Представлені результати досліджень спільної роботи наповнених мікрокальцітом полімерних покриттів з бетонними підставами. Аналіз зміни міцності при вигині і максимального прогину бетонних зразків з наповненими полімерним покриттям на основі епоксидного сполучного в залежності від ступеня наповнення і фракційного складу мікромрамора проводився при використанні изолиний і трикомпонентних діаграм Розебома-Гіббса. виявлено склади полімерних покриттів, забезпечують найбільший приріст міцності навіть при використанні високонаповнених сумішей з мінімальною витратою сполучного.

Анотація наукової статті за технологіями матеріалів, автор наукової роботи - Горенкова Анастасія Іванівна, Клементьєва Діана Артурівна, Низин Дмитро Рудольфович, Нізіна Тетяна Анатоліївна, Чернов Олексій Миколайович


ANALYSIS OF THE INFLUENCE OF MICROCALCITE ON THE EFFICIENCY OF JOINT WORK OF FILLED POLYMER COATINGS WITH CONCRETE BASES

The paper presents the study results of the joint work of microcalcite-filled polymer coatings with concrete bases. The analysis of change of bending strength and maximum deflection of concrete samples with the filled polymer coating based on epoxy resins depending on the degree of filling and the fractional composition of microtremor was carried out with the use of contour lines and three-component diagrams of Rozebom-Gibbs. The study revealed the compositions of polymer coatings that provide the greatest increase in strength characteristics even when using high-filled mixtures with a minimum consumption of the binder.


Область наук:
  • технології матеріалів
  • Рік видавництва: 2019
    Журнал: Огарьов-Online

    Наукова стаття на тему 'АНАЛІЗ ВПЛИВУ МІКРОКАЛЬЦІТА НА ЕФЕКТИВНІСТЬ СПІЛЬНОЇ РОБОТИ наповнення ПОЛІМЕРНИХ ПОКРИТТІВ з бетонною основою'

    Текст наукової роботи на тему «АНАЛІЗ ВПЛИВУ МІКРОКАЛЬЦІТА НА ЕФЕКТИВНІСТЬ СПІЛЬНОЇ РОБОТИ наповнення ПОЛІМЕРНИХ ПОКРИТТІВ з бетонною основою»

    ?ЧЕРНОВ А.Н., низини Д.Р., НИЗИНА Т.А., ГОРЕНКОВА А.І., Клементьєва Д.А.

    АНАЛІЗ ВПЛИВУ МІКРОКАЛЬЦІТА НА ЕФЕКТИВНІСТЬ СПІЛЬНОЇ РОБОТИ наповнення ПОЛІМЕРНИХ ПОКРИТТІВ з бетонною основою 1 Анотація. Представлені результати досліджень спільної роботи наповнених мікрокальцітом полімерних покриттів з бетонними підставами. Аналіз зміни міцності при вигині і максимального прогину бетонних зразків з наповненими полімерним покриттям на основі епоксидного сполучного в залежності від ступеня наповнення і фракційного складу мікромрамора проводився при використанні изолиний і трикомпонентних діаграм Розебома-Гіббса. Виявлено склади полімерних покриттів, що забезпечують найбільший приріст міцності навіть при використанні високонаповнених сумішей з мінімальною витратою сполучного.

    Ключові слова: полімерні покриття, епоксидний композит, бетонні підстави, мікрокальціт, ступінь наповнення, межа міцності при вигині, прогин.

    CHERNOV A. N., NIZIN D. R., NIZINA T.A., GORENKOVA A.I., KLEMENTYAVA D.A.

    ANALYSIS OF THE INFLUENCE OF MICROCALCITE ON THE EFFICIENCY OF JOINT WORK OF FILLED POLYMER COATINGS WITH CONCRETE BASES Abstract. The paper presents the study results of the joint work of microcalcite-filled polymer coatings with concrete bases. The analysis of change of bending strength and maximum deflection of concrete samples with the filled polymer coating based on epoxy resins depending on the degree of filling and the fractional composition of microtremor was carried out with the use of contour lines and three-component diagrams of Rozebom -Gibbs. The study revealed the compositions of polymer coatings that provide the greatest increase in strength characteristics even when using high-filled mixtures with a minimum consumption of the binder.

    Keywords: polymer coatings, epoxy composite, concrete bases, microcalcite, degree of filling, bending strength, deflection.

    В останні десятиліття все більша увага приділяється підвищенню довговічності будівель і споруд [1-3]. За різними оцінками близько 75% всіх будівельних конструкцій

    1 Робота виконана за фінансової підтримки гранту РФФД і Уряду Республіки Мордовії № 18-43-130009 «Дослідження впливу оборотних і не оборотних змін в поверхневих шарах матеріалів на закономірності їх старіння під дією натурних кліматичних факторів».

    експлуатуються в умовах дії агресивних чинників, а щорічний збиток від корозії становить 3-5% ВВП [3]. Найбільш ефективним способом антикорозійного захисту є ізоляція поверхні матеріалу від безпосереднього впливу агресивного середовища шляхом нанесення лакофарбових покриттів, штукатурок, пристрої обклеювальних ізоляцій, облицювань з штучних виробів, а також гидрофобизирующих просочень [4]. Широке застосування знайшли захисні покриття на основі епоксидно-Діанова смол, що обумовлюється їх високою міцністю, стійкістю до зносу, дії агресивних середовищ [5-7]. При просочуванні бетонних і залізобетонних конструкцій синтетичними полімерами зростає їх хімічна стійкість, підвищується міцність і тріщиностійкість [8; 9]. Епоксидні компаунди активно використовуються в якості безшовних хімічно стійких покриттів для підлоги на промислових підприємствах [10], де пред'являються високі вимоги як до хімічної стійкості, так і до міцності покриттів, які повинні сприймати навантаження від транспорту, що рухається, ваги обладнання і матеріалів, що складуються. Для поліпшення міцності і зниження вартості покриттів до складу полімерної матриці вводяться наповнювачі, які поряд зі зменшенням витрати дорогого сполучного роблять значний вплив на різні властивості одержуваних композитів. Так, в залежності від виду, дисперсності та кількості введеного наповнювача в широких межах змінюються модуль пружності, міцності, реологічні та декоративні характеристики композитів, їх тепло- і електропровідність, стійкість до абразивного зносу і дії кліматичних чинників [11; 12]. При цьому поліпшення одних характеристик при наповненні може супроводжуватися погіршенням інших, а вплив наповнювача може бути різним у залежності від виду полімерного сполучного.

    У будівництві широке застосування отримали мінеральні дисперсні наповнювачі, що відрізняються низькою вартістю і великими обсягами виробництва, такі як крейда, діатоміт, базальт, каолін, маршалит і т.д. [11-14]. Одним з найбільш поширених наповнювачів є мікрокальціт (мікромрамор), одержуваний подрібненням природного білого мармуру [13; 14]. Мікромрамор має високу ступінь білизни і сумісний з фарбуючими пігментами, завдяки чому використовується при влаштуванні лакофарбових покриттів і полімерних підлог.

    Як відомо, зміна властивостей композиту при наповненні відбувається не лінійно і носить екстремальний характер, що зумовлено двоїстістю процесів зміцнення і знеміцнення [15]. З одного боку, присутність наповнювача призводить до зміни структури полімерної матриці в просторі між дисперсними частинками і переходу її в більш міцне плівкове стан, а також формуванню переплітаються

    просторового каркаса з частинок наповнювача і плівковою фази матриці. З іншого боку в результаті введення наповнювача відбувається разупрочнение композиту внаслідок виникнення дефектів, пов'язаних з недостатнім зволоженням його поверхні полімером, наявністю внутрішніх напружень, обумовлених відмінністю модулів пружності і коефіцієнтів лінійного термічного розширення матриці і наповнювача, а також виникненням пір внаслідок дефіциту сполучного. З огляду на, що з ростом сумарної питомої поверхні наповнювача розвиваються обидва процеси, існує оптимальне значення цієї величини, при якій міцність композиту буде максимальна [16]. Таким чином, характеристики композиційного матеріалу визначаються переважанням одного з протилежних процесів, інтенсивність яких залежить від ступеня наповнення, фракційного складу і морфології поверхні наповнювача.

    Ефективність використання наповнених синтетичних полімерів в якості захисних покриттів визначається не тільки властивостями полімерного композиту, але і його спільною роботою з підставою. Так, згідно з [17] підвищення міцності згинальних елементів з полімерним покриттям на величину зусилля, що сприймається покриттям, можливо тільки при його спільній роботі з бетоном. Незважаючи на високі механічні характеристики, не всі склади володіють достатньою адгезії і в'язкістю, що забезпечує необхідну глибину проникнення в структуру бетону, що не дозволяє ефективно сприймати навантаження спільно з основою і значно знижує можливість їх використання в якості захисних покриттів.

    В рамках проведеного експерименту проводилася оцінка зміни межі міцності при вигині бетонних зразків з полімерним покриттям, наповненими різними фракціями мікрокальціта. Бетонні балочки розміром 40 * 40 * 160 мм виготовлялися з дрібнозернистих цементних сумішей з П / Ц = 3, В / Ц = 0,6, що містять 0,5% МеШіх 100F від маси цементу. Розтягнута грань балочек посилювалася полімерним покриттям товщиною 3,5 мм.

    В якості сполучного використовувався низковязкую епоксидний двокомпонентний компаунд марки Етал-27НТ / 12НТ виробництва АТ «ЕНПЦ ЕПІТАЛ», до складу якого вводився мікромрамор 3 різних фракцій: МКМ1 (У ^ - велика фракція (0,5 ^ 1 мм); мкм2 (К2) - середня фракція (0,2 ^ 0,5 мм); мкм3 (У3) - дрібна фракція (менше 0,2 мм). Ступінь наповнення складу варіювалася від 40 до 80% від рівня граничного наповнення, який змінювався в залежності від використовуваної фракції наповнювача (див. табл. 1). Досліджувалися композити, одержувані з використанням як одного, так і двох фракції наповнювача, при забезпеченні умови У1 + У2 + У3 = 1. Ефективність застосування

    досліджуваних складів оцінювалася шляхом порівняння міцності при вигині і прогину посилених полімерними покриттями бетонних балочок з аналогічними характеристиками бетонних зразків без покриття.

    Таблиця 1

    Рівні варіювання змінних факторів

    На 100 мас. ч. епоксидного сполучного

    Масовий вміст наповнювачів,% від максимального наповнення Максимальний вміст наповнювачів в суміші, масс.ч.

    -1 0 +1 МКМ1 (Ц) мкм2 (72) мкм3 (73)

    40% 60% 80% 300 250 200

    Встановлено (див. Рис. 1), що нанесення ненаповнених полімерних покриттів на поверхню бетонних зразків призводить до підвищення їх міцності більш ніж в 2,2 рази (з 6,1 до 13,7 МПа). Межа міцності при вигині зразків з покриттями, що містять наповнювач, в залежності від фракційного складу мікромрамора і ступеня наповнення змінюється в межах від 8,6 до 11,5 МПа.

    16 -----

    бетон без 0 40 60 КО

    покриття Ступінь наповнення:%

    Вид наповнювача:

    |МКМ1 ІМКМ2 ІМКМЗ ІМКМ1 + мкм2 ІМКМ1 + МКМЗ |МКМ2. + МКМЗ

    Мал. 1. Межа міцності при вигині бетонних зразків з полімерним покриттям і без покриття в залежності від ступеня наповнення і фракційного складу мікромрамора.

    Нанесення ненаповнених покриттів на розтягнуту грань бетонних зразків призводить до підвищення прогину при вигині в 9 разів, а при використанні наповнених складів - в 1,2-2,5 рази (рис. 2). Різке зниження деформативності вже при 40% ступеня наповнення при введенні наповнювача, очевидно, відбувається внаслідок виникнення дефектів, пов'язаних з недостатнім зволоженням поверхні частинок мікромрамора, а також внутрішніх напружень, обумовлених відмінністю модулів пружності і коефіцієнтів лінійного термічного розширення матриці і наповнювача. Крім того, оскільки частинки мікромрамора при вигині практично не деформуються, подовження

    композиту в розтягнутій зоні забезпечується виключно полімерною матрицею, зміст якої знижується при введенні наповнювача. Так, згідно з [18], для забезпечення дворазового подовження зразка, що містить 50% наповнювача, полімерна матриця повинна деформуватися в 4 рази, що вдвічі більше необхідного подовження ненаполненного полімеру при однакових деформаціях зразків. При цьому порушення суцільності матриці, наявність пір і агрегатів з несмоченних частинок наповнювача сприяє руйнуванню композиту при менших деформаціях. Для балочек, посилених покриттями, наповненими бінарними комбінаціями наповнювачів МКМ1 + мкм2 і МКМ1 + мкм3 встановлено зниження прогину при ступеня наповнення 60% і його підвищення при максимальному вмісті мікромрамора. Для більшості складів найкращі значення отримані при ступеня наповнення 80%.

    Мал. 2. Зміна відносного прогину при вигині бетонних зразків з полімерним покриттям в залежності від ступеня наповнення і фракційного складу мікромрамора (в порівнянні з бетонними зразками без покриття).

    Оцінка впливу фракційного складу мікромрамора і ступеня наповнення на зміну міцності при вигині бетонних зразків-балочок з полімерним покриттям проводилася із застосуванням изолиний зміни відносного межі міцності при вигині по відношенню до бетону і трикутних діаграм Розебома-Гіббса (рис. 3, 4), побудованих на підставі полиномиальной залежності:

    Y = 1,59 • Vx + 1,60 • V2 + 1,66 • V3 - 0,39 • V1V2 - 0,93 • VXV3 - 0,36 • V2V3 + +0,14 • VxX + 0,09 • V2X + 0,10 • V3X - 0,03 • VxV2X - 0,30 • VxV3X - 0,09 • V2V3X + (1) +0,14 • VxX2 + 0,02 • V2X2 - 0,08 • V3X2 + 0,27 • VxV2X2 + 0,70 • VxV3X2 + 0,29 • V2V3X2.

    Згідно з отриманими даними, незалежно від комбінацій фракцій мікромрамора, найбільші значення міцності для більшості досліджуваних складів отримані при максимальному вмісті наповнювача. При цьому зміна характеристик з підвищенням вмісту мікромрамора відбувається не лінійно. З аналізу представлених изолиний видно (рис. 3, а, б), що при підвищенні ступеня наповнення з 40 до 50 ^ 60% для комбінацій наповнювачів МКМ1 + мкм2 і МКМ1 + мкм3 відбувається зниження міцності при вигині, яке потім компенсується підвищенням властивостей матриці в граничних шарах, що охоплює все більший обсяг з ростом вмісту наповнювача. Найбільший приріст міцності при вигині, що досягає 190%, зафіксований при використанні покриття, які мають мікромрамор великої фракції (МКМ1) при ступені наповнення 80% (рис. 3, а, б). Погіршення міцності з підвищенням частки дрібної (мкм3) або середньої (мкм2) фракцій мікромрамора при максимальному ступені наповнення (рис. 4, в), очевидно пов'язано з підвищенням загальної площі поверхні введеного наповнювача вище оптимального значення, що призводить до дефіциту пов'язує і появу пір , що є концентраторами напружень. Найменші значення приросту межі міцності при вигині, що не перевищують 140%, отримані для зразків з покриттям, що містить мікромрамор МКМ1 і мкм3 в рівному співвідношенні і ступенем наповнення близько 55%.

    Мал. 3. Ізолінії зміни відносного межі міцності при вигині бетонних зразків з полімерним покриттям в залежності від ступеня наповнення і співвідношення фракцій мікромрамора: а) МКМ1 + мкм2; б) МКМ1 + мкм3; в) мкм2 + мкм3.

    1,00

    .0,00

    0,00 VI

    0,25

    0,50

    0,75

    1,00 V2

    0,00 V1

    0,25 0,50 0,75

    1,00 V2

    0,00 V1

    0,25

    0,50

    0,75

    1,00 V2

    а)

    б)

    в)

    Мал. 4. Трикутні діаграми Розебома-Гіббса зміни відносного межі міцності при вигині бетонних зразків з наповненими полімерним покриттям (по відношенню до бетонних зразків без покриття) при ступені наповнення: а) 40%; б) 60%; в) 80%.

    Висновки. На підставі отриманих результатів виявлено, що нанесення ненаповнених покриттів на розтягнуту грань бетонних зразків дозволяє підвищити їх міцність при вигині в 2,2 рази, а їх максимальний прогин в 9 разів. Введення мікромрамора призводить до зниження приросту міцності при вигині, який для наповнених складів знаходиться в діапазоні 1,4-1,9 в залежності від фракційного складу і ступеня наповнення. При цьому приріст максимального прогину зразків, посилених покриттями, що містять мікромрамор, становить 1,2-2,5 раз. Найбільші значення приросту міцності зразків з наповненими покриттями отримані для складів, що містять мікромрамор великої фракції (МКМ1) при ступені наповнення 80%. Таким чином, навіть при використанні високонаповнених покриттів можливе підвищення міцності бетонних зразків в 1,9 раз, що незначно нижче міцності зразків з ненаполненного покриттями при істотному зниженні витрат сполучного і, як наслідок, вартості композиту.

    ЛІТЕРАТУРА

    1. селян В. П., Нізіна Т. А., Уткіна В. Н. Хімічний опір і довговічність будівельних матеріалів, виробів, конструкцій: навч. посібник. -Саранск: Изд-во мордою. ун-ту, 2003. - 48 с.

    2. Bassi R., Roy S. K. Handbook of Coatings for Concrete. - [Latheronwheel]: Whittles Publishing, 2002. - 253 p.

    3. Степанова В. Ф., Фалікман В. Р. Сучасні проблеми забезпечення довговічності залізобетонних конструкцій // Вісник НДЦ Будівництва. - 2014. - № 9. - С. 87-98.

    4. Нізіна Т.А. Захисно-декоративні покриття на основі епоксидних і акрилових єднальних: монографія. - Саранськ: Вид-во мордою. ун-ту, 2007. - 260 с.

    5. Соломатов В. І., Бобришев А. Н., Хіммлер К. Г. Полімерні композиційні матеріали в будівництві: монографія / за ред. В. І. Соломатова. - М .: Стройиздат, 1988. - 312 с.

    6. Полімерні покриття для бетонних і залізобетонних конструкцій / В. П. селян, Ю. М. Баженов, Ю. А. Соколова, В. В. Циганов, Т. А. Нізіна. -Саранск: СВМО, 2010. - 224 с.

    7. Frank N. J., Nichols M. E., Socrates P. P. Organic Coatings: Science and Technology. -Hoboken: John Wiley & Sons Inc., 2017. - 512 p.

    8. селян В. П., Циганов В. В. Працездатність зігнутих елементів з полімерним покриттям в умовах спільної дії навантажень і агресивних середовищ // Укр. Волгоград. держ. архітектур.-буд. ун-ту. Сер .: Будівництво та архітектура. - 2014. - Вип. 37. - С. 87-92.

    9. Посилення залізобетонних конструкцій із застосуванням полімерних композитів / Д. В. Курлапов, А. С. Куваєв, А. В. Родіонов, Р. М. Валєєв // Інженер.-буд. журн. - 2009. - № 3. - C. 22-24.

    10. Пахаренко В. А., Пахаренко В. В., Яковлева Р. А. Пластмас у будівництві. СПб .: Наук. основи і технології, 2010. - 350 с.

    11. Rothon R. (Ed.) Fillers for Polymer Applications. - Switzerland: Springer International Publishing, 2017. - 486 p.

    12. Наповнювачі для модифікації сучасних полімерних композиційних матеріалів / А. С. Колосова, М. К. Сокольская, І. А. Віткалова, А. С. Торлова, Е. С. Пікалов // фундю. дослідні. - 2017. - № 10-3. - С. 459-465.

    13. Функціональні наповнювачі для пластмас / під ред. М. Ксантоса; пер. з англ. під ред. В. Н. Кулезнева. - СПб .: Наук. основи і технології, 2010. - 462 с.

    14. Wypych G. Handbook of fillers. - 4th ed. - Toronto: ChemTec Publishing, 2016. -922 p.

    15. Синергетика дісперснонаполненних композитів / А. Н. Бобришев, В. Н. Козомазов, Р. І. Авдєєв, В. І. Соломатов. - М .: ЦКТ, 1999. - 252 с.

    16. Деякі аспекти посилення полімерних композитів / А. В. Лахно, А. Н. Бобришев, П. А. Зубарев, В. О. Петренко, Е. В. Новіков // Міжнар. техн.-екон. журн. - 2012. - № 5. - С. 100-105.

    17. Соломатов В. І., селян В. П., Соколова Ю. А. Хімічний опір матеріалів. - 2-е изд., Перераб. і доп. - М., 2001. - 284 с.

    18. Панова Л. Г. Наповнювачі для полімерних композиційних матеріалів: навч. посібник. - Саратов: Сарат. держ. техн. ун-т, 2002. - 72 с.


    Ключові слова: БЕТОННІ ПІДСТАВИ / мікрокальціт / ПОЛІМЕРНІ ПОКРИТТЯ / МЕЖА МІЦНОСТІ ПРИ ВИГИНІ / прогин / РІВЕНЬ НАПОВНЕННЯ / ЕПОКСИДНИЙ КОМПОЗИТ / POLYMER COATINGS / EPOXY COMPOSITE / CONCRETE BASES / MICROCALCITE / DEGREE OF FILLING / BENDING STRENGTH / DEFLECTION

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити