ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ФУРФУРОЛАЦЕТОНОВОЙ СМОЛЫ В УСЛОВИЯХ АГРЕССИИ ТРАВИЛЬНЫХ РАСТВОРОВ

(ЛГТУ, г. Липецк, РФ)

The paper describes a method of prediction of the durability of furan composites which structures of the reconstruction work involving building structures of the ething department.

Для исследования механизма процессов коррозии бетона опор и фундаментов травильного агрегата под действием травильного раствора был произведен отбор образцов – продуктов коррозии. Под действием травильного раствора, у которого наиболее агрессивной составляющей является серная кислота, в бетоне происходят следующие процессы.

Сульфатные ионы SO4-2 образуют с ионами Са+2 двуводный гипс CaSO4×2H2O, который реагирует с высокоосновными аллюминатами с образованием гидросульфоалюминатов кальция 3Ca×Al2O3×3CaSO4×(30¸32)H2O. Отличительной особенностью этих новообразований является увеличение их объема по сравнению с объёмом вступающих в реакцию исходных материалов. Это является одной из причин физического разрушения бетона. Кроме того, наличие в агрессивной среде, соприкасающейся с бетоном, сульфатов натрия, кальция, магния и ионов SO4-2 вызывает повышенную растворимость составных частей цементного камня и целый ряд обменных реакций, приводящих к выщелачиванию бетона.

Одной из главных задач, которые надо решить при реконструкции пола, опор под ванны и центрального приямка травильного агрегата является задача подбора материала для составов защитного покрытия. Конструктивно защитное покрытие состоит из двух слоев: подстилающего и защитного.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

На кафедре строительных материалов Липецкого государственного технического университета было установлено, что наиболее эффективно отвечают этой задаче полимерные составы на основе фурфуролацетонового мономера (ФАМ).

Для устройства подстилающего слоя был разработан состав мелкозернистого бетона на основе ФАМ, основные характеристики которого приведены в табл. 1. Подстилающий слой служит для выполнения следующих функций:

·  для связи существующего основания с полимербетонным покрытием;

·  для выравнивания основания под устройство полимерного защитного покрытия;

·  для защиты от утечки травильного раствора при нарушении герметичности травильной ванны.

Таблица 1

Физико-механические свойства мелко зернистого полимербетона на основе ФАМ

№ п/п

Наименование показателя

Величина показателя

1

Плотность

кг/м3

2

Прочность на сжатие

70-90 Мпа

3

Прочность на растяжение

5-7 Мпа

4

Модуль упругости при сжатии

МПа

5

Термостойкость по Мартенсу

Не более 120-140 0С

6

Линейная усадка

0.05-0.1 %

7

Водопоглощение

0.1-0.5 %

Для устройства защитного слоя был получен полимерраствор на основе (ФАМ). В его состав вошли следующие компоненты:

1.  Смола ФАМ

2.  Бензолсульфокислота

3.  Песок кварцевый

4.  Кварцевая мука

5.  Графитовая мука

Одним из путей практической реализации результатов исследований фурфуролацетоновых композиционных материалов явился метод прогнозирования долговечности. Он основан на следующих принципиальных положениях технологии приготовления полимербетонов:

·  раздельное приготовление полимерного связующего и полимербетонной смеси;

·  взаимозависимость структурных факторов различных уровней полиструктуры материала;

·  приверженность кинетической теории разрушения твердых тел, как наиболее точнее отражающей природу и характер полимерных композиционных материалов.

Данный метод обеспечивает определение срока службы фурфуролацетоновых композиционных материалов при различных режимах эксплуатации. Далее приводится полная схема разработанного метода прогнозирования долговечности фурфуролацетонового композиционного материала, который реализуется в четыре этапа.

Этап 1. Проведение кратковременных испытаний фурфуролацетонового композиционного материала. Подбирается состав полимерного композита. При этом изготавливаются образцы-восьмерки длиной 160 мм при сечении шейки 20´40 мм. Испытание образцов кратковременным нагружением на растяжение проводятся с помощью специальных зажимов, обеспечивающих быструю установку образца на загружение. Предварительно образцы помещаются либо в термостаты для нагрева до соответствующей температуры испытания, либо в холодильную камеру для охлаждения. После чего они устанавливаются на испытательную машину и испытываются в течение 2…3 минут до разрушения. Испытания проводятся при температурах: -20, 0, 20, 40, 60, .

Этап 2. Составление матриц характеристик материала при кратковременных испытаниях с применением кусочно-линейного метода. Исходная матрица напряжений представляется в следующем виде:

(1)

В результате ее дифференцирования согласно формулам: и получаются матрицы модуля упругости и коэффициента термического напряжения. Коэффициент линейного расширения получается из соотношения .

Этап 3. Установление величины эксплуатационных факторов – длительного напряжения, под которым будет происходить эксплуатация изделия и температура. Экспериментальные исследования при разработке метода проводились в нормальных атмосферных условиях. Пределы изменения длительного напряжения составляют - , а температуры .

Этап 4. Определение долговечности полимерного образца. При прогнозировании по данному методу прогнозируемая величина долговечности фурфуролацетонового композита определяется по следующему уравнению:

(2)

Для вычисления сроков службы фурфуролацетонового композиционного материала необходимо в (2) подставить следующие исходные данные: , , , , , , , и определить долговечность фурфуролацетонового композиционного материала при данных эксплуатационных условиях (среда агрессии, величина нагрузки, температура, деформативность и т. д.).

Предлагаемый метод прогнозирования долговечности в зависимости от температуры и прикладываемого напряжения применен при разработке мероприятий по проектированию защиты конструкций травильного отделения ЛПЦ полимерными составами на основе фурфуролацетонового композита и для обоснования срока службы строительных конструкций, защищенных этими составами.