WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


На правах рукописи

Салимов Руслан Наилевич

ДИСПЕРСНО-АРМИРОВАННЫЕ КАРКАСНЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОМПОЗИТЫ

Специальность 05.23.05 – Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Пенза 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Мордовский государственный университет имени Н. П. Огарева»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Ерофеев Владимир Трофимович

Официальные оппоненты: Иващенко Юрий Григорьевич доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет», зав. кафедрой «Производство строительных изделий и конструкций" Бобрышев Анатолий Николаевич доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», профессор каф. «Технологии бетонов, керамики и вяжущих»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный архитектурно-строительный университет»

Защита состоится 17 мая 2012 г. в 15-00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.184.01 при ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства» по адресу: 440028, г.

Пенза, ул. Германа Титова, 28, 1 корпус, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства»

Автореферат разослан 17 апреля 2012 г.

Ученый секретарь Бакушев диссертационного совета Сергей Васильевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Совершенствование известных и создание новых строительных материалов и изделий, обеспечивающих улучшение эксплуатационных показателей, повышение эффективности и снижение материалоемкости, стоимости и трудоемкости их изготовления являются важнейшими задачами в области строительного материаловедения.

В связи с тем что в настоящее время в зарубежной и отечественной промышленности новые химические и биологические технологии все больше заменяют другие производственные процессы, происходит рост числа предприятий с агрессивными технологическими средами. Поэтому задача увеличения объемов выпуска долговечных и эффективных материалов композиционного типа с повышенной прочностью, способных обеспечить длительную и надежную работу конструкций и сооружений в агрессивных средах при различных физико-механических воздействиях, становится чрезвычайно актуальной и требует незамедлительного решения. Одним из способов повышения прочности и долговечности композиционных материалов (КМ) и изделий на их основе является применение при их изготовлении дисперсной арматуры и полимерных вяжущих.

Известно, что введение в состав бетонов дисперсной арматуры позволяет увеличить их ударную вязкость, повысить прочность на растяжение, трещиностойкость, морозостойкость, снизить истираемость и т. д.

При производстве строительных полимерных композиционных материалов – клеевых композиций, полимеррастворов, полимербетонов и т.д. нашли широкое применение эпоксидные смолы. Благодаря уникальному сочетанию комплекса эксплуатационных свойств, таких как высокие прочностные характеристики, хорошая адгезия к различным поверхностям, высокая стойкость к действию агрессивных сред, эпоксидные композиционные материалы значительно превосходят традиционные составы, содержащие минеральные вяжущие, а также материалы на основе других синтетических смол (полиэфирных, фурановых, карбамидных и др.).

Композиты на основе эпоксидных смол используются при устройстве защитно-конструкционных, гидроизоляционных и декоративных покрытий, полов; изготовлении, восстановлении и усилении несущих конструктивных элементов зданий и сооружений и т.д.

Несмотря на все возрастающие темпы использования в строительстве бетонов с применением полимерных связующих, некоторые проблемы их структурообразования и долговечности в условиях воздействия интенсивных механических нагрузок, химических и биологических агрессивных сред остаются малоизученными. Современная технология приготовления композитов и изделий на их основе базируется на общепринятой технологии изготовления цементных бетонов и изделий. Это приводит к тому, что бетоны изготавливаются с большим расходом дорогостоящих вяжущих, трудоемкими остаются операции по изготовлению и укладке бетонов, которые особенно трудно выполнять в случае высоковязких составов.

Одним из перспективных направлений, способствующих дальнейшему совершенствованию строительных композитов, является получение материа лов каркасной структуры. Технология их изготовления включает предварительное создание оптимальных смесей заполнителей и склеивание зерен друг с другом с последующим заполнением пустот полученного каркаса матрицей. Такая технология позволяет получать высоконаполненные каркасные композиты, облегчает технологию их приготовления и укладки.

Специфическая структура каркасных композитов и своеобразная технология их изготовления с применением дисперсного армирования позволяет создавать на их основе материалы с заданными свойствами и изделия различного назначения. В этой связи изучение закономерностей структурообразования, физико-технических свойств и технологии приготовления строительных дисперсно-армированных каркасных эпоксидных композитов является весьма актуальной проблемой.

Цель и задачи исследования. Цель диссертационной работы заключается в научном обосновании приемов и методов получения эффективных дисперсно-армированных каркасных композитов на основе эпоксидных связующих. Для этого потребовалось решение следующих основных задач.

1. Экспериментально и теоретически обосновать предпосылки и пути создания дисперсно-армированных композиционных материалов каркасного типа на эпоксидном вяжущем с улучшенными физико-техническими свойствами.

2. Разработать оптимальные клеевые и матричные составы, пригодные для создания дисперсно-армированных каркасных композитов, обладающих повышенной прочностью и долговечностью в условиях воздействия химических и биологических агрессивных сред.

3. Исследовать и оптимизировать по показателям прочности и долговечности составы дисперсно-армированных каркасов, пригодных для формирования каркасных композитов оптимальной структуры.

4. Установить основные закономерности структурообразования дисперсно-армированных каркасных композитов и исследовать прочность, деформативность, химическую стойкость и другие свойства материалов.

5. Разработать рациональную технологию изготовления дисперсноармированных строительных композитов и строительных изделий на их основе, осуществить их внедрение в строительной отрасли.

Научная новизна работы.

Выявлены основные закономерности структурообразования дисперсноармированных каркасных композитов на уровнях микро- и макроструктуры и их объединения.

Разработаны эффективные матрицы каркасных композитов для изготовления изделий и конструкций и установлены количественные зависимости изменения их стойкости в условиях воздействия химических и биологических агрессивных сред.

Получены количественные показатели прочности, деформативности и долговечности дисперсно-армированных каркасов на тяжелых и легких заполнителях.

Выявлены закономерности структурообразования и получены зависимости прочности и долговечности каркасных композитов от количества дисперсной арматуры.

Разработана рациональная технология изготовления изделий на основе дисперсно-армированных каркасных композитов.

Установлены основные физико-технические свойства дисперсноармированных каркасных строительных композитов.

Практическая значимость работы. Разработаны и предложены составы дисперсно-армированных каркасных композитов, эффективные для ремонта и укладки покрытий, полов, изделий и конструкций производственных зданий, обладающих требуемыми показателями прочности, деформативности, химической и биологической стойкости.

Внедрение результатов работы. Разработанная технология прошла промышленную апробацию в ООО «Босал» и ООО «Строительная сфера» в г. Саранске.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на научно-практических конференциях: "Актуальные проблемы современного строительства" (г. Пенза, 2007 г.); "XXXV Огаревские чтения" (г. Саранск, 2007 г.); "Эффективные материалы, технологии, машины и оборудование для строительства и эксплуатации современных транспортных сооружений" (г. Белгород, 2009 г.); "Теория и практика повышения эффективности строительных материалов" (г. Пенза, 2011 г.).

На защиту выносятся:

- результаты исследования влияния основных структурообразующих факторов (дисперсной арматуры и наполнителя) на прочность и деформативность дисперсно-армированных каркасных композитов;

- результаты исследования стойкости композитов в условиях воздействия воды, водных растворов едкого натра, серной кислоты, стандартной среды мицелиальных грибов и модельной среды продуктов их метаболизма;

- рациональная технология изготовления дисперсно-армированных строительных композитов и строительных изделий на их основе;

- составы дисперсно-армированных композитов каркасной структуры, обладающих повышенной прочностью и долговечностью.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ (в том числе четыре статьи в центральных рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ).

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, общих выводов, списка литературы, приложений. Она изложена на 201 листе машинописного текста, включает 91 рисунок, 24 таблицы, 2 приложения.

Диссертационная работа выполнена на кафедре строительных материалов и технологий Мордовского государственного университета имени Н. П. Огарева в соответствии с паспортом специальности 05.23.05 – «Строительные материалы и изделия», п. 13 – «Создание материалов для специальных конструкций и сооружений с учетом их специфических требований».

Автор выражает глубокую благодарность к.т.н. доценту В. В. Леснову за оказанную помощь и научные консультации по отдельным разделам диссертационной работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрывается актуальность проблемы, связанной с разработкой и применением каркасных дисперсно-армированных строительных композитов, эффективных для использования в качестве покрытий полов производственных зданий, испытывающих интенсивные механические нагрузки и воздействие химических и биологических агрессивных сред.

В первой главе приведены основные сведения о структурообразовании, свойствах, технологии изготовления и применении композиционных материалов в строительстве. Отмечена перспективность получения дисперсно-армированных композитов с применением эпоксидных связующих. Рассмотрены составы и свойства полимеррастворов и полимербетонов на основе эпоксидных смол. Приведены технологии изготовления антикоррозионных защитных покрытий и полов, а также строительных конструкций на основе полимерных вяжущих. Широкие возможности направленного регулирования и модификации эксплуатационных характеристик дисперсно-армированных композитов позволяют создавать высококачественные эффективные материалы на их основе с заранее заданными свойствами, которые успешно применяются в самых различных областях строительного производства. Однако приготовление эпоксидных полимербетонов и изделий на их основе базируется на общепринятой технологии изготовления цементных бетонов и изделий, что приводит к большому расходу дорогостоящих синтетических смол. Трудоемкими остаются операции по изготовлению и укладке полимербетонов, которые особенно трудно выполнять в случае высоковязких составов. Показано, что перспективным направлением дальнейшего совершенствования эпоксидных строительных композитов является получение и внедрение материалов каркасной структуры. В литературе недостаточно изучено влияние дисперсной арматуры на эпоксидные строительные композиты каркасной структуры.

Во второй главе определяются цель и задачи исследований, приводятся характеристики применяемых материалов, описаны методы экспериментальных исследований.

В качестве связующего использовалась эпоксидная смола марки ЭД-20, отвердителя – полиэтиленполиамин, растворителя - бензин марки Аи-92. В качестве наполнителей использовались тонкоизмельченные порошки молотого шлака, мела, диатомита, а также портландцемент. Для армирования применялись микродисперсная арматура - вата минеральная и макродисперсная арматура (ДМА) - металлическая проволочная типа «Волна» и «Dramix». Для формирования каркасных композитов на комплексных связующих, наряду с эпоксидной смолой, использовался портландцемент производства ОАО «Мордовцемент» ЦЕМ I 42,5Б. Для затворения цементных составов использовалась вода. В качестве суперпластификаторов цементных матричных композиций применяли «Melflux 1641 F», «Sika ViscoCrete 5-600 NPL». Использованные материалы удовлетворяют требованиям соответствующих ГОСТов и ТУ.

При определении физико-технических свойств применялись современные физико-механические, физико-химические, биологические и математические методы исследований, регламентируемые действующими ГОСТами. Исследование структурных изменений полимерных композиций осуществлялось методом полуколичественной фурье-ИК-спектроскопии.

При исследовании химической стойкости композиционных материалов в качестве агрессивных сред использовались вода, 10% раствор гидроокиси натрия, 10% раствор серной кислоты. При исследовании биостойкости применялись стандартная среда мицелиальных грибов и модельная среда продуктов их метаболизма (1,5% раствор перекиси водорода + 5% раствор лимонной кислоты). Статистическая обработка результатов эксперимента и построение графиков выполнялись с применением программного комплекса «Exсel».

В третьей главе выполнено экспериментально-теоретическое обоснование получения дисперсно-армированных каркасных композитов с улучшенными показателями структуры и физико-технических свойств. С учетом изучения работ отечественных и зарубежных авторов в области теории и практики композиционных материалов, в том числе дисперсно-армированных, а также собственных исследований определены основные направления создания композитов.

Для получения КМ с повышенной прочностью необходимо использовать матрицу и арматуру с близкими значениями предельной растяжимости.

Если практически это не удается, то следует отдавать предпочтение варианту, при котором матрица имеет предельную растяжимость, большую, чем арматура.

Наличие сцепления между матрицей и арматурой является одним из главных условий, необходимых для восприятия нагрузки дискретными волокнами в композите. При этом для полного использования дискретных волокон в КМ их длина должна быть больше критической (2l0) и пропорциональна диаметру. По показателям взаимодействия вяжущих и порошков на основе измельченной дисперсной арматуры сделан вывод о степени контактного взаимодействия дисперсной арматуры и эпоксидного связующего.

При разрушении КМ, армированного волокнами одинаковой длины и диаметра, только прочность волокон, параллельных растяжению, будет использована полностью, а в волокнах, расположенных под углом, напряжение уменьшается пропорционально cos2.

Теоретическое значение прочности композитов при увеличении объемного содержания дисперсной арматуры растет. На практике этого не происходит, так как в данном случае растет неоднородность структуры из-за соприкосновения отдельных волокон между собой и образования структурных элементов в виде переплетенных «ежей». Однородность фибробетона можно повысить за счет применения каркасной технологии.

Ориентация фибр происходит тогда, когда один из размеров конструктивного элемента меньше или намного больше размера фибр, либо когда при изготовлении изделий используется высокоподвижный бетон или осуществляется длительная вибрационная обработка смесей. Эти обстоятельства сле дует учитывать при изготовлении тонкостенных конструкций и изделий, например при укладке покрытий полов из каркасного фибробетона.

Процесс пропитки каркаса полимерными связующими следует закономерности движения вязкой жидкости в канале круглого сечения. В связи с этим его структурные и технологические параметры определяются из закона Пуазейля. Приведено допустимое соотношение предельных размеров заполнителей каркаса и наполнителей связующего.

Приведены аналитические выражения для расчета структурных напряжений в каркасных полимербетонах. Показано, что структурные напряжения в полимербетонах каркасной структуры значительно снижаются клеевым слоем. Соотношение модулей упругости клея каркаса и заполнителей следует назначать в пределах от 0,01 до 0,04.

Предложены теоретические зависимости для оценки физикомеханических свойств дисперсно-армированных каркасных композитов. Показано изменение прочности дисперсно-армированных материалов как фиктивной среды для вариантов сечений с преобладающими объемами заполнителей и матрицы.

Приведенные экспериментально – теоретические предпосылки были в дальнейшем использованы при постановке опытных испытаний.

В четвертой главе исследованы упругопрочностные, реологические и структурные показатели полимерных и цементных композиций для создания каркасных дисперсно-армированных бетонов на полимерных и комплексных связующих.

Исследование упругопрочностных характеристик ненаполненных составов, пригодных для применения в качестве клеевых и пропиточных композиций, проводили с помощью плана эксперимента вида ПФЭ 22. В составах на основе эпоксидной смолы и отвердителя полиэтиленполиамина (ПЭПА) в качестве разжижающей добавки использовали бензин марки Аи-92.

После статистической обработки результатов эксперимента получены уравнения регрессии, по которым построены графические зависимости изменения пределов прочности при сжатии, изгибе и начального модуля упругости композитов от выбранных факторов (х1 и х2) и уровней их варьирования (рис. 1).

б) в) а) Rbt 2575 ERb 2365 2220191716140 130,8 0,0,0,5 0,0,0,2 0,0,-0,1 -0,Х1 Х-0,1 -0,4 X2 -0,ХXX2 -0,4 -0,7 -0, -0,7 -1 --Рис. 1. Зависимости изменения предела прочности при сжатии (а ), предела прочности при изгибе (б), начального модуля упругости (в) ненаполненных эпоксидных композитов, МПа: х1- кол-во ПЭПА, х2 – кол-во бензина 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,-0,-0,-0,-0,-0,-0,-0,-0,---0,-0,-0,--0,К пропиточным композициям, наряду с высокой прочностью сцепления с поверхностью каркаса и долговечностью в условиях различных агрессивных сред, при изготовлении некоторых изделий могут предъявляться требования в части усиления прочности и жесткости. В этом случае в качестве пропиточных матриц наиболее пригодны наполненные композиции, как правило, обладающие повышенной вязкостью. Вязкость композиций на практике снижают с помощью разжижающих добавок. С учетом того что каркасные композиты могут быть созданы как с применением различных средств интенсификации пропитки (давление, вибрирование), так и методом обычного пролива матрицы на поверхность каркаса, важным является разработка матриц различного типа.

На первом этапе выполнена оптимизация составов высоконаполненных композиций. Наполнителями служили молотый шлак фракции менее 0,315 мм, портландцемент марки ЦЕМ I 42,5Б, а также мел и диатомит Атемарского месторождения Республики Мордовия. Были изготовлены составы с широким диапазоном наполнения, вплоть до получения самых жестких смесей. Методом ИК - спектроскопии оценено взаимодействие эпоксидных связующих с наполнителями в контактной зоне. Наибольшая степень отверждения соответствует композитам, в которых в качестве наполнителя применялся порошок шлака. После проведения испытаний и статистической обработки результатов эксперимента получены математические модели по которым построены графические зависимости изменения пределов прочности при изгибе и сжатии композитов от степени наполнения (рис. 2).

1,б) а) 1,1,60 1,1,1,40 1,1,1, 1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,1,0,0,0,0,40 0,0, 0,60 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,Н/П 0,0,0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1, 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,66 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,Отношение Н/П Отношение Н/П Отношение Н/П Рис. 2. Изменение предела прочности при изгибе (а), при сжатии (б) композитов от вида наполнителя и степени наполнения: 1 – наполнитель шлак; 2 – портландцемент;

3 – мел; 4 – диатомит Установлено, что введение в составы порошков шлака, портландцемента, мела и диатомита существенным образом влияет на прочность материала при изгибе и сжатии. Наполнение шлаком и портландцементом повышает прочность при изгибе соответственно на 45 и 30 %. Прочность при сжатии составов, наполненных шлаком, портландцементом и мелом, увеличивается соответственно на 60, 58 и 35 %, а диатомитом – снижается на 30 % при максимальном содержании наполнителя. Увеличение количества наполнителя в Прочность при сжатии, отн. ед.

Прочность при изгибе, отн. ед.

Прочность при изгибе, отн. ед.

Прочность при сжатии, отн. ед.

составах приводит к уменьшению подвижности смесей. Наименьшее снижение этого показателя от степени наполнения происходит при расположении наполнителей в следующий ряд: шлак, портландцемент, мел и диатомит.

На втором этапе при оптимизации составов низковязких наполненных матричных композиций в качестве наполнителей применялись те же материалы. Для разжижения составов использовали бензин марки Аи-92. Полученные после испытаний зависимости изменения пределов прочности при сжатии и изгибе, начального модуля упругости, удельной ударной вязкости композитов, а также подвижности смесей от количества наполнителя (х1) и разжижителя (х2), взятых на 100 мас. ч. вяжущего, приведены на рис. 3-7.

40,60,60,35,55,0 55,50,50,30,45,45,25,40,40,20,35,35,0,1 30,15,30,-0,-1 Х1 (Аи-92) -0,-0,0 -0,5 Х1 (Аи-92) 0,Х1 (Аи-92) 25,Х1 (Аи-92) 0 -0,X2 (Мел) 0,5 1 -0,Х2 (шлак) Х1 (Аи-92) -0,5 0,5 Х2 (мел) 1 X2 (Шлак<0,315) -0,-1 -1 Х1 (Аи-92) -X2 (ПЦ М500) Х2 (ПЦ) Рис. 3. Зависимость изменения показателей прочности при изгибе наполненных композитов от количественного содержания разжижителя и наполнителя 120,115,140,115,110,130,110,105,120,105,100,0 110,100,100,95,95,90,90,90,--0,5 --0,5 -0,5 0,0,-0,0 X2 (ПЦ М500) Х1 (Аи-92) Х2 (ПЦ) Х2 (мел) Х1 (Аи-92) 0,5 -0,5 X2 (Мел) 0,5 -0,5 Х2 (шлак) Х1 (Аи-92) X2 (Шлак<0,315) 0,5 -0,Х1 (Аи-92) 1 Х1 (Аи-92) --1 Х1 (Аи-92) -Рис. 4. Зависимость изменения показателей прочности при сжатии наполненных композитов от количественного содержания разжижителя и наполнителя 6150,6150,0 3200,5150,0 3000,5150,2800,4150,4150,2600,3150,3150,2400,2150,0 2200,2150,2000,0,1150,1150,0,5 0,5 1800,0,5 0 0,5 X2 (Мел) Х1 (Аи-92) -0,5 Х2 (мел) 0 -Х1 (Аи-92) -0,5 -0,5 -0,Х1 (Аи-92) Х2 (ПЦ) -0,5 -0,5 0 -X2 (ПЦ М500) Х1 (Аи-92) X2 (Шлак<0,315) -0,Х2 (шлак) --1 -1 Х1 (Аи-92) Х1 (Аи-92) Рис. 5. Зависимость изменения показателей начального модуля упругости наполненных композитов от количественного содержания разжижителя и наполнителя i Ri, МПа Ri, МПа R, МПа i i Ri, МПа R, МПа R, МПа М Па b Rb, МПа Rb, МПа R, МПа b b R, МПа R, R b, М Па Ео, МПа Ео, МПа Е, МПа Е, МПа Ео, МПа Е, МПа 16,14,16,14,14,12,12,12,10,10,10,8,8,8,6,-6,0 6,-0,5 0,5 0,0,5 -1 -0 0 -0,5 0 -0,Х1 (Аи-92) Х1 (Аи-92) Х1 (Аи-92) X2 (Шлак<0,315) Х2 (шлак) 0 Х1 (Аи-92) -0,5 0,-0,5 -0,Х1 (Аи-92) 0,5 0,Х1 (Аи-92) Х2 (ПЦ) -1 X2 (Мел) X2 (ПЦ М500) 1 1 Х2 (мел) -1 -Рис. 6. Зависимость изменения удельной ударной вязкости наполненных композитов от количественного содержания разжижителя и наполнителя 17,17,16,16,15,15,15,14,0 13,14,13,13,11,12,12,9,11,11,10,-7,1 ---0,5 0,-0,5 0,0 -0,0 Х2 (шлак) 0,X2 (Шлак<0,315) 0 Х2 (ПЦ) Х1 (Аи-92) -0,5 0,5 X2 (ПЦ М500) Х1 (Аи-92) 0,5 X2 (Мел) -0,Х2 (мел) -1 Х1 (Аи-92) 1 0,Х1 (Аи-92) Х1 (Аи-92) -0,-1 Х1 (Аи-92) -Рис. 7. Зависимость изменения подвижности наполненных композиций от количественного содержания разжижителя и наполнителя Исследования показали, что введение наполнителя в оптимальном количестве положительно влияет на прочностные характеристики высокоподвижных матриц.

Исследованы цементные матричные композиты для дисперсноармированных каркасных композитов, изготовляемых на полимерных каркасах и цементных матрицах, оптимизированы цементные составы с применением различных пластификаторов и наполнителей.

Диапазоны полученных упругопрочностных, реологических и структурных показателей позволяют создавать клеевые и матричные составы для каркасных дисперсно-армированных композиционных материалов с широким спектром заданных свойств и эксплуатационных характеристик.

В пятой главе методом математического планирования эксперимента проведены исследования упругопрочностных, реологических и фильтрационных характеристик дисперсно-армированных каркасов. При изготовлении каркасов на наполненных клеевых композициях в качестве наполнителей использовали портландцемент и тонкоизмельченные порошки шлака, мела и диатомита. После проведения испытаний и получения уравнений регрессии относительных показателей прочности при изгибе, сжатии и пустотности каркасов на наполненных клеевых композициях построены графики изменения относительных показателей предела прочности при изгибе, сжатии и 2 2 Ау, кг*см/смАу, кг*см/сму Ау, кг*см/смА, кДж/м А, х см/м, г Дж//с у у у у А, кг кДж/см ААк, кх смм м L, см L, см L, см L, см L, см L, см пустотности каркасов от вида наполнителя и степени наполнения клеевого состава (рис. 8 и 9).

1,1,а) 1,1,1,1,1,20 1,1,1,1,1,0,0,1,1, 0,0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,Отношение Н/П 1,1,б) 1,1,1,1,0,0,0,0,0,0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1, 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 Н/П Отношение Н/П Рис. 8. Изменение предела прочности каркасов на наполненных клеевых композициях: а – при изгибе, б – при сжатии;

1 – наполнитель шлак; 2 – портландцемент; 3 – мел; 4 – диатомит 1,1,0,0,0,0,3 0,0,0,0, 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,1,4 1,Н/П Отношение Н/П Рис. 9. Изменение пустотности каркасов на наполненных клеевых композициях:

1 – наполнитель шлак; 2 – портландцемент; 3 – мел; 4 – диатомит Прочность при изгибе, отн. ед.

Прочность при сжатии, отн. ед.

Прочность при сжатии, отн. ед.

Пустотность, отн. ед.

Пустотность, отн. ед.

Из графиков видно, что прочность каркасов на изгиб при введении в клеевые составы порошков шлака и портландцемента увеличивается на 58 – 60 %, а при сжатии - на 25 и 18 % соответственно. При наполнении мелом и диатомитом происходит некоторое снижение прочностных показателей. Увеличение содержания наполнителей в клеевых составах приводит к уменьшению пустотности каркасов.

При получении армированных каркасов на эпоксидном связующем применяли минеральную вату типа Б, предварительно измельченную до длины волокна 1-3 мм, а в качестве крупного заполнителя использовали высокопрочный щебень и керамзитовый гравий. Исследование свойств армированных каркасов проводили также методом математического планирования эксперимента на плане В3 с повторными экспериментами в центральной точке.

По результатам испытаний путем статистической обработки показателей физико-механических свойств были получены уравнения регрессии на плотных и пористых заполнителях от факторов варьирования (х1 - разжижитель), (х2 – минеральная вата) и (х3 - заполнитель).

Для армированных каркасов с заполнителями на основе высокопрочного щебня уравнения регрессии имеют следующий вид:

2 2 Rb 7,58 1,07х1 0,36х2 0,42х3 1,49х1 1,86х2 2,56х3 ;

2 Ri 2,23 0,43х1 0,21х2 0,15х3 0,43х2 0,52х3 ;

2 2 E0 812,5 102х1 36х2 46х3 182,5х1 207,5х2 297,5х3 27,5х1х2.

При применении в качестве заполнителя керамзита уравнения регрессии приобретают другой вид:

2 Rb 3,08 0,17х2 0,6х3 0,39х1 0,84х2 0,32х1х2 0,13х2х3 ;

2 2 Ri 0,96 0,17х2 0,26х3 0,13х1 0,38х2 0,12х3 ;

2 E0 332,9 23х2 66,6х3 51,5х1 114,5х2 29,9х1х2 43,2х2х3.

Из результатов исследований следует, что введение дисперсной арматуры положительно влияет на упругопрочностные характеристики каркасов на эпоксидном вяжущем. Для каркасов, армированных минеральной ватой на эпоксидном связующем на высокопрочном щебне и керамзитовом гравии значения предела прочности при сжатии составили соответственно 3,0-10,2 и 1,5-4,0 МПа, при изгибе 0,7-2,7 и 0,4-1,4 МПа, а начального модуля упругости - в пределах 300-1100 и 100-450 МПа.

Значительный интерес представляет изучение влияния дисперсной металлической арматуры на физико-механические свойства композитов. В качестве дисперсной арматуры применяли ДМА марки «Волна» с отношением длина/диаметр 50/1. Процент армирования по объему каркасных смесей был выбран на уровнях 0; 0,75; 1,5. Каркасы изготавливали на клеях, наполненных шлаком и портландцементом. Получены следующие модели изменения относительных показателей прочности при изгибе, сжатии и начального модуля упругости композитов от количества ДМА «Волна»:

Rsika = 1 + 0,158, Rpika = 1 + 0,155, Rsbka = 1 – 0,15, Rpbka = 1 – 0,07, Еsbka = 1 – 0,35, Еpbka = 1 – 0,26, Аska = 1 + 0,91, Аpka = 1 + 1,15, 2 Пska = 1 + 0,148 – 0,109, Пpka = 1 + 0,136 – 0,110, где Rsika, Rpika и Rsbka, Rpbka – пределы прочности соответственно при изгибе и сжатии; Еsbka и Еpbka – начальный модуль упругости при сжатии; Аska и Аpka – ударная удельная вязкость; Пska и Пpka – пористость каркасов на клеевых составах, наполненных шлаком и портландцементом.

Графики изменения свойств, построенные по математическим моделям, приведены на рис. 10-13.

а) 1,1,1,1,0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,ДМА "Волна 50/1", % Содержание ДМА «Волна», % б) 1,0,0,0,0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,Содержание ДМА «Волна», % ДМА "Волна 50/1", % Рис. 10. Изменение предела прочности армированных каркасов на наполненных клеевых составах: а – при изгибе, б – при сжатии;

1 – наполнитель шлак, 2 – портландцемент 1,0,0,0,0,0,0,0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,Содержание ДМА «Волна», % ДМА "Волна 50/1", % Рис. 11. Изменение начального модуля упругости при сжатии армированных каркасов на наполненных клеевых составах: 1 – наполнитель шлак, 2 – портландцемент Прочность при изгибе, отн. ед.

Прочность при изгибе, отн.

ед.

Прочность при сжатии, отн. ед.

Прочность при сжатии, отн. ед.

Модуль упругости, отн. ед.

Начальный модуль упругости, отн. ед.

3,2,2,1,1,0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,ДМА "Волна 50/1", % Содержание ДМА «Волна», % Рис. 12. Изменение удельной ударной вязкости армированных каркасов на наполненных клеевых составах: 1 – наполнитель шлак, 2 – портландцемент 1,1,1,1,0,0,0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,Содержание ДМА «Волна», % ДМА "Волна 50/1", % Рис. 13. Изменение пористости армированных каркасов на наполненных клеевых составах: 1 – наполнитель шлак, 2 – портландцемент Из графиков видно, что увеличение содержания ДМА «Волна» в составах повышает прочность при изгибе на 23% для каркасов, приготовленных на клеевых составах, наполненных шлаком и портландцементом. Полученные уравнения регрессии прочности при изгибе и пустотности каркасов в относительных единицах практически идентичны, а в абсолютных значениях более высокие значения получены при наполнении клея портландцементом. Введение ДМА «Волна» в каркас приводит к увеличению удельной ударной вязкости в 2,3 и 2,7 раза, при этом начальный модуль упругости уменьшается на и 37 % соответственно для каркасов, приготовленных на клеях, наполненных шлаком и портландцементом. Характер изменения пористости каркасов при введении ДМА «Волна» для клеевых составов на шлаке и портландцементе одинаков и имеет параболический характер. Коэффициенты при линейном и квадратичном членах уравнений практически равны. Введение 0,75 % ДМА по объему увеличивает пористость каркасов на 4–5 %, дальнейшее увеличение содержания арматуры приводит к уменьшению пористости на 2–4 %.

Ударная вязкость, отн. ед.

Ударная вязкость, отн. ед.

Пустотность, отн. ед.

Пустотность, отн. ед.

Изучено совместное влияние микродисперсной минеральной ваты и макродисперсной металлической арматуры на изменение прочностных характеристик каркасов. При выполнении исследований количество смолы, отвердителя и крупного заполнителя принималось во всех опытах постоянным и равным соответственно 100, 10 и 1900 мас. ч. Содержание армирующих компонентов варьировалось по матрице планирования. Были получены следующие математические модели зависимости относительных показателей прочности каркасов на изгиб, сжатие и удельной ударной вязкости от процента армирования по объему ДМА «Драмикс»:

Rkfi = 1 + 0,35, Rkfim = 1 + 0,46, Rkfb = 1 – 0,09, Rkfbm = 1 – 0,12, Аkfy = 1 + 0,84, Аkfym = 1 + 0,66, где Rkfi, Rkfim, Rkfb, Rkfbm и Аkfy, Аkfym – пределы прочности при изгибе, сжатии и удельной ударной вязкости каркасов, армированных ДМА «Драмикс» на клеевых композициях без минеральной ваты и с ней.

Графики изменения предела прочности при изгибе, сжатии и удельной ударной вязкости, построенные по математическим моделям, приведены на рис. 14 –16.

1,1,1,1,1, 0 0,3 0,6 0,9 1,2 1,Содержание ДМА "Драмикс 50/ % Процент армирования по объему 1", Рис. 14. Изменение предела прочности при изгибе каркасов, армированных ДМА «Драмикс»: 1 – без минеральной ваты, 2 – то же с минеральной ватой 1,0,0,0,0,0 0,3 0,6 0,9 1,2 1,Содержание ДМА "Драмикс 50/1", % Процент армирования по объему Рис. 15. Изменение предела прочности при сжатии каркасов, армированных ДМА «Драмикс»: 1 – без минеральной ваты, 2 – то же с минеральной ватой Прочность при изгибе, отн. ед.

Прочность при сжатии, отн. ед.

2,2,2,1,1,1,1,1,0 0,3 0,6 0,9 1,2 1,Содержание ДМА "Драмикс 50/1", % Процент армирования по объему Рис. 16. Изменение удельной ударной вязкости каркасов, армированных ДМА «Драмикс»: 1 – без минеральной ваты, 2 – то же с минеральной ватой Из графиков следует, что введение в состав каркаса микродисперсной арматуры (минеральной ваты) увеличивает прочность при изгибе, сжатии и удельную ударную вязкость соответственно на 16-51, 12-35 и 5-15 %. Увеличение содержания макродисперсной металлической арматуры «Драмикс» в каркасах с микродисперсным армированием и без него повышает прочность при изгибе на 70 и 53 %, а удельную ударную вязкость - в 2,22 и 2,0 раза.

В дальнейшем оптимальные составы каркасов были использованы при изготовлении каркасных полимербетонов.

В шестой главе приведены результаты исследования упругопрочностных характеристик дисперсно-армированных композитов. Рассмотрены материалы, армированные минеральной ватой, дисперсной металлической арматурой, а также проанализировано совместное влияние обоих видов армирования с применением наполненных и ненаполненных матричных и клеевых композиций.

Выявлено, что упругопрочностные характеристики эпоксидных каркасных композитов на основе высокопрочного щебня и керамзитового гравия, дисперсно-армированных минеральной ватой типа Б, изменяются в следующих интервалах: пределы прочности при сжатии - 60,9–83,3 и 25,2–27,6 МПа, при изгибе – 13,7–15,7 и 8,9–10,7 МПа, начальный модуль упругости – 22200–31300 и 14600–15450 МПа.

Получены уравнения регрессии изменения упругопрочностных и структурных характеристик композитов с применением наполненных матриц от процента армирования по объему макродисперсной арматурой «Волна», которые приведены ниже.

Ri(sh) = 21,67 + 1,80, Ri(pc) = 17,57 + 3,31, Ri(ml) = 16,14 + 1,41, Rb(sh) = 84,18 + 9,07, Rb(pc) = 87,91 + 8,43, Rb(ml) = 75,29 + 4,05, = 2216,0 + 72,3, = 2166,1 + 53,4, = 2039,4 + 74,9, (sh) (pc) (ml) Ау(sh) = 4,20 + 17,79, Ау(pc) = 3,27 + 16,16, Ау(ml) = 2,61 + 21,07, И(sh) = 0,219 – 0,052, И(pc) = 0,204 – 0,052, И(ml) = 0,254 – 0,053, Е0(sh) = 17388,0+3053,2, Е0(pc) = 17950,0+12409,0, Е0(ml) = 27004,0+4644,7, Удельная ударная вязкость, отн. ед.

где Ri(sh), Ri(pc), Ri(ml) и Rb(sh), Rb(pc), Rb(ml) – пределы прочности при изгибе и сжатии,, и – средняя плотность; Ау(sh), Ау(pc) и Ау(ml) – удельная удар(sh) (pc) (ml) ная вязкость; И(sh), И(pc) и И(ml) – истираемость; Е0 (sh), Е0(pc) и Е0(ml) – начальный модуль упругости дисперсно-армированных каркасных композитов на матрицах, наполненных соответственно шлаком, портландцементом и мелом.

Графики изменения свойств дисперсно-армированных каркасных композитов, полученных по математическим моделям, приведены на рис. 17 – 21.

26,26,24,24,22,22,20, 20,18,18,16,16,0 0,375 0,75 1,125 1, 0 0,375 0,75 1,125 1, (ДМА «Волна»), % по объему Рис. 17. Прочность дисперсно-армированных каркасных композитов при изгибе:

1 – наполнитель шлак, 2 – портландцемент, 3 – мел 105,105,95,95, 85,85,75,75,65,65,0 0,375 0,75 1,125 1, 0 0,375 0,75 1,125 1, (ДМА «Волна»), % по объему Рис. 18. Прочность дисперсно-армированных каркасных композитов при сжатии:

1 – наполнитель шлак, 2 – портландцемент, 3 – мел 40,40,30,30, 20, 20,10,10,0,0,0 0,375 0,75 1,125 1,0 0,375 0,75 1,125 1, (ДМА «Волна»), % по объему Рис. 19. Удельная ударная вязкость ДА каркасных наполненных композитов:

1 – наполнитель шлак, 2 – портландцемент, 3 – мел Ri, МПа i R, МПа Rb, МПа b R, МПа Ау, кг*см/сму А, кДж/м Ау, (кг см)/см 0,30,00,00,20,20,00,00,10,00,10 0,375 0,75 1,125 1,0 0,375 0,75 1,125 1, (ДМА «Волна»), % по объему Рис. 20. Истираемость ДА каркасных наполненных композитов:

1 – наполнитель шлак, 2 – портландцемент, 3 – мел 390390330330270270 2102101501500 0,375 0,75 1,125 1, 0 0,375 0,75 1,125 1, (ДМА «Волна»), % по объему Рис. 21. Начальный модуль упругости ДА каркасных наполненных композитов:

1 – наполнитель шлак, 2 – портландцемент, 3 – мел Выявлено, что увеличение содержания дисперсной арматуры типа «Волна» в каркасных композитах с матрицами, наполненными шлаком, портландцементом и мелом приводит к повышению прочности при изгибе соответственно на 12, 24, 9 %, увеличению прочности при сжатии - на 15, 14, 8 %, ударной вязкости в - 6-8 раз, снижению истираемости в 1,6 раза.

Проведена оптимизация процента армирования и длины дисперсной металлической арматуры в эпоксидных композитах, содержащих минеральную вату. Для армирования композитов на макроуровне применяли дисперсную металлическую арматуру типа «Драмикс» и «Волна» с отношением длина/диаметр 50/1 и временным сопротивлением разрыву Rsn = 1150 МПа. Минеральную вату предварительно измельчали в роторной ножевой мельнице РМ-120 до длины волокна 1–3 мм. Количество вводимой в клей минеральной ваты составляло 0; 8,3; 16,7 и 25,0 мас. ч. на 100 мас. ч. клеевого вяжущего.

Каркасы изготавливали в следующем порядке: предварительно готовили клеевую композицию путем смешивания в миксере вяжущего, микродисперсной арматуры и отвердителя, после чего вводили крупный заполнитель и металлическую дисперсную арматуру.

И, г/см И, г/смИ, г / см Ео, МПа Ео, МПа Е, МПа Перемешивание осуществлялось вручную до однородной смеси. Дисперсную металлическую арматуру вводили постепенно тремя порциями. После тщательного перемешивания каркасные смеси укладывали в формы и уплотняли на встряхивающем столике 30 ударами. Математические модели зависимости упругопрочностных характеристик каркасных ДМА композитов от изменения процента армирования по объему приведены ниже:

2 2 Rkkif (V) = 1+0,41 - 0,27, Rkkif (D) = 1 + 0,53 - 0,33, Rkkbf (V) = 1 + 0,30 - 0,14, 2 2 Rkkbf (D) = 1+0,23 - 0,10, Еkk0 (V) = 1 + 0,17 - 0,08, Еkk0 (D) = 1 + 0,10 - 0,04, 2 Аkkу (V) = 1 + 2,80 - 0,97, Аkkу (D) = 1 + 2,11 - 0,79, где Rkkif (V), Rkkif (D) и Rkkbf (V), Rkkbf (D) – пределы прочности при изгибе и сжатии; Еkkо (V), Еkkо (D) – начальные модули упругости; Аkkу (V), Аkkу (D) – удельная ударная вязкость дисперсно-армированных композитов с ДМА «Волна» и «Драмикс» соответственно.

Графики изменения прочностных и структурных показателей каркасных композитов, армированных ДМА «Волна» и «Драмикс» показаны на рис. 2224.

1,а) 1,1,1,1, 1,0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1, Процент армирования по объему Содержание ДМА, % 1,б) 1,1,1,1,0 0,375 0,75 1,125 1,Процент армирования по объему Содержание ДМА, % Рис. 22. Изменение прочности дисперсно-армированных композитов: а - при изгибе, б – при сжатии; 1 – ДМА «Волна», 2 – ДМА «Драмикс» Прочн с ть при изг е, е,. ед.

Прочно ос ть при изгиб иб от н о тн. ед.

Прочность при сжатии, отн. ед.

Прочность при сжатии, отн. ед.

1,1,1,1,1,1,0 0,375 0,75 1,125 1,Процент армирования по объему Содержание ДМА, % Рис. 23. Изменение начального модуля упругости дисперсно-армированных композитов: 1 – ДМА «Волна», 2 – ДМА «Драмикс» 3,3,2,2,1,1,0 0,375 0,75 1,125 1,Содержание ДМА, % Процент армирования по объему Рис. 24. Изменение удельной ударной вязкости дисперсно-армированных композитов: 1 – ДМА «Волна», 2 – ДМА «Драмикс» Из полученных результатов исследований свойств дисперсноармированных композитов при введении ДМА «Волна» и «Драмикс» видно, что зависимости имеют одинаковый параболический характер. Возрастание их прочности на изгиб при введении 0,325 - 0,75 % ДМА «Волна» и «Драмикс» составляет 12-16 и 15-21 %, прочности на сжатие - на 9-16 и 7-13 %, начального модуля упругости - 5-9 и 3-6 %, удельной ударной вязкости - в 3,05 и 2,раза соответственно.

При изучении влияния длины дисперсной металлической арматуры в каркасных композитах использовали дисперсную металлическую арматуру ДМА «Волна» диаметром 1 мм. Процент армирования по объему (фактор Х1) составлял 0; 0,375; 0,75; 1,125 и 1,5 %, а длина арматуры (фактор Х2) принималась равной 17, 33 и 50 мм. В качестве крупного заполнителя применяли высокопрочный доломитизированный щебень марки 1200 фракции 5-10 мм. Состав матрицы для всех каркасных дисперсно-армированных композитов был посто Начальный модуль упругости, отн. ед.

Начальный модуль упругости, отн. ед.

Ударная вязкость, отн. ед.

Ударная вязкость, отн. ед.

янным: эпоксидная смола марки ЭД-20 (100 мас. ч.), отвердитель – полиэтиленполиамин (10 мас. ч.) и разжижитель – бензин марки Аи-92 (10 мас. ч.).

После проведения испытаний образцов дисперсно-армированных каркасных композитов и обработки результатов были получены уравнения регрессии изменения упругопрочностных и структурных характеристик композитов от процента армирования по объему ДМА «Волна» различной длины, которые приведены ниже:

Ri = 17,31 + 0,70Х1 + 0,77Х2, Rb = 99,08 + 1,65Х2 – 2,02Х12 – 4,61Х22, = 2076,7 + 66,1Х1 –21,1Х12, E0 = 34576,0 + 711,9Х1 – 1802,1Х12, Ау = 9,37 + 1,99Х1 + 3,42Х2 + 1,47Х1Х2, Vm = 51,20 + 1,62Х1 + 2,38Х2, где Ri и Rb – пределы прочности при изгибе и сжатии, МПа; – средняя плотность, кг/м3; Ау – удельная ударная вязкость (кДж/м2); Eо – начальный модуль упругости, МПа; Vm – содержание матрицы в каркасных композитах дисперсно-армированных ДМА «Волна».

Графики изменения свойств дисперсно-армированных каркасных композитов, полученных по математическим моделям, приведены на рис. 25.

а) б) 11 15 0,5 0,1 0,5 0,5 Х1 (кол-во Х1 (кол-во -0,-0,-0,-0,ДМА "Волна") ДМА "Волна") X2 (длина ДМА "Волна") -X2 (длина ДМА "Волна") ---г) в) 17 1 5 0,5 0,1 0,5 0 0,5 Х1 (кол-во Х1 (кол-во 0 -0,5 -0,-0,5 -0,ДМА "Волна") ДМА "Волна") X2 (длина ДМА "Волна") -1 X2 (длина ДМА "Волна") --1 -Рис. 25. Прочностные и структурные показатели композитов, армированных ДМА «Волна»:

а– при изгибе, б– при сжатии, в – удельная ударная прочность, г– содержание матрицы в композите i i Rb, МПа R, МПа R, МПа m у V, % A, МПа Введение различных видов наполнителей и дисперсной металлической арматуры позволяет получать композиционные материалы каркасной структуры с требуемыми прочностными и эксплуатационными характеристиками, которые можно использовать для укладки полов, дорожных и защитных покрытий, подвергающихся воздействию интенсивных истирающих и ударных нагрузок.

В седьмой главе приведены результаты исследования стойкости композитов к физическим, химическим и биологическим воздействиям, а также сведения о внедрении результатов исследования и оценке экономической эффективности от использования разработанных дисперсно-армированных композиционных материалов каркасной структуры. Показано, что важным физическим свойством КМ является электропроводность. Для строительной отрасли требуются материалы с высокой электропроводностью (для антистатических покрытий полов) и диэлектрики (для возведения фундаментов установок, агрегатов). Учитывая, что металлическая дисперсная арматура в значительной степени влияет на электропроводность материалов, были проведены исследования материалов, составленных как на полимерных, так и на комплексных связующих. Установлено, что электропроводность композитов при введении 1,5 % ДМА «Волна» по объему возрастает до 46 % при применении полимерных связующих и в 4 раза - при использовании цементных связующих.

При исследовании химической и биологической стойкости дисперсноармированных материалов в качестве агрессивных сред использовались вода, водные растворы едкого натра, серной кислоты, стандартная среда мицелиальных грибов и модельная среда продуктов их метаболизма. При проведении испытаний рассматривались материалы, отличающиеся содержанием растворителя, а также содержанием и видом наполнителя. При исследовании химической стойкости композитов выявлено, что наибольшее снижение показателя происходит при выдерживании в 10% растворе едкого натра (рис. 26). Экспозиция образцов в течение 180 суток в воде и 10% водном растворе серной кислоты практически не привела к понижению прочности материалов.

1,а) 0,0,0,85 0,0,0,0,0 30 60 90 120 150 1Время выдерживания, сут Ксж, отн. ед.

1,б) 1,0,0,0,0,0,0,0 30 60 90 120 150 1Время выдерживания, сут в) 1,0,95 0,0,0,0,0,0 30 60 90 120 150 1Время выдерживания, сут Рис. 26. Зависимости изменения коэффициента стойкости по Rсж эпоксидных композитов, наполненных портландцементом (а), шлаком (б) и мелом (в) от длительности выдерживания в 10% растворе едкого натра и количественного содержания растворителя (Р) и наполнителя (Н);

Р-5 мас.ч, Н-0 мас.ч. на 100 мас.ч. смолы (1); Р-5, Н-65 (2); Р-5, Н-130 (3); Р-7,5, Н-0 (4); Р-7,5, Н-65 (5);

Р-7,5, Н-130 (6); Р-10, Н-0 (7); Р-10, Н-65 (8); Р-10, Н-130 (9) Установлено, что без специальной защиты эпоксидные композиты подвержены разрушению мицелиальными грибами. Обрастание материалов по методам 1 и 3 составило 3 и 5 баллов соответственно. Выдерживание образцов как в стандартной среде мицелиальных грибов, так и в продуктах их метаболизма привело к понижению прочности и изменению массосодержания (рис. 27, 28).

в) а) б) 1,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,-0,-0,-0,40 -0,-0,-0,60 -0,-0,-0,-0,-0,1 -1,-0,0,5 0,1 0,0,0,0 X2 0,5 0 -0,5 Х1 (Аи-92) -0,5 Х1 (Аи-92) (наполнитель -0,X2 -0,5 -0,X2 -0,5 -----1 Х1 (Аи-92) -шлак) (наполнитель мел) (наполнитель ПЦ) Рис. 27. Зависимости изменения массосодержания (а, б, в) эпоксидных композитов от количественного содержания растворителя и наполнителя после выдерживания по методу в стандартной среде мицелиальных грибов в течение 90 суток Ксж, отн. ед.

Ксж, отн. ед.

% Изменение массосодержания, Изменение массосодержания, % Изменение массосодержания, % в) а) б) 1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,1 1,0,95 1 0,0,0,-0,95 0,Х1 (Аи-92) -0,5 -0,0,-0,5 X--0,5 -1 -0,-0,5 X-1 (наполнитель 0,5 0 0,0,5 -0,1 ПЦ) X2 (наполнитель Х1 (Аи-92) -Х1 (Аи-92) (наполнитель шлак) мел) Рис. 28. Зависимости изменения коэффициента биостойкости (а,б,в) эпоксидных композитов от количественного содержания растворителя и наполнителя после выдерживания по методу в стандартной среде мицелиальных грибов в течение 90 суток Результаты проведенных исследований использованы при устройстве покрытия пола из дисперсно-армированного полимербетона каркасной структуры в ремонтном гараже ООО «Босал» и защитных отливов водопропускной металлической гофрированной конструкции на автомобильной дороге (М5-Урал) в ООО «Строительная сфера» в Республике Мордовия.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 1. На основе изучения работ в области технологии полимербетонов и дисперсно-армированных бетонов, механики материалов и т.д. определены экспериментально-теоретические предпосылки создания дисперсно-армированных каркасных строительных композитов, которые заключаются в следующем.

Для получения КМ с повышенной прочностью необходимо использовать матрицу и арматуру с близкими показателями предельной растяжимости. Если практически это не удается, то следует отдавать предпочтение варианту, при котором матрица имеет большую предельную растяжимость, чем арматура.

Наличие сцепления между матрицей и арматурой является одним из главных условий, необходимых для восприятия нагрузки дискретными волокнами в композите. При этом для полного использования дискретных волокон в КМ их длина должна быть больше критической (2l0) и пропорциональна диаметру. По показателям взаимодействия вяжущих и порошков на основе измельченной дисперсной арматуры сделан вывод о степени контактного взаимодействия дисперсной арматуры и эпоксидного связующего. Наибольшая степень отверждения соответствует композитам, в которых в качестве наполнителя применялся порошок шлака.

При разрушении КМ, армированного волокнами одинаковой длины и диаметра, только прочность волокон, параллельных растяжению, будет использована полностью, а в волокнах, расположенных под углом, напряжение уменьшается пропорционально cos2.

Теоретическое значение прочности композитов при увеличении объемного содержания дисперсной арматуры растет. На практике этого не происходит, так как в данном случае растет неоднородность структуры из-за соприкосновения отдельных волокон между собой и образования структурных элементов в виде перепле Кb(ф), отн. ед.

Кb(ф), отн. ед.

Кb(ф), отн. ед.

тенных «ежей». Однородность распределения компонентов в композитах можно повысить за счет применения каркасной технологии.

Показано, что при получении каркасных композитов процесс пропитки каркаса полимерными связующими следует закономерности движения вязкой жидкости в канале круглого сечения. В связи с этим структурные и технологические параметры процесса пропитки определяются из закона Пуазейля. Приведено допустимое соотношение предельных размеров заполнителей каркаса и наполнителей связующего.

Структурные напряжения в полимербетонах каркасной структуры значительно снижаются клеевым слоем. Соотношение модулей упругости клея каркаса и заполнителей следует назначать в пределах от 0,01 до 0,04.

2. Разработаны оптимальные составы клеевых и матричных композитов на эпоксидном вяжущем, пригодных для создания дисперсно-армированных каркасных композитов, обладающих повышенной прочностью и долговечностью в условиях воздействия химических и биологических агрессивных сред. Показана целесообразность введения в состав каркасов дисперсной арматуры и наполнителей. Методом математического планирования экспериментов получены модели, позволяющие подбирать составы дисперсно-армированных каркасов с требуемыми физикотехническими показателями. Установлено влияние природы наполнителя и вида дисперсной арматуры на процессы структурообразования связующих для каркасов и матриц. Проведена оптимизация составов матриц для каркасных композитов по показателям прочности химическому и биологическому сопротивлению.

3. Предложены теоретические зависимости для оценки физико-механических свойств дисперсно-армированных каркасных композитов. Показано изменение прочности дисперсно-армированных материалов как фиктивной среды для вариантов сечений с преобладающими объемами заполнителей и матрицы. Методом ИК - спектроскопии оценено взаимодействие эпоксидных связующих с наполнителями в контактной зоне. Исследованы основные физико-технические свойства дисперсно-армированных каркасных композитов, составленных на полимерных связующих. Показаны зависимости прочности, износостойкости, жесткости каркасных композитов от основных структурообразующих факторов и вида компонентов. Отмечено резкое повышение ударной прочности (более чем в 3 раза) каркасных композитов, армированных дисперсной арматурой. Экспериментально получены зависимости показателей прочности дисперсно-армированных композитов при введении ДМА «Волна» и «Драмикс», которые имеют одинаковый параболический характер. Возрастание прочности дисперсно-армированных каркасных композитов на изгиб при введении 0,325 - 0,75 % ДМА «Волна» и «Драмикс» составляет 12 - 16 и 15 - 21 %, прочности на сжатие при введении ДМА 0,325 - 1,125 % - на 9-16 и 7-13 %, начального модуля упругости - на 5-9 и 3-6 %, удельной ударной вязкости - в 3,05 и 2,4 раза соответственно.

4. Исследована стойкость к физическим, химическим и биологическим воздействиям дисперсно-армированных каркасных композитов. Получены количественные зависимости электропроводности композитов от содержания в них металлической дисперсной арматуры. При введении 1,5 % ДМА «Волна» по объему она возрастает до 46 % при применении полимерных связующих и в 4 раза - при использовании цементных связующих. Получены количественные зависимости изме нения стойкости композитов в воде и водных растворах едкого натра и серной кислоты, средах мицелиальных грибов и продуктах их метаболизма от количественного содержания компонентов, образующих материал. Выявлено, что наиболее агрессивными средами для эпоксидных композитов являются водный раствор едкого натра и продукты метаболизма мицелиальных грибов.

5. Результаты проведенных исследований использованы при устройстве покрытия пола из дисперсно-армированного полимербетона каркасной структуры в ремонтном гараже ООО «Босал» и защитных отливов водопропускной металлической гофрированной конструкции на автомобильной дороге (М5-Урал) в ООО «Строительная сфера» в Республике Мордовия. Применение каркасных покрытий в зданиях с агрессивными средами показывает их преимущество и перспективность по сравнению с традиционными вариантами. Ожидаемый экономический эффект от внедрения покрытий полов составил 399,72 руб. на 1 м2.

Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях:

Научные статьи, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Эпоксидные дисперсно-армированные каркасные композиты для транспортного строительства / Леснов В.В., Салимов Р.Н., Ерофеев В.Т., Борискин А.С.

//Транспортное строительство. - № 1, -2009. -С. 25-27.

2. Леснов В. В. Исследование свойств дисперсно-армированных эпоксидных композитов каркасной структуры на наполненных клеевых составах / Леснов В.В, Салимов Р. Н., Ерофеев В. Т. // Интернет-вестн. ВолгГАСУ. Сер. Политемат.- 2011.- Вып. 4(19). -С. 1-13.-URL/: www.vestnik.vgasu.ru.

3. Леснов В. В.. Исследование свойств дисперсно-армированных эпоксидных каркасных композитов / Леснов В.В, Салимов Р. Н., Ерофеев В. Т. // Вестн. ВолгГАСУ.

-Сер. Стр-во и архитектура.-2012.- Вып. №26 (45).- С. 113-117.

4. Леснов В. В. Исследование свойств эпоксидных композитов каркасной структуры, дисперсно - армированных на микро- и макроуровнях / Леснов В.В, Салимов Р. Н., Ерофеев В. Т. // Приволж. науч. журн. - №1.- 2012. -С. 55-61.

Научные статьи, доклады:

5. Слоистые плиты покрытий на основе каркасных бетонов / Ерофеев В.Т., Митина Е.А., Ликомаскин А.И., Салимов Р.Н. // Материалы Международной научнотехнической конференции «Актуальные проблемы современного строительства».

Ч.1: Фундаментальные и прикладные исследования в области технических наук.Пенза : ПГУАС, 2007.- С.136-138.

6. Трехслойные плиты покрытий на основе каркасных бетонов / Ерофеев В.Т., Митина Е.А., Ликомаскин А.И., Салимов Р.Н. // XXXV Огаревские чтения: - Материалы научн. конф. – Саранск : Изд-во Мордов. ун-та, 2007. -С. 204-206.

7. Салимов Р.Н. Исследование свойств модифицированных клеевых и матричных композиций для каркасных композитов / Салимов Р.Н., Леснов В.В. // Материалы научно-практической конференции молодых ученых «Эффективные материалы, технологии, машины и оборудование для строительства и эксплуатации современ ных транспортных сооружений».- Белгород : Изд-во БГТУ им. В. Г. Шухова, 2009.- С. 219-225.

8. Салимов Р.Н. Ударопрочный каркасный бетон / Салимов Р.Н. // Материалы VI Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Теория и практика повышения эффективности строительных материалов». – Пенза : ПГУАС, 2011. -С.199-202.

Подписано в печать __.04.2012.

Объем 1,75 п. л. Тираж 100 экз.

Типография Издательства Мордовского университета 430005, г. Саранск, ул. Советская,







© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.