Секция: строительство и архитектура

Подсекция: №4 современные строительные материалы

УДК 666.972: 691.175

К.т.н. проф. А.Н. Березюк, к.т.н. доц. Н.И. Ганник, к.т.н. доц. А.В. Гавриш, к.т.н. доц. А.П. Мартыш, асс. Т.А. Ценацевич, студент А.А. Мартыш.

Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры

“Усадочные явления полимербетонов на основе фурановых смол”

Исследование усадочных деформаций фурановых полимербетонов на щебне из боя кислотоупорного кирпича и на гранитном щебне проводили на образцах 100x100x400 мм, термообработанных и отвержденных в нормальных условиях, по методике НИИЖБа [1]. Деформации усадки измеряли по оси образца на двух противоположных гранях индикатором часового типа с ценой деления 0,001 мм. Начальные замеры проводили через сутки после формования образцов, после этого часть образцов каждого вида

подвергали термообработке, остальные отверждали в нормальных условиях. Замеры деформаций усадки первоначально проводили каждые сутки, а затем один раз в неделю.

Относительные усадочные деформации фуранового полимербетона на щебне из боя кислотоупорного кирпича и на гранитном щебне приведены на (рис. 1).

Из анализа полученных данных следует, что необратимая остаточная усадка фуранового полимербетона, отвержденного путем прогрева, происходит только во время термообработки и остывания образцов и составляет для полимербетона на щебне из боя кислотоупорного кирпича 0,48 мм/м, а для полимербетона на гранитном щебне – 0,46 мм/м. Такая усадка является следствием остаточного уплотнения молекулярной структуры при конденсации фурановой смолы. Необратимая остаточная усадка полимербетона на фурановых смолах и щебне из боя кислотоупорного кирпича, отвержденного в нормальных условиях, составляет 0,46 мм/м, а для полимербетона на гранитном щебне – 0,42 мм/м.

а)

б)

Продолжительность испытаний, сутки.

Рис.1. Относительные деформации усадки:

а) на щебне из боя кислотоупорного кирпича; б) на гранитном щебне;

1 – термообработанные образцы; 2 – образцы нормального твердения.

Таким образом, проведенные исследования показывают, что величина усадки зависит от условий отверждения и состава полимербетона.

Усадочные напряжения, возникающие в полимербетоне при его отверждении (т.е. при фазовом переходе полимерной композиции из жидкой в твердую) - являются одним из важнейших критериев, определяющих его надежность и длительную эксплуатационную прочность.

Усадочные напряжения в полимербетоне обуславливаются сближением молекул фурановой смолы в процессе реакции поликонденсации, образованием жестких структур и их высокой адгезивной связью с частицами твердой фазы микронаполнителя, а также потерей в процессе реакции поликонденсации фурановых смол летучих веществ.

Усадочные напряжения полимербетона, возникающие в процессе реакции поликонденсации фурановой смолы, достаточно велики и могут превышать допустимые, что приводит к нарушению монолитности конструкции за счет появления микро- и макротрещин.

Источником возникновения в полимербетоне внутренних усадочных напряжений является наличие в композиции жесткой структуры, обладающей высоким модулем упругости. Увеличение степени наполнения полимерных композиций происходит за счет того, что частицы активного наполнителя (андезитовой муки) становятся центрами, вокруг которых образуются упорядоченные жесткие структуры с высоким модулем упругости [2,3]

В процессе стабилизации внутренних структурных превращений в полимербетоне микродеформации трансформируются в макродеформации полимерного камня.

При усадке полимерного камня в местах, где расстояния между зернами заполнителя и в прилегающих к ним поверхностным слоям полимерного камня наименьшие, возникают тангенциальные растягивающие и радиальные сжимающие напряжения, уменьшающие его усадку.

Растягивающие напряжения способствуют образованию в полимерном камне микротрещин. Чем ближе расстояние друг к другу зерен заполнителя, тем значительнее напряжения и меньше деформации усадки полимерного камня.

Влияние заполнителей на усадочные деформации полимерного камня вызывается возникновением растягивающих напряжений в местах наибольшего сближения зерен заполнителя. При значительных расстояниях между зернами заполнителя, собственная усадка полимерного камня проявляется в большей мере, она зависит от плотности упаковки частиц микронаполнителя и толщины на них полимерной пленки.

В полимерном камне - микрополимербетоне величины напряжений растяжения изменяются также от расстояния между ядрами частиц микронаполнителя, а именно: чем больше (п/н)_ост. и меньше Кн.г. полимерного теста, тем значительнее усадка, при (п/н)_{ост .}= const усадка тем значительнее, чем больше Кн.г. При появления микротрещин нарушается "Сплошность" полимерного камня. Вследствие этого происходит перераспределение внутренних напряжений, замедляется развитие деформаций: осадка и процесс образования трещин. В этом проявляется "армирующая роль" заполнителей.

С уменьшением размера заполнителей деформация усадки полимербетона возрастает, в микротрещины распределяются дискретнее во всем его объеме. В микрополимербетоне эти явления проявляются в еще большей степени.

В полимербетоне на пористых заполнителях (щебне из боя кислотоупорного кирпича) сохраняется аналогичный механизм деформации усадки, однако из-за относительно низкого модуля упругости заполнителей полимербетону на таком заполнителе присущие при прочих равных условиях большие усадочные деформации и относительно высокая трещиностойкость. Изменить деформацию усадки и трещиностойкость полимербетону в какой-то мере можно соответствующим подбором состава полимербетона и технологическими приемами уплотнения полимербетонной смеси.

Усадочные деформации полимербетона на плотных и пористых заполнителях можно значительно снизить или вовсе устранить, если на завершающей стадии формирования его структуры псевдоразжижить полимерное тесто. В этом случае после восстановления его структурной связности деформации (контракционного происхождения), способствующие зарождению микротрещин в полимерном камне при его твердении, вновь не возникают, так как основная часть энергии активизации усадочных деформаций проявилась на стадии структурообразования полимерного теста.

Поскольку в микронаполнителе полимербетона содержится значительное количество высокодисперсных фракций (размером 1 мкм и ниже), усадка микроструктуры полимерного камня будет тем больше, чем выше дисперсность микронаполнителя, так как в этом случае превалируют вторичные ван-дер-вальсовы силы взаимодействия, ведущие к неуклонному повышению усадки полимерного камня.

Из приведенного следует, что причина, вызывающая усадочные деформации полимерного камня, заключается в структурных трансформациях, происходящих при превращении вязкопластического полимерного теста в камневидное состояние и определяются качественными и количественными изменениями, происходящими при формировании структуры полимерного камня в зависимости от массо- и теплообменных процессов.

Полимербетон от усадки полимерного камня деформируется меньше, так как этому препятствуют зерна заполнителя, воспринимающие часть внутренних напряжений.

Величина максимальных усадочных напряжений армированных полимербетонов может быть определена по формуле (МПа);

σ_y=

где У_mах - максимальная усадка полимербетона, %;

Е_о(ПБ) - начальный модуль упругости полимербетона;

А - величина упругих деформаций (0,3-0,4);

ju - коэффициент Пуассона (0,25-0,50);

ψ- коэффициент релаксации усадочных напряжений (0,4-0,6)

m=

где S_ПБ,S_α - площадь сечения полимербетона и арматуры соответственно, см²; Е_α - модуль упругости арматурной стали, Па;

ν - коэффициент армирования конструкции, %.

Примечание: Максимальная усадка (У_mах) для полимербетона на термореактивных фурановых смолах составляет примерно 1 мм/м.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Александровский С.В., Соломонов В.В. Методические рекомендации по исследованию усадки и ползучести бетона. — М.: НИИЖБ, 1975. - С. 3 -
115.

2. Ахвердов И.Н. Высокопрочный бетон. -М.: Стройиздат, 1971. —41с.

3. Ахвердов И.Н. Основы физики бетона. — М.: Стройиздат. 1981. - С.32-36.

А.Н. Березюк _____________

Н.И. Ганник _____________

А.В. Гавриш _____________

А.П. Мартыш _____________

Т.А. Ценацевич _____________

А.А. Мартыш _____________