.

Склади на основі цементу, КВС та високоякісних смол для герметизації і лікування тріщин і швів: Автореф. дис… канд. техн. наук / С.В. Мірошніченко,

Язык: украинский
Формат: реферат
Тип документа: Word Doc
0 2460
Скачать документ

ХАРКІВСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ
ЗАЛІЗНИЧНОГО ТРАНСПОРТУ

Мірошніченко Сергій Валерійович

УДК 691.54: 678.078.2

Склади на основі цементу, КВС та високоякісних смол
для герметизації і лікування тріщин і швів

05.23.05 – будівельні матеріали і вироби

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук

Харків – 1999

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі будівельних матеріалів, конструкцій та споруд Харківської державної академії залізничного транспорту Міністерства транспорту України.

Науковий керівник:
доктор хімічних наук, професор
Плугін Аркадій Миколайович,
Харківська державна академія залізничного транспорту, завідуючий кафедрою будівельних матеріалів, конструкцій та споруд.
Офіційні опоненти:
доктор технічних наук, професор Пустовойтов Володимир Павлович,
Харківська державна академія міського господарства, завідуючий кафедрою будівельної механіки;
кандидат технічних наук Спірін Юрій Олександрович,
Український науково-дослідний інститут вогнетривів, завідуючий лабораторією технології магнезіальних вогнетривів,
хіміко-аналітичних і структурно-фазових досліджень.

Провідна установа: Донбаська державна академія будівництва і архітектури (м. Макіївка).

Захист дисертації відбудеться 14 травня 1999 року о 1300 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.820.02 Харківської державної академії залізничного транспорту за адресою: 310050, м. Харків, майдан Фейєрбаха, 7

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Харківської державної академії залізничного транспорту за адресою: 310050, м. Харків, майдан Фейєрбаха, 7.

Автореферат розісланий 14 квітня 1999 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,
кандидат технічних наук, доцент Є.М.Єрмак

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність роботи. Особливе значення для довговічності експлуатованих залізобетонних і бетонних збірних конструкцій, в тому числі залізничних інженерних споруд, має надійна ізоляція від проникнення води всередину споруди крізь шви в стиках, тріщини в самій конструкції, а у випадку підземних споруд – крізь тріщини гірських порід. В зв’язку з цим слід виділяти основні ділянки герметизації в таких спорудах:
– шви між збірними елементами конструкцій;
– тріщини в залізобетонних конструкціях;
– тріщини в гірських породах, що оточують конструкції;
– порожнини в заобробному просторі тунельних та інших підземних споруд.
Згідно з призначенням споруд забиття і заповнення означених дільниць передвизначена:
– для герметизації від проникнення води крізь шви і стики в збірних конструкціях;
– для ліквідації силових тріщин;
– для зміцнення навколишніх гірських порід;
– для заповнення порожнин в заобробному просторі.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Основні дослідження теоретичного і прикладного характеру були здійснені в рамках держбюджетної теми НДР “Розвиток теоретичних основ довговічності штучних споруд на залізничному транспорті”.
Метою дисертації, направленої на рішення означеної проблеми, є створення дешевих надійних герметизуючих складів для стиків залізобетонних збірних конструкцій і обводнених залізничних тунелів.
Задачі дослідження:
1. Розробка нових методик дослідження адгезійних і реологічних характеристик для лабораторних і польових умов.
2. Розвиток уявлень про механізми тріщиноутворення в герметизуючих складах, взаємодій між компонентами цих складів, проникної здатності цементно-водних суспензій в тріщини гірських порід.
3. Дослідження структури і властивостей кам’яновугільної смоли і композицій на її основі.
4. Розробка герметизуючих складів для стиків залізобетонних конструкцій і обводнених тунелів.
5. Відпрацювання технологій і розробка технологічних регламентів для герметизації стиків і тампонажу тріщин в гірських породах за обробкою тунелю.
Наукову новизну роботи складають:
– методики дослідження: – в’язкості полімерних і полімеркомпозиційних матеріалів в широкому діапазоні їх величин; – адгезійної міцності для лабораторних і польових досліджень; – оцінки довговічності герметизуючих складів, в тому числі на макеті стику, за комплексним впливом руйнуючих чинників;
– герметизуючі склади ГС-1 на основі КВС-ПВХ для деформованих стиків збірних залізобетонних конструкцій;
– суперпластифікована цементно-водна суспензія СПЦВС і технологічні регламенти тампонування тріщинуватих обводнених гірських порід з використанням СПЦВС;
– розвинуті уявлення: – про механізм тріщиноутворення в герметизуючому складі у стику; – про проникну здатність цементно-водних складів, що тампонуються в тріщини гірських порід; – про механізм взаємодії між КВС, ПВХ і наповнювачем; – про міцність цементно-водних систем;
– дані про міцносні, адгезійні і реологічні характеристики КВС і композицій на основі КВС;
– електронно-мікроскопічні дослідження структури КВС та ІЧ-спектроскопічні дослідження взаємодій в системі КВС-ПВХ.
Практичне значення отриманих результатів.
– розроблені рекомендації по виготовленню і застосуванню герметизуючого складу ГС-1 для прогонових споруд мостів з безбаласною їздою;
– відпрацьовані технологічні режими для нагнітання і тампонування суперпластифікованой ЦВС в тріщини гірських порід, стики і шви обробки тунелю;
– розроблені виробничі герметизуючі склади для стиків збірних залізобетонних конструкцій;
– відпрацьована технологія і здійснене впровадження комплексної гідроізоляції обводненого тунелю на перегоні Явора – Турка Львівської залізниці;
– результати досліджень включені в план капітального ремонту тунелю на перегоні Явора – Турка та інших обводнених тунелів Львівської залізниці;
– розроблені герметизуючі склади і комплексна технологія гідроізоляції обводнених тунелів рекомендовані V комісією ОСЗ по колії і штучним спорудам для впровадження на обводнених залізничних тунелях країн – членів ОСЗ;
– впровадження результатів розробки дозволяє забезпечити безпеку руху поїздів і надійну несучу здатність обводнених тунелів.
Особистий вклад аспіранта. Всі основні результати дисертаційної роботи отримані автором самостійно. В спільно розробленій (у співавторстві з С. І. Возненко) методиці кількісного визначення в’язкості (для лабораторних і польових досліджень) за допомогою пенетрометра автором виконані експериментальні дослідження з кореляції даних з в’язкості, отриманих за допомогою пенетрометра, з даними отриманих за допомогою приладу Ребіндера-Вейлера, а також вивід математичного рівняння залежності динамічної в’язкості від глибини і швидкості занурення голки пенетрометра.
В опублікованих у співавторстві робіт автором виконано: – досліджений механізм течії дисперсних систем в щілинних тонких капілярах; – виведене основне рівняння проникної здатності цементно-водних систем; – виведене рівняння стаціонарного потоку води через приймальний патрубок; – виконані натурні експеріментальні дослідження.
Апробації результатів дисертації. Основні результати роботи і матеріали досліджень доповідалися і обговорювалися на:
1. Нараді експертів V комісії з колії і штучних споруд Міжнародної організації співробітництва залізниць, Казахстан, Алмати, 16-20 червня 1997р.
2. Конференції з технічної хімії. Харків, жовтень, 1997р.
3. VI науковій школі країн СНД “Вибротехнология-96”, Одеса, 9-14 вересня 1995 р.
4. Науково-технічних конференціях кафедр академії і фахівців залізничного транспорту, 1995-1998 р.
Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи зроблені 4 публікації, що входять в перелік ВАК (2 – в збірнику наукових праць, 2 навчальних посібника) і тези доповідей.
Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, 6 розділів, основних висновків, списку літератури з 149 найменувань на 12 сторінках. Робота складає 132 сторінки основного тексту.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обгрунтована актуальність роботи, сформульовані мета і задачі дослідження, наведені основні наукові результати, отримані автором, показане їх практичне значення і галузі реалізації.
В розділі 1 викладається стан питання і досвід герметизації штучних споруд, а також наведений аналіз матеріалів, що використовуються для цього.
Найбільш розповсюдженим способом герметизації обводнених тунелів та інших подібних підземних споруд є нагнітання за обробку цементних складів і тампонування тріщинуватих гірських порід. Головні вимоги, що предявляються до цих складів, – висока ступінь заповнення порожнин, ущільнення і зміцнення гірських порід, гідроізоляція і підвищення несучої здатності конструкції. Однак існуючі матеріали і способи герметизації обводнених підземних споруд не дають необхідного ефекту із-за розшарування цементних розчинів і суспензій при нагнітанні, їх неоднорідності і невисокої адгезії до стінок тріщин. Такі цементні склади не виключають повністю зворотне фільтрування через затампоновану породу і не забезпечують довговічність гідроізоляції. Усунути ці недоліки можна на основі уявлень про процеси тампонажу з позицій фізико-хімічної механіки дисперсних систем шляхом управління реологічними характеристиками складів, зокрема в’язкістю і проникною здатністю.
Найбільш ефективними для герметизації є еластичні матеріали. Однак, із-за їх високої вартості і відсутності в Україні в теперішній час їх широке застосування не є можливим. Із-за швидкого старіння не є можливим також широке застосування бітумних матеріалів. Запропоновано замість еластичних матеріалів використовувать пластоеластичні, зроблені на основі вітчизняної сировини.
У відповідності з роботами Золотарьова, Братчуна, та ін., пластоеластичні герметики можна створити на основі дешевої кам’яновугільної смоли (КВС), яку можна модифікувати високоякісними синтетичними полімерами – епоксидною смолою (ЕД) або полівінілхлоридом (ПВХ), у невеликій кількості, що дасть можливість отримати пластоеластичні матеріали з невисокою вартістю.
В розділі 2 дається обгрунтування вибору та характеристики основних матеріалів, а також нових та вдосконалених методик, що використовуються при виконанні досліджень.
В якості наповнювача в пластоеластичних складах, а також в якості зв’язуючих в цементно-водних складах використовувався портландцемент М400.
Основним компонентом (за масою) для створення пластоеластичних герметизуючих складів використовувалася КВС. Вибір КВС зумовлений доброю сумісністю з ЕД і ПВХ, доступністю, низькою ціною, водовідштовхуючими властивостями.
Для поліпшення якостей кам’яновугільної смоли використали ЕД і ПВХ. Вибір ЕД зумовлений незначною летучістю, легкістю затверднення, незначною усадкою після затверднення, високою адгезією, високими фізико-механічними властивостями, значною водостійкістю. Вибір ПВХ зумовлений доступністю, доброю сумісністю з КВС.
В якості затверджувача для епоксидних смол використали УП-583. Його вибір зв’язаний з тим, що він не розчиняється в воді, дозволяє використати ЕД на вологих і мокрих поверхнях, а також у зв’язку з тим, що він виробляється в Україні.
Методика визначення адгезії герметизуючого складу до підкладок грунтується на ГОСТ 26589-85 з прив’язкою до пластоеластичних складів. Результати вимірів оброблялися за допомогою методів математичної статистики.
Методика випробувань на морозостійкість грунтується на зміні гнучкості складу при низьких температурах (-20*С), при цьому оцінка гнучкості здійснюється за діаметром стрижня, що огинається тонким шаром цього складу. Для визначення в’язкості аналізованих складів були розроблені 2 методики (за допомогою пенетрометра і віскозиметра), що дозволяють визначати динамічну в’язкість герметизуючих складів у широкому інтервалі в’язкості і часа. Порівняння результатів визначення в’язкості за новими методиками з результатами визначення в’язкості за приладом Ребіндера-Вейлера показало їх добру сходимість. Виведені формули для розрахунку динамічної в’язкості такі:
– для пенетрометра:
, (1)
де * – товщина структурованого шару складу, що досліджується, м; t – час занурення голки, сек; h – глибина занурення голки, м.
– для віскозиметра ВЗ-1
, (2)
де t – час витікання рідини з віскозиметра, сек; * – щільність рідини, кг/м3.
Для дослідження набухаємості складу в воді була використана методика за ГОСТ 14791-79 з урахуванням прив’язки до складів, що досліджуються.
Для визначення втрати летючих речовин із герметизуючого складу, що призводить до його старіння, була розроблена методика, суть якої полягає в визначенні втрати маси зразків при температурі 600 5*С.
Стійкість герметизуючого складу в стику до механічних деформацій оцінювалася за стандартною методикою випробувань на дуктилометрі (ГОСТ 15836-79), при цьому випробування виконувалися при більш низькій температурі (00С).
Для визначення стійкості шва до температурного впливу і ультрафіолетового випромінювання був розроблений макет шва, що проходив циклічні випробування по черзі на дію підвищених температур (600*50С), води, низьких температур (-300*20С), а також дію УФ-опромінення.
Випробування загерметизованих стиків на водопроникність виконували також на їх макеті. Герметичність шва оцінювали за водопроникністю W.
В розділі 3 наведені існуючі уявлення та їх розвиток про міцнісні, реологічні і фільтраційні характеристики герметизуючих матеріалів.
Досліджувані системи є дисперсними. В механіці суцільних середовищ доводиться, що у випадку нестисливих матеріалів (якими є розглядувані дисперсні системи), всі види деформацій можна звести до основної – деформації зсуву під дією напруги зсуву *. Течія ідеально в’язких тіл описується законом Ньютона (пунктирна лінія на рис.1):
, (3)
де f – сила в’язкісного опору; * – динамічна в’язкість; – швидкість деформації.

Рис.1. Залежність в’язкості від об’ємної частки дисперсної фази для безструктурного (I) і структурованого (II) золів.
Якщо в ньютонівську систему ввести дисперсійну складову, виникає залежність, отримана Ейнштейном (I на рис. 1).
* = *0*(1+2,5**) (4)
де * – об’ємна частка дисперсної фази.
У випадку, коли відбувається взаємодія між частинками, система веде себе як структурований золь (II на рис.1) і описується рівнянням течії Шведова-Бінгама:
(5)
Механізм течії такої системи розглянутий нами за М.В.Михайловим.
Виникнення дисперсної фази і структуроутворення цементно-водної системи розглянуте на основі відомих уявлень про процеси твердіння портландцементу, розвинених нами стосовно до розглядуваної суперпластифікованої цементно-водної системи (СПЦВС). Традиційні уявлення, як відомо, грунтуються на послідовно розроблених теоріях Ле Шательє, Міхаеліса, Байкова і Ребіндера. Згодом окремі фрагменти цих теорій розвивалися в світі фундаментальних уявлень термодинаміки, фізики твердого тіла, фізики і хімії поверхонь, кристалохімії та ін., що наближають процес твердіння до реальних моделей і схем (Полак, Мчедлов-Петросян, Сичов, Шпинова, Ілюхін, Тейлор, Бабушкін, Людвиг, Калоусек та ін.). Значний розвиток теорія твердіння одержала у зв’язку з розвитком электронно-мікроскопічних досліджень (Шпинова, Коупленд і Овербек, Лах і Буреш, Лоренц і Рихарц, Кондо, Даймон та ін.).
Значний вклад в розвиток сучасних теорій з поглибленням окремих уявлень про гідратацію і структуроутворення, в тому числі процесів і явищ на поверхнях і в зоні контактів, зв’язаний з роботами останніх років (Ольгінський, Саницькій, Ушеров-Маршак, Матвієнко, Чернявський та ін.).
Поглиблення модельних уявлень про процеси твердіння і міцності цементного каменю грунтувалося на застосуванні фізико-хімічної механіки дисперсних систем та ідей Ребіндера (Гранковський, Вагнер, Круглицькій, Дібров).
Аспекти кількісної теорії твердіння і міцності утворювалися роботами Полака, Виродова та ін. на основі енергетичних розрахунків.
Узагальнення електронномікроскопічних досліджень вихідних і прогідратованих мінералів цементного клінкеру, застосування уявлень про електроповерхневі явища і властивості в дисперсних системах і загальних закономірностей фізико-хімічної механіки дисперсних систем дозволили розвинути кількісні основи теорії структуроутворення, міцності, руйнування і довговічності цементного каменю і бетону (А.М. Плугін і співавтори).
Формування цементного каменю можна поділити на два основних процеси: хімічний – гідратація через розчинення з виникненням тонкодисперсної фази; колоїдно-хімічний – структуроутворення за рахунок взаємодії частинок дисперсної фази, що зумовлює міцність структури.
Грунтуючись на електронно-мікроскопічних знімках, як відомих (Шпинова, Лах і Буреш та ін.), так і отриманих у наших дослідженнях (спільно з Холодним), структуру цементного каменю слід уявляти як багаторівневу структуру, що визначається розмірами структуроутворюючих елементів:
– мікрорівень – цементні частки із середнім розміром біля 30 мкм;
– субмікрорівень – частки кристалогідратів із середнім розміром 0,5 мкм, а також гелеві частки – менш ніж 0,1 мкм.
Відповідальними за міцність в означеній багаторівневій структурі є електрогетерогенні взаємодії між протилежно зарядженими частками. Безпосередня взаємодія здійснюється через активні центри АЦ на поверхні структуроутворюючих елементів (СЕ). Для цементного каменю і його СЕ активними центрами є потенціалвизначальні іони (ПВІ) – аніони ОН- (гідросилікати кальцію і непрореаговані цементні зерна) і катіони кальцію Са2+ (кристалогідратні продукти гідратації). Електрогетерогенний характер взаємодій підтверджується різноманітними за знаком потенціалами мінералів цементного клінкеру (виміри Бабушкіна і Новікової), а також характером адсорбції ССБ і суперпластифікаторів, що є аніонними міцелоутворюючими ПАР і аніонними поліелектролітами.
У відповідності з фізико-хімічною теорією міцності при розтязі дисперсних систем Ребіндера-Щукіна і викладеними уявленнями, розроблені основи фізико-хімічної теорії міцності цементного каменю і математична модель міцності:
(6)
де h – відстань між ПВІ в контакті; h – відстань між ПВІ і молекулою води;  – дипольний момент молекули води; індекси 1 і 2 – відповідають ПВІ на поверхнях контактуючих часток; 1 – потенціал поверхні; d1 – відстань між шаром ПВІ і шаром протиіонів у ПЕШ.
Величина  визначається як добуток поверхневих концентрацій (в поверхні розірвання цементного каменю) кристалогідратних і гелевих часток:
(7)
де k=4,5а2АБцв/кг; Ц, В и Вх – маси цементу, води і хімічно зв’язаної води, що припадають на одиницю обсягу цементного каменю; a – ступінь гідратації цементу; А і Б – стехіометричні з маси цементу частки, відповідно, кристалогідратних і гелевих продуктів гідратації (Шейкін); к, г, ц, в – істинні щільності, відповідно, кристалогідратних і гелевих продуктів гідратації, цементу і води.
Рис. 2. Еквівалентна схема електрогетерогенних контактів між частинками (а) і між потенціалвизначальними іонами (б). К – кристалогідратна частинка; Ц – цементна частинка; Г – гелева частинка; І1, І2 – ПВІ; Д – дипольна молекула води.
Уявлення про електрогетерогенні взаємодії між протилежно зарядженими поверхнями використані нами також для дослідження механізму в’язкості цементно-водних систем і механізму їх проникної здатності. Проникна здатність при цьому уявлена виведеним на основі закону Пуазейля для плоских капілярів рівнянням:
(8)
де l – глибина проникнення розчину в тріщину, м; hТ – ширина тріщин; * – ефективна в’язкість розчину.
З (8) видно, що при однаковій ширині тріщин hТ зменшення ефективної в’язкості розчину призведе до збільшення глибини їх заповнення. Зменшити ефективну в’язкість дисперсної системи (цементної суспензії, що нагнітається) можна за рахунок збільшення тиску нагнітання або за рахунок вібрації. Перше не може бути виконаним із-за виникнення відказу (встановлене при випробуванні), а друге – технічно. Запропоновано зруйнувати структуру цементного розчину, що нагнітається, за рахунок застосування суперпластифікатора. Адсорбуючись на позитивно заряджених ділянках (С3А и С4АF) цементних зерен, негативно заряджені частки суперпластифікатора, що є аніонним поліелектролітом (або міцелоутворюючими ПАР), перезаряджають позитивно заряджені ділянки на негативні. При цьому усувається електрогетерогенна взаємодія між частками цементу, тобто руйнується структура дисперсної системи. Замість електрогетерогенних зв’язків виникають сили відштовхування, що і зумовлює ефект суперпластифікації. В’язкість такої дисперсної системи при цьому знижується до в’язкості гранично зруйнованої структури, або до в’язкості води.
Введення до складу цементного розчину домішок суперпластифікаторів дозволить також зменшити ширину тріщин, що заповнюються розчином, з 0,2 мкм до 0,05 мкм за рахунок пептизації часток.
В четвертому розділі наведені результати досліджень реологічних, адгезійних та інших властивостей полімеркомпозиційних і цементно-водних систем, виконаних з метою вибору робочих герметизуючих складів і співвідношення компонентів в них.
Дослідження суміші КВС-ЕД показало, що залежність Rад від відношення КВС/ЕД має екстремальний характер з максимумом Rад = 2,5 МПа. Пояснення цього незвичайного збільшення Rад епоксидної смоли при введенні в неї значної кількості рідиноподібної КВС, яка самостійно не твердіє, дано на підставі перетвореного нами рівняння Дюпре:
(9)
де Rс – когезійна міцність складу, МПа;  – крайовий кут змочування підкладки, град.
Як бачимо, Rад залежить від когезійної міцності складу, а також від розтікаємості цього складу по підкладці (чим менша величина  , тим краще розтікаємість і тим вище Rад).
При збільшенні відношення КВС/ЕД до 60% величина cos збільшується швидше, ніж зменшується Rс. При КВС/ЕД * 60% зниження величини Rс стає переважаючим, що і визначає екстремум у залежності Rад = f (КВС/ЕД).
Подальші дослідження виконувалися при КВС/ЕД = 80-100%. Модифікування властивостей ГС в цих границях здійснювалося шляхом додання в суміш цементного наповнювача. Досліджувати склад, в якому КВС/ЕД = 60%, недоцільно, так як полімеризація ЕД призводить до його високої міцності і недеформованості.
Досвідом встановлено, що максимально можлива кількість ЕД в такому складі складає 10%, тобто при КВС/ЕД = 90%. При більш низькому значенні КВС/ЕД виникає через деякий час після його приготування неприпустиме твердіння складу. При більшому, ніж 10%, відношенні КВС/ЕД суміш стає рідиноподібною, втрачаючи свої пластичні властивості.
Для додаткового загущення (без твердіння) і збільшення експлуатаційної стійкості в склад КВС/ЕД при КВС/ЕД = 90% вводили наповнювач (цемент). При збільшенні вмісту цементу міцність адгезії Rад теж змінювалася екстремально. При Ц/(КВС+ЕД) = 100% значення Rад = 0,42 МПа стає максимальним.
Для визначення залишкового вмісту цементу в герметизуючому складі виконане дослідження залежності динамічної в’язкості від вмісту цементу в складі Ц/(КВС+ЕД). Результати досліджень показали, що при Ц/(КВС+ЕД) меньш ніж 60% система поводиться як ньютонівська рідина. Із збільшенням Ц/(КВС+ЕД) понад 80% система поводиться як структурований золь за рахунок виникнення зв’язків між частками наповнювача, і набуває пластичних властивостей (рис. 1). На підставі цих висновків склад з Ц/(КВС+ЕД) = 100% обрано як робочий для наступних випробувань його в часі. Ці випробування показали, що при полімеризації, склад втрачає свої пластичні властивості і через 7 місяців стає непридатним для герметизації деформованих стиків. В той же час, у зв’язку із збереженням своїх адгезійних властивостей, що герметизують, він може бути рекомендований для застосування в малодеформованих стиках.
Дослідження складів КВС-ПВХ із вмістом ПВХ 3 і 5% в різноманітних умовах показали, що найкращі адгезійні властивості мали склади, що готувалися при температурі 100оС з витримкою при цій температурі на протязі 1 години.
Дослідження складів КВС-ПВХ на морозостійкість, теплостійкість, на випаровування летючих речовин і адгезійну міцність (при -30оС), виконувалися для складів зі збільшенням інтервалу вмісту ПВХ до (10%). При цьому показано, що морозостійкість складу значно вища при вмісті ПВХ в суміші від 3 до 7%. Як зменшення ПВХ в суміші до 1%, так і збільшення до 8 і 10% погіршило гнучкість складів, відповідно d = 30 мм і d = 20 мм. В першому випадку причиною є зменшення адгезійної міцності суміші, а в другому – підвищення її в’язкості, збільшення жорсткості і зменшення здатності до змочування.
Збільшення морозостійкості і температуростійкости можуть бути пояснені структуруючим ефектом ПВХ за типом мікродисперсного армування.
Ефект дисперсного армування КВС від ПВХ супроводжується також фізико-хімічним зв’язуванням і структуруванням КВС поверхнею високодисперсної фази – ПВХ, що пройшла теплове (при 100оС на протязі 1 години) модифікування, яке призводить до зв’язування летючих у КВС. При збільшенні змісту ПВХ від 0 до 10% кількість летючих знизилася з 3 до 0,5%.
Залежність адгезійної міцності суміші КВС-ПВХ від зміни вмісту ПВХ, як і для морозостійкості, носить екстремальний характер з досягненням максимума Rад = 2,25 МПа при вмісті КВС 5% (рис.3). При зниженні вмісту ПВХ до 1% і збільшенні до 7% (далі Rад зменшується неістотно) Rад зменшується у 4.5 рази. Як і для морозостійкості, така зміна Rад зумовлена в одному випадку зменшенням когезійної міцності суміші, а в другому – зменшенням розтікаємості складу.
Таким чином, проведені дослідженя зумовили вибір оптимального герметизуючого складу (ГС) КВС-ПВХ зі змістом останнього 5%.
Випаровування летючих речовин в ГС, хоча і різко знижене введенням ПВХ, але не виключене повністю, що в умовах максимальних температур залізобетонних плит влітку (60оС) може призвести до старіння (за рахунок твердіння і тріщиноутворення на протязі тривалої експлуатації).
Рис. 3. Залежність міцності адгезії (R) до бетону при -30оС від вмісту ПВХ.
В зв’язку з цим виконані дослідження кінетики випаровування летючих речовин з КВС і суміші КВС-ПВХ на протязі тривалого часу при різноманітних температурах. Експериментальні дані для КВС-ПВХ представлені на рис. 4.
В перші години випаровування швидкість зменшення маси речовин, що випаровуються, максимальна, після цього плавно зменшується (рис. 4).
Такий характер випаровування може бути зумовлений виникненням потоків, що перешкоджають випарному, що в свою чергу зумовлене твердоподібною плівкою, що виникає на поверхні та збільшується.
В умовах експлуатації при деформаціях стику в плівці виникають окремі тріщини. Введення у склад КВС-ПВХ дибутилфталата виключає утворення твердоподібної плівки, що зумовило збереження пластичності і стійкості складу проти коагулювання в зоні утворення плівкі. Відповідно виключається і утворення тріщин.
Покриття ГС плівкою мінерального масла істотно знижує швидкість випаровування. Цей ефект зникає на протязі місяця і повторюється при повторному покритті ГС плівкою мінерального масла.
Таким чином, результати дослідженнь дозволяють ослабити (або виключити) процес старіння шляхом додання в склад дибутилфталата або покриття складу плівкою мінерального масла. Перший спосіб переважний за санітарно-гігієнічними міркуваннями.
Для дослідження можливості підвищення стійкості до старіння (випаровування) і термостійкості шляхом модифікування за допомогою наповнювача в склад вводили: цемент (10 і 20 %), пісок, тонкомелений пісок і гумову кришку (по 10%). Однак введення цих наповнювачів не вплинуло на швидкість випаровування і тріщиностійкість. В той же час погіршилася морозостійкість (з d = 15 мм до d = 20-30 мм) і розтяжність (з 70-80 см до 20-40 см). Очевидно, це зумовлене утворенням більш грубої дисперсної структури з розірванням суцільності мікродисперсної структури ПВХ. Це збільшило жорсткість структури, зменшило її гнучкість при низькій температурі і розтяжність.
Таким чином, дослідження показали, що модифікування властивостей ГС за допомогою наповнювачів для збільшення термостійкості і стійкості проти старіння (випаровування) не уявляється можливим.
Отримані експериментальні дані дозволили розробити уявлення про механізм старіння (за рахунок випаровування) герметизуючого складу КВС-ПВХ. Обгрунтування цього механізму побудоване на аналізі двох потоків летючих речовин – випарного jвип та дифузійного jдиф, відповідно:
, (10)
, (11)
де W – експериментально встановлена маса летючих речовин КВС ,що випаровуються, за час t, кг; D – коефіцієнт дифузії молекул летючих речовин (стосовно бензолу), м2/с; S – площа відкритої поверхні зразка, м2; С – концентрація летючих речовин в КВС (24%); Х – путь дифузії, м.
Коефіціент дифузії визначається за формулою Ейнштейна:
, (12)
де R – універсальна газова стала (8,31 Дж/мольград); Т – температура, К; * – в’яз-кість, Н*с/м2; r – радіус молекули розчиненої речовини, м; N – число Авогадро (6,02*1023 1/моль).
За Кіттелем, радіус молекули можна визначити:
(13)
де М – молекулярна вага летючої речовини, г/моль; * – щільність летючої речовини г/см3.
Рис.4. Кінетика випаровування летючих речовин з КВС-ПВХ.
1 – при 600С; 2 – при 200С.
Графік (рис. 4) дозволяє визначити W.
Прирівнюючи обидва потоку Пвип = Пдиф (jвип = jдиф), що відповідає умові безперервності потоків, отримаємо вираз для Х
(14)
Розрахунок (при підстановці відповідних даних) дозволив визначити:
при Т = 200С и С = 290 , jвип = 4·10-7 , , Х = 0,5 мм.
при Т = 600С jисп = 1,51·10-6 , , Х = 0,4 мм.
При шляху дифузії Х20

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Заказать реферат!
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2020