Серные композиционные материалы специального назначения

• Автор: Королев, Евгений Валерьевич
• Шифр специальности: 05.23.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Пенза
• Количество страниц: 491 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ТРАДИЦИОННЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ.

1.1. Традиционные радиационнозащитные материалы

1.1.1. Металлические материалы

1.1.2. Полимерные материалы.

1.1.3. Строительные материалы на минеральных вяжущих.

1.2. Материалы, стойкие в растворах фтористоводородной кислоты

1.3. Традиционные серные композиционные материалы.

1.3.1. Материалы для серных бетонов.

1.3.1.1. Сера и ее физикохимические свойства

1.3.1.2. Радиационнозащитные свойства серы
1.3.1.3. Серосодержащие отходы.
1.3.1.4. Наполнители.
1.3.1.5. Заполнители.
1.3.1.6. Модифицирующие добавки
1.3.2. Технологии приготовления серных строительных материалов
1.3.3. Свойства серных строительных материалов
1.3.3.1. .Средняя плотность и пористость.
1.3.3.2. Прочность.
1.3.3.3. Химическая стойкость
1.3.3.4. Морозостойкость.
1.3.3.5. Био и огнестойкость
Выводы.
ГЛАВА 2. ПРИМЕНЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Цель и задачи исследования.
2.2. Применяемые материалы и их характеристики
2.3. Методы исследования и аппаратура.
2.4. Статистическая оценка результатов измерений и методы математического планирования эксперимента .
2.5. Методика определения параметрических точек.
2.6. Способы изготовления серных композитов.
ГЛАВА 3. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА МОДИФИЦИРОВАННОГО
СЕРНОГО ВЯЖУЩЕГО.
3.1. Теоретические основы выбора оптимального модификатора
3.2. Метод определения взаимной растворимости веществ
в многокомпонентных системах.
3.3. Определение оптимальной концентрации модифицирующей
добавки
3.4. Структура, прочностные и деформативные свойства
модифицированного серного вяжущего.
3.5. Атмосферостойкость модифицированной серы.
Выводы.
ГЛАВА 4. СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ И СВОЙСТВА И СВОЙСТВА
СЕРНЫХ МАСТИК
4.1. Выбор вида наполнителя.
4.2. Структурообразованис серных мастик.
4.2.1. Термодинамические условия флокулообразования.
4.2.2. Аналитические решения
4.2.2.1. Динамическая модель
4.2.2.2. Кинетическая модель .
4.2.3. Моделирование процесса флокулообразования
4.2.3.1. Лиофобные системы
4.2.3.2. Лиофильные системы
4.2.3.3. Лиофильные системы при наличии сольватных
слоев.
4.2.4. Рентгеноструктурные исследования 2 .
Ф 4.3. Смачиваемость наполнителей расплавом.серы.
4.4. Оптимальный способ введения модифицирующих
добавок
4.5. Технологические свойства
4.6. Внутренние напряжения
4.7. Средняя плотность и пористость
4.8. Прогнозирование пористости.
4.9. Прочность
4 Прогнозирование прочности.
Выводы
ГЛАВА 5. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА СЕРНЫХ БЕТОНОВ.
5.1. Выбор параметра оптимизации на уровне
микроструктуры
5.2. Структура радиационнозащитного серного бетона
5.3. Методы проектирования составов серных композиционных
материалов
5.3.1. Метод проектирования составов мастик с заданной подвижностью смеси.
5.3.2. Проектирования составов бетонов заданной средней
плотности.
5.3.2.1. Общие положения расчета состава бетона.
5.3.2.2. Определение оптимального количества
фракций заполнителей
5.3.2.3. Выбор соотношения между мелким и
крупным заполнителями.
.5.3.2.4. Порядок расчета состава серного бетона.
5.3.2.5. Экспериментальная проверка состава
бетона
5.3.3. Проектирование состава серного дисперсноармированного материала
5.4. Средняя плотность и пористость
5.5. Прочность .
Выводы
ГЛАВА 6. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА СЕРНЫХ
КОМПОЗИТОВ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
6.1. Модель деструкциии метод прогнозирования стойкости.
6.2. Химическая стойкость.
6.2.1. Водостойкость и водопоглощение
6.2.2. Стойкость радиационнозащитных серных
композитов в растворах кислот, щелочей и солей
6.2.3. Стойкость серных мастик и дисперсноармированных материалов в растворах плавиковой кислоты
6.3. Морозостойкость.
6.4. Атмосферостойкость
6.5. Термостойкость.
6.6. Сопротивление удару.
6.7. Сопротивление истиранию
6.8. Кинетические и энергетические параметры процесса
деструкции радиационнозащитных серных композитов.
6.9. Радиационнозащитные свойства.
6 Радиационный разогрев.
6 Адгезионные свойства
6 Защитные свойства по отношению к стальной арматуре
Выводы
ГЛАВА 7. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ .
7.1. Принципиальная технологическая схема изготовления серного
материала.Л 7.
7.2. Меры безопасности при изготовлении и проведении работ
7.3. Техникоэкономическое обоснование.
Выводы
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


Обычно различие между модификациями Бц и Б не принимается во внимание, и они обозначаются Б,,. Если сильно нагретую серу влить в холодную воду, то получится коричневожелтая вязкоэластичная масса, которая получила название пластической или полимерной серы. Пластическая сера содержит Бх, растворимую в сероуглероде, и которая в сероуглероде нерастворима. При 5С расплавленная сера содержит 3,6, при 0С , при 0С и при 5С нерастворимой формы Бц. При обычных температурах сера модификации превращается в серу Б, причем при отсутствии катализаторов крайне медленно, а сера Эх переходит в ромбическую серу. Скорость перехода полимерной серы в другие аллотропные формы составляет около 7 в месяц. Путем добавления небольшого количества йода или других веществ можно задержать процесс превращения, увеличивая тем самым устойчивость пластической серы. При резком охлаждении насыщенного раствора серы в бензоле или спирте образуется перламутроподобная модификация Бу, метастабильная при всех температурах. Модификации серы Ба, Бр, Бх и Бг состоят из восьмичленных циклов Бз, изолированных и неплоских. Атомы в молекуле Бз связаны ковалентно. Средняя энергиясвязи ББ составляет около 3 кДжмоль, энергия диссоциации около 8 кДжмоль. Сера рмодификации состоит из нерегулярно расположенных зигзагообразных цепей. Она называется макромолекулярной серой. В жидкой сере наряду с молекулами Бз образуются также частицы, в которых количество атомов серы варьируется от 4 до табл. Плотность различных модификаций серы при С составляет 8а кгм3, Б р кгм3, Бц кгм3. Плотность жидкой серы уменьшается при повышении температуры при 5С она равна ,8 кгм3, при 0С ,5 кгм3, а при 0С ,4 кгм3. Переход серы из жидкого состояния в твердое сопровождается заметным уменьшением объема примерно на . При температуре 9,4С почти все свойства жидкой серы претерпевают изменения. Наиболее значительное изменение претерпевает вязкость. При ТС вязкость чистой серы составляет 0,1 Пас. С увеличением температуры вязкость жидкой серы вначале уменьшается, достигая минимума при 5С 0, Па с. Начиная с 8С, жидкая сера буреет, вязкость ее увеличивается и при 7С достигает максимального значения ,3 Пас. В этом состоянии жидкая сера практически полностью теряет текучесть. При дальнейшем повышении температуры вязкость серы снижается, и при 0С она становится равной 0, Пас. Такое аномальное изменение вязкости связано с изменением молекулярного строения серы. С начинают разрываться, что ведет к снижению вязкости. Затем кольцевые атомы возникающих открытых структур соединяются друг с другом, образуя длинные цепи из нескольких тысяч атомов Б. Это сопровождается резким повышением вязкости. Дальнейшее нагревание ведет к разрыву цепей, вследствие чего вязкость уменьшается. Изменение атомной структуры молекул серы приводит к изменению и цвета расплава. При плавлении сера сначала представляет собой легкоподвижный расплав желтого цвета, при дальнейшем нагревании она превращается в вязкую темнокоричневую массу, а при 0С вновь становится жидкой, оставаясь по цвету темнокоричневой. Коэффициент линейного термического расширения ромбический серы в интервале температур 0. С составляет 4,6. С1. Твердость элементарной серы по шкале Мооса 1,52,5, предел прочности при сжатии . МПа. Она обладает малой электро и теплопроводностью. Сера является типичным неметаллом, ее атомы имеют шесть валентных электронов. Степени окисления серы равны 2, 0, 2, 4, 6. Известны соединения серы со всеми элементами, кроме б и рэлементов восьмой группы периодической системы. При низкой температуре сера сравнительно инертна. При высоких температурах она непосредственно взаимодействует со многими элементами, кроме йода, азота, золота, платины, иридия и инертных газов. При 0С она горит в кислороде, а при 0ПС на воздухе с образованием ЭОг и
Сера реагирует со многими органическими соединениями. В реакции с насыщенными углеводородами протекает их дегидрирование. Реакция серы с олефинами имеет большое практическое значение, так как ее используют для вулканизации каучука.