Теоретико-экспериментальное конструирование новых композитных материалов для обеспечения безопасности при эксплуатации зданий и сооружений в условиях техногенных и биогенных угроз

Объектом исследования являются композитные материалы, используемые для обеспечения безопасности при эксплуатации зданий и сооружений в условиях техногенных и биогенных угроз. Предметом исследования являются процессы структурообразования композитных материалов, происходящие при формировании и эксплуатации под действием различных эксплуатационных факторов. Цель научно-исследовательской работы – теоретико-экспериментальное конструирование и моделирование структурообразования новых композитных материалов для обеспечения безопасности при эксплуатации зданий и сооружений в условиях техногенных и биогенных угроз. Цель первого этапа работы – обобщение теоретико-эмпирического материала в области механохимического конструирования материалов с заданными параметрами структуры и эксплуатационными свойствами, а также процессов структурообразования под влиянием различных эксплуатационных факторов. Задачи этапа 1: 1. Выбор и обоснование объектов исследования, отвечающих поставленным целям. 2. Развитие теоретических представлений о взаимосвязях структурных параметров композиционных материалов и показателей их стойкости к воздействию природных и техногенных факторов. 3. Разработка модели и алгоритма для компьютерного синтеза полимерных сетчатых структур с заданными характеристиками. В ходе первого этапа НИР: 1. Выполнена декомпозиция систем «Сооружение – Строительная конструкция – Строительный материал» (система № 1) и «Здание – Строительная конструкция – Строительный материал» (система № 2). Обоснован выбор большепролетных мостов в качестве исследуемых сооружений (для системы № 1) и выбор минимизации негативных последствий от возникновения пожара в зданиях различного назначения (для системы №2). 2. Разработаны модель и алгоритм для компьютерного синтеза полимерных сетчатых структур с заданными величинами температуры стеклования и начала интенсивной термической деструкции. 3. Проведен аналитический обзор процессов коррозии бетона, вызванных различными эксплуатационными факторами, и выделены факторы, сочетание которых приводит к возникновению и протеканию самоорганизующегося процесса коррозии бетона в мостовых сооружениях. 4. Разработана модель техногенного метасоматоза строительных материалов, предусматривающая протекание обменных процессов, приводимых к адаптации материала к внешним условиям эксплуатации. Предсказано появление ряда явлений, которые подтверждены экспериментально. 5. Проведено уточнение и дополнение системы параметров структуры композитных строительных материалов, создающих условия для проведения дальнейших обобщений. Предложено проектирование составов строительных материалов по методу, предусматривающему получение материала с заданными параметрами структуры. 6. Проведен анализ различных моделей полидисперсных систем и установлены модели, перспективные для разработки на их основе частных методов проектирования составов композитных строительных материалов. Практическая ценность результатов обусловлена возможностью разработки методов проектирования строительных материалов, имеющих заданные параметры структуры и обладающих повышенными значениями эксплуатационных свойств по отношению к воздействию природных и техногенных факторов. Конкретные результаты, имеющие практическую ценность: – разработан метод построения «диаграмм совместимости» водопроницаемости с рядом физических характеристик материалов: плотности, температуры стеклования и температуры начала интенсивной термодеструкции полимеров, энергии когезии; – разработаны композиционные материалы на основе вторичного полипропилена и базальтовых волокон, обладающие повышенными удельной ударной вязкостью и модулем упругости по сравнению с исходным вторичным полипропиленом, которые могут быть использованы для повышения стойкости погонажных и отделочных строительных материалов к разрушающему воздействию в условиях техногенной опасности; – сформулировано предложение по корректировке методики исследования массопоглощения и коэффициента стойкости строительных материалов в различных средах; – установлены новые антипирены и добавки, приводящие к повышению кислородного индекса. Полученные результаты соответствуют мировому уровню развития по следующим элементам: – по разработанным модели и алгоритму для компьютерного синтеза полимерных сетчатых структур; – по методам проектирования строительных композитов с заданными параметрами структуры; – по разработанным композиционным материалам на основе вторичного полипропилена и базальтовых волокон. Использование результатов в учебном процессе. Результаты, полученные в ходе выполнения отчетного этапа НИР, использованы в учебном процессе при подготовке магистрантов – по программе «Производство строительных материалов, изделий и конструкций» направления подготовки 08.04.01 «Строительство» при изучении дисциплины «Научные методы исследований в строительном материаловедении»; – по программе «Математическое и компьютерное моделирование в строительстве» направления подготовки 15.04.03 «Прикладная механика» при изучении дисциплины «Методы экспериментального и численного моделирования». Публикации. Результаты, связанные с исследованиями, проводимыми в отчетном этапе, представлены в 28 статьях, опубликованных в научных журналах, в том числе 17 в журналах Scopus/WoS, и в 1 главе монографии.