Прогнозирование трещиностойкости бетона на основе метода конечных элементов (стр. 20 )

Для выявления механизма разрушения и оценки вклада фотодеструкции в процесс механодеструкции битумной кровли после 108 часов облучения проводили длительные механические испытания исследуемых материалов при одноосном растяжении и срезе при температуре +18 0С. Экспериментальные результаты в координатах lgτ-σ при комнатной температуре показаны на рисунке 2. Из рисунка видно, что 108 часов облучения не

влияет на долговечность стеклобита, снижает ее у бикроста и по-разному проявляется у стекломаста – ниже напряжения 1,75 МПа долговечность падает, а выше – растет. Последнее, по-видимому, связано с комбинацией процессов фото - и механодеструкции в данном кровельном материале.

Для бикроста при одноосном растяжении получены зависимости lgτ-σ при вариации заданных постоянных температур, (рисунок 3,а). Эти зависимости представляют собой семейство веерообразных прямых, описываемых уравнением

(1)

где - время до разрушения (долговечность); - физические константы материала: - период колебания кинетических единиц, - максимальная энергия активации разрушения, - структурно-механическая константа, -предельная температура существования твердого тела; - напряжение; - температура; - универсальная газовая постоянная.

При определении констант графоаналитическим способом зависимости lgτ-σ перестроили в координаты lgτ-103/Т (рисунок 3, б). Из последних зависимостей по программе «Коnstanta» [2] в координатах U-σ (рисунок 4) определили величины максимальной энергии активации U0 и структурно-механической константы γ.

На рисунке 4 также нанесли прямую U-σ для исходного бикроста. Величины всех констант для бикроста представлены в таблице 1.

Таблица 1

Значения физических констант бикроста до и после облучения.

Время облучения, ч	U0, кДж/моль	g, кДж/ (моль×МПа)	Тm, К	τm, с	sm=U0/γ, МПа
0	195	35	368	10-1,2	5,57
108	270	57	339	10-0,7	4,74

Из таблицы видно, что после облучения величины U0 и γ существенно возрастают. Это указывает на изменение кинетики механохимической деструкции, приводящей к разрушению физической структуры. В результате на 30 0С снижается предельная температура размягчения (Тm) и увеличивается период колебаний кинетических единиц за счет укрупнения последних (образования ассоциатов), что ранее наблюдалось для термопластов [3,4].

Величина предельной прочности σm (таблица 1) после облучения бикроста падает на 15 %.

СПИСОК литературЫ

1.  Ярцев работоспособности полимерных материалов в деталях и конструкциях зданий и сооружений / // Учебное пособие (рекомендовано УМО в области строительства) – Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2001 – 149 с.

2.  Санников метод определения термофлуктуационных констант механической долговечности твердых тел / , , // Математические методы в технике и технологиях: Сб. трудов XV Международ. науч. конф./ Тамбов: Изд-во ТГТУ, 2002. – Т.8- С.39-41.

3.  Ярцев химически активных сред на физические константы термопластов, определяющие их сопротивление механическому разрушению / , // Доклады АН СССР. – М., 1978.-Т.240.- №6- С.1394-1397.

4.  Ярцев УФ-облучения на прочностные свойства термопластов./ // Пластические массы. М., 1986. - №12. – С.16-17.

УДК 621.763

, д-р техн. наук, профессор, , канд. техн. наук, , аспирант

Тамбовский государственный технический университет

Термоактивационные закономерности разрушения высоконаполненных эпоксидревесных композитов

Основным способом повышения долговечности эпоксидных полимеров является введение твердых физически активных наполнителей [1]. Прочностные и деформационные характеристики, определяющие долговечность эпоксидных композиционных материалов, зависят от свойств эпоксидной смолы и количества отвердителя, физической и химической структуры наполнителей, степени наполнения, соотношения и дисперсности наполнителей. При этом термофлуктуационный подход к разрушению и деформированию композиционных материалов [1] позволяет выявить механизм взаимодействия наполнителей и смолы.

В работе были проведены длительные механические испытания высоконаполненных эпоксидревесных композитов с разным соотношением наполнителей при содержании связующего 40 масс. ч. и наполнимасс. ч. Для снижения вязкости эпоксидную смолу ЭД-20 разогревали до 50-600С, затем в неё вводили отвердитель (полиэтиленполиамин) и пластификатор МСЭ-1. Полученное связующее тщательно перемешивали и добавляли в него смесь опилок с асбофрикционными отходами (АФО). Приготовленную массу укладывали в металлические формы и прессовали в течение суток при комнатной температуре. Затем для ускорения процесса твердения композита производили термообработку при температуре 800С в течение 2 часов. Испытания проводили при длительном поперечном изгибе в режиме заданных постоянных напряжений и температур, фиксируя время до разрушения (долговечность). Результаты испытаний представлены на рисунке 1.

Как видно из рисунка 1а, зависимости времени до разрушения от напряжения и температуры для композита, наполненного АФО и древесными опилками в соотношении 1:1 представляют собой семейства веерообразных прямых и описываются уравнением (1) [1]. При уменьшении содержания древесного наполнителя зависимость (рис. 1б) принимает сложный характер: при малых напряжениях линии сходятся в «прямой пучок», а при больших образуют параллели, которые описываются уравнением (2) [1].

(1),

(2)

где tm, t*, U0, g и Tm – физические константы материала: tm – минимальная долговечность (период колебания кинетических единиц – атомов, групп атомов, сегментов), с; U0 – максимальная энергия активации, кДж/моль; g – структурно-механическая константа, кДж/(моль´МПа); b – структурно-механический коэффициент, 1/МПа; Tm – предельная температура существования твёрдого тела, К; R – универсальная газовая постоянная, кДж/(моль´К); t – время до разрушения (долговечность), с; s – напряжение, МПа; T – температура, К.

Такое поведение материала связано с его сложной структурой. Композит с соотношением АФО:Д=1:1 во всем исследованном диапазоне напряжений и композит с АФО:Д=2:1 при малых напряжениях работает как монолит со стабильной структурой, и процесс разрушения определяется древесным наполнителем. При больших напряжениях увеличение количества АФО приводит к появлению дополнительных связей [1], что и приводит к параллельности прямых.

Значения физических и эмпирических констант, входящих в уравнения (1) и (2) представлены в таблице 1. Для сравнения там же приводятся значения констант для композитов на основе эпоксидной смолы и АФО [2] и древесно-стружечных плит [3].

Таблица 1

Значения физических и эмпирических констант при поперечном изгибе

Материал	Физические и эмпирические константы
tm (t*), c	Tm, K	U0 (U), кДж/ моль	g, кДж/ (МПа´ моль)	b, 1/МПа
ЭД-20 + АФО + Опилки (1:1)	10-1,1	368	456	78,8	-
ЭД-20 + АФО + Опилки (2:1)	101,9	344	530	44,9	-
10-38	-	383	-	2,3
ЭД-20 [2]	10-6.4	392	402	5,3	-
ЭД-20 + АФО [2]	8% АФО	10-5.1	408	394	12,8	-
21% АФО	10-5.7	415	420	9,4	-
ДСП [3]	650 кг/м3 Разнород. стружка высокой дисп.	10-3	571	194	12,8	-
700 кг/м3 Однород. стружка высокой дисп.	10-2,9	540	213	11,3	-
850 кг/м3 Разнород. стружка (включая обзол) высокой дисп.	10-2	454	255	21,6	-

Как видно из таблицы 1, введение в смолу большого количества наполнителей приводит к увеличению tm, что связано с ростом размера кинетических единиц композита. Предельная температура Tm эпоксидревесных композитов и наполненных только АФО соответствует температуре размягчения эпоксидной смолы, а для древесно-стружечных плит – температуре разложения фенолоформальдегидной смолы.