Geum.ru

Общая характеристика работы актуальность работы

Вид материалаАвтореферат

Содержание


Таблица 1 Характеристики используемых цементов
Основные выводы
Список научных трудов, опубликованных по теме диссертации.
Подобный материал:
1   2

Таблица 1

Характеристики используемых цементов


№

п/п
Наименование

цементов
Активность,

МПа
Сроки схватывания,

ч. мин.
Удельная

поверхность,

м2/кг
Нормальная

густота,

%

начало
конец

1
Ульяновский
49,6
3ч. 25мин
4ч. 36мин.
352
26,5

2
Катавский
45,0
2ч. 30мин.
3ч. 12 мин.
347
27,47


Таблица 2

Химический состав клинкера

№ п/п
Наименование цементов
Содержание оксидов, %
ппп

Si02
Ca0
А120з
Fе20з
MgO
Na2O
К2O
S0з
R2О

1
Ульяновский
20,80
65,25
5,90
4,35
0,92
0,35
0,82
1,35
0,89
0,79

2
Катавский
21,12
64,20
5,79
4,47
2,03
0,33
0,97
0,24
0,97
0,63

Таблица 3

Минералогический состав клинкера

№ п/п
Наименование цементов
Содержание основных минералов, %

СзS
C2 S
СзА
C4 AF

1
Ульяновский
57,0
17,0
8,0
13,0

2
Катавский
51,95
21,35
7,76
13,6


В качестве органических связующих были использованы:

- эпоксидная смола ЭП-2146. Прочность на сжатие – 85 МПа, прочность при растяжении – 25,5 МПа,

- полиэфирная смола ПН-1.Прочность на сжатие – 65 МПа, прочность при растяжении – 12,5 МПа,

- полиуретановый компаунд (ПУ). Прочность на растяжение – 10,5 МПа.

- полиакриловая смола АС. Прочность на сжатие – 74 МПа, прочность на растяжение – 20,5 МПа,

Был применен песок Люберецкого карьера с модулем крупности МКР = 1,35 и содержанием пылевидной фракции (0 – 0,14 мм) в количестве 5%. Рассев песка по фракциям представлен в табл. 4.

Таблица 4

Рассев кварцевого песка по фракциям

Номера сит, мм
Остатки на ситах, %

Частные
Полные

1,25
5,0
5,0

0,63
10,0
15,0

0,314
15,0
30,0

0,16
55,0
85,0

Менее 0,16
15,0
100,0


Модуль крупности МКР. = (А1,25 +А0,63 + А0,315 + А0,16)/100

МКР. = (5 + 15 + 30 + 85)/100 = 1,35

Химический состав песка представлен в табл. 5.

Таблица 5

Химический состав песка Люберецкого карьера

Содержание оксидов, %

SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
R2O
п.п.п.
SiO2+Al2O3

70 - 100
0 - 12
0 - 5
0 - 8
0 – 5
0 - 6
0 - 2
1,26
2,7


Щебень гранитный Токовского месторождения с насыпной плотностью – 1290 кг/м3, насыпной плотностью в виброуплотненном состоянии – 1454 кг/м3, плотностью – 2,5 г/см3, водопоглощением по массе – 0,58% и водопотребностью – 3,1%.

В качестве пластифицирующей добавки в соответствии с ГОСТ 24211-91 «Добавки для бетонов. Общие технические требования» был использован суперпластификатор С-3 (СП С-3), соответствующий ТУ 6-36-0204229-625-90, произведенный п/о «Оргсинтез» в г. Новомосковск Тульской области и состоящий из продуктов конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида.

В качестве пигментов были использованы: сурик железный (красный) с удельной поверхностью около 980 м2/кг, черный – технический углерод марки ПМ-15 с удельной поверхностью 1460 м2/кг, белый – мел, желтый – охра, отвечающие требованиям ГОСТ 15825-70. Эти пигменты имеют высокую химическую стойкость и светостойкость.

Для разработки составов защитно-декоративного слоя, имитирующего природный камень, были проведены систематизированные исследования физико-механических и эксплуатационных свойств полимербетонных композиций, а также их декоративности с целью создания защитно-декоративного слоя на бетонном основании, осуществив выбор оптимальных вяжущих и составов на их основе.

Изготовление образцов полимербетонов производилось следующим образом. Перемешивание компонентов состава осуществлялось в лабораторном смесителе периодического действия объемом 3 л. Время перемешивания компонентов смеси варьировалось от 5 до 10 минут до получения однородной гомогенной массы при отсутствии расслоения смеси после перемешивания.

Отверждение полимербетонов происходило при комнатной температуре с применением стандартных отвердителей и катализаторов отверждения (для смесей на основе эпоксидной, полиэфирной и полиуретановой смолы) или на воздухе (для смесей на основе акриловой смолы), где инициатором отверждения является кислород воздуха или пары воды.

Испытание образцов проводилось в возрасте 7 суток после начала отверждения и нормального условия их хранения.

Образцы-балочки из полимербетона размером 4х4х16 см были испытаны по ГОСТ 10180 на прочность при сжатии и на растяжение при изгибе. Водопоглощение, водостойкость и химстойкость композиций в 5% растворах соляной кислоты, едкого натрия и хлористого натрия определялись на образцах полимербетонов толщиной 4-5мм по ГОСТ 13087-81. Водо- и химстойкость определялись по сбросу прочности на растяжении при изгибе образцов после их выдержки в течение 24-х часов в воде или агрессивных средах по сравнению с прочностью контрольных образцов, хранившихся в естественных условиях.

В табл. 6–9 приведены основные физико-механические и эксплуатационные свойства полимербетонных композиций на основе выбранных смол.

Таблица 6

Свойства полимербетонных композиций на основе эпоксидной смолы ЭП-2146

№ п/п
Состав композиции масс. ч.
Проч-ность

на сжатие, МПа
Прочность на растяжение, МПа
Водопоглощение, % масс.
Водо- и химстойкость за 24 часа, % сброса

прочности
Износо-стой-кость, г/см2

за 24 часа
за 7 суток
в воде
в 5% р-ре НС1
в 5% р-ре NаОН
в 5% р-ре NаС1

1.
ЭС+ отвердитель без наполнителя
85,0
25,5
0,3
0,55
3,2
4,3
4,0
3,5
0,25

2.
ЭС(100)+наполнитель (50)+отвердитель
82,0
23,2
0,21
0,44
3,0
4,1
3,7
3,4
0,21

3.
ЭС (100) +

наполнитель(100)

+отвердитель
82,7
24,0
0,18
0,38
2,2
3,2
2,7
2,6
0,18

4.
ЭС(100)+ наполнитель (150)+от­вердитель
87,8
21,2
0,15
0,31
2,0
3,1
2,2
2,3
0,18

5.
ЭС(100)+ напол­нитель (200)+отвердитель
97,2
35,6
0,1
0,2
1,2
2,7
2,6
1,8
0,19

6.
ЭС(100)+ наполнитель (300) + отвердитель
75,4
23,0
0,25
0,28
2,5
3,2
2,8
2,7
0,15



Таблица 7

Свойства полимербетонных композиций на основе полиэфирной смолы ПН-1


№ п/п
Состав композиции, масс. ч.
Проч-ность на сжатие, МПа
Прочность на рас-тяжение, МПа
Водопоглоще-ние, % масс.
Водо- и химстойкость за 24 часа, % сброса прочности
Износо-стойкость, г/см2

за 24 часа
за 7 суток
в

воде
в 5% р-ре НС1
в 5% р-ре HОН
в 5% р-ре NаС1

1.
ПЭф+ отвердитель без наполнителя
65,0
12,5
0,55
0,9
4,4
5,5
5,5
4,8
0,3

2.
ПЭф (100) +напол-нитель (50)+ отвердитель
65,5
12,7
0,53
0,85
4,2
5,2
5,0
4,0
0,28

3.
ПЭф (100) +напол-нитель (100)+ отвердитель
72,0
20,5
0,3
0,6
3,1
4,4
4,5
3,8
0,22

4.
ПЭф(100)+ наполнитель (150)+ отвердитель
68,0
18,1
0,41
0,78
4,4
5,2
5,6
4,3
0,28

5.
ПЭф(100) +наполнитель (200)

+ отвердитель
54,5
10,2
0,52
0,92
5,0
5,5
5,8
4,9
0,35



Таблица 8

Свойства полимербетонных композиций на основе

полиуретанового компаунда (ПУ)

№ п/п
Состав композиции, масс. ч.
Прочность на растяже­ние, МПа
Водопоглощение, % масс.
Водо- и химстойкость за 24 часа, % сброса прочности
Износо­стойкость, г/см2

за 24 часа
за 7 суток
в

воде
в 5% р-ре НС1
в 5% р-ре

NaOH
в 5% р-ре NаС1

1.
ПУ + отвердитель без наполнителя
10,5
0,1
0,25
1,5
5,5
3,0
1,2
0,1

2.
ПУ (100) +напол­нитель (50) + от­вердитель
11.4
0,1
0,20
1,5
5,4
2,5
1,1
0,08

3.
ПУ (100) +напол­нитель (100) +от­вердитель
12,0
0,07
0,1
1,0
5,0
2,0
0,09
0,06

4.
ПУ (100) +напол­нитель (150) + от­вердитель
8,6
0,15
0,31
1,8
5,8
3,5
1,3
0,1



Таблица 9

Свойства полимербетонных композиций на основе полиакриловой смолы АС

№ п/п
Состав композиции, масс. ч.
Проч-ность

на сжатие, МПа
Прочность на растяжение, МПа
Водопоглощение, % масс.
Водо- и химстойкость за 24 часа, % сброса прочности
Износостой-кость, г/см2

за 24 часа
за 7 суток
В 5% р-ре НС1
в 5% р-ре NaОН
в 5% р-ре NаС1

1.
АС без наполните­ля
74,0
20,5
0,2
0,35
2,5
2,5
0,2
0,08

2.
АС(100) + напол­нитель (50)
65,6
77,8
0,45
0,81
4,2
4,3
2,5
0,15

3.
АС(100) + напол­нитель (100)
55,4
15,1
0,66
1,0
5,2
5,8
3,4
0,25

Примечание: во всех составах в качестве наполнителя использовался молотый кварцевый песок.

В табл.10 приведены физико-механические и эксплуатационные свойства оптимальных составов.

Таблица 10

Оптимальные составы наполненных полимербетонных композиций

№ п/п
Физико-механические и эксплуатационные показатели составов
Вид полимербетонных композиций

на основе ЭС
на основе ПЭФ
на основе ПУ
на основе АС

1
Предел прочности при сжатии, МПа
97,2
72,0
-
74,0

2
Предел прочности на растяжение при изгибе, МПА
35,6
20,5
12,0
20,5

3
Водопоглощение за 7 суток, % масс.
0,2
0,6
0,1
0,35

4
Водостойкость за 24 часа, % сброса прочности
1,2
3,1
1,0
3,6

5
Стойкость к 5% р-ру НСl, % сброса прочности
2,7
3,1
1,0
3,6

6
Стойкость к 5% р-ру NaOH, % сброса прочности
2,6
4,5
2,0
2,5

7
Стойкость к 5% р-ру NaCl, % сброса прочности
1,8
3,8
0,09
0,2

8
Износостойкость покрытий, г/см²
0,19
0,22
0,06
0,08

9
Адгезия к бетонной поверхности, МПа
5,5
3,8
1,9
2,8


На основании экспериментальных данных можно сделать вывод о том, что приготовленные по вышеописанной методике полимербетонные покрытия на бетонном основании обладают всем требуемым комплексом свойств, предъявляемых к защитно-декоративным покрытиям, а по сравнению с покрытием полов на основе бетона на цементном вяжущем во многом превосходят их. Предварительная оценка декоративных свойств полимербетона показала, что они практически могут имитировать текстуру природного камня.

Для определения свойств покрытий были изготовлены образцы из полимербетонов на основе ЭС смолы, выбранной на основании результатов, приведенных в табл. 10.

Полимербетонные (покрытия) были нанесены на бетонные образцы, приготовленные заранее. Полимербетон наносили толщиной 2 мм для полиакриловой смолы и 3 мм для полиуретановой на поверхность образцов. Образцы отверждались в течение 7 дней при температуре 20°С в естественных условиях при влажности 70%.

После отверждения образцы подвергались испытаниям на истираемость, водостойкость, морозостойкость, стойкость к удару, а также на стойкость к УФ излучению. Результаты испытаний приведены в табл. 11

Таблица 11

Результаты испытаний

Вид

покрытия
Истирае-мость, г/см²
Морозостойкость, отслоение покрытия после 300 циклов в солях
Ударная

вязкость,

Кдж/м²
Стойкость к УФ

излучению,

после 28 циклов
Водойстой-кость, % за 7 суток

Фрагмент с эпоксидным покрытием
0,05
отсутствует
22,5
Без изменения
0,5

Фрагмент с полиакриловым покрытием
0,08
отсутствует
14,2
Без изменения
0,4


Как видно из данных, приведенных в табл. 11, изделия с полимербетонным покрытием обладают хорошей сопротивляемостью к истиранию, значительно ниже истираемости цементных бетонов. Нанесение полимербетонов позволяет значительно (в 3–4 раза) увеличить ударную прочность образцов, причем большая эластичность покрытия из эпоксидной смолы повышает ударную прочность материала больше, чем аналогичных покрытий из полиакриловой смолы.

Испытания фрагментов изделий показывают хорошую морозостойкость покрытий и стойкость к УФ излучению. Так, после 300 циклов попеременного замораживания-оттаивания образцов (замораживание происходило при -50°С в солевых растворах) не наблюдается отслоения полимербетонных покрытий от бетонного основания и нарушения целостности покрытия после их испытания к действию УФ излучения. Изделия обладают высокой водостойкостью.

Для ускорения сроков твердения полимербетонов осуществлено отверждение полимерных композиций при повышенной температуре. Установлено, что увеличение температуры отверждения полимербетонных композиций до 70 – 80°С позволяет получать готовое изделие через 4-6 часов после начала отверждения композиций.

На полимербетонных образцах были определены коэффициенты линейного температурного расширения (КЛТР) и температурно-влажностные деформации. Результаты измерений представлены на графике (рис.1а).

В результате проведения исследований установлено, что КЛТР декоративных полимербетонов с коэффициентом наполнения Кн =2-4 в интервале температуры от -60 до +20°С составляет 1,3•10-5. Установлено также, что в разработанных составах полимербетонов отсутствуют аномальные деформации расширения при отрицательной температуре. Это свидетельствует об их высокой морозостойкости, что подтверждается прямыми испытаниями этих материалов.

Однако истираемость полимербетонов далеко не однозначно связана с соответствующими показателями связующего и наполнителя. В табл. 12 приведены показатели истираемости полимербетонов и различных видов наполнителей с разным коэффициентом наполнения.

Таблица 12

Показатели истираемости полимербетонов

Вид наполнителя
Значение истираемости в г/см² при Кн

2,0
2,5
3,0

Кварцевый песок
0,4
0,38
0,37

Гранитная крошка
0,33
0,32
0,35

Мраморная крошка
0,43
0,4
0,39

Крошка из стекла
0,68
0,65
0,66


Из табл. 12 видно, что наполнитель существенно влияет на истираемость полимербетонов. Наихудшей истираемостью обладают полимербетонные покрытия на гранитной крошке.

Для установления прочностных и деформативных свойств бетонов и были выработаны 11 составов бетона, приведенные в табл. 13.

Принятые составы обеспечивали получение 3 марок: М200, М250, М300. Для каждой марки бетона были выбраны 3-4 состава, отличающиеся удобоукладываемостью.

Исследование прочностных и деформативных характеристик бетонов проводилось на образцах-призмах размером 10х10х40 см и кубах 10х10х10 см.

Таблица 13

Составы исследуемых бетонов

№ составов
Марки бетона
Удобоукладываемость
Цемент

кг/м³
Вода

кг/м³
Песок

кг/м³
Щебень

кг/м³
В/Ц

1
200
50 с
262
175
684
1305
0,67

2
2 см
300
200
625
1261
0,67

3
8 см
330
220
580
1228
0,67

4
250
50 с
306
175
660
1290
0,57

5
2 см
341
195
609
1256
0,57

6
5 см
367
210
580
1228
0,57

7
8 см
385
220
551
1210
0,57

8
300
50 с
297
175
660
1290
0,59

9
2 см
374
220
554
1219
0,59

10
5 см
527
310
477
1081
0,59

11
8 см
595
350
204
1030
0,59


Каждую призму перед испытанием на центральное сжатие центрировали по физической оси. Нагрузка на призмы давалась ступенями, равными 0,1 от ожидаемой разрушающей нагрузки с выдержкой на каждой ступени нагружения 5 мин. Измерение приращения продольных (Δεпрод) и поперечных (Δεпоп) деформаций образцов производили дважды: в начале и в конце выдержки нагрузки на каждой ступени. Для этой цели использовались электротензодатчики активного сопротивления с базой 50 мм и электронный измеритель деформаций АИД-IМ.

На образцах указанных составов определяли начальный модуль упругости как отношение нормального напряжения в бетоне (σ) к его полной относительной продольной деформации () при напряжении сжатия σ = 0,2Rпр.

Деформативную способность бетонов оценивали по величинам полных относительных продольных и поперечных деформаций, определенных при напряжениях сжатия соответствующих нижней () и верхней () границам области образования микротрещин, а также при σ= 0,92Rпр.

Для определения  и  в процессе нагружения образцов производили измерение времени прохождения через бетон продольных ультразвуковых волн. Прозвучивание производилось с помощью прибора УКБ-I по четырем направлениям: двум – перпендикулярным по отношению к сжимающей нагрузке и двум – диагональным.

Результаты исследования приведены в табл. 14.

Таблица 14

Свойства бетонов

№

пп
Прочность при сжатии, МПа
Параметры микротрещинообразова-ния, МПа
Модуль упругости Е•10³ МПа
Предельные деформации, σ•

кубиковая
призменная
нижний
верхний
сжатия
растяжения

2
22,1
18,3
7,14
13,63
22,5
13,0
1,2

5
27,5
21,2
8,69
15,9
25,2
13,5
1,2

9
34,1
28,0
12,42
21,33
15,7
14,2
1,4


Показатели склонности бетонов к растрескиванию приведены в табл.15

Таблица 15

Показатели склонности бетонов к растрескиванию

№№ составов
Пористость, %
Вязкость разрушения Кс, Мн/

2
15,6
2,38

5
15,2
2,54

9
16,8
2,53


На рис. 1б представлены КЛТР и температурные деформации бетона, изготовленного на гранитном щебне. КЛТР бетона имеет незначительную

аномалию при Т= -40…-60оС, что свидетельствует о наличии воды в очень мелких порах. Температурные деформации насыщенных водой контрольных образцов (кривая 2) имеют два характерных для цементных материалов дилатомических эффекта при Т= -5оС и при -35 – -45оС.




Рис. 1. Тепловлажностное расширение и КЛТР:

а - полимербетонного покрытия, б - бетона на гранитном щебне


При замораживании насыщенного водой бетона при Т= -5 – -10оС вода замерзает в наиболее крупных порах. При этом большая часть воды переходит в лед. Увеличение объема замерзающей воды на 9% вызывает скачкообразное удлинение материала.

Фазовое состояние воды в бетонах при отрицательных температурах зависит от степени водонасыщения материала, температуры замораживания, а также от таких технологических факторов, как В/Ц, расход цемента, добавки ПАВ, условий и продолжительности твердения бетона и т.д.

Проведенные дилатометрические исследования позволили установить значения КЛТР и температурно-влажностных деформаций бетонов различных видов с различным количеством и качеством цементного камня в бетоне, кроме того, установлены причины напряженного состояния бетонов как в процессе их изготовления, так и эксплуатации.

При создании слоистого композитного материала, имеющего различные прочностные и деформативные характеристики, необходимо было обеспечить работу слоистого композита, как структурно-целостного изделия. Это может быть достигнуто выбором оптимальных соотношений модулей деформаций, коэффициентов температурного линейного расширения, а также геометрических размеров слоев.

Условия монолитности слоистой системы, состоящей из бетонного основания и полимербетонного покрытия толщиной 5,10,15 мм, были рассмотрены на фрагментах плит размером 30х30х7 см, изготовленных путем укладки цементной бетонной смеси на предварительно изготовленный полимербетонный слой.

Для этого были использованы следующие материалы. В качестве полимерного связующего был использован полиэфирный олигомер марки ПН-1 (ОСТ-6-05-481-88), отвердитель перекись метилэтилкетона (ПМЭК, ТУ6-01-465-80) и ускоритель полимеризации нафтенат кобальта (НК, ТУ6-05-1075-86). В качестве наполнителя использовалась гранитная крошка с содержанием фракции менее 0,14 мм – 3%, 0,14-0,315мм – 10%, 0,315 – 2,5 мм остальное. Коэффициент наполнения состава был равен 2,5, что обеспечивало нормальную укладку и разравнивание полимербетонной смеси.

Для бетонного основания марки М300 использовались следующие материалы: портландцемент марки М500Д0, щебень гранитный фракции 5-20 мм, песок кварцевый с модулем крупности 2,3 и водопотребностью 7%.

Для оценки физико-механических свойств защитно-декоративного слоя полимербетона были изготовлены образцы размером 4х4х16 см из следующего состава в масс. частях: ПН-1-100, ПМЭК-2, НК-3 и гранитная крошка – 250. Через 3 суток твердения в нормальных условиях проводились испытания. Получены следующие показатели: средняя плотность – 1,89 г/см³, водопоглощение – 0,34%, предел прочности при растяжении при изгибе – 45 МПа, при сжатии – 109,3 МПа, значение истираемости – 0,32 г/см².

Бетонное основание имело следующие показатели: прочность при растяжении – 3,3 МПа, при сжатии – 32 МПа, модуль упругости – 23,9•10³ МПа, предельные деформации: сжатия – 14,5•10, растяжения – 1,3•10.

Измерение температурно-влажностных деформаций слоистого материала с помощью тензометрических датчиков сопротивления, расположенных на поверхностном полимербетонном слое фрагмента и на бетонном основании, производили через каждые 4-5°С при замораживании, что является наиболее жестким условием эксплуатации. Сравнение показаний датчиков свидетельствует о взаимном влиянии слоев на общую деформацию плиты. При понижении температуры бетонное основание удерживает деформации полимербетонного слоя. При образовании льда в интервале от -5 до -10оС происходит скачкообразное расширение бетона и поверхностный слой препятствует этому.

Таким образом, слоистая система в данном случае находится в напряженном состоянии и могут возникнуть следующие виды разрушения: растрескивание поверхностного слоя, сдвиг его, а также отслоение от бетонного основания из-за давления льда, образовавшегося под плотным поверхностным слоем.

Чтобы исключить отслоение поверхностного слоя в результате образования льда и сдвиг его относительно основания, при изготовлении полимербетонного слоя было осуществлено «вкрапливание» зерен гранитного заполнителя. Эти зерна играют роль своеобразных «шпонок» между слоями композита. Площадь, занимаемая зернами, должна составлять не менее 50% площади контакта между слоями.

Были проведены исследования совместной работы слоев в композитах с различной толщиной поверхностного слоя и протяженностью контакта между слоями. Были получены зависимости с использованием математического метода планирования эксперимента относительных деформаций слоистой системы (Исс) от протяженности контакта между слоями (L, м), толщины поверхностного слоя (h.0,1 м) и относительных деформаций бетонного основания (ε 10-5). Факторы и уровни их варьирования представлены в табл. 16

Таблица 16

Уровни варьирования факторов

Факторы
Уровни варьирования
Интервал

варьирования

Натуральный вид
Кодовый вид
+1
0
-1

Протяженность контакта, м
Х1
0,5
0,4
0,3
0,1

Относительные деформации
Х2
15
12,5
10
2,5

Толщина верхнего слоя, м
Х3
0,15
0,1
0,05
0,05


В результате вероятностно-статистической обработки экспериментальных данных была получена трехфакторная квадратичная модель относительной деформации слоистой системы:

Исс = 10,6 + 0,2 1 + 2,2 ε - 2,3 h + 0,1 ε2 – 0,6 h2 + 0,2 lε + 0,1 lh – 0,6 εh

Уровень значимости при ведении статистических вычислений был равен 0,05, что соответствует доверительной вероятности 95%. Оценка полученного многофакторного уравнения по критерию Фишера показала, что оно является адекватным.

Полученное уравнение позволяет сформулировать условия монолитности слоистого изделия с учетом совместного влияния вышеуказанных факторов. Анализ показал, что поверхностный слой из полимербетона не растрескается при любой протяженности контакта если деформации бетонного основания не превысят предельной растяжимости поверхностного слоя. В случае, если деформации бетонного основания значительные, то монолитность слоистой системы обеспечивается за счет правильного выбора толщины поверхностного слоя и его протяженности.

На основании полученной зависимости относительных деформаций слоистого композита, состоящего из бетонной матрицы и полимербетонного защитно-декоративного слоя, проведен анализ их монолитности с учетом толщины поверхностного слоя, протяженности контакта и относительных деформаций бетонного основания в насыщенном водой состоянии при замораживании.

Было установлено, что поверхностный полимербетонный слой на основе полиэфирной смолы имел предельное растяжение , а относительные деформации аномального расширения бетонного основания ( при температуре -5 – -10 °С различного состава марок по морозостойкости F50, F150, F250 соответственно имели = 15•; = 12,5•, = 10•.

На рассматриваемом слоистом компоненте, состоящим из вышеуказанных материалов, были установлены условия монолитности в зависимости от величины приведенного удлинения бетонного основания, толщины поверхностного полимербетонного слоя и его протяженности (табл.17).

Таблица 17

Характеристики слоистого композита

№
L,м
H 0,1,м


Исс•

1
0,3
0,05
10,0
9,6

2
0,4
0,05
10,0
9,6

3
0,5
0,05
10,0
9,6

4
0,3
0,10
12,5
7,4

5
0,4
0,10
12,5
10,6

6
0,5
0,10
12,5
10,8

7
0,3
0,15
15,0
8,9

8
0,4
0,15
15,0
9,4

9
0,5
0,15
15,0
9,8

10
0,3
0,24
15,0
15,5

11
0,4
0,24
12,5
15,6

12
0,5
0,24
10,0
15,5


Составы слоистых композитов с 1 по 9 имеют деформации слоистой системы менее Исс=15•, что обеспечит их монолитность при любых значениях указанных факторов. Для данного слоистого композита растрескивание наступит, когда деформации слоистого композита превысят предельную растяжимость поверхностного полимербетонного слоя 15•(составы 10,11,12).

В результате обобщения экспериментальных исследований была получена критериальная зависимость длины шага между трещинами в слоистом композите (N), приготовленном на данных материалах:

N = 0,9 – 0,04

В диссертации разработаны рекомендации по изготовлению декоративных бетонных изделий с поверхностным полимербетонным слоем, включающие в себя требования к материалам, оптимизацию составов бетонов, технологию изготовления и контроль качества изделий.

Опытно-промышленное опробование разработанных рекомендаций по производству изделий из слоистых декоративных бетонов с полимербетонным защитным слоем осуществлялось на предприятии ООО «Нивелир-МПК». Была выпущена партия объемом 200 м2.


ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Обосновано повышение трещиностойкости изделий из слоистых бетонов с декоративным полимербетонным защитным слоем путем обеспечения совместной работы слоев регулированием рельефа контактной зоны из-за «вкрапливания» в нее зерен заполнителя и создания высокоплотного бетонного основания с низким дилатометрическим эффектом.

2. Разработана технология получения трещиностойких слоистых бетонов с декоративным полимербетонным защитным слоем для изделий, работающих в суровых климатических условиях. Технология включает в себя изготовление полимербетонного слоя с «вкрапливанием» в него зерен заполнителя и последующей укладки слоя высокоплотного бетона.

3. С использованием математического метода планирования эксперимента получены многофакторные модели относительных деформаций слоистой системы в зависимости от протяженности контакта между слоями, толщины поверхностного слоя и относительных деформаций бетонного основания, позволяющие сформулировать условия монолитности слоистого изделия с учетом совместного влияния вышеуказанных факторов.

4. Установлено, что поверхностный слой из полимербетона не растрескается при любой протяженности контакта, если деформации бетонного основания не превысят предельной растяжимости поверхностного слоя. В случае если деформации бетонного основания значительные, то монолитность слоистой системы обеспечивается за счет правильного выбора толщины поверхностного слоя и его протяженности.

5. Установлено влияние состава и структуры бетонного основания на температурно-влажностные деформации в интервале изменения температуры от +20 до -60оС, на величину аномального расширения бетона при температуре -5 – -10оС и показано, что для высокоплотного бетона величина дилатометрического эффекта является незначительной, что обусловливает повышение монолитности строительного композита.

6. Показано, что у полимербетонов в отличие от бетонного основания температурно-влажностные деформации в воздушно-сухом и водонасыщенном состоянии в интервале температуры от -60 до +20°С не имеют аномальных расширений в области отрицательной температуры.

7. Экспериментально установлена кинетика льдообразования в поровом пространстве бетона, которая является интегральной характеристикой, связанной с размером пор и выявляющая два характерных участка льдообразования в интервале температуры -5 – -10 оС и -35 – -45оС, различающиеся по эффективному размеру пор на один или два порядка.

8. Разработаны слоистые изделия со следующими характеристиками слоев:

- полимербетонный: истираемость – 0.22 г/см2 , морозостойкость – F300, ударная вязкость – 22 Кдж/м2, прочность при сжатии – 72 МПа, растяжение при изгибе – 20,5 МПа, адгезии к бетонной поверхности 3.5 МПа, предельная растяжимость – 15.10-5, сброс прочности в 5% ном растворе HCl – 3.1 %;

- бетонный: кубиковая прочность – 40 МПа, призменная прочность – 30 МПа, нижняя и верхняя граница трещинообразования – соответственно 1,4 МПа и 21,3МПа, модуль упругости – 26.103 МПа, предельные деформации сжатия и растяжения – соответственно 14,6 и 1,4 , коэффициент интенсивности напряжения – Кс=2,53 Мн/м3/2, морозостойкость – F300.

9. Разработаны рекомендации по производству изделий из слоистых бетонов с декоративным полимербетонным защитным слоем для суровых условий эксплуатации.

10. Экономическая эффективность производства слоистых изделий повышенной трещиностойкости заключается в повышении их срока службы и в снижении затрат на межремонтный период эксплуатации.


Список научных трудов, опубликованных по теме диссертации.
  1. Моисеенко К.С., Алимов Л.А. Эффективные декоративные бетоны с

полимерным покрытием.// В сб. Международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов «Строительство-формирование среды жизнедеятельности».- М.: МГСУ, 2009. – с. 422-423
  1. Моисеенко К.С., Королева Е.Н. Эффективные декоративные бетоны в строительстве.// В сб. докладов Московская городская научно-техническая конференция студентов. -М. МГСУ, 2010. – с. 404-406
  2. Моисеенко К.С., Алимов Л.А. Декоративные бетонные изделия с поверхностным полимерным слоем.// Вестник МГСУ. – М.: МГСУ, 4/2011. – с.486-490