ПОЛИМЕРБЕТОНЫ

Общие закономерности развития усадочных напряжений в полимербетонах

Усадочные внутренние напряжения, возникающие в процессе формования полимербетонов и развивающихся во времени в процессе их последующей эксплуатации,— один из важнейших критериев, определяющих длитель­ную прочность этих материалов[5].

На рис. 5 представлены образцы, изготовленные из ненаполненной фурфуролацетоновой смолы ФАМ, кото­рые самопроизвольно разрушились под действием уса­дочных напряжений и сравнительно кратковременного воздействия воды. Характер разрушения (правильная шаровая полусфера) убедительно показывает, что уса­дочные напряжения достигают больших значений, и при незначительном ослаблении прочности на поверхности образца вследствие пластифицирующего действия воды эти напряжения вызывают самопроизвольное разруше­ние материала. Сферическая форма наглядно свидетель­ствует о характере распределения усадочных напряже­ний по сечению.

Появление в полимерных композициях усадочных внутренних напряжений связано с фазовым переходом композиции из жидкой в твердую в процессе отвержде­ния и незавершенностью релаксационных процессов. Обусловливаются они несколькими факторами, в том числе: усадочными явлениями в результате сближения молекул олигомера в процессе полимеризации и перехо­да из жидкого состояния в твердое; образованием жест­ких надмолекулярных структур полимера и их высокой адгезионной связью с частицами наполнителей; усадкой в процессе потери летучих компонентов.

Развитие усадочных внутренних напряжений обычно выражается характерной кривой (рис. 6), на которой яр­ко выражены два участка: первый соответствует разви­тию усадочных внутренних напряжений под действием названных факторов, второй отражает характер сниже­ния усадочных внутренних напряжений, связанных с про­теканием релаксационных процессов в условиях ста­бильности внешних воздействий [105].

Таким образом, усадочные внутренние напряжения условно можно разделить на временные (первый уча­сток), действие которых проявляется от нескольких ча­сов до нескольких суток, и остаточные — длительные (второй участок). Временные усадочные напряжения до­статочно велики и в некоторых случаях могут превышать прочность синтетического связующего. Эти напряжения чрезвычайно опасны, так как могут привести к появле­нию микро - и макротрещин, т. е. нарушению монолит­ности изделия или конструкции. Остаточные напряже­ния, как правило, значительно ниже временных. Опас­ность этих напряжений заключается в длительности их действия.

Отверждение полимерных композиций в большинстве случаев происходит примерно по следующей схеме [73, 108, 112]. В процессе полимеризации сначала образует­ся небольшое число поперечных связей. На этой стадии композиция еще достаточно эластична, в ней легко про­текают релаксационные процессы и внутренние напря­жения практически отсутствуют. По мере дальнейшей сшивки число поперечных связей растет, жесткость ком­позиции увеличивается, и, наконец, наступает такой мо­мент, когда образуется продукт с очень частой простран­ственной структурой. К этому времени усадочные дефор­мации и временные внутренние напряжения достигают максимальных значений.

В то же время следует отметить, что абсолютное зна­чение усадки не является критерием внутренних напря­жений. При большой усадке и малом модуле упругости внутренние напряжения будут незначительны. Малая усадка в материалах с высоким модулем упругости вы­зывает значительные внутренние напряжения.

Для наполненных полимерных композиций эта кар­тина еще более усложняется. Увеличение степени напол-. нений системы кварцевой мукой, андезитом, маршалли-- том и многими другими минеральными наполнителями! приводит к значительному снижению усадки полимерной.! композиции (рис. 7). Если предположить, что усадочные^ напряжения зависят только от усадочных деформаций,, то введение минеральных наполнителей должно было» бы повлечь резкое снижение усадочных напряжений. Однако такое предположение не учитывает соответст­вующего повышения модуля упругости и более жестких адгезионных связей вследствие образования упорядочен­ных надмолекулярных структур.

С увеличением степени наполнения модуль упруго­сти увеличивается значительно быстрее, чем снижается усадка (табл. 10). Так, для наполненных систем, содер­жащих 300% по массе наполнителя, усадка по сравне­нию с ненаполненной системой снизилась примерно в, 2 раза, а модуль упругости увеличился в 4—5 раз.

Предельные критические значения усадочных внут­ренних напряжений в зависимости от вида и количества минеральных наполнителей приведены в табл. 11 (9, 10]. | Введение в термореактивные смолы минеральных напол - I нителей независимо от их вида значительно снижает

Общие закономерности развития усадочных напряжений в полимербетонах

8 16 2k J2 W 8 IB 2V X, 4 T, cym

Рис. 6. Кинетика развития и ре­лаксации усадочных напряжений по­лиэфирного связующего при 80°С. Цифры на кривых — толщина по­лимерной пленки, мкм

О 50 W0 150 200 250 500 Количество наполнителя, % по массе смолы

Рис. 7. Зависимость объемной усадки от количества н вида напол­нителя

1 — кварцевая мука: 2 — графи­товая; 3 — андезитовая

7

Ч/

2

3

I 51

Таблица 10. Влияние степени наполнения кварцевой мукой на усад­ку, модуль упругости и внутренние напряжения полимерных компо­зиций

О

Я

Г)

Й и

* о лз - £ = г> Ф 3

С = с.

V 5 -

Ь о г U С *

Предел проч­ности Їірн сжатии, ЛШа

[ 1

Объемная 1 усадка, % )

І

I

Уменьшение ' усадки. %

С

А Ео

Pi

О ЬС

S

Увеличение модуля упру­гости, %

Внутренние!

Напряжения.

МПа

ПН-1

I

125

9

100

2,4

100

50

116

7,75

116

2,3

137,5

100

137

7

128,5

5,3

221

200

138,5

5,3

170

8,1

337,5

300

134

4,5

200

10,5

437,5

400

131

4

222

11,5

480

600

76

7,3

304

ФАМ

142

7

100

3,1

100

3

50

146

6

116

4,5

145

3,8

100

160

5,4

127

7,1

230

5,5

200

148

4,1

175

10,5

340

10,6

300

132 *

3,6

194

13,7

442

15,2

400

1 15

3,2

219

16,7

539

600

9,5

306,4

Таблица 11. Влияние различных наполнителей на предельные кри­тические внутренние напряжения мастик, МПа

Содержание наполнителя, %

Наполпнтель

0

50

100

200

Смола ФАМ

Кварцевая мука Дпдечміoi;a;] » Графит

2,і

І—З

Зл

5,5

2,і

І-3

3,3-

3,5

4,5—5

2,і

І—З

2,5-

-2,8

2,1-2,5

Смола ПН-1

10,6

11—11,5

Кварцевая мука

Андезитовая »

Графит электродный (мука) 2,5-2,7| 3,5

TOC o "1-3" h z 2,5—2,7,' 3,2

9

9,6

4,8 4,5 1

2,5-2,7| 2,1

Усадку полимерной композиции. В то же время такие наполнители, как кварцевая и андезитовая мука, высоко­активны и способны специфически взаимодействовать си связующим, ускоряя процессы полимеризации и вызывая значительное нарастание усадочных напряжений. Гра­фитовая мука как неактивный наполнитель замедляет процесс полимеризации, снижает усадочные напряжения в системе при одновременном понижении адгезии:

Общие закономерности развития усадочных напряжений в полимербетонах

О

0,5 I Содержание ПАВ, %

Рис. 8. Зависимость внутренних

Напряжений и разрывной проч - Рис. 9. Зависимость прочности поли - ности полиэфирных мастик от мерной мастики ФАМ от вида и коли - содержання алкамона ОС-2 чества ПАВ

I, 2. — внутренние напряжения / — катапин Б-300: 2 — алкаыон ОС-2; соответственно при 25, 50 и 3 — катания БПВ 100 г кварцевой муки; 4 — раз­рывная прочность при 50 Г квар­цевой муки

Р, б, una

Общие закономерности развития усадочных напряжений в полимербетонах

О

Г з 4 5 6% ОС-20

Общие закономерности развития усадочных напряжений в полимербетонах

Зависимость адгезии фурановых покрытий от содержания графита, %

100

0

50 10,5-12

8—Q

14—16

Содержание графита, % Адгезия, МПа. . . .

Таким образом, максимальное значение адгезионных связей и когезиоиной прочности полимера обусловлива­ются минимальным значением усадочных напряжений. Следовательно, одним из путей получения высокопроч­ных, надежных и долговечных полимерных композиций является изыскание возможных способов снижения вре­менных и остаточных усадочных напряжений.

Эффективный и сравнительно простой способ сниже­ния усадочных внутренних напряжений — введение в со­став полимерной композиции ПАВ. При этом оптималь­ное количество ПАВ не только существенно снижает внутренние усадочные напряжения, но и приводит к уве­личению прочности (рис. 8).

Введение в состав полимерных композиций сравни­тельно небольших количеств катионактивных ПАВ сни­жает временные внутренние напряжения в 4—5 раз и повышает прочность при разрыве на 30—60% (табл. 12).

Данные табл. 12 показывают, что наиболее актив­ным ПАВ для исследуемых мастик является катапин Б-300 и менее активным — катапин БПВ. Алкамон ОС-2 занимает промежуточное положение (рис. 9). Так как полимербетон представляет собой более сложную КОМ-

Таблица 12. Влииние вида и количества катйоноактивных ПАВ на предел прочности при разрыве полимерных мастик

ПАВ

Количество

Предел прочности мастик, МПа, на основе

ПАВ, %

ФАМ

ПН-1

Катапин

Б-300

0,25 0.5 1

1,5

11,8 14.3 ,17 18,3

23 27 32 31

Катапин

БПВ

0,25 0,5 1

1.5

10.4 11.2 11,3 13,8 7,4

22.9

28,3 26,5 21.5

Алкамон

ОС-2

0,,5 0.75 1

1,5

10 13,2 15,2 11.2 8

Примечание. Прочность на сжатие полммербетона ФАМ без добавки ПАВ составляет 82 МПа, с добавкой 1 % катапина Б-300—110 МПа.

Позицию, то его прочность на сжатие при введении оп­тимального количества Б-300 увеличивается менее зна­чительно — на 25—30%.

Следует отметить, что при исследовании влияния ПАВ на усадочные внутренние напряжения не обраща­лось должного внимания на эти продукты с точки зре­ния их действия на пластифицирующие свойства, кото­рые они оказывают на полимербетонную смесь в про­цессе ее приготовления. Работы, выполненные в последнее время, показали, что многие ПАВ являются хорошими суперпластификаторами и для полимербетон - пых смесей.

Экспериментальные исследования полимербетонов позволили установить общие закономерности развития суммарных усадочных напряжений, возникающих в про­цессе отверждения, определить их значения в зависимо­сти от составов полимербетона и дать рекомендации по снижению усадочных напряжений при сохранении или даже улучшении их физико-механических свойств.

Предложена общая расчетная формула для опреде­ления усадочных напряжений армированных полимер - бетонов (Ту, Па:

<з„ = (8)

(1-ц) (l-1-т) № '

Где еу — усадка полимербетонов за время т, %; |3 — коэффициент пропорциональности, 1/ч, для полимербетонов на полиэфирных и фурановых смолах (5 = 0,055; т — время отверждения, ч; £п. б — мо­дуль упругости полимербетона за время т; і|зі—коэффициент ре­лаксации усадочных напряжений, і|зі = 0,4...0,6; ц — коэффициент Пуассона, = 0,24...0,32;

Т = £п. б5„.б/(£-ст S„) = (£п. б/£Ст) (1/v) 102, (9)

Здесь Sn.6 и Sct—площадь сечения полимербетона и арматуры, см2; Ест—модуль упругости стали, МПА; v — коэффициент армирова­ния конструкции, %.

Для полимербетонов на полиэфирных смолах макси­мальная усадка составляет 3—4 мм/м, а для полимер­бетонов ФАМ—1—2 мм/'м. В этом случае для изделий и конструкций, у которых степень отверждения близка к максимально возможной, усадочные напряжения с до­статочной для практических целей точностью могут быть определены по формуле

ПОЛИМЕРБЕТОНЫ

Технологическая карта — производство полистиролбетона

Технологическая карта на Изготовление блоков из полистиролбетона Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине «Организация производства и управление предприятием» Выполнила: Абрамова Ю. В. Данная курсовая работа состоит из пояснительной записки, …

Технический условия на полистиролбетон

ГОСТ Р 51263-99 УДК 691(32+175) Группа Ж13 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПОЛИСТИРОЛБЕТОН Технические условия CONCRETE WITH POLYSTERENE AGGREGATES Specification ОКС 91.100.30 ОКСТУ 5870 Дата введения 1999—09—01 Предисловие 1 РАЗРАБОТАН Всероссийским …

Механизм разрушения полимерных материалов

Сопоставляя экспериментальные данные, характери­зующие кратковременную и длительную статическую прочность, ползучесть, деформации вязкого течения, ос­таточные деформации, длительную прочность полимер­бетонов при многократных пульсирующих нагрузках и т. д., можно обнаружить общие закономерности для …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел. +38 05235 7 41 13 Завод
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 067 561 22 71 — гл. менеджер (продажи всего оборудования)
+38 067 2650755 - продажа всего оборудования
+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи всего оборудования
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Скайп: msd-alexandriya

Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Представительство МСД в Киеве: 044 228 67 86
Дистрибьютор в Турции
и странам Закавказья
линий по производству ПСВ,
термоблоков и легких бетонов
ооо "Компания Интер Кор" Тбилиси
+995 32 230 87 83
Теймураз Микадзе
+90 536 322 1424 Турция
info@intercor.co
+995(570) 10 87 83

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.