ИСТИНА

Проект направлен на решение фундаментальной научной проблемы влияния микроструктуры и морфологии базальтового стекловолокна на физико-химические свойства упрочненных ими композиционных материалов. Объектом исследования являются композиционные материалы из минерального цемента, кварцевого песка и стекловидного минерального волокна, получаемого путем минимальной переработки природного сырья – базальтов и других магматических пород основного состава. Одно из перспективных направлений использования базальтовых стекол – армирующая волокнистая фаза в современных строительных композитах типа стеклофиброцементов, фибробетонов и наполненных асфальтобетонов. Основная проблема, возникающая при эксплуатации подобных материалов – низкая долговечность стекла, работающего в агрессивной химической среде (сильнощелочных цементных растворах). Конкретной фундаментальной задачей настоящей работы является разработка физико-химических методов ингибирования процессов коррозии, сопряженных с кристаллизацией, окислением и /или гидролизом базальтовых стекловолокон, и композиционных материалов на их основе. Решение поставленной задачи предполагает изучение кинетических и микроструктурных особенностей коррозионных процессов, сопровождаемых диффузией катионов щелочных металлов и окислением Fe+2 до Fe+3 в базальтовом волокне. Предлагаемый в проекте новый подход к повышению устойчивости базальтовых стекловолокон основывается на использовании специфических диффузионных процессов в стекле для создания в специальных условиях радиального градиента концентраций щелочных и щелочноземельных элементов вблизи поверхности базальтовых волокон. В рамках проекта будут исследованы механические свойства композиционных материалов содержащих базальтовые стекловолокна до и после термообработки, направленной на создание градиентного защитного слоя. Будут установлены зависимости скорости гидролиза от среднего размера волокон материала и распределения катионов в волокне после обработки, будут исследованы условия протекания, механизмы окислительных процессов, сопровождающихся фазовыми превращениями, и топотактические соотношения выделения/матрица в базальтовых стеклах различного состава. Полученные результаты будут использованы для создания высокопрочных и долговечных композиционных материалов, содержащих базальтовые волокна.

Исследование влияния термообработки на щелочестойкость базальтового стекловолокна показало, что хотя обогащение приповерхностного слоя базальтового волокна катионами Na+ фиксируется методом РСМА после отжигов при температурах выше 400С, а изменения колебательно спектра (связанные с изменением соотношения Fe2+/Fe3+) - выше 200С, более высокая щелочестойкость волокон наблюдается в случае их термообработки при температуре 600С. Термообработанное минеральное волокно рентгеноаморфно после выдержки в интервале температур до 600С в течение до 12 часов, отжиг при температурах 700 и 800С в течение 10-20 мин приводит к формированию различных кристаллических пироксенов. Механические испытания армированного окисленным волокном стеклофиброцементного композита показали, что окислительная обработка волокна приводит к заметному повышению прочности композита при его твердении при повышенной (60С) температуре. Исследованиями химических и микроструктурных эффектов ионообменной модификации поверхности базальтового стекловолокна (в том числе и в комбинации с термообработкой в окислительных условиях), проводившимися с целью выбора оптимальных условий обработки волокон минеральной ваты для оптимизации соотношения щелочестойкости и гидролитической активности волокна, было показано, что: - ионообменная обработка базальтового стекловолокна с целью обогащения его приповерхностной области наиболее подвижными ионами малоэффективна для повышения долговечности волокна в состава включающих его фиброцементных композитов, однако, воздействуя только на приповерхностный слой весьма малой толщины, может применяться совместно с окислительной термообработкой для создания оптимального по соотношению долговечности и сцепления с матрицей концентрационного профиля упомянутых подвижных ионов около поверхности волокна; - вымывание натрия из дуффузионно обогащенного при окислении приповерхностного слоя в условиях контролируемого не слишком высокого кислотного пересышения происходит в 3 стадии, причем обеднение по натрию ближайшего приповерхностного слоя происходит на первой стадии, а переход в раствор натрия из более глубоких частей волокна - на третьей, что позволяет использовать этот процесс для оптимизации состава приповерхностных областей волокна с целью повышения его долговечности в условиях эксплуатации; - обработка окисленного базальтового стекловолокна раствором глицина (цвиттер-ионный безнатриевый буфер со слабокислым начальным pH) приводит к формированию на поверхности волокна гидратированного слоя, проницаемостью которого для ионов из волокна можно эффективно управлять последующей обработкой (как кислотная, так и термическая обработка упомянутого гидратированного слоя приводят к повышению его проницаемости (облегчению выхода из волокна) для ионов Na+). Как окисленные, так и дополнительно обработанные раствором глицина базальтовые волокна проявляют хорошую адгезию к гидросиликатным новообразованиям в цементном растворе, причем обработка окисленного волокна раствором глицина заметно улучшает сцепление волокна с цементной матрицей. В целом, по полученным в работе результатам, можно сделать вывод, что комплексная гидролитическая (в условиях, соответствующих частичному понижению основности поверхности) и термическая обработка предварительно окисленного в диффузионном режиме базальтового стекловолокна перспективна для повышения целевых характеристик армированных этим волокном стеклофиброцементных композитов.