Главная
Новости
Ремонт
Каркасный дом
Несущие конструкции
Металлические конструкции
Прочность дорог
Дорожные материалы
Стальные конструкции
Воздухоопорные сооружения
Грунтовые основания




17.10.2018


16.10.2018


15.10.2018


15.10.2018


08.10.2018


08.10.2018


08.10.2018


02.10.2018


01.10.2018


28.09.2018





Яндекс.Метрика
         » » Каркасы на полимерных связующих

Каркасы на полимерных связующих

31.03.2016

Физико-технические показателя каркасов зависят от степени отверждения клеевой композиции, природы заполнителей и связующих, соотношения упругопрочностных свойств связующего и заполнителей, а также от величины сил сцепления между ними. Влияние хрупкости заполнителя на прочность каркаса определяли на образцах — кубах с размером ребра 15 см. В качестве связующего применяли эпоксидный клей, а заполнителями служили керамзит, стеклобой и гранитный щебень разных фракций: 2—5, 8—10, 10—20, 20—40 мм. Результаты исследования показали падение прочности с увеличением размера зерен заполнителя (рис. 5.1). Это объясняется уменьшением площади их контактирующей поверхности и снижением прочности.
Установлено, что на механические свойства каркаса влияет вид укладки заполнителей: более высокая прочность соответствует композитам с направленным расположением зерен. Прочность кубов на стеклянных шарах диаметром 21 мм, склеенных эпоксидным связующим, при кубической, гексагональной и хаотической укладке составила соответственно 15,0; 3,0; 1,9 МПа. При действии нагрузки на регулярную упаковку заполнителей концентра дня напряжений между взаимодействующими гранулами уменьшается по сравнению с беспорядочными упаковками.
Каркасы на полимерных связующих

Экспериментально установлена более высокая прочность каркаса при повышенном на 30—50 % содержании отвердителей по сравнению с подобными бетонами плотной структуры. Критерием определения оптимального содержания отвердителя служила наибольшая призменная прочность. Результаты испытания образцов, отвержденных при нормальных температурно-влажностных условиях, после 28-суточной экспозиции приведены в табл. 5.2.
Каркасы на полимерных связующих

Связующее в каркасной смеси приобретает вид тонких пленок. Из-за малого саморазогрева смеси вяжущее отверждается медленнее и некоторая часть отвердителя испаряется, не вступив в реакцию. Этим объясняется увеличение прочности каркаса при повышенном содержании отвердителя. Оптимальное количество отвердителей на 100 мас. ч. связующего составляет: гипериза и нафтената кобальта — соответственно 6 и 12 мас. ч., полиэтиленполи амина — 13 мас. ч. Испытания показали, что карбамидные каркасы, составленные на ненаполненных клеях, отверждаемых с помощью традиционных отвердителей, таких, как солянокислый анилин, неорганические и органические кислоты, имеют низкую прочность. В некоторых случаях во время твердения даже наблюдалось самопроизвольное разрушение образцов, вызываемое повышенными усадочными напряжениями, которые в ненаполненных карбамидных композициях достаточно велики.
С целью установления влияния вида связующего и природы заполнителей на свойства каркаса были проведены механические испытания образцов на действие сжатия, растяжения, изгиба и удара. Для склеивания гранул заполнителя из гранитного щебня и керамзита применяли эпоксидную смолу и ее компаунды, полиэфирную смолу, а также поливинилацетат. Клеевые композиции каркасов содержали оптимальное количество отверждающего компонента (табл. 5.3). Результаты испытания показали повышение физико-механических свойств каркасов на эпоксидных связующих по сравнению с иными.
Каркасы на полимерных связующих

Модификация эпоксидных смол полиэфиракрилатом МГФ-9, окситерпеновой смолой и каучуками несколько снижает прочность каркасов на сжатие. Ho в то же время с их введением повышаются ударная вязкость и прочность на изгиб. Использование в качестве клея каркаса поливинилацетатной эмульсии позволило получить эластичные каркасы с высокими значениями удельной ударной вязкости, но его применение ограничивается слабой водостойкостью. По результатам испытания на растяжение видно, что на прочность склеивания оказывает влияние состояние поверхности заполнителя (табл. 5.4).
Каркасы на полимерных связующих

Характеристики ударной вязкости у каркасов на керамзите выше, чем на гранитном щебне, из-за большего механического зацепления за счет проникновения клея в поры керамзита. В связи с этим эффективными представляются каркасные бетоны, получаемые при одновременном введении в состав плотных (высокопрочных) и пористых заполнителей.
Качество склеивания зависит от прочности и упругости клея. Эти свойства в широких пределах регулируются Путем введения наполнителей и пластификаторов. Наполнители также способствуют уменьшению разницы коэффициентов температурного расширения клея и заполнителя, что является немаловажным фактором. Методом испытания на сжатие изучено влияние пластификатора и наполнителя на прочность каркасов на эпоксидном клее и керамзитовом и гранитном щебне. Пластификатор дибутилфталат вводился в количестве 5, 10, 15 и 20 мас. ч. на 100 мас. ч. смолы марки ЭД-20 (табл. 5.5).
Каркасы на полимерных связующих

Влияние содержания пластификатора на свойства каркасов с плотными и пористыми заполнителями различно. Если в первом случае их прочность увеличивается, то во втором резко падает. С введением пластификатора снижается вязкость клея, что приводит к лучшему смачиванию заполнителей. По этой причине повышается прочность каркаса. При содержании дибутилфталата более 15 мас. ч. на 100 мас. ч. смолы прочность несколько снижается за счет уменьшения прочности клея. В случае применений пористых заполнителей клей малой вязкости впитывается ими и его становится недостаточно для прочного склеивания. Этим объясняется снижение прочности каркаса из керамзите с введением пластификатора.
Прочность каркаса зависит от вида, формы, дисперсности, количества наполнителя, введенного в клей. Нами рассматривались следующие наполнители: портландцемент, графит, оксид алюминия и кварцевые порошки различной дисперсности (табл. 5.6).
Каркасы на полимерных связующих

Наибольшая прочность каркаса достигается при применении клеевой композиции, наполненной графитом, который понижает хрупкость связки за счет уменьшения силы трения между компонентами. Благодаря этому улучшается работа клея с заполнителями. Прочность каркаса также зависит от размера частиц и количества наполнителя в вяжущем. С повышением содержания наполнителей характеристики каркаса на пористых заполнителях увеличиваются, а на плотных уменьшаются. Здесь сказывается роль вязкости при склеивании плотных и пористых поверхностей. Различные результаты получены при склеивании гранитного щебня и керамзита композициями, наполненными кварцевыми порошками различной дисперсности. Более крупные частицы наполнителя при малом содержании, располагаясь в менисках, увеличивают площадь контакта между зернами заполнителя, поэтому на плотных заполнителях прочность каркаса повышается. На керамзите же с уменьшением удельной поверхности наполнителя она снижается. В этом случае слабое соединение зерен заполнителя получается вследствие впитывания в поры керамзита жидкого компонента из расслаиваемой клеевой композиции. При введении наполнителей увеличивается расход связующего для каркаса на плотных заполнителях. Так, введение кварцевого порошка в количествах 10, 20, 30 и 40 % приводит к увеличению расхода вяжущею вещества соответственно на 10, 25, 50 и 75 %.
Деформативные свойства каркасов — модуль упругости (Есж) и предельная сжимаемость (εпред) — также зависят от вида составляющих компонентов и соотношения их упругопрочностных свойств (табл. 5.7).
Каркасы на полимерных связующих

Сравнение составов, изготовленных на керамзите и гравийном щебне, показывает, что модуль yпругости материалов во втором случае почти в 2 раза больше и составляет, например, для полиэфирного каркаса 562 МПа, а у аналогичного на керамзите — 270 МПа. Предельная сжимаемость же несколько выше у каркасов на керамзите. Модуль упругости и предельная сжимаемость зависят и от вида связующего. Эпоксидные каркасы имеют модуль упругости более чем в 2 раза выше по сравнению с полиэфирными, в то же время предельная сжимаемость их гораздо меньше. Введение наполнителей по-разному влияет на упругие свойства каркаса. Если модуль упругости полиэфирных материалов с введением наполнителей увеличивается, то эпоксидных — понижается. Изменение показателя предельной сжимаемости носит обратный характер. У полиэфирных каркасов с введением наполнителей он падает, а у эпоксидных, наоборот, возрастает.
Нами установлено, что прочные каркасы можно получать и на карбамидных связующих. В этом случае одновременно в качестве отвердителя и наполнителя следует применять пиритные огарки. Испытаниями установлено, что оптимальное их содержание в каркасе при условии получения нерасслаиваемой клеевой композиции составляет 80 мас. ч. на 100 мас. ч. смолы КФЖ. Карбамидные каркасы в этом случае характеризуются повышенными физико-механическими характеристиками (табл. 5.8).
Каркасы на полимерных связующих

С учетом полученных данных определялась математическая модель каркаса на эпоксидном связующем. Направленное регулирование свойств каркаса зависит от степени влияния следующих факторов: фракционного состава заполнителей (х1); количества пластификатора — дибутилфталата (х2); количества наполнителя — графита (х3). В качестве заполнителей применялись гранитный щебень и керамзит. Клеем каркаса являлась эпоксидная смола, отверждаемая полиэтиленполиамином. Матрица планирования выбрана в виде плана Коно, содержащего 21 опыт.
Фракционный состав заполнителей был принят следующий: на уровне (-1) — 12 — 10 мм (№ 1), на нулевом уровне — 12 — 7,5 мм (№ 2) и на уровне (+1) — 12 — 5 мм (№ 3) с учетом предыдущих результатов и технологии изготовления каркасных полимербетонов. Исследовались предел прочности при сжатии (Rсж), растяжение при изгибе (Rи) и удельная ударная вязкость (а). Матрица планирования и полученные результаты приведены в табл. 5.9.
Каркасы на полимерных связующих

После проведения статистической обработки результатов эксперимента по общепринятой методике получены уравнения регрессии. Для каркасов на гранитном щебне зависимости предела прочности при сжатии, прочности на растяжение при изгибе и ударной вязкости от соотношения компонентов описываются следующими уравнениями:
Каркасы на полимерных связующих
Каркасы на полимерных связующих

При керамзитовом заполнителе уравнения регрессии по параметрам оптимизации Rсж, Rи, а имеют следующий вид:
Каркасы на полимерных связующих

Из уравнений следует, что оптимизируемые параметры зависят от каждого из выбранных факторов. Во всех уравнениях коэффициент b1 имеет знак плюс. Это указывает на то, что с расширением фракционного состава заполнителей оптимизируемые параметры увеличиваются. Прочность каркаса возрастает вследствие повышения его плотности. Анализ коэффициентов b2 и b3 показывает, что изменение содержания пластификатора и наполнителя по-разному влияет на свойства каркаса.
Каркасы на полимерных связующих

По математическим моделям построены двухмерные графические зависимости Rcж, Rн, а от содержания наполнителя и пластификатора при фракционном содержании заполнителей 5—12 мм (рис. 5.2—5.4). Пo этим графикам можно установить оптимальное содержание дибутилфталата и графита в каркасной смеси. Для каркаса на гранитном заполнителе поверхность отклика по оптимизируемым параметрам представляет собой эллипсоид вращения. Следовательно, при движении к центру поверхности получаем максимальные показатели прочности. При содержании 8—10 мас. ч. дибутилфталата и 30 — 50 мас. ч. графита прочность на сжатие равна 8,5 МПа, прочность на растяжение при изгибе 4,0 МПа и удельная ударная вязкость 5,95 кДж/м2.
Для каркаса на керамзитовом заполнителе поверхности отклика по этим же параметрам описываются гиперболами. Максимальные* значения: Rсж — 8,0 МПа, Rн = 3,2 МПа и а = 5,8 кДж/м2 — достигаются при содержании графита 90—100 мас. ч. и дибутилфталата — 13—15 мас. ч.
Каркасы на полимерных связующих