Диссертация (1141530), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Выбор данной методики предопределен формой испытываемого образца– клиновидного типа двойной консольной балки, позво-ляющей длительно экспонировать его в условиях одновременного воздействияразличных агрессивных сред, нагрузок и температур (рисунок 2.1).1224е 0,1 4 0,0122отв.45 – 60 24500,5615L = 1550 0,5Рисунок 2.2 – Образец в виде клина:L –диапазон длин трещины-надреза, е –ширина трещины-надрезаКлиновидный образец растягивался на разрывной машине при скоростидвижения активного захвата 1 – 0,5 мм/мин. Погрешность определения силы непревышала 10% от измеряемой величины.Для определения момента страгивания трещины-надреза было предложеноодновременно с записью кривой "усилие – смещение" проводить запись в реальном масштабе времени дифференциальных и интегральных параметров акустической эмиссии (рисунок 2.2).По данным [69] минимальная амплитуда импульса акустической эмиссии,связанного с началом микроразрушения исследуемых композитов, составляет 50мкВ.
Импульсы с амплитудой 10 мкВ относятся к флуктуационным шумам. Сигналы акустической эмиссии с амплитудой менее 100 мкВ отражают кинетику43накопления субмикротрещин в окрестности вершины трещины-надреза и подготовку последней к старту [71,72].За страгивание фронта трещины-надреза принимался момент появления характерного "скачка" на диаграмме "усилие – смещение". При отсутствии характерного указанного "скачка" за страгивание принимался момент появления сигнала акустической эмиссии, превышающего уровень 150 мкВ.Рисунок 2.3 – Синхронная запись:а – усилия Р, б – смещения V, в – суммарный импульс,г – сигналов акустической эмиссииПолагая, что процесс микроразрушения композита представляет собой процесс зарождения микротрещин, обозначим коэффициент интенсивности напряжений, соответствующий этому процессу, – K0.При установлении на диаграмме "усилие – смещение" моментов возникновения первых сигналов акустической эмиссии и страгивания трещины-надрезаопределяются величины K0 и KQ по соотношениям:K0 =P0 EV 0,2blKQ =PQ EV Q2bl,(1)где P0 и PQ – нагрузка соответственно в момент первого сигнала акустическойэмиссии и страгивания трещины; V0 и VQ – раскрытие берегов трещины соответ-44ственно в момент первого сигнала акустической эмиссии и страгивания трещины;b – толщина образца в окрестности вершины трещины-надреза; l – исходная длина трещины-надреза.В таблице 2.6 представлены данные трещинностойкости базальтопластикового композита с разным процентным содержанием армирующих волокон и связующего.Таблица 2.6 - Данные трещиностойкости базальтопластикового композитаСмола, композитУНИПЭК + БазальтовыйровингУНИПЭК + Базальтоваяткань + Базальтовый ровингСодержание армирующегокомпонента, мас.
%KQ,Н/мм3/2Коэффициентвариации, %515,39,01022,412,11524,411,92025,813,62541,814,03054,013,73554,614,84056,215,14558,214,95058,615,62,5%+2,5%19,48,25%+5%27,613,27,5%+7,5%29,912,110%+10%31,511,712,5%+12,5%49,913,915%+15%63,911,617,5%+17,5%64,512,220%+20%66,413,922,5%+22,5%68,815,125%+25%69,116,4В таблице 2.6 приведены данные вязкости разрушения базальтопластиков с45разным процентным содержанием связующего, базальтовых матов и волокон, полученные по описанной выше методике с применением и без применения акустической эмиссии. Из полученных данных следует, что чем больше коэффициентинтенсивности напряжений, тем выше трещиностойкость композиционного материала [73,74].Введение в полиэфирную смолу наполнителей и создание гетерогеннойструктуры материала приводит к повышению коэффициента KQ.
Для созданиявысокопрочных материалов с повышенными значениями трещиностойкости дляканализационных коллекторов следует использовать слоистую структуру, состоящую слоя базальтовой ткани, базальтового волокна и полимерного связующего.Таким образом, компонентами оптимального состава базальтопластиковойфутеровки выбраны:- связующее «УНИПЭК» (ТУ 2257-179-05786904-2004) - 70%;- ровинг из базальтовой нити (ТУ 5769-001-80104765-2008) – 15%;- ткань базальтовая (ТУ5952-031-00204949-95) – 15%.2.2.2 Подбор толщины конструкционного (несущего) слоябазальтопластиковой футеровкиДля обеспечения необходимой механической прочности и коррозионнойстойкости футеровка из базальтопластика должна быть многослойной.
Основнымнесущим слоем является конструкционный слой. Его толщина (b, мм) определялась на основании однофакторного эксперимента. В качестве параметра оптимизации принималась прочность при изгибе (Rи, МПа) футеровки. В таблице 2.7представлены исходные параметры.46Таблица 2.7 - Исходные параметрыb, мм0.511.522.53.03.54.04.55.0Rи, МПа8.262.367.270.172.375.276.277.178.382.3Для нахождения и анализа уравнения линейной регрессии была составленатаблица вспомогательных величин (таблица 2.8).Таблица 2.8 - Вспомогательные величиныb, ммRи, МПаb‧Rизгb2R и20.558.229.10.253387.24162.362.313881.291.567.2100.82.254515.84270.1140.244914.012.572.3180.756.255227.29375.2225.695655.043.576.2266.712.255806.44477.1308.4165944.414.578.3352.3520.256130.89582.3411.5256773.2927.5719.22077.796.2552235.74В результате обработки результатов эксперимента были получены уравнения регрессии:Rи = 4,8436b+58,6(2)Средняя ошибка аппроксимации составила 2%.Полученное уравнение регрессии было проанализировано и обработано, врезультате можно сделать вывод, что оптимальная толщина конструкционногослоя должна составлять 4,00 мм.Таким образом структура полимерной футеровки из базальтопластика,предназначенной для изготовления высокоточных железобетонных блоков, представлена на рисунке 2.4:471 – гелькоут – слой толщиной 0,5 – 0,7 мм.
Представляет собой композициюна основе наномодифицированных термореактивных смол, наполненных дисперсными органическими и неорганическими наполнителями. Гелькоут контактирует непосредственно с агрессивной средой и предназначен для защиты железобетонного блока от коррозии и эрозионного износа.2 – конструкционные слои толщиной 4,0 мм. Выполнен из рубленных базальтовых волокон, чередующиеся со слоями из ткани на основе базальтовых волокон, пропитанные коррозионностойким термореактивным связующим. Предназначены для защиты железобетонного блока от коррозии и придают полимернойфутеровке конструкционную прочность.3 – промежуточный слой толщиной 0,5 – 0,7 мм.
Слой между полимернойфутеровкой и бетоном предназначен для увеличения физико-химической составляющей адгезии на границе раздела «полимерная футеровка – бетон». Выполняется из композиционных материалов на основе термореактивных связующих, армированных крупнозернистым неорганическим наполнителем и ткаными материалами на основе неорганических волокон.4 – армирующие элементы предназначены для увеличения механическойсоставляющей адгезии на границе раздела «полимерная футеровка – бетон». Выполняются из металла или композиционных материалов на основе органическойматрицы и неорганических армирующих материалов.481234Рисунок 2.4 – Структура полимерной футеровки железобетонных блоков обделки:1 – гелькоут; 2 – конструкционные слои; 3 – промежуточный слой;4 – армирующие элементы2.2.3 Разработка конструкции крепления базальтопластиковойфутеровки к железобетонным блокамБезотказность работы футеровки возможно обеспечить только при надежном крепление футеровки к ж/б блокам обделки.
Данное крепление осуществляется путем установке армирующих элементов (анкеров). Для расчета анкеров, которые гарантирует силовую передачу между базальтопластиковой футеровкой ижелезобетоном, следует рассмотреть различные расчётные случаи нагрузки [124].A) Использование вакуумного эректора при извлечении блока из формы. Вэтом случае крепление анкеров футеровки должно быть рассчитано с учетом весаблока из железобетона.Б) Использование грейферного эректора в проходческой машине для тоннеля.
В этом случае грейферный эректор вставляется непосредственно в железобетон и крепится эректорным дюбелем.49В) Давление воды в тоннеле не учитывается при расчете анкеров, посколькуданная нагрузка прижимает футеровку из базальтопластика к железобетону иукрепляет их соединение между собой.Г) Давление грунтовых вод на внешнюю сторону тоннеля должно дополнительно учитываться при расчете футеровки.Д) Устранение опасности возникновения пустот. Пустоты не имеют прямого негативного влияния на перенос нагрузки между базальтопластиковой футеровкой и железобетоном, поскольку перенос нагрузки происходит через заднеекрепление.
Давление воды в порах вследствие давления с внешней стороны натоннель, может, однако, вызвать отслаивание.Расчет крепления базальтопластиковой футеровки для высокоточных железобетонных блоков проводился исходя из условий, представленных в таблице 2.9.Таблица 2.9 - Граничные условия для расчета базальтопластиковой футеровкиДиаметр тоннеля, ммвнутреннийвнешнийШирина кольца, ммДеление кольцаКрепление сегментаВес футеровкиДавление воды внутри коллектора, барДавление, создаваемое грунтовыми водами,бар (т/м2)Результирующая поверхностная нагрузка нафутеровку, бар (т/м2)275031501000шесть частейдюбель эректорный и эректор грейферный10 кг0 (свободный поток)1,5 (15)1,5 (15)Использование вакуумного эректораотсутствуетИспользование грейферного эректораотсутствует в проходческой машинеПредложено использовать крепление футеровки анкерами из базальтопластика, вертикально выступающими из внутренней линии и замоноличенными вжелезобетон.
В таблице 2.10 представлены исходные данные для расчета количества анкеров из базальтопластика.50Таблица 2.10 - Исходные данные для расчета длины анкеров из базальтопластикаРасчетная нагрузка, кН133,5Коэффициент запаса2Несущая способность 1 м.п. базальтопластикого анкера, кН/п.м48Площадь базальтопластиковой футеровки(1439,9 мм/1438,2 мм х 1010,5 мм/999,3 мм), м21,44Длина одного базальтопластикового анкера, м0,9Необходимая длина анкера из базальтопластика определяется по формуле(3):ан =в ∙ 133,5 ∙ 2== 5,6 п.
м/м248(3)где ан – общая длина анкера из базальтопластика, п.м./м2;в – расчётная нагрузка, кН; – коэффициент запаса; – несущая способность 1 м.п. базальтопластикого анкера, кН/п.мНеобходимое количество анкеров из базальтопластика определяется поформуле (4):ан =ф ∙ ан1,44 ∙ 5,6== 8,96, шт.ед0,9(4)где ан – необходимое количество базальтопластиковых анкеров, шт.;ф – площадь базальтопластиковой футеровки, м2ан – общая длина анкера из базальтопластика, п.м./м2;ед – длина одного базальтопластикового анкера, м.Таким образом, на каждую внутреннюю поверхность футеровки требуется 9анкеров из базальтопластика длинной 0,9 м. Для обеспечения дополнительнойпрочности крепления анкеров с железобетоном анкеры могут иметь отверстия.512.3 Выводы по главе 2Была разработана и обоснована конструкция и состав базальтопластиковойфутеровки из экологически безопасных материалов.
Разработана конструкциякрепления базальтопластиковой футеровки к железобетонным блокам обделкиканализационных коллекторов. В качестве связующего была выбрана полиэфирная смола «УНИПЭК» (ТУ 2257-179-05786904-2004) – 70%. В качестве армирующего материала были выбраны базальтовые волокна (ТУ 5769-001-801047652008) – 15%, и базальтовая ткань (ТУ5952-031-00204949-95) – 15%. Базальтопластиковая футеровка будет состоять из 4 основных слоев: гелькоут (0,5-0,7 мм),конструкционный слой 4,0 мм, промежуточный слой (0,5-0,7 мм), армирующиеэлементы (9 анкеров из базальтопластика длиной 0,9 м на одну футеровку).Результаты испытаний показали, что прогнозируемый срок службы футеровки с учетом 5% запаса функциональности составят 42 года, по сравнению с 1015 годами применяемых на сегодняшний день материалов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
