦИПЫ РЕАЛИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ

СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕМ. ИНФОРМАТИВНЫЕ МЕТОДЫ

ИССЛЕДОВАНИЯ В СТРОИТЕЛЬНОМ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИИ 1.1 Задача пассивной огнезащиты стальных конструкций

Огнестойкость — способность материалов и конструкций сохранять заданные значения показателей эксплуатационных свойств в условиях пожара, а также ограничивать распространение огня. Огнезащитными называют материалы, использование которых способствует повышению огнестойкости конструкций. Огнезащитные материалы могут и не являться тепло-, термо- и огнестойкими, хотя перечисленные показатели коррелируют с огнезащитной эффективностью.

В последние годы со стороны отечественных и зарубежных исследователей наблюдается существенное возрастание интереса к проблеме активной и пассивной огнезащиты стальных конструкций. Во многих развитых странах сталь остается одним из основных материалов для изготовления несущих конструкций высотных зданий и большепролетных сооружений, в т.ч. — сооружений сложных архитектурных форм. Возведение подобных сооружений привело к возникновению целого ряда проблем, связанных с обеспечением безопасности персонала при чрезвычайных ситуациях, в частности — при пожарах. В отличие от железобетонных, стальные конструкции характеризуются сравнительно малой огнестойкостью [1-5]. Разрушение стальных конструкций при пожаре является следствием потери несущей способности, обусловленной снижением пределов текучести и развитием температурной ползучести стали (рисунок 1.1).

Только в РФ в течение одного года происходит более ста тысяч пожаров, в которых гибнет более десяти тысяч человек [6]. Пожар в высотном здании (высота превышает 20 этажей) в среднем приводит к гибели втрое большего числа людей, нежели пожар в здании этажностью ниже девяти [5]. Высокая стоимость

площадей для строительства в мегаполисах, являясь причиной для повышения этажности зданий, увеличивает количество факторов риска.

Наряду с непосредственной опасностью, связанной с высокотемпературным воздействием на стальные конструкции, существенную роль начинают играть косвенные факторы, например — связанные с разрушением покрытия при ударных воздействиях (каковое имело при террористическом акте 11 сентября 2001 г. [5, 6]) и прочих воздействиях природного и техногенного характера, в частности — воздействии жидких агрессивных сред (вода, водные растворы кислот и оснований, нефтепродукты) и климатических факторов (капельно-жидкая влага, солнечная радиация). Таким образом, одно лишь значение времени, в течение которого конструкция достигает предельного состояния, не полностью характеризует способность стальной конструкции сопротивляться воздействию открытого огня.

Рисунок 1.1 — Деформация стальной колонны при огневом воздействии [7]

Для повышения пожарной безопасности зданий и сооружений могут быть использованы различные средства, общность которых проявляется в их направленности на смягчение или полное предотвращение отрицательных последствий в соответствии с правилом «огнестойкость является необходимым условием пожарной безопасности» [8].

Существующие нормативные документы — как отечественные [9, 10], так и зарубежные [11] — регламентирующие условия работы конструкционной стали в зданиях и сооружениях, оперируют с понятием предельного состояния конструк-

ции [12]. Каждое предельное состояние — это состояние, после которого конструкция утрачивает способность выполнять свои функции. Наиболее очевидным предельным состоянием является предельное состояние по несущей способности конструкции, которое в нормативных документах обозначают Я; достижение этого предельного состояния соответствует разрушению конструкции. В зарубежных нормативных документах дополнительно к состоянию Я выделяют целый ряд связанных с ним предельных состояний, в частности — состояния, характеризующие деформацию конструкции (чрезмерные прогибы балкой или чрезмерные боковые отклонения в колоннах), хрупкое разрушение и усталость [13]. Несмотря на то, что из всех предельных состояний по огнестойкости состояние Я является наиболее важным, выделяют также предельные состояния, связанные с потерей целостности (состояние Е) или потерей барьерных свойств по теплопередаче (состояние I). По существующим нормативным документам огнестойкость определяется как время достижения предельного состояния. При экспериментальных исследованиях огнестойкости фактически анализируется состояние I.

Эффективным способом сохранения несущей способности металлических конструкций при пожаре является использование огнезащитных покрытий и облицовок, которые при воздействии огня создают тепловой барьер. Для этого метода огнезащиты к настоящему времени принят термин «пассивная огнезащита», что позволяет дифференцировать его от систем активного тушения пожара.

Известны различные способы реализации теплового барьера. Физический метод состоит в нанесении покрытия с высоким тепловым сопротивлением; как правило, это огнезащитные облицовки сравнительно большой толщины [6, 14], выполненные из негорючих высокопористых материалов, обычно — силикатных. Физический метод обычно обозначают термином «конструктивная защита». Основными недостатками физического метода являются [6, 15]:

- нарушение внутренних и внешних архитектурных форм;

- высокий расход материала;

- высокая трудоемкость выполнения огнезащиты.

Физико-химический метод реализации теплового барьера состоит в нанесении на стальную конструкцию покрытий, в композиции которых включены компоненты, при высоких температурах претерпевающие физико-химические трансформации, конечным результатом которых является повышение огнестойкости конструкции.

1.2 Огнезащитные вспучивающиеся покрытия

Одной из разновидностей физико-химического метода реализации теплового барьера является использование огнезащитных вспучивающихся покрытий (ОВП), которые обычно (что, по мнению некоторых авторов, не вполне корректно терминологически [16]) называют интумесцентными покрытиями. В состав ОВП вводятся материалы, претерпевающие при огневом воздействии физико-химические трансформации, сопровождающиеся увеличением объема (и толщины) покрытия примерно на порядок и существенным ростом теплового сопротивления (как минимум — на два порядка) в интервале температур от 300 до 600 °С В дополнение к компонентам, обеспечивающим формирование высокопористого углеродного каркаса — пенококса — в композиции ОВП обычно вводят компоненты, которые при высоких температурах претерпевают химические превращения и/или фазовые переходы с выраженной эндотермией.

Несмотря на то, что до настоящего времени не существует стандартных методик точного расчета времени, в течение которого всей конструкцией, защищенной ОВП, будет достигнуто предельное состояние [13], применение ОВП остается одним из наиболее эффективных методов повышения огнестойкости стальных конструкций. Последнее подтверждается широким ассортиментом подобных покрытий отечественного [17-23] и зарубежного [24-29] производства.

Основные преимущества ОВП:

- возможность сохранения архитектурных форм [13] («.являются продолжением их конструктивной формы» [6]), что обеспечивается за счет сравнительно малой начальной толщины покрытия;

- малые значения механических нагрузок на защищаемые элементы конструкций;

- возможность применения как для внутренней, так и для внешней пассивной огнезащиты;

- технологичность: покрытие, как правило, наносится методом безвоздушного распыления, что обеспечивает возможность защиты элементов сложной формы; покрытие также может наносится кистью, валиком или шпателем;

- сравнительна простота восстановления.

Систематические исследования ОВП проводились с середины XX столетия. В некоторых случаях использование ОВП позволяет сохранить конструкционную прочность в течении 3 ч при температурах до 1100 °C [30].

1.3 Реализация огнезащитных вспучивающихся покрытий

Большинство используемых в настоящее время вспучивающихся материалов включают неорганические кислоты или компоненты, разложение которых приводит к образованию неорганических кислот при температуре от 100 до 250 °С; коксующегося компонента, обеспечивающего формирование высокопористого пенококсового каркаса и компонента, который разлагается в аналогичном интервале температур с выделением газообразных продуктов (вспенивание, вспучивание) или расширением частиц твердой фазы (англ. exfoliation; соответствующий русскоязычный термин отсутствует, но адекватным будет термин интумес-ценция), что обеспечивает расширение системы [16, 31-33].

В качестве источников неорганических кислот (преимущественно — фосфорной, борной и серной) могут быть использованы амидофосфаты или амино-фосфаты (меламинфосфат, продукты реакции мочевины с фосфорными кислотами и др.), фосфорорганические соединения (галоалкилфосфаты, алкилфосфаты, трикрезилфосфат и др.), соли аммония (сульфаты, галогениды, полифосфаты, полибораты и др) [31].

В качестве источников неорганических кислот могут также выступать промежуточные продукты реакций, например борофосфаты [33]. Известны также работы по синтезу соединений, совмещающих два или три компонента из перечисленных выше (например, [34, 35]).

В качестве коксующихся материалов могут быть использованы полисахариды (декстрины и крахмал). Очевидно, что использование низкомолекулярных са-харидов (моно- и дисахаридов), которые характеризуются высокой растворимостью в воде, недопустимо. Наряду с полисахаридами, коксующимися материалами являются многоатомные спирты и коксующиеся полимеры. Среди многоатомных спиртов важнейшим коксующимся материалом является пентаэритрит [31].

В качестве газообразователей могут быть использоваться карбамидофор-мальдегидная смола, мочевина, дициандиамид, меламин и пентаэритрит.

В [31] приводится следующая схема образования пенококса при термическом воздействии:

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Евстигнеев Александр Викторович, 2020 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Li, G. Advanced Analysis and Design for Fire Safety of Steel Structures / G. Li, P. Wang. — Berlin: Springer, 2013. — 357 p.

2. Yong, W.C. Steel and composite structures: behaviour and design for fire safety / W.C. Yong. — London: Spon Press, 2002. — 331 p.

3. Designing Steel Structures for Fire Safety / Ed. by J.M. Franssen, V. Ko-dur, R. Zaharia. — Boca Raton: CRC Press, 2009. — 162 p.

4. Голованов, В.И. Экспериментальные и аналитические исследования несущей способности большепролетных железобетонных балок при огневом воздействии / В.И. Голованов, В.В. Павлов, А.В. Пехотиков // Пожаровзрывобез-опасность. — 2015. — №11. — С. 31.

5. Пронин, Д.Г. Проблемы применения стальных и железобетонных несущих конструкций высотных зданий с точки зрения их огнестойкости / Д.Г. Пронин, Д.В. Конин // Пожаровзрывобезопасность. — 2018. — №1. — С. 50.

6. Зарубина, Л.П. Защита зданий, сооружений и конструкций от огня и шума. Материалы, технологии, инструменты и оборудование / Л.П. Зарубина. — М.-Вологда: «Инфра-Инженерия», 2016. — 336 с.

7. Ройтман, В.М. О механизме прогрессирующего обрушения высотного здания ВТЦ-7 во время событий 11 сентября 2001 года в Нью-Йорке / В.М. Ройтман // Пожаровзрывобезопасность. — 2015. — №10. — С. 37.

8. NIST NCSTAR 04-872. Fire Protection of Structural Steel in High-Rise Buildings / Ed. by M.G. Goode. — Gaithersburg: National Institute of Standards and Technology, 2004. — 80 p.

9. ГОСТ Р 30247.0-94. Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования. — М.: Стандартинформ, 1994. — 12 с.

10. ГОСТ Р 30247.1-94. Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции. — М.: Стандартинформ, 1994. — 7 с.

11. NIST NCSTAR 1-3C. Damage and Failure Modes of Structural Steel Components / Ed. by S.W. Banovic, T. Foecke. — Gaithersburg: National Institute of Standards and Technology, 2005. — 286 p.

12. ГОСТ Р 53295-2009. Средства огнезащиты для стальных конструкций. Общие требования. Метод определения огнезащитной эффективности. — М.: Стандартинформ, 2009. — 14 с.

13. NIST Technical Note 1681. Best Practice Guidelines for Structural Fire Resistance Design of Concrete and Steel Buildings / Ed. by L.T. Phan, T.P. McAllister, J.L. Gross, M.J. Hurley. — Gaithersburg: National Institute of Standards and Technology, 2010. — 199 p.

14. Румянцев, Б.М. Строительные системы: в 3 ч.: учебное пособие. Ч.2: Наружные системы облицовки и изоляции / Б.М. Румянцев, А.Д. Жуков. — М.: МГСУ, 2015. — 432 с.

15. Zhang, C. Reliability of Steel Columns Protected by Intumescent Coatings Subjected to Natural Fires / C. Zhang. — Berlin: Springer, 2015. — 140 p.

16. Ненахов, С.А. Терминологические проблемы в области огнезащитных покрытий / С.А. Ненахов, В.П. Пименова // Пожаровзрывобезопасность. — 2012. — №10. — С. 41.

17. Огнезащитная краска. Товары и услуги компании «Научно-производственная компания ЛКМ CCCP» [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://lkm-cccp.ru/g17855945-ognezaschitnaya-kraska/

18. Альтермо Огнезащита 01 для защиты железобетона и металлических конструкций: продажа, цена в Екатеринбурге. огнезащитные материалы от «РИФОРН» [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://riforn.tiu.ru/p307960415-altermo-ognezaschita-dlya.html

19. ТЕРМОБАРЬЕР 2 — огнезащитный атмосферостойкий состав для металлоконструкций | НПК «ОгнеХимЗащита» [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://ognehimzashita.ru/katalog/ognezashita/thermobarrier-2/

20. Покрытие АК Огнезащита: характеристики, расход, цена, инструкция по применению, производитель [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://www.corrosio.ru/materials/pokrytie-ak-ognezaschita

21. Вспучивающиеся покрытия огнезащитного типа МПВО для кабельной продукции [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://lakokraska-ya. ru/ognezaschita-mpvo

22. Огнезащитная краска для металлических конструкций Pirocor (25 кг) R30 R45 R60 R90 R120 - купить по лучшей цене в Самаре | Компания ООО «Ге-лиос-СтройКрас» [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://gskgroup. su/p 13888109-ognezaschitnaya-kraska-dlya. html

23. PIREX-METAL Plus (ПИРЕКС-МЕТАЛЛ ПЛЮС) — вспучивающаяся огнезащитная краска для металла, 25кг : продажа, цена в Москве. огнезащитные материалы от «КРАДО — профессиональные лакокрасочные материалы» [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://krado.ru/p469559-pirex-metal-plus.html

24. Fire retardant coating paint for steel structure-fire retardant paint-Epoxy paint, floor paint, fluorocarbon paint, heat resistant paint, acrylic paint, printing ink, Zhengzhou Dacheng paint Co., Ltd. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http : //cndctl .com/content/?162 .html

25. Contego High Solids Fire Retardant Paint [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://shop.rdrtechnologies.com/Contego-High-Solids-Fire-Retardant-Paint-p/contego-hs-5 .htm

26. Shield Industries FireGuard FireGuard E-84 Intumescent Coating [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://shieldindustries.com/fireguard_wp/fireguard/fireguard-e-84/

27. SC901 Fast Track, Off-Site Intumescent Steel Coating 120 [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://www.nullifire.com/en_GB/products/product-finder/product/sc901 -fast-track-off-site-intumescent-steel-coating-120/

28. Passive Fire Protection | Protective Coatings [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://www.international-pc.com/type/passive-fire-protection/

29. SteelMaster 1200WF - intumescent fire protection for steel | Jotun [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://www.jotun.com/co/en/b2b/paintsandcoatings/products/SteelMaster-1200WF.aspx

30. Jimenez, M. High-Throughput Fire Testing for Intumescent Coatings / M. Jimenez, S. Duquesne, S. Bourbigot // Industrial & Engineering Chemistry Research. — 2006. — vol. 45. — P. 7475.

31. Bourbigot, S. Fire retardant polymers: recent developments and opportunities / S. Bourbigot, S. Duquesne // Journal of Materials Chemistry. — 2007. — vol. 22.

— P. 2283.

32. Caroline, G. Reaction to fire of an intumescent epoxy resin: Protection mechanisms and synergy / G. Caroline, G. Fontaine, S. Bellayer, S. Bourbigot // Polymer Degradation and Stability. — 2012. — vol. — 97. — P. 1366.

33. Jimenez, M. Intumescent fire protective coating: Toward a better understanding of their mechanism of action / M. Jimenez, S. Duquesne, S. Bourbigot // Thermochimica acta. — 2006. — vol. 449. — P. 16.

34. Gao, M. A novel intumescent flame-retardant epoxy resins system / M. Gao, S. Yang // Journal of Applied Polymer Science. — 2010. — vol. 115. — P. 2346.

35. Gao, M. Thermal degradation and flame retardancy of epoxy resins containing intumescent flame retardant / M. Gao, W. Wu, Y. Yan // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. — 2009. — vol. 95. — pp. 605.

36. Wang, J.S. Metal compound-enhanced flame retardancy of intumescent epoxy resins containing ammonium polyphosphate / J.S. Wang, Y. Li, H. Zhao, J. Liu, D. Wang, Y. Song, Y. Wang // Polymer Degradation and Stability. — 2009. — vol. 94.

— P. 625.

37. Gu, J.W. Study on preparation and fire-retardant mechanism analysis of intumescent flame-retardant coatings / J.W. Gu, G.C. Zhang, S.L. Dong, Q.Y. Zhang, J. Kong // Surface and Coatings Technology. — 2007. — vol. 201. — P. 7835.

38. Jimenez, M. Characterization of the performance of an intumescent fire protective coating / M. Jimenez, S. Duquesne, S. Bourbigot // Surface and coating technology. — 2006. — vol. 201. — P. 979.

39. Ненахов, С.А. Физико-химия вспенивающихся огнезащитных покрытий на основе полифосфата аммония / С.А. Ненахов, В.П. Пименова // Пожаро-взрывобезопасность. — 2010. — №8. — С. 11.

40. Patrick Lim, W.K. Effect of intumescent ammonium polyphosphate (APP) and melamine cyanurate (MC) on the properties of epoxy/glass fiber composites / W.K. Patrick Lim, M. Mariatti, W.S. Chow, K.T. Mar // Composites Part B: Engineering. — 2012. — vol. 43. — P. 124.

41. Gerard, C. Synergistic and antagonistic effects in flame retardancy of an intumescent epoxy resin / C. Gerard, G. Fontaine, S. Bourbigot // Polymers Advanced Technologies. — 2001. — vol. 22. — P. 1085.

42. RU 2425078 C1. Огнезащитная вспучивающая композиция. — 2009.

43. RU 2176258 C1. Огнезащитная полимерная композиция для покрытий. — 2000.

44. RU 2185409 C2. Огнезащитная вспенивающаяся композиция для покрытий. — 2000.

45. RU 2500703 C2. Огнезащитная композиция «Лидер». — 2013.

46. WO 054984. Intumescent composition — 2010.

47. WO 2016170122 A1. An intumescent coating composition. — 2016.

48. WO 007629. Intumescent coating composition. — 2015.

49. WO 170122. An intumescent coating composition. — 2016.

50. WO 007628. Intumescent coating composition. — 2015.

51. CN 20181120. Intumescent fire-proof powder coating and preparation method thereof. — 2018.

52. CN 101200573. Halogen-free intumescent fire-retardant epoxy resin compound. — 2008.

53. CN 101497762. Expansion type steel structure fireproofing powder paint and preparation thereof. — 2009.

54. RU 2199564 C1. Огнезащитная вспенивающаяся композиция для покрытия металлических конструкций. — 2011.

55. RU 2430131 C1. Водно-дисперсионный состав для огнезащиты строительных конструкций. — 2010.

56. RU 2529548 C2. Огнезащитная композиция. — 2013.

57. Селяев, В.П. Полимербетоны: монография / В.П. Селяев, Ю.Г. Ива-щенко, Т.А. Низина. — Саранск: Изд-во Мордовского ун-та, 2016. — 281 с.

58. Липатов, Ю.С. Физическая химия наполненных полимеров / Ю.С. Липатов. — М.: Химия, 1977. — 304 с.

59. Патуроев, В.В. Полимербетоны / В.В. Патуроев. — М.: Стройиздат, 1987. — 286 с.

60. Rudorff, W. Graphite Intercalation Compounds / W. Rudorff // Advances in Inorganic Chemistry and Radiochemistry. — 1959. — vol. 1. P. 223.

61. Hennig, G.R. Interstitial Compounds of Graphite / G.R. Hennig // In: Progress in Inorganic Chemistry. — 1959. — vol. 1. — P. 125.

62. Ubbelohde, A.R. Graphite and its Crystal Compounds / A.R. Ubbelohde, F.A. Lewis. — Oxford: Clarendon Press, 1960. — 217 p.

63. Intercalated Layered Materials / Ed. by A.R. Ubbelohde, F. Lévy. — Dordrecht: Springer, 1979. — 578 p.

64. McAllister, M.J. Single Sheet Functionalized Graphene by Oxidation and Thermal Expansion of Graphite / M.J. McAllister, J-L. Li, D.H. Adamson, H.C. Schniepp, A.A. Abdala, J.Liu, M. Herrera-Alonso, D.L. Milius, R. Car, R.K. Prud'homme, I.A. Aksay // Chemistry of Materials. — 2007. — vol. 19. — P. 4396.

65. Stankovich, S. Synthesis of graphene-based nanosheets via chemical reduction of exfoliated graphite oxide / S. Stankovich, D.A. Dikin, R.D. Piner, K.A. Kohlhaas, A. Kleinhammes, Y. Jia, Y. Wu, S.T. Nguyen, R.S. Ruoff // Carbon. — 2007. — vol. 45. — P. 1558-1565.

66. Hong, Y. Sulfuric Acid Intercalated Graphite Oxide for Graphene Preparation / Y. Hong, Z. Wang, X. Jin // Scientific Reports. — 2013. — vol. 3. — 3439.

67. Yu, H. High-efficient Synthesis of Graphene Oxide Based on Improved Hummers Method / H. Yu, B. Zhang, C. Bulin, R. Li, R. Xing // Scientific Reports. — 2016. — vol. 6. — 36143.

68. Zaaba, N.I. Synthesis of Graphene Oxide using Modified Hummers Method: Solvent Influence / N.I. Zaaba, K.L. Foo, U. Hashim, S.J. Tan, W-W. Liu, C.H. Voon // Procedia Engineering. — 2017. — vol. 184. — P. 469-477.

69. Ranjan, P. A Low-Cost Non-explosive Synthesis of Graphene Oxide for Scalable Applications / P. Ranjan, S. Agrawal, A. Sinha, T. Rajagopala Rao, J. Bala-krishnan, A.D. Thakur // Scientific Reports. — 2018. — vol. 8. — 12007.

70. Seiler, S. Effect of friction on oxidative graphite intercalation and high-quality graphene formation / S. Seiler, C.E. Halbig, F. Grote, P. Rietsch, F. Börmert, U. Kaiser, B. Meyer, S. Eigler // Nature Communications. — 2018. — vol. 9. — 836.

71. Graphene Science Handbook / Ed. by M. Aliofkhazraei, N. Ali, W.I. Milne,

C.S. Ozkan, S. Mitura, J.L. Gervasoni. — Boca Raton: CRC Press, 2016. — 567 p.

72. Ji, K. Lithium intercalation into bilayer graphene / K. Ji, J. Han, A. Hirata, T. Fujita, Y. Shen, S. Ning, P. Liu, H. Kashani, Y. Tian, Y. Ito, J. Fujita, Y. Oyama // Nature Communications. — 2019. — vol. 10. — 275.

73. Weller, T.E. Superconductivity in the intercalated graphite compounds C6Yb and C6Ca / T.E. Weller, M. Ellerby, S.S. Saxena, R.P. Smith, N.T. Skipper // Nature Physics. — 2005. — vol. 1. — P. 39.

74. Anderson, S.H. Exfoliation of Intercalated Graphite // S.H. Anderson,

D.D.L. Chung // Carbon. — 1984. — vol. 22. — P. 253.

75. Chung, D.D.L. Exfoliation of graphite / D.D.L. Chung // Journal of Materials Science. — 1987. — vol. 22. — P. 4190.

76. Peng, T. Preparation, quantitative surface analysis, intercalation characteristics and industrial implications of low temperature expandable graphite / Tiefeng Peng, Bin Liu, Xuechao Gao, Liqun Luo, Hongjuan Sun // Applied Surface Science. — 2018. — vol. 444. — P. 800.

77. Derry, C. Graphene Nanoplatelets Prepared by Electric Heating Acid-Treated Graphite in a Vacuum Chamber and Their Use as Additives in Organic Semi-

conductors / C. Derry, Y. Wu, S. Gardner, S. Zhu // Applied Materials & Interfaces. — 2014. — vol. 6. — P. 20269.

78. US 20040000735 A1. Partially expanded, free flowing, acid treated graphite flake. — 2002.

79. KR 100839330 B1. Method of manufacture of thermal expanded graphite.

— 2007.

80. Wang, G. Synergistic effect of expandable graphite and melamine phosphate on flame-retardant polystyrene / G. Wang, S. Bai // Journal of Applied Polymer Science. — 2017. — vol. 134. — P. 45474.

81. Furdin, G. New data concerning the graphite sulfur trioxide system / G. Furdin, M. Klatt, M. Lelaurain, A. Herold // Synthetic Metals. — 1988. — vol. 23. — P. 287.

82. US 4350576 A. Method of producing a graphite intercalation compound.

— 1979.

83. US 6756027 B2. Method of preparing graphite intercalation compounds and resultant products. — 2001.

84. Salvatore, M. Synthesis and Characterization of Highly Intercalated Graphite Bisulfate / M. Salvatore, G. Carotenuto, S. De Nicola, C. Camerlingo, V. Ambrogi, C. Carfagna // Nanoscale Research Letters. — 2017. — vol. 12. — 167

85. US 4895713 A. Intercalation of graphite. — 1989.

86. US 5376450 A. Low surface acid intercalated graphite and method. —

1992.

87. Li, J. Facile preparation of graphite intercalation compounds in alkali solution / J. Li, H. Shi, N. Li, M. Li, J. Li // Central European Journal of Chemistry. — 2010. — vol. 8. — P. 783.

88. Yoon, G. Factors Affecting the Exfoliation of Graphite Intercalation Compounds for Graphene Synthesis / G. Yoon, D-H. Seo, K. Ku, J. Kim, S. Jeon, K. Kang // Chemistry of Materials. — 2015. — vol. 27. — P. 2067.

89. Grimme, S. Semiempirical GGA - type density functional constructed with a long - range dispersion correction / S. Grimme // Journal of Computational Chemistry. — 2016. — vol. 27. — P. 1787.

90. US 6149972A. Expandable graphite and method. — 1998.

91. Yu, X.-J. Preparation and characterization of sulfur-free exfoliated graphite with large exfoliated volume / Xiu-Juan Yu, Juan Wu, Qi Zhao, Xiu-Wen Cheng // Materials Letters. — 2012. — vol. 73. — P. 11.

92. US 5945176 A. Graphite intercalation compound and production method thereof. — 1995.

93. US 6756027 B2. Method of preparing graphite intercalation compounds and resultant products. — 2001.

94. Badenhorst, H. The influence of three different intercalation techniques on the microstructure of exfoliated graphite / X. van Heerden, H. Badenhorst // Carbon. — 2015. — vol. 88. — P. 173.

95. Yoshida, A. Exfoliation of vapor-grown graphite fibers as studied by scanning electron microscope / A. Yoshida, Y. Hishiyama, M. Inagaki // Carbon. — 1990. — vol. 28. — P. 539.

96. Lv, X. Preparation of exfoliated graphite intercalated with nitrogen dioxide by direct gas-phase processing / Xiaomeng Lv, Xuanjun Wang, Zhiyong Huang, Xiang-xuan Liu, Chao Lv // Materials Letters. — 2014. — vol. 136. — P. 48.

97. Chung, D.D.L. Intercalate vaporization during the exfoliation of graphite intercalated with bromine / D.D.L. Chung // Carbon. — 1987. — vol. 25. — P. 361.

98. Mazieres, C. Mobility of bromine in its graphite and pyrocarbon residue compounds / C. Mazieres, G. Colin, J. Jegoudez, R. Setton // Carbon. — 1975. — vol. 13. — P. 289.

99. Mazieres, C. Behaviour of bromine in previously heat-debrominated then rebrominated pyrocarbons: a model / C. Mazieres, G. Colin, J. Jegoudez, R. Setton // Carbon. — 1976. — vol. 14. — P. 176.

100. US US5176863 A. Flexible graphite composite fire retardant wallpaper and method. — 1991.

101. US 6238594 B1. Intumescent material. — 1998.

102. RU 2130953 C1. Состав для получения огнезащитного материала. —

1997.

103. RU 2387693 C1. Состав для получения огнезащитного покрытия. —

2008.

104. CN 102134432. Water-borne ultrathin intumescent fireproof and anticorro-sive double-function coating for steel structure and preparation method thereof. — 2011.

105. RU 2229497 C1. Огнезащитный вспучивающийся материал. — 2003.

106. CN 101747821. Steel-structure ultrathin intumescent fire retardant coating and preparation method thereof. — 2010.

107. RU 2244727 C1. Огнезащитная вспучивающаяся краска. — 2003.

108. RU 2190649 C2. Вспенивающаяся композиция для огнезащитного покрытия. — 2000.

109. Адаменко, Н.А. Конструкционные полимерные композиты / Н.А. Адаменко, А.В. Фетисов, Г.В. Агафонова. — Волгоград: ВолГТУ, 2010. — 100 с.

110. Кербер, М.Л. Полимерные композиционные материалы. Структура. Свойства. Технологии. / М.Л. Кербер. — СПб.: Профессия, 2008. — 560 с.

111. Handbook of polymer composites for engineers. / Ed. by L. Hollaway. — Cambridge: Woodhead, 1994. — 336 p.

112. Polymer composites for civil and structural engineering. / Ed. by L. Holla-way. — Dordrecht: Springer, 1993. — 268 p.

113. Wang, R.M. Polymer matrix composites and technology / R.M. Wang, S.R. Zheng, Y.P. Zheng. — Cambridge: Woodhead, 2011. — 570 p.

114. Барашков, Н.Н. Полимерные композиты: получение, свойства, применение / Н.Н. Барашков. — М.: Наука, 1984. — 128 с.

115. Хозин, В.Г. Усиление эпоксидных полимеров / В.Г. Хозин. — Казань: ПИК «Дом печати», 2004. — 446 с.

116. Низина, Т.А. Защитно-декоративные покрытия на основе эпоксидных и акриловых связующих / Т.А. Низина. — Саранск: Изд-во Мордовского ун-та, 2007. — 258 с.

117. Низина, Т.А. Климатическая стойкость полимерных композиционных материалов на основе эпоксидных связующих / Т.А. Низина, В.П. Селяев, Д.Р. Низин, Д.А. Артамонов // Региональная архитектура и строительство. — 2015. — №1. — С. 34.

118. Низина, Т.А. Оценка влияния вида отвердителя на атмосферостой-кость низковязких эпоксидных композитов / Т.А. Низина, А.Н. Чернов, Д.Р. Низин, А.И. Попова // Новости материаловедения. Наука и техника. — 2016. — №6. — С. 4.

119. Stroganov, V.F. Studies of the resistance of adamantane-containing epoxy polymers to thermal, chemical, and biological aging / V.F. Stroganov // Polymer Science Series D. — 2015. — vol. 8. — P. 122.

120. Stroganov, V.F. Modification of epoxy compositions by adducts based on functional derivatives of adamantanol and adamantanecarboxylic / V.F. Stroganov // Polymer Science Series D. — 2015. — vol. 8. — P. 49.

121. Баженов, Ю.М. Бетонополимеры / Ю. М. Баженов. — М.: Стройиздат, 1983. — 238 с.

122. Stroganov, V.F. Water-soluble hydantoin-containing epoxy resins and polymers based on them / V.F. Stroganov, A.M. Mukhametova A.D. Eselev // Polymer Science Series D. — 2015. — vol. 8. — P. 257.

123. Соломатов, В.И. Физические особенности формирования структуры композиционных строительных материалов / В.И. Соломатов, В.Н. Выровой // Изв. вузов. Строительство. — 1988 — №10. — с. 59.

124. Соломатов, В.И. Переход «беспорядок - порядок» в структуре композиционных строительных материалов / В.И. Соломатов, А.Н. Бобрышев // Изв. вузов. Строительство. — 1988. — №1. — С. 47.

125. Ненахов, С.А. Роль наполнителей в формировании пенококса на основе органо-неорганических составов / С.А. Ненахов, В.П. Пименова, А.Е. Чалых,

А.Д. Алиев // Полимеры в строительстве: научный Интернет-журнал. — 2014. — №2. — С. 91.

126. Ненахов, С.А. Влияние наполнителей на структуру пенококса на основе полифосфата аммония / С.А. Ненахов, В.П. Пименова, Л.И. Натейкина // Пожаровзрывобезопасность. — 2009. — №8. — С. 51.

127. RU 2177973 C2. Огнезащитная вспучивающаяся эмаль. — 1999.

128. CN 108559359. Phase-change heat absorption and intumescent flame retardant steel structure fireproof paint and preparation method thereof. — 2018.

129. RU 2458964 C1 . Состав для получения огнезащитного покрытия. —

2011.

130. RU 2558602 C1. Огнезащитная вспучивающаяся композиция. — 2014.

131. CN 105238221 A. Flexible epoxy intumescent fire-retardant coating and preparation method thereof. — 2015.

132. CN 104804594 A. Ultra-thin steel structure fireproof paint and preparing method thereof. — 2017.

133. CN 106752682 A. Epoxy resin expansive type fireproof paint for steel structure and preparation method thereof. — 2017.

134. CN 106752682 B. A kind of steel construction epoxy resin expandable fireproof paint and preparation method thereof. — 2019.

135. Meister, J. Polymer Modification: Principles, Techniques, and Applications / J. Meister. — Boca Raton: CRC Press, 2000. — 936 p.

136. Thermoset nanocomposites / Ed. by R. Kostilkova. — Shawbury: Smithers Rapra, 2007. — 325 p.

137. Smirnov, V.A. Experimental Modeling of Transition Layer at Phase Boundary in Composites / V.A. Smirnov, E.V. Korolev, A.V. Evstigneev // Advances in Intelligent Systems Research. — 2015. — vol. 119. — P. 187.

138. Аскадский, А.А. Градиентные полимерные материалы / А.А. Аскад-ский // Российский химический журнал (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д. И. Менделеева). — 2001. — №3. — С. 123.

139. Ramezanzadeh, B. Studying various mixtures of 3-aminopropyltriethoxysilane (APS) and tetraethylorthosilicate (TEOS) silanes on the corrosion resistance of mild steel and adhesion properties of epoxy coating / B. Ramezanzadeh, E. Raeisi, M. Mahdavian // International Journal of Adhesion & Adhe-sives. — 2015. — vol 63. — P. 166.

140. Королев, Е.В. Моделирование эволюции лиофобных дисперсных систем / Е.В. Королев, В.А. Смирнов, А.П. Прошин, А.М. Данилов // Изв. вузов. Строительство. — 2004. — №1. — С. 40.

141. Смирнов, В.А. Иерархическое моделирование строительных материалов как дисперсных систем: специализированная программная реализация / В.А. Смирнов, Е.В. Королев // Строительные материалы. — 2019. — №1-2. — С. 43.

142. Gladkikh, V.A. Modeling the Rutting Kinetics of the Sulfur-extended Asphalt / V.A. Gladkikh, E.V Korolev, V.A. Smirnov, I.I. Sukhachev // Procedia Engineering. — 2016. — vol. 165. — P. 1417.

143. Smirnov, V.A. Versatile Dynamics Simulator: Dedicated Particle Dynamics Software for Construction Materials Science / V.A. Smirnov, E.V. Korolev // Advances in Intelligent Systems and Computing. — 2020. — vol. 982. — P. 798.

144. Королев, Е.В. Моделирование и инструментальные средства численного анализа в нанотехнологии материаловедения: обзор / Е.В. Королев, В.А. Смирнов, А.В. Евстигнеев // Нанотехнологии в строительстве. — 2014. — №5. — С. 34.

145. Королев, Е.В. Наноструктура матриц серных строительных композитов: методология, методы, инструментарий / Е.В. Королев, В.А. Смирнов, А.В. Евстигнеев // Нанотехнологии в строительстве. — 2014. — №6. — С. 106.

146. Смирнов, В.А. Роль межплатформенного программного обеспечения поддержки моделирования в материаловедении / В.А. Смирнов, А.В. Евстигнеев // Национальная ассоциация ученых. — 2015. — №4-2. — С. 99.

147. Smirnov, V.A. Particle System Dynamics Software for the Design of Constructional Composites / V.A. Smirnov, E.V. Korolev, A.V. Evstigneev // Proc. of the

International Conference on Data Mining, Electronics and Information Technology (DMEIT'15). — Pattaya, 2015. — P. 47.

148. Смирнов, В.А. Эффективность моделирования в строительном материаловедении / В.А. Смирнов, А.В. Евстигнеев // Международный научно-исследовательский журнал. — 2016. — №6. — С. 135.

149. Smirnov, V.A. Method and Software for Modeling the Building Materials as Dispersions / V.A. Smirnov, E.V. Korolev, A.V. Evstigneev, O.I. Poddaeva // Advances in Engineering Research. — 2016. — vol. 93. — P. 221.

150. Smirnov, V.A. Modeling the Building Materials: Applications of Particle Dynamics / V.A. Smirnov, E.V. Korolev, A.V. Evstigneev, O.I. Poddaeva // IIOAB Journal. — 2016. — vol. 7. — P. 496.

151. Smirnov, V.A. Multiscale material design in construction / V.A. Smirnov, E.V. Korolev, A.V. Evstigneev // MATEC Web of Conferences. — 2017. — vol. 106. — 03027.

152. Smirnov, V.A. On the Determination of the Threshold Content of Fibrous Nanomodifier / V.A. Smirnov, E.V. Korolev, A.V. Evstigneev // Advances in Engineering Research. — 2016. — vol. 93. — P. 29.

153. Korolev, E.V. Methodology of nanomodified binder examination: Experimental and numerical ab initio studies / E.V. Korolev, A.S. Inozemtcev, A.V. Evstigneev // Key Engineering Materials. — 2016. — vol. 683. — P. 589.

154. Bisphenol A diglycidyl ether [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Bisphenol-A-diglycidyl-ether

155. D.E.R. 331 Liquid Epoxy Resin. Form No. 296-01408-0109X-TD [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://nshosting.dow.com/doc-archive/business/pcm/der/der_331/tds/der_331 .pdf

156. D.E.H. 24 Epoxy Curing Agent Form No. 296-01496-0109X-TD [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://nshosting.dow.com/doc-archive/business/pcm/deh/deh_24/tds/deh_24.pdf

157. Curing Agents for Epoxy Resin [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://www.threebond.co.jp/en/technical/technicalnews/pdf/tech32.pdf

158. Drevelle, C. Thermal and fire behaviour of ammonium polyphos-phate/acrylic coated cotton/PESFR fabric / C. Drevelle, J. Lefebvre, S. Duquesne, M. Le Bras, F. Poutch, M. Vouters, C. Magniez // Polymer Degradation and Stability. — 2005. — vol. 88. — P. 130.

159. Иноземцев, А.С. Структура и свойства наномодифицированных высокопрочных легких бетонов: дис. ... канд. техн. наук: 05.23.05 / Иноземцев Александр Сергеевич. — М., 2012. — 186 с.

160. METOPAC EG350-8095 / EG350-8099 графит окисленный терморасширяющийся [Электронный ресурс]. Режим доступа: http : //chemsystem. ru/catalog/605

161. Смирнов, В.А. Прикладная статистика в пакете анализа MS Excel / В.А. Смирнов. — Пенза: ПГУАС, 2009. — 87 с.

162. Вознесенский, В.А. Численные методы решения строительно-технологических задач на ЭВМ / В.А. Вознесенский, Т.В. Ляшенко, Б.Л. Огарков.

— Киев: Высшая школа, 1989. — 326 с.

163. Низина, Т.А. Применение моделей «состав - свойство» для исследования свойств модифицированных дисперсно-армированных мелкозернистых бетонов / Т.А. Низина, А.С. Балыков, Л.В. Макарова // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. — 2016. — №12.

— С. 15.

164. LibV Development Central [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://libv.org

165. Баженов, Ю.М. Системный анализ в строительном материаловедении / Ю.М. Баженов, И.А. Гарькина, А.М. Данилов, Е.В. Королев. — М.: МГСУ, 2012.

— 432 с.

166. Королев, Е.В. Радиационно-защитные и химически стойкие серные строительные материалы / Е.В. Королев, Ю.М. Баженов, А.И. Альбакасов. — Пенза-Оренбург: ИПК ОГУ, 2010. — 364 с.

167. Evstigneev, A.V. Design of Nanomodified Intumescent Polymer Matrix Coatings: Theory, Modeling, Experiments / A.V. Evstigneev, V.A. Smirnov, E.V. Korolev // MATEC Web of Conferences. — 2018. — vol. 251. — 01033.

168. Yi, L. Effect of Expandable Graphite Particle Size on the Flame Retardant, Mechanical, and Thermal Properties of Water-Blown Semi-Rigid Polyurethane Foam / L. Yi, Z. Jing, Z. Shengtai, C. Yang, Z. Huawei, L. Mei, L. Wenzhou // Journal of Applied Polymer Science. — 2014. — vol 131. — P. 39885.

169. Jie, L. Influence of expandable graphite particle size on the synergy flame retardant property between expandable graphite and ammonium polyphosphate in semirigid polyurethane foam / L. Jie, M. Xuehua, L. Yi, Z. Huawei, L. Mei, C. Yang // Polymer Bulletin. — 2018. — vol. 75. — P. 5287.

170. Гарькина, И.А. Преодоление неопределенностей целей в задаче многокритериальной оптимизации на примере разработки сверхтяжелых бетонов для защиты от радиации / И.А. Гарькина, А.М. Данилов, Е.В. Королев, В.А. Смирнов // Строительные материалы. — 2006. — № 8. — С. 23.

171. Evstigneev, A.V. Structure of intumescent epoxy composites with expandable graphite / A.V. Evstigneev, V.A. Smirnov, V.A. Gladkikh // E3S Web of Conferences. — 2019. — vol. 91. — 07015.

172. Калинина, Н.К.Способы повышения химической стойкости композиционных материалов на основе эпоксидных олигомеров / Н.К. Калинина, Н.В. Ко-стромина, В.С. Осипчик // Успехи в химии и химической технологии. — 2007. — №5. — С. 60.

173. Ribeiro, M.C.S. Chemical Resistance of Epoxy and Polyester Polymer Concrete to Acids and Salts / M.C.S. Ribeiro, C.M.L. Tavares, A.J.M. Ferreira // Journal of Polymer Engineering. — 2002. — vol. 22. — P. 27.

174. Schmitt, M. Analysis of silanes and of siloxanes formation by Raman spectroscopy / M. Schmitt // RSC Advisory. — 2014. — vol. 4. — P. 78.

175. Huifang, Z. Effect of surface modification of ammonium polyphosphate-diatomite composite filler on the flame retardancy and smoke suppression of cellulose

paper / Z/ Huifang, S. Lizheng // Journal of Bioresources and Bioproducts. — 2017. — vol. 2. — P. 30.

176. Wang, B. B. Effect of cellulose acetate butyrate microencapsulated ammonium polyphosphate on the flame retardancy, mechanical, electrical, and thermal properties of intumescent flame-retardant ethylene-vinyl acetate copolymer/microencapsulated ammonium polyphosphate/polyamide-6 blends / B.B. Wang, Q.B. Tang, N.N. Hong, L. Song, L. Wang; Y.Q. Shi, Y. Hu //. ACS Applied Materials & Interfaces. — 2011. — no. 3. — P. 3754.

177. Bellamy, L.J. The Infrared Spectra of Complex Molecules. Vol. 2. / L.J. Bellamy. — London: Chapman and Hall, 1980. — 299 p.

178. Marquez, M. Different methods for surface modification of hydrophilic particulates with polymers / M. Marquez , B.P. Grady, I. Robb // Colloids and Surfaces A: Physicochemical Engineering Aspects. — 2005. — vol. 266. — P. 18.

179. Metwalli, E. Surface characterizations of mono-, di-, and tri-aminosilane treated glass substrates / E. Metwalli, D. Haines,O. Becker, S. Conzone, C.G. Pantano // Journal of Colloid and Interface Science. — 2006. — vol. 298. — P. 825.

180. Рыбьев, И.А. Закономерности в структурно-механических свойствах асфальтового бетона / И. А. Рыбьев // Сб. тр. ВЗИСИ. — М., 1957. — Т.1. — С. 78.

181. Di Blasi, C. Mathematical model for the nonsteady decomposition of intumescent coatings / C. Di Blasi, C. Branca // AIChE Journal. — 2001. — vol. 47. — P. 2359.

182. Griffin, B.J. The Modeling of Heat Transfer across Intumescent Polymer Coatings / B.J. Griffin // The Journal of Fire Sciences. — 2010. — vol. 10. — P. 249.

183. Staggs, J. E. J. Thermal conductivity estimates of intumescent chars by direct numerical simulation / Staggs, J. E. J. // Fire Safety Journal. — 2010. — vol. 45. — P. 228.

184. Kim, Y. Modelling heat transfer in an intumescent paint and its effect on fire resistance of on-board hydrogen storage / Y. Kim , D. Makarov, S. Kashkarov, P. Joseph, V. Molkov // International Journal of Hydrogen Energy. — 2017. — vol. 42. — P. 7297.

185. Norgaard, K.P. Engineering model for intumescent coating behavior in a pilot-scale gas / K.P. Norgaard, K. Dam-Johansen, P. Catalo, S. Kiil // AIChE Journal.

— 2016. vol. 62. — P. 39473962.

186. Kumar, M.A. Tensile, thermal properties & chemical resistance of epoxy/hybrid fibre composites (Glass/Jute) filled with silica powder / M.A. Kumar, K.H. Reddy, G.R. Reddy, Y.V.M. Reddy, S. Reddy // Macromolecules. — 2010. — vol. 6. — P. 133.

187. Atta, A.M. Influence of the molecular structure on the chemical resistivity and thermal stability of cured Schiff base epoxy resins / A.M. Atta, N.O. Shaker, N.E.Maysour // Progress in Organic Coatings. — 2006. — vol. 56. — P. 100.

188. Коровайцев, А.В. Единый подход к систематизации мультидисципли-нарных многомерных нелинейных начально-краевых задач / А.В. Коровайцев, Е.А. Коровайцева, В.А. Ломовской // Вестник МИТХТ им. М.В. Ломоносова. — 2014. — № 1. — С. 87.

189. Perelman, T. L. On conjugated problems of heat transfer / T.L. Perelman // International Journal of Heat and Mass Transfer. — 1961. — vol. 3. — P. 293.

190. Soliman, M. Transient Heat Transfer for Turbulent Flow over a Flat Plate of Appreciable Thermal Capacity and Containing Time-Dependent Heat Source / M. Soliman, H.A. Johnson // Journal of Heat Transfer. — 1967. — vol. 89. — P. 362.

191. Patankar, S.V. Numerical Heat Transfer and Fluid Flow / S.V. Patankar. — Boca Raton: CRC Press, 1980. — 214 p.

192. Dorfman, A.S. Conjugate Problems in Convective Heat Transfer / A.S Dorfman. — Boca Raton: CRC Press, 2009. — 456 p.

193. Shi, L. Heat Transfer in the Thick Thermoset Composites: Master. Th.: Aeronautical and Astronautical Manufacturing Engineering / Lei Shi. — Jiangsu, 2016.

— 140 p.

194. Wilcoxon, F. Individual Comparisons by Ranking Methods / F. Wilcoxon // Biometrics Bulletin. — 1945. — vol. 1. — P. 80.

Приложение А. Акт внедрения результатов исследования

«Утверждаю»

Заместитель начальника цеха нанесения покрытий по НИОКР ООО "Пилкингтон Гласс"

Бернт Дмитрий Дмитриевич .

АКТ ВНЕДРЕНИЯ

Мы, нижеподписавшиеся, представители ООО "Пилкингтон Гласс" главный технолог цеха по нанесению покрытий Пономаренко В.О. и ФГБОУ ВО НИУ МГСУ к.т.н., доцент Смирнов В.А., аспирант Евстигнеев A.B. составили настоящий акт о том, что разработанное в ФГБОУ ВО НИУ МГСУ аспирантом Евстигнеевым A.B. наномодифицированное защитное покрытие строительного назначения внедрено при выполнении мероприятий по защите металлических конструкций цеха по нанесению покрытий ООО "Пилкингтон Гласс" в помещении содержания кислых химических реактивов. После одного года эксплуатации в результате выявлено: адгезионная связь покрытия с металлической конструкцией (по методу выреза треугольника) удовлетворительная.

^ Смирнов В.А.

Приложение Б. Результаты многокритериальной оптимизации

интумесцентных композитов

0,20

Объемная доля ТРГ

Рисунок Б.1 — ©(x) = const, серия 3, предпочтение 1

0,20

Объемная доля ТРГ

Рисунок Б.2 — ©(x) = const, серия 3, предпочтение 2

п in

Объемная доля ТРГ

Рисунок Б.3 — ©(x) = const, серия 3, предпочтение 3

Объемная доля ТРГ Рисунок Б.4 — ©(x) = const, серия 3, предпочтение 4

0,20

n on

О LO О

Ю <D t~~

ООО

о" о" о"

о

Tf

о о"

ю ■ч-о о"

о ю о о"

ю Lа о о"

о со о о"

ю

СО

о о"

о

I*-

о о"

ю о о"

Объемная доля ТРГ

Рисунок Б.5 — 0(x) = const, серия 3, предпочтение 5

Объемная доля ТРГ

Рисунок Б.6 — ©(x) = const, серия 3, предпочтение 6

0,20

п пп

Объемная доля ТРГ

Рисунок Б.7 — ©(x) = const, серия 6, предпочтение 1

Объемная доля ТРГ

Рисунок Б.8 — ©(x) = const, серия 6, предпочтение 2

о 00 о о"

о LO о

Ю <D t~~

ООО

о" о" о"

Объемная доля ТРГ

Рисунок Б.9 — ©(x) = const, серия 6, предпочтение 3

Объемная доля ТРГ Рисунок Б.10 — ©(x) = const, серия 6, предпочтение 4

Объемная доля ТРГ Рисунок Б.11 — ©(x) = const, серия 6, предпочтение 5

Объемная доля ТРГ Рисунок Б.12 — ©(x) = const, серия 6, предпочтение 5

Приложение В. Экранные формы пакета СРБ

Рисунок В.1 — Экранная форма создания геометрии (воздушный домен)

Рисунок В. 2 — Экранная форма создания расчетной сетки (воздушный домен)

Рисунок В.3 — Экранная форма задания начальных и краевых условий

(воздушный домен)

I SJ CFX-Solver Manager (on NODE1) -Inlxll

File Edit Workspace Tools Monitors Help

i i ni ^ ® ► a & □'l&ÏS X

U Workspace |Run box sub cone quad2 002 d

Momentum and Mass j Heat Transfer | Turbulence (KE) | LOe+OO ■

□

l,0e-02 ■

3

l,0e-03 ■

l.Oe-05 ■

1—1—1—1—1—I—1—1—1—1—T" 5 10 15

Accumulated Time Step

~~1

2D

RMS V-Mcm

Out File

I E-Diaa _K +----------

I Ante Timaacale

9.922731-03

OUIIÏ LOOP IliiAIION -

CPU SECONDS = 1.3491+03

I Equation

I U-Mcn.

I V-Mcm

I H-Mcm

I P-Maaa

H-Inergy

I K-IUEÏJKÎ

I E-Diaa _K

I Rate I 3MS ilea I Max ilea

I 0.72 I €.€Z-04 I l.SE-02

I 0.72 I c.SI-04 I 1.31-02

I 0-€3 I 2.3Ï-03 I 2 .91-02

I 0.33 I 1.0i-03 I 4.21-02

I 0.34 I 2.€Z-03 I 9 .21-02

I 0.79 I 1.7E-03 I 3.31-02

I 0.66 I 3.4i-03 I €.71-01

I Linear Scluticn I

I €.31-02 OKI

4.31-02 OKI

3.1E-02 OKI

I 4.3 9.71-02 OKI

I 3.€ 3.11-03 OKI

I 3.7 3.1E-02 OKI

I 11.4 3.21-03 OKI

0UIÎ3 LOOP IIÏÛAIION =

CPU SECONDS = 1.7221+03

I Iquaticn

I U-Mcm

I V-Mcm

I H-Mcm

I P-Maaa

H-Inergy

I K-TurbKE

I E-Diaa.K

I ilate I 3MS ilea I Max lea

I 0.73 I 4.SÏ-04 I 1.2E-02

I 0.73 I 4.SÏ-04 I 1.3E-02

I 0.71 I 2.0i-03 I 2.31-02

I 0.37 I 3.71-04 I 3.21-02

I 0.37 I 2.2Ï-03 I 3 . €1-02

I 0.92 I l.€i-03 I 1.91-02

1.15 I 6.2E-03 I 3.41-01

I Linear Scluticn I

I €.11-02 OKI

5.2E-02 OKI

I 2.€1-02 OKI

I 4.3 9.01-02 OKI

I 3.€ S.0E-03 OKI

I 3.7 2.41-02 OKI

I 11.3 3.21-03 OKI

0UII3 LOOP IliüAIION -

CPU SECONDS = 1.3431+03

I Iquaticn

I U-Mczi

I V-Mcm

I H-Mcm

I P-Maaa

I H-Inergy

I Rate I ÜMS ilea I Max ilea

I 0.32 I 4.0Z-04 I

I 0.32 I 4.0i-04 I

I 0.33 I 1.7E-03 I

I 0 . €3 I 3.€i-04 I

I 0.39 I 2.0E-03 I

1E-03 11-03 01-02 41-02

I Linear Scluticn I

I 3.41-02 OKI

I 3.31-02 OKI

I 2.41-02 OKI

I 4.a 7 .33-02 OKI

I 3.€ 3.31-03 OKI

□

¡Running

A

hd s

o

X

o «

lyi

CJ «

g M

o

2

P g

S

co P

CD

co ^

tr

H

s

o w

CD

B

a> X

s to

a ts

2 o Sc

co

ë S

S