Диссертация (792867), страница 6
Текст из файла (страница 6)
При непроизвольном вовлечении воздуха в период приготовления смеси их количество обычно невелико (2–5 %). Если они возникают под влиянием специально вводимых воздухововлекающих или порообразующих добавок, то в поризованном вяжущем веществе может сосредоточиватьсядо 50 % и более по объему сферических (ячейковых) пор, чаще всего замкнутых[14].Микроструктура образуется путем совмещения вяжущих веществ, отвердителей, модификаторов и дисперсных наполнителей.
Ее свойства определяютсяявлениями, протекающими в контакте жидкой и твердой фаз, и зависят от степени наполнения, дисперсности наполнителей, физико-химической активности ихповерхности, концентрации вяжущего вещества, количества опасных для даннойструктуры дефектов и других факторов.Зависимость прочности от степени наполнения имеет экстремальный характер.
При этом она может принимать различные значения, на что влияют прилагаемое напряжение и размер частиц наполнителя. В связи с этим в работе композиты классифицируются на две группы — малонаполненные (v = 0–0,3) и высоконаполненные (v = 0,3–0,7). Первые характеризуются значительной деформативностью и ударной вязкостью, но низкой прочностью при сжатии, а вторые обладаютвысоким модулем упругости и повышенной прочностью при сжатии, но относятсяк разряду хрупких материалов [82].28Свойства микроструктуры значительно изменяются в зависимости от дисперсности наполнителя. Известно, что в отвержденных полимерных композицияхна границе раздела наполнитель – полимер из-за разницы модулей упругости икоэффициентов термического расширения частиц и матрицы возникают структурные напряжения, которые являются источником трещинообразования.
Однакочастицы наполнителя не только играют роль инициаторов образования трещин,но и способны при определенной крупности тормозить и останавливать начальную трещину.В работе [82] оптимальную дисперсность наполнителя полимерных композиционных материалов предлагается находить из следующего топологическогоусловия:ho = (0,14 ± 0,01) d(1.1)где hо – оптимальная пленка полимера в композите; d – размер наполнителя.Теоретически и экспериментально установлено, что оптимальный среднийдиаметр частиц наполнителя превышает толщину оптимальной пленки полимераприблизительно в 7 раз.Иногда при необходимости условно выделяется мезоструктура, т.
е. промежуточная по дисперсности частиц между микро- и макрочастицами. Мезоструктура образуется при объединении связующих с мелким заполнителем (песок) [22].Макроструктура КСМ различима невооруженным глазом. Она образованапод влиянием цементирующей способности вяжущего вещества, благодаря чемуполизернистые или иной формы частицы заполнителя – волокнистые, пластинчатые, угловатые, шарообразные и т. п. – скрепляются между собой в общий монолит. В макроструктуре содержится также капиллярно-поровая часть, причем макродисперсные поры и капилляры в ячеистых бетонах в виде замкнутых ячеек, заполненных газовой или воздушной средой, являются своеобразной разновидностью заполнителя [112].Основным фактором формирования макроструктуры является плотностьупаковки зерен заполнителя.
При сплошном заполнении объема, когда отдельные29зерна касаются друг друга, дальнейшее увеличение пустотности возможно лишьза счет размещения зерен меньших размеров в пустотах предыдущей фракции.Согласно данным В. И. Соломатова, эффект упрочнения реализуется при прерывистой гранулометрии заполнителей с числом фракций 4–5 [116]. При дальнейшем увеличении числа фракций требуемое распределение зерен заполнителя затруднительно и приводит к уменьшению прочности и перерасходу связующего.Высокая степень наполнения достигается при применении каркасного способа изготовления строительных изделий.
Каркасная технология изготовлениякомпозиционных материалов включает предварительное получение пористогокаркаса путем склеивания между собой зерен крупного заполнителя с последующим заполнением пустот матрицей [118]. Она позволяет изготавливать отдельно воптимальных режимах клей каркаса, высокопористый каркас, пропиточный матричный состав и в итоге каркасный композит на различных по своей природе видах вяжущих. Каркасная технология изготовления композиционных материаловполучила признание как в нашей стране, так и за рубежом [117]. Композиционныематериалы на полимерных вяжущих наиболее эффективны для применения в качестве различных защитных покрытий, эксплуатируемых в условиях воздействияразличных агрессивных сред.
В каркасных композитах в большей мере воздействие агрессивных сред воспринимает матрица.Как видно из вышеизложенного материала, вопросы структурообразованияизучались многими учеными, но в то же время комплексных исследований лакокрасочных, мастичных и каркасных композитов, изготовленных на эпоксидныхсвязующих, в литературе содержится недостаточно.1.3. Составы и свойства полимерных композитовПолимербетоны по сравнению с цементными обладают более высокими показателями физико-механических свойств и химической стойкости [109].
Проч-30ность при растяжении у них составляет 9–12 МПа, при изгибе – 35–40, при сжатии – до 150 МПа. Применение полимербетонов вместо цементных способствуетповышению долговечности строительных конструкций, работающих в агрессивных средах, в 3–4 раза и уменьшает материалоемкость в 1,5–2 раза [106]. Полимербетоны имеют высокое сопротивление износу. Например, величина износаполиэфирного полимербетона составляет 0,33 см3/мин, что на 32 % ниже аналогичного показателя для гранита.Отрицательными свойствами полимербетонов являются значительная ползучесть при длительном воздействии нагрузки, большая усадка при твердении,высокий коэффициент температурного расширения, сравнительно низкая теплостойкость [84]. Долговечность полимербетонов зависит от величины внутреннихнапряжений, возникающих вследствие усадки связующего и разности коэффициентов температурного расширения полимера и наполнителя.
Наибольшей усадкойобладают полиэфирные и карбамидные смолы. Усадка наполненных смол в2–4 раза меньше. У полимербетонов большой коэффициент температурного расширения, что обусловливает повышение внутренних напряжений. Например, уполиэфирного полимербетона при изменении температуры от –40 до +60 °С коэффициент температурного расширения изменяется от 20·10–6 до 40·10–6 [121,122].Важнейшее преимущество полимербетонов – высокое химическое сопротивление. Они обладают длительной стойкостью в большинстве агрессивныхсред: кислотах, щелочах, растворителях, маслах, нефтепродуктах, сточных водах.Эпоксидные полимербетоны характеризуются высокой стойкостью в щелочныхсредах, ацетоноформальдегидные устойчивы в маслах и минерализованных водах,полиэфирные особо стойки к действию окислителей – концентрированных кислот(азотной, серной, хромовой и их смесей) [123].Химическая стойкость полимербетонов сравнительно высокая, но не абсолютная.
Во время эксплуатации в агрессивных средах происходит медленноеснижение их прочности, изменяются и другие свойства. Например, химическая31деструкция протекает с разрывом химических связей и сопровождается изменением относительной молекулярной массы полимера [124]. При химической деградации могут происходить различные превращения: разрыв основной цепи макромолекул в полимере, приводящий к снижению степени полимеризации; деполимеризация, заключающаяся в отщеплении молекул мономера от концов макромолекулы; превращение группы атомов в составе макромолекулы при сохранении исходной степени полимеризации; сшивание, сопровождающееся образованием химических связей между макромолекулами [69].
Темп потери прочности композиционных строительных материалов в агрессивных средах зависит от их температуры, концентрации и длительности воздействия, параметров проницаемости полимербетона, размеров и формы изделий [129].Эпоксидные полимеры обладают комплексом ценных физико-техническихсвойств, которые делают их незаменимыми для получения полимербетонов, используемых для ремонта и устройства покрытий, эксплуатирующихся в наиболеежестких условиях [83]. В то же время сведения о воздействии различных климатических факторов на свойства полимербетонов малочисленны.При воздействии агрессивных сред происходит разрушение материалов,выражающееся в снижении прочности, модуля упругости, увеличении проницаемости.
Для теоретической оценки химического сопротивления КСМ используются кинетические, физико-статистические подходы, а также методы накоплениядефектов и деградационных свойств [131].Прочность и стойкость изделий из композитов могут возрастать в процессеэксплуатации зданий, если под влиянием климатических условий обеспечиваетсяциклическая смена температурно-влажностных состояний материала, способствующих улучшению его структурно-механических свойств [121]. Колебаниятемпературы и влажности в определенных оптимальных пределах могут способствовать образованию центров кристаллизации (зародышей) и последующемуразвитию их в кристаллы [117].
Однако в реальных условиях приведенные факто-32ры (влага, температура, солевой туман) воздействуют с опасным сочетанием длительности и интенсивности.В последнее время особенно актуальными становятся исследования побиодеградации и биосопротивлению строительных материалов. Биоповреждениямподвержены практически все материалы, в том числе природные каменные, древесина, полимерные, цементные растворы и бетоны [33, 41, 44]. Под биоповреждениями понимается разрушение материалов и нарушение работоспособностиизделий в результате воздействия макро- и микроскопических организмов и продуктов их жизнедеятельности [35]. Под воздействием микроорганизмов поверхность композиционных материалов покрывается пигментными пятнами или становится бесцветной, что объясняется поглощением микроорганизмами отдельныхкомпонентов композита [115].Риск возникновения и развития биоповреждений должен быть исключен насамой ранней стадии, т.
е. уже при проектировании строительных изделий и конструкций, так как внешне безобидные пятна плесени, кроме разрушения материалов, могут представлять смертельную опасность для людей и животных [123,107]. Причем микроорганизмы, для которых питательной средой являются вещества, вредные для человека, например природные фенольные соединения древесины, находясь в ней, становятся значительно более опасными для человека и животных, чем сами эти вещества [25, 120].Данное отрицательное воздействие наиболее значительно в географическихзонах с относительно высокой температурой воздуха, повышенной влажностью,обилием органической пыли (тропики и субтропики) [122]. Следует отметить, чтопроведение комплексных исследований по установлению видового состава микроорганизмов, заселяющихся на образцах в морской воде и в условиях переменной влажности морского побережья, представляет большой интерес.331.4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
