Диссертация (792867), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Образцы имелиформу прямоугольной пластины, размером 100×150 мм и толщиной 10 мм. Составы связующего отличались процентным содержанием в них растворителя и110наполнителя, в качестве которых применялись эпоксидная смола марки ЭД-20,отвердитель – полиэтиленполиамин, растворитель – ацетон и наполнитель – портландцемент. В качестве заполнителя для каркасных композитов использовалигранитный щебень и кирпичный бой размером зерен 2,5–5 мм.
Композиты формировались в два этапа: сначала изготавливали каркас путем склеивания междусобой зерен заполнителя, после чего пропитывали полимерной матрицей пустотымежду зернами заполнителя. Составы образцов приведены в таблице 4.3.Таблица 4.3 – Исследуемые составы№ п/пКомпоненты123456Эпоксидная смолаПолиэтиленполиаминАцетонПортландцементГранитный щебеньКирпичный бой110010-Содержание массовых частей в составах4523каркас матрица каркас матрица100 10010010010010010101010101010101010020001000-Ударные повреждения на образцы наносились по методу ASTMD 7136.Образцы хранились в комнатных условиях г. Саранска при температуре от20 до 25 °С и относительной влажности от 35 до 60 %.
На все образцы наносилисьударные повреждения с энергией удара, нормированной на толщину образца согласно ASTMD 7136 (метод А).Кривые зависимостей контактной силы удара от времени для контрольныхобразцов приведены в таблице 4.4 и на рисунке 4.11.Таблица 4.4 – Зависимость контактной силы и продолжительности контакта отсостава№ составаМаксимальнаяконтактная сила, НПродолжительностьконтакта, мс1234545,823,720,942,943,413,19,512,47,316,6Величина импульса,соответствующего разрушениюобразцов, Нмс22470145121122111Рисунок 4.11 – Зависимости изменения силы ударника от временипри испытании контрольных образцов: а) состав №1; б) состав №2;в) состав №3; г) состав №4; д) состав №5112Были проведены испытания каркасных полимербетонов на основе гранитного щебня, шлака, резиновой крошки и пенополистирола.Составы образцов приведены в таблице 4.5.Таблица 4.5 – Исследуемые составы№п/пКомпонентыСодержание массовых частей в составеМатрица123456781Эпоксидная смола1001001001001001001001001002Полиэтиленполиамин1010101010101010103Резиновая крошка-33673367----4Пенополистирол-----336733675Гранитный щебень-6733--6733--6Шлак---6733--6733Кривые зависимостей контактной силы удара от времени для образцов приведены на рисунках 4.12, 4.13.Рисунок 4.12 – Зависимости изменения силы ударника от времени при испытании образцов: а)состав №1; б) состав №2; в) состав №3; г) состав №4113Рисунок 4.13 – Зависимости изменения силы ударника от времени прииспытании образцов: а) состав №5; б) состав №6; в) состав №7; г) состав №8Как видно из графиков, при введении большего количества резиновойкрошки в состав каркасного композита уменьшается максимальная контактнаясила, но при этом увеличиваются вязкие свойства, что наглядно демонстрируетзначение импульса.Образцы, где в качестве наполнителя использовался пенополистирол, показывают меньшие показатели прочности.1144.5.
Исследование упругопрочностных свойстви трещиностойкости матричных и каркасных композитовКак было сказано ранее, каркасная технология позволяет получать композиты с малой усадкой, что позволяет покрывать большие площади без устройстваусадочных и температурных швов. Свойства полученных таким образом полимербетонов определяется свойствами каркаса и матричной составляющей [24].Показателем оптимальности структуры каркаса служит его пропускная способность, позволяющая заполнить поровое пространство связующим.
Для матричнойсоставляющей важными являются реологические свойства: вязкость и предельноенапряжение сдвига. Получение каркасных композитов с улучшенными физикомеханическими свойствами достигаются при условии высокой адгезионной связиматричной составляющей и поверхности каркаса [47].Проведены исследования по установлению усадки и трещиностойкости каркасных полимербетонов. Исследуемые свойства устанавливались путем испытания образцов-призм 4040160 мм. При изготовлении образцов в качестве связующего в клеевых и матричных составах использовали эпоксидную смолу ЭД-20,отверждали композиции аминофенольным отвердителем АФ-2, пластифицирующей добавкой служил дибутилфталат.
В качестве наполнителя использовали тонкоизмельченный порошок кирпичного боя, порошок шлака, портландцемент, а вкачестве крупного заполнителя гранитный щебень, шлак и резиновая крошкакрупностью 5–10 мм. Составы матричных составов приведены в таблице 4.6, акаркасных композитов – в таблице 4.7.Как видно из таблицы 4.8 прочность и модуль упругости каркасных композитов определяется прочностью каркаса и матрицы, соотношением их прочностных и упругих свойств, степенью адгезионного взаимодействия между заполнителем, клеем каркаса и матрицей. Каркасные композиты обладают повышеннымифизико-механическим показателями.115Таблица 4.6 – Составы матричных композиций№ п/пКомпоненты123456789Эпоксидная смолаАФ-2ДибутилфталатПортландцементКерамический порошокПорошок доменного шлакаПорошок гранитного щебняГранитный щебеньДоменный шлакСодержание массовых частей в составе123410010010010025252525100100100100-Таблица 4.7 – Содержание компонентов в составах каркасных композиций2345678910КаркасМатрицаКаркасМатрицаКаркасМатрицаКаркасМатрицаКаркасМатрицаКаркасМатрицаКаркасМатрицаКаркасМатрицаКаркасМатрицаКаркасМатрица1002510025100251002510010025251002510025Доменный шлакГранитный щебеньПорошок гранитногощебня25Порошок доменногошлака100–10–10–10–10–10–10–10––10–10–Керамический порошок25Портландцемент100ДибутилфталатАФ-21КомпонентыЭпоксидная смола№ состава200020001001002000100200010018001800100180010018001001800100116Таблица 4.8 – Прочность каркасных составовХарактеристикиПоказатели различных комбинаций каркасных композитов12345678910Прочность при изгибе, МПа28,5 31,1 27,7 32,2 32,6 28,0 30,8 26,8 30,9 31,6Прочность при сжатии, МПа98,4 101,7 103,4 108,8 107,2 105,6 107,9 104,6 111,7 108,3Модуль упругости, МПа8200 8350 7900 8600 7760 7400 7150 7720 8280 8360Усадочные деформации определялись при помощи индикаторов часового типа по общепринятой методике на образцах, твердеющих в нормальных температурно-влажностных условиях.
Все составы после изготовления выдерживались вформе в течение 4 ч., затем образцы ставились на индикаторные стойки. Показатели снимались в течение 28 суток. На рисунке 4.14 приведены зависимости изменения усадочных деформаций матриц и каркасных композитов.Рисунок 4.14 – Зависимость изменения усадочных деформаций от времениотверждения матричных составов (нумерация составов в таблице 4.6)117Рисунок 4.15 – Зависимость изменения усадочных деформаций от времениотверждения каркасных композитов (нумерация составов в таблице 4.7)На втором этапе были проведены испытания по определению трещиностойкости каркасных композитов. Сопротивление материалов образованию и развитию трещин оценивали при помощи коэффициентов интенсивности напряжений(К1) и поверхностной энергии (γ), которые вычислялись по формулам:γ=К212Е; К1 =Р∙() √,(4.39)где Р – разрушающая нагрузка; l – длина трещины; b – ширина образца; H – высота образца [46].Функция, характеризующая отношение длины трещины к высоте образцаV(l), имеет вид: 0,5 1,5 2,5() = 3 [1,93 ( ) − 3,07 ( ) + 14,53 ( ) 3,5−25,11 ( ) 4,5+ 25,8 ( )].Результаты испытаний приведены в таблицах 4.9 и 4.10.(4.40)118Таблица 4.9 – Характеристики трещиностойкости матричных композитов№состава1234Длинатрещины,мм1020102010201020ХарактеристикиК1 ,МПа·см0,538,437,837,637,040,139,436,436,1γ,МПа·см0,7020,6730,8120,7870,8930,8620,6020,592Таблица 4.10 – Характеристики трещиностойкости каркасных композитов№состава12345678910Длинатрещины,мм1020102010201020102010201020102010201020ХарактеристикиК1 ,МПа·см0,556,855,153,251,848,647,951,250,852,751,646,444,243,543,143,942,547,646,949,549,2γ,МПа·см0,1970,1850,1690,1610,1490,1450,1520,1500,1780,1710,1410,1320,1330,1290,1250,1170,1370,1330,1460,144Из анализа результатов исследований следует, что коэффициент К1 и γ существенно зависят от вида заполнителя и наполнителя, а также от длины трещины.1194.6.
Проницаемость полимерных композитовРазрушение полимерных покрытий, сопровождающееся на конечной стадииотслаиванием и растрескиванием, происходит под действием физико-химическихпроцессов, протекающих в них под воздействием света, тепла, воды, кислородавоздуха и механических напряжений. Зависимость долговечности покрытий отусловий эксплуатации можно оценить по изменению отдельных величин, например потери массы во времени, электрических потерь и других характеристик. В тоже время существует корреляция в оценке долговечности полимерных покрытийпри использовании в качестве её критерия внутренних напряжений и других физико-механических показателей, определяющих изменение декоративных и защитных свойств, а также параметров, обусловленных структурными превращениями в процессе их эксплуатации.Адгезионная прочность покрытий к поверхности изменяется при проникновении жидкости в зону контакта.
При отсутствии дефектов в покрытии проникновение агрессивной среды связано с диффузионными процессами.Диффузия вещества происходит вследствие перемещения молекул от полости к полости под влиянием градиента концентрации и кооперативного движенияокружающего молекулу комплекса сегментов макромолекул [37].
Для того, чтобыпроизошел элементарный акт диффузии, необходимы следующие два условия:наличие полости нужного размера вблизи диффундирующей молекулы и достаточной энергии для разрушения связи этой молекулы с полимером [26].Деградация материалов и конструкций в агрессивных средах происходит врезультате химического взаимодействия их компонентов с компонентами материала. В зависимости от соотношения скоростей диффузии и химического взаимодействия, разрушения происходят в одной из трех областей: внешней диффузионно-кинетической, когда скорость диффузии среды меньше скорости деструкции иразрушение материала происходит в поверхностном слое - гетерогенная деграда-120ция; внутренней кинетической, когда скорость диффузии среды больше скоростихимических реакций и разрушению подвергается весь объем материала – гомогенная деградация; внутренней диффузионно-кинетической, когда скорость химической реакции соизмерима со скоростью диффузии и разрушительные процессы накапливаются с течением времени - диффузионная деградация.Из литературы известно, что если процесс проникновения жидкости в полимербетон не сопровождается значительным взаимодействием между молекулами жидкости и полимера или другого компонента, то скорость прохождения черезпокрытие на основе полимерного композита определяется в основном скоростьюпроцесса диффузии, который характеризует процесс выравнивания концентрацийпо объему образца.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
