Прогнозирование трещиностойкости бетона на основе метода конечных элементов (стр. 12 )

канд. техн. наук, доцент

Казанский государственный архитектурно-строительный университет

НАПОЛНЕНИЕ ПЛАСТИФИЦИРОВАННЫХ ПВХ-КОМПОЗИЦИЙ БИТУМСОДЕРЖАЩИМИ ИЗВЕСТНЯКАМИ

Наряду с бетоном, деревом, черными и цветными металлами в современной строительной индустрии широкое применение находят различные полимерные материалы [1]. Среди всех полимеров поливинилхлорид – один из самых распространенных. Широкое использование ПВХ в народном хозяйстве обусловлено возможностью получения из него изделий всеми известными способами и широкой номенклатурой, а также уникальной способностью к модификации свойств за счет введения специальных добавок. Изучение возможности использования битумсодержащих пород в качестве полифункциональных наполнителей являлось целью ряда экспериментальных научных работ по улучшению свойств поливинилхлоридных изделий строительного назначения, в которых была теоретически обоснована возможность и экспериментально установлена эффективность использования в составе пластифицированных и жестких ПВХ-композиций битумсодержащих песчаников и известняков, в частности, в области оптимальных количеств наполнимасс. ч.) выявлено возрастание термостабильности пластифицированных ПВХ-композиций в 2,5-3 раза, снижение водопоглощения на 10-20 % и вязкости расплава жестких композиций на 20-30% [2, 3].

В предыдущих работах было установлено, что технологические свойства ПВХ-композиций при наполнении неоднозначно зависят от минерального состава породы, ее битумонасыщенности и фракционного состава битума. В присутствии песчаников наблюдается более сложная экстремальная зависимость вязкости расплава, чем в известняках. Это объясняется образованием на поверхности песчаников менее однородного и менее равномерного адсорбционного слоя битума, и наличием на поверхности песчаников радикальных частиц, возникающих при помоле, которые усугубляют взаимодействие между компонентами системы. Это подтверждается проведенными исследованиями релаксационных свойств методом импульсного ЯМР [4, 5].

Продолжение работы связано с изучением расширенного спектра битумсодержащих известняков для выявления общих закономерностей в зависимостях свойств ПВХ-композиций от битумосодержания, в частности, для дальнейшего изучения таких технологических параметров, как эффективная вязкость.

Объектом исследования были битумсодержащие известняки Больше-Каменского месторождения. Изучены некоторые их физико-химические характеристики ( табл.1).

Таблица 1.

Физико-химические характеристики битумсодержащих известняков

Больше-Каменского месторождения

Показатели	И-0	И-2,34	И-4,92	И-9,09
Битумосодержание по массе %	0	2,34	4,92	9,09
Карбонатность, %	50,61	46,05	40,3	34,13
Плотность минерала	2,79	2,84	2,83	2,74
Открытая пористость, %	6,64	13,14	17,10	23,87
Средняя величина удельной поверхности, см3/г	25500	28100	36700	25700
Распределение по основным фракциям, мкм (количество в %)	1…5 (27%) 5…10 (18,7%) 10…20 (26,33%)	1…5 (30%) 5…10 (16,65%) 10…20 (17,46%)	<1 (18,92%) 1…5 (31,71%) 5…10 (19,56%) 10…20 (16,38%)	1…5 (25,74%) 5…10 (13,99%) 10…20 (19,52%)

Из данных гранулометрического состава, который определялся на дифракционном микроанализаторе частиц “Анализетте 22”, расчетным методом были получены удельные поверхности образцов, при допущении их сферической формы, с учетом объемной доли битумной компоненты и плотности по уравнению Dа = 6/[Sa · r]. Помол пород в пружинной мельнице осуществлялся при равных временных, скоростных и весовых условиях. При помоле породы с битумонасыщенностью более 4÷5%, величина удельной поверхности падает. Это объясняется тем, что чем выше битумонасыщенность, тем сложнее получить тонкомолотый порошок, так как механическое воздействие, к примеру, пружинной мельницы, ослабляется – масла, смолы, содержащиеся в битуме, снижают трение между частицами и поверхностью помольного механизма. Например, породу с содержанием битума 12% размолоть не удалось.

Изучение влияния дисперсности битумсодержащих пород на свойства жёсткого ПВХ показало, что помол влияет не только на величину удельной поверхности частиц, но и на битумсодержание, Изменение эксплуатационных и реологических свойств при введении БСП разной удельной поверхности коррелирует с изменением битумсодержания при малых количествах наполнителя (до 5 масс. ч.), а при увеличении содержания наполнителя изменение свойств, в первую очередь, зависит от степени дисперсности. Поэтому в соответствии с определенным ранее оптимальным временем помола, все пробы были предварительно высушены и измельчены на пружинной мельнице в течение 3 мин. Наполнение ПВХ-композиций проводилось количествах от 1 до 20 масс. ч породы. Определяли зависимость стандартных показателей (термостабильность, показатель текучести расплава, прочность при растяжении, относительное удлинение, водопоглощение) от битумосодержания. В табл.2 приведены данные по этим показателям при наполнении ПВХ-композиций 10 масс. ч. битумсодержащих известняков, так как именно это соотношение наполнителя дает наиболее значительный эффект по сравнению с другими количествами наполнителя.

Таблица 2

Свойства ПВХ-композици,

наполненных 10 масс. ч. битумсодержащих известняков

Показатели	И-0	И-2,34	И-4,92	И-9,09
Термостабильность, мин	17	11	29	57
Показатель текучести расплава, г/10 мин	1,07	1,51	1,77	1,2
Прочность при растяжении, МПа	17	14	17	19
Относительное удлинение, %	160	110	100	120
Водопоглощение, %	0,63	0,28	0,47	0,57

Анализ результатов табл.1 и 2 дает возможность выявить корреляцию физико-химических характеристик битумсодержащих пород со свойствами образцов ПВХ-композиций.

В первую очередь, это зависимость термостабильности от битумонасыщенности породы: с увеличением битумонасыщенности время термостабильности возрастает. В образце ПВХ в присутствии И-0 стабилизирующее действие обусловлено повышенной карбонатностью породы.

Несмотря на то, что открытая пористость породы с большим битумосодержанием (И-9,09), выше почти в 4 раза, чем у “безбитумной” породы (И-0), водопоглощение образцов ПВХ с этим наполнителем даже при такой пористости остается более низким, так как присутствие гидрофобного битума нивелирует негативное действие поверхности частиц наполнителя.

Показатель текучести расплава, характеризующий вязкость, зависит от дисперсности, или величины удельной поверхности: чем выше дисперсность наполнителя, тем ниже вязкость расплавов (соответственно, выше ПТР). Вязкость во всех случаях в ПВХ-композициях в присутствии битумсодержащего известняка остается выше, чем исходного известняка, не содержащего битумную компоненту.

Дисперсные наполнители различаются по своей активности (определяемой величиной поверхностного натяжения), форме частиц, распределению их по размерам, характером упаковки и т. д. Характерно усиление взаимодействия полимера с наполнителем по мере увеличения степени дисперсности наполнителя, но до определенного предела, для ПВХ оптимальными фракциями минерального дисперсного наполнителя в большинстве случаев является фракция 5…10 [6]. В работе [7] описано поведение битума на поверхности дисперсных наполнителей в виде тонкой пленки, наблюдается структурирование системы битум-наполнитель, за счет наиболее реакционноспособных компонентов битума (асфальтенов), которые при повышенных температурах находятся в виде ассоциатов. Поэтому можно сделать вывод о том, что на повышение деформационно-прочностных характеристик ПВХ-композиций оказывает положительное влияние как содержание наполнителя фракции 5..10 в породе, так и увеличение количества битумной компоненты (как в образце породы И-9,09).

СПИСОК литературЫ

1.  Кейдия свойств полимеров, применяемых в строительстве в качестве конструкционных и декоративных отделочных материалов (обзор) / , , // Пластические массы.- 1995.- № 5.- С.40-41.

2.  Абдрахманова химико-минералогического состава наполнителей на структуру и свойства пластифицированного ПВХ / , , //Сб. статей Всероссийской конференции “Структура и динамика молекулярных систем”, Йошкар-Ола, 2002.- С.4.

3.  Абдрахманова структуры битумсодержащих наполнителей на свойства ПВХ /, , //Материалы Всероссийской Каргинской конференции “Полимеры-2004”, Москва, 2004, С.294-295.

4.  Низамов -химические основы модификации ПВХ-композиций битумсодержащими известняками/ , , // Изв. вузов. Строительство, 2004. №2. С.45-48.

5.  Абдрахманова особенностей пористой структуры наполнителей на свойства поливинилхлоридных композиций / , , // Сб. трудов Всероссийской конференции “Структура и динамика молекулярных систем”, Йошкар-Ола, 2004.- С.3.

6.  Симонов-Емельянов размера частиц наполнителя на некоторые характеристики / -Емельянов, , // Пластические массы.- 1989.- № 5.- С.61-64.