Диссертация (1141562), страница 4
Текст из файла (страница 4)
На поверхности конструкции их утапливают вполимерную матрицу (эпоксидную смолу), обеспечивающую плотное прилеганиеармирующего наполнителя к усиливаемой конструкции. Полосы и ламели,23изготовленные в заводских условиях из ПКМ, приклеивают на заранееподготовленную поверхность усиливаемой железобетонной конструкции [102, 138,143]. При этом выбор композиционного материала для усиления конструкцийзависит от условий эксплуатации и назначения усиливаемой строительныхконструкции.Строительные конструкции, усиленные ПКМ, подвергаются периодическомувоздействиювлаги,соленойводыищелочей,перепадовтемператур,ультрафиолетового излучения и других агрессивных факторов, что приводит кразрушению полимерной матрицы.
Сильное старение композитов происходит приэксплуатации ПКМ в морской воде или в холодных регионах, где применяютсяпротивогололедные средства [156]. Долговечность железобетонных конструкций,усиленных ПКМ, определяется их способностью сопротивляться растрескиванию,химическойкоррозии,отслоениюусиливающихэлементов,износуиповреждениям в результате внешних воздействий окружающей среды и заданнойнагрузки в течение всего периода их эксплуатации [154]. Долговечностьконструкций, усиленных системой внешнего армирования, в значительной степенизависит от долговечности бетона [153].При этом циклы замораживания-оттаивания снижают в основном прочностьклеевого соединения на сдвиг, особенно в растворах, содержащих хлор-ионы.Вблизи температуры стеклования (Тст) эпоксидной матрицы адгезия составаухудшается вне зависимости от свойств бетонного основания.
При этом Тстадгезива должна быть на 5-10°С выше, чем температура эксплуатации усиливаемойконструкции. Периодическое воздействие влаги и солевого тумана при постояннойтемпературе снижает на ~20% их несущую способность [153].Следует отметить, что эксплуатационные свойства и долговечность ПКМ вомногом зависят от химической природы волокна, используемого для производстваармирующего наполнителя. Так как, например, попеременное замораживание иоттаивание мало влияет на прочностные и деформативные характеристики ПКМ наоснове углеродных волокон, не оказывает негативного влияния на адгезиюкомпозитного материала к бетону, а снижение несущей способности конструкции24происходит из-за уменьшения прочностных и деформативных характеристикбетона.
При этом, композитный материал защищает поверхность бетона отувлажнения, что положительно сказывается на его сопротивляемости разрушению.ПКМ, армированные стекловолокном, более чувствительны к влаге. Снижениемеханических свойств ПКМ происходит после 2000 часов выдержки их в воде.Существенное влияние на прочность полимерных композитов оказываетпериодическоевоздействиеагрессивныхсред(дорожныереагенты,промышленные выделения, биологическое воздействие и т.д.). При воздействиисолевого тумана в течении 3000 часов прочность композитов снижается на 17%.Температурное воздействие в течение 10000 часов приводит к уменьшениюпрочности образцов до 31%.
Под воздействием соленой воды (погружение всолевой туман) происходит значительное разрушение адгезионного контактамежду ПКМ и бетоном. ПКМ на основе базальтового волокна в условияхискусственного старения проявляют себя аналогично композитам на основе стекловолокна [157]. При этом межфазная область в базальтовых композитах являетсяболее уязвимой к повреждениям, чем в случае стеклонаполненных ПКМ.ДолговечностьПКМобусловленавпервуюочередьдолговечностьюиспользуемого связующего [155].1.2.1Волокна, используемые для производства армирующих наполнителейпри усилении железобетонных конструкцийОсновными элементами внешнего армирования железобетонных конструкцийявляются ткани и холсты различных марок и переплетения или ламели идвухкомпонентные эпоксидные составы холодного отверждения.Для производства армирующих тканей, холстов и ламелей широкоеприменение получили арамидные, базальтовые, полиэфирные, стеклянные иуглеродныеволокна.Основныемеханическиехарактеристикиволокон,применяемых в строительстве, приведены в таблице 1.3 [152].
При этом всеволокна, используемые для производства ПКМ, имеют линейную диаграмму25«напряжение-деформация» вплоть до их разрушения без какой-либо пластическойзоны (рисунок 1.1). Коэффициент линейного температурного расширения (к.л.т.р.)ПКМ зависит от типа и объемного содержания волокна. Значения к.л.т.р. для ПКМв продольном и поперечном направлениях приведены в таблице 1.4 [153].Таблица 1.3 - Физико-механические свойства волокон, используемых дляпроизводства армирующих наполнителей [63]Тип волокнаРастягивающее напряжение, ГПаУглеродвысокопрочныйУглеродвысокомодульныйАрамидвысокопрочныйАрамидвысокомодульныйСтекло (тип А)щелочестойкоеСтекло (тип С)высокопрочноеСтекло (тип Е)универсальноеБазальтовые волокна5Плотность,кг/м3Прочность прирастяжении,МПаМодульупругости прирастяжении,ГПаОтносительноеудлинение приразрыве, %1750-19503400-3900200-2501,5-2,51750-19502900-4000300-7000,45-1,21400-15003500754,61400-150029001101,5-2,4270021-743000-35002,0-4,3250075-884300-49004,2-5,4260021-743400-37003,3-4,82600-280079-901900-26003,5-4,8Углеродные(ВП)43Углеродные(ВМ)Арамидные2Е-стекло1Сталь01234Деформация напряжения, %Рисунок 1.1 - Диаграмма растяжения σ-ε [63]526Таблица 1.4 - Коэффициенты температурного расширения армирующихнаполнителейНаправлениеПродольное, αLПоперечное, αTСтекловолокно6-1019-23Значения к.л.т.р., 10-6/°CУглеродное волокно Арамидное волокноот -1 до 0от -6 до -222-5060-80Наибольшее распространение в строительстве получили стеклянные волокнаи стеклопластики на их основе, как наиболее дешевые композиционные материалы.Основным преимуществом стекловолокна является его негорючесть в сочетании свысокой термостойкостью и прочностью: при 538 °C они сохраняют 25%первоначальной прочности.
При этом стекловолокно сохраняет способность купругому восстановлению своих размеров при напряжении, близком к разрыву.Основным недостатком стеклянных волокон является их сравнительно большаяплотность и низкая прочность при растяжении.Близкими по химической природе к стекловолокну являются базальтовыеволокна, сырьем для производства которых является дешевый природный минерал.Многие прочностные показатели базальтовых волокон превышают аналогичныезначения для стеклянных волокон. При этом базальтовые волокна улучшаюттеплозащитные свойства ограждающих конструкций, обеспечивают требуемуюдолговечность и повышают надежность конструкций.Наиболее эффективными являются углеродные волокна, сырьем, дляпроизводства которых, обычно служат полиакрилонитрильные или вискозныеволокна прошедшие специальную многостадийную термическую обработку привысоких температурах (2000°C и выше).
В результате карбонизации играфитизации волокна, конечный материал состоит преимущественно из углеродаи в зависимости от режима термообработки и структуры исходного сырья имеетразличную структуру и физико-механические свойства. Прочность таких волоконпри растяжении значительно превышает прочность стекло- и базальтовоговолокна,амодульупругостиприрастяжениизначительноменьшесоответствующего модуля для стекловолокна (таблица 1.3). Вместе с тем27углеродные волокна хорошо проводят электричество и обладают сравнительновысокой стоимостью, что ограничивает их широкое применение в строительстве.Арамидные волокна на 43% легче стекловолокна, а по прочности сопоставимыс углеродными волокнами, сохраняют стабильность размеров.
Они химическистойки по отношению к большинству сред, не плавятся, а при температуре выше400ºС протекает процесс их карбонизации (таблица 1.3) [63]. Однако высокаястоимостьинезначительныеобъемыпроизводстваарамидныхволоконсущественно ограничивают их применение в строительстве.Таким образом, анализ физико-механических характеристик различных типовволокон показал, что наиболее перспективным наполнителем для ПКМ приусилении железобетонных конструкций являются углеродные волокна, технологияпроизводства которых непрерывно совершенствуется, повышаются их прочность ижесткость, расширяется ассортимент и снижается стоимость. Кроме того, основнаямасса ПКМ, используемых для усиления железобетонных конструкций в России иза рубежом, производится на основе углеволокна.1.2.2Свойства тканей, холстов и ламелей, используемых для усиленияжелезобетонных конструкцийФизико-механические свойства ПКМ определяются типом и количествомприменяемых волокон, их ориентацией и распределением в поперечном сечениихолста или ткани, а также соотношением наполнителя и связующего в композите.Основными производителями усиливающих элементов для системы внешнегоармирования строительных конструкций являются зарубежные компании SikaSchweiz AG, Fyfe, BASF, MAPEI, BASELTEX NV, BGF Industries Inc., HexcelCorporation и Teijin Aramid, а также отечественная компания ХК «Композит» (АО«Препрег-СКМ»).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
