УДК 699.8

ТЕРМОДИНАМИКА ПРОЦЕССОВ ОТВЕРЖДЕНИЯ ЗАЩИТНО-ДЕКОРАТИВНЫХ ПОКРЫТИЙ НАРУЖНЫХ СТЕН ЗДАНИЙ

Логанина Валентина Ивановна
Пензенский государственный университет архитектуры и строительства
д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Управление качеством и технология строительного производства»

Аннотация
Для описания изменений состояния защитно-декоративных покрытий в процессе отверждения использован термодинамический потенциал – энтальпия. Приведены сведения об изменении энтальпии, энергии в процессе отверждения покрытий. Показана корреляционная связь между физико-механическими свойствами покрытий и значениями изменения энергии.

Ключевые слова: внутренние напряжения, покрытия, свойства, структурообразование, энтальпия


THERMODYNAMICS OF CURING PROTECTIVE AND DECORATIVE COATINGS EXTERIOR WALLS

Loganina Valentina Ivanovna
Penza State University of Architecture and Construction
Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of "Quality Control and construction technologies"

Abstract
To describe changes in the state of protective and decorative coatings used in the curing process , the thermodynamic potential - enthalpy. Provides information about changes in enthalpy energy during curing coatings. Shows the correlation between the physical and mechanical properties of coatings and change values ​​of energy.

Keywords: cover, enthalpy, internal stresses, properties, structure


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Логанина В.И. Термодинамика процессов отверждения защитно-декоративных покрытий наружных стен зданий // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 6. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/06/34961 (дата обращения: 05.06.2017).

Процесс отверждения зашитно-декоративных покрытий на пористой цементной подложке является сложным, что обусловлено как физическими и физико-химическими процессами, протекающими как в самом покрытии, так и влиянием на формирование структуры покрытий самой подложки. При отверждении покрытий в нем возникают внутренние напряжения. Возникновение внутренних напряжений неотделимо от процесса формирования адгезионной связи. Образующаяся в процессе отверждения пленка связана с подложкой адгезионным взаимодействием и оказывается растянутой по сравнению с ее равновесным состоянием. Причин образования внутренних напряжений несколько (усадка покрытия, физические процессы, связанные с испарением’ растворителя, распадом и обезвоживанием латексов, разность температур покрытия и подложки в период технологии создания покрытия, а также в последующей эксплуатации, различие в коэффициентах температурного и влажностного линейного расширения покрытия и подложки и др.)[ 1 ].
В работе сделана попытка оценить процессы, протекающие при отверждении покрытий, с позиции термодинамики, что позволяет упростить детали процесса отверждения[2,3,4]. В качестве термодинамической системы выбрано покрытие, находящееся в замкнутом помещении (цехе). Во время процесса отверждения температурный режим окружающей среды постоянен. Для описания изменений состояния системы в рассматриваемом процессе использован термодинамический потенциал – энтальпия Н. Данный потенциал позволяет учесть изменения энергии системы, возникающие в результате испарения воды, структурообразования и за счет подвода тепла из окружающей среды. Физический смысл энтальпии состоит прежде всего в том, что при изобарных процессах изменение энтальпии равно поглощенному количеству теплоты
 (1)
В соответствии с первым законом термодинамики
 (2)
Выражения (1), (2) позволяют получить значение теплоты 
 (3)
где - количество теплоты, подводимое к системе;
 - удельная теплота испарения при данной температуре;
 - изменение внутренней энергии системы, происходящее
за счет испарения влаги и структурообразования покрытий;

 - удельная теплоёмкость покрытия;
 - температура поверхности покрытия;
- работа, совершаемая покрытием при отверждении;
 - внутреннее напряжение, возникающее в процессе отверждения;
-изменение объема покрытия вследствие усадки.
Примем покрытие длиной, шириной 1м и толщиной 1 мм, т.е. объем покрытия составляет 0,001 м3. В качестве красочных составов применяли полимеризвестковую, известковую и краску на основе сухой отделочной смеси [5,6]. Деформации и внутренние напряжения в покрытиях определяли тензометрическим методом.
На рис. 1, 2 приведены кривые испарения воды и роста внутренних напряжений в процессе формирования покрытий. На первой стадии формирования покрытий наблюдается интенсивное испарение влаги, приводящее к резкому уменьшению массы покрытия в первые 3-3,5 часа отверждения. Химическое и физическое структурирование и испарение влаги из покрытия приводят к сокращению его объема и росту жесткости. Покрытие переходит из жидкого в вязкотекучее, а затем в твердое состояние. Адгезия покрытия к подложке препятствует свободной усадке покрытия и в нем возникают упругие деформации. В начальный период отверждения они релаксируют за счет развития пластической и высоко эластической деформации. На этом этапе внутренние напряжения достигают небольших значений. Но по мере роста жесткости покрытия (после 1,5 -2 часов покрытия характеризуется степенью высыхания 3) релаксационные процессы затормаживаются, и начинается интенсивный рост внутренних напряжений с  =0,025 МПа. Скорость испарения растворителя на этой стадии (3,5 -5 часов) заметно снижается. После 5 часов отверждения покрытия концентрация влаги снижается до значения, близкого к равновесному. Продолжающийся процесс нарастания внутренних напряжений в этот период свидетельствует, очевидно, о продолжающихся процессах структурообразования в покрытии. Достигнув значения 0,097 МПа (спустя 24 часа), внутренние напряжения релаксируют с 0,097 до 0,044 МПа и через 7 суток существенно не изменяются.

Рис.1.Кинетика отверждения покрытий на основе сухой отделочной смеси
1 – изменение внутренних напряжений; 2 – изменение влагосодержания покрытия.


Рис.2. Кинетика отверждения известковых покрытий на ранней стадии отверждения
1- изменение внутренних напряжений;
2- изменение влагосодержания покрытия.

Результаты расчета, приведенные в табл.1, свидетельствуют, что в процессе отверждения более интенсивное структурообразование наблюдается на первой стадии отверждения у полимеризвестковых покрытий (чему соответствует и большая по сравнению с другими видами покрытий значение энергии системы, идущей на структурообразование). Полученные данные хорошо согласуются с физико-механическими свойствами покрытий (табл.2). В покрытиях на основе сухой отделочной смеси также большая часть энергии структурообразования приходится на первую стадию отверждения. Известковые покрытия характеризуются более медленным твердением. Большая часть энергии, идущей на структурообразование покрытий, приходится на вторую стадию отверждения.

Таблица 1
Время отверждения. ч
Масса испарившейся воды,г/м2 Изменение энтальпии ,Дж Изменение энергии системы, вызванное структурообразованием,Дж
Известковое покрытие
0-3,5
0,1
2,42
1,119
3,5-5
0,132
3,19
1,62
5-16
0,018
0,2
0,08
Покрытие на основе сухой отделочной смеси
0-3,5
0,2
4,84
2,38
3,5-5
0,125
3,02
1,49
5-16
0,025
0,61
0,3
Полимеризвестковое покрытие
0-0,35
0,26
6,24
3,05
3,5-5
0,04
1,02
0,8
5-16
0,03
0,64
0,09
Таблица 2. Физико-механические свойства покрытий
Наименование покрытия Прочность при растяжении, МПа Модуль упругости, Е*10 2ДПа Относительное
удлинение,%
Полимеризвестко­вое 1,87 1,03 1,0
Известковое 1,1 0,8 0,9
Покрытие на основе сухой отделочной смеси 1,66 1,01 1,16

Полученные значения энергии позволяют с энергетических позиций объяснить различные прочностные характеристики покрытий. Таким образом, для описания процессов отверждения защитно-декоративных покрытий могут быть применены методы термодинамики, позволяющие прогнозировать свойства покрытий.


Библиографический список
  1. Гарин В.Н, Долгополов H.H. Полимерные защитные и декоративные покрытия строительных материалов, – М,: Стройиздат, 1975-189 с.
  2. Базаров И.П, Термодинамика. М, Высшая школа, 1976.116-120 с
  3. Гленсдорф П., Пригожин И. Термодинамическая теория структуры, устойчивости и  флуктуации.-М.: Мир,1973-340с.
  4. Карапетьянц М.Х. Химическая термодинамика Госхимиздат. 1953-435 с.
  5. Орентлихер Л.П., Логанина В.И. Защитно-декоративные покрытия бетонных и каменных стен зданий. – М.: Стройиздат,1992
  6. Логанина В.И., Карпова О.В.Закономерности формирования качества внешнего вида покрытий на основе водных красок //Строительные материалы.-1996.–N10


Все статьи автора «Логанина Валентина Ивановна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: